深層頁巖氣開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)與攻關(guān)方向

何 驍 李武廣 黨錄瑞 黃 山 王旭東 張成林 張柟喬 陳 月

1.中國石油西南油氣田公司 2.中國石油西南油氣田公司頁巖氣研究院

0 引言

中國頁巖氣資源豐富，有利勘探面積達(dá)43×104km2，根據(jù)美國信息能源署、中國國土資源部、中國石油勘探開發(fā)研究院等機(jī)構(gòu)的評價(jià)結(jié)果，中國頁巖氣可采資源量介于11.5×1012～36.1×1012m3，居世界前列，并且以海相頁巖氣為主。其中深層頁巖氣是中國頁巖氣開發(fā)的重要接替領(lǐng)域，加大其勘探開發(fā)力度對于保障國家能源安全具有重要的戰(zhàn)略意義。我國海相頁巖氣有利區(qū)主要位于四川盆地，并且主力層系為該盆地上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組，埋深主要介于3 500～4 500 m，在川南地區(qū)，埋深4 500 m以淺的可工作面積達(dá)2.1×104km2，頁巖氣資源量超10×1012m3，其中深層的資源量達(dá)8×1012m3以上，占比超80%[1-3]。目前，埋深為3 500 m以淺的頁巖氣開發(fā)技術(shù)已成熟，包括了綜合地質(zhì)評價(jià)、開發(fā)優(yōu)化、水平井優(yōu)快鉆井、水平井體積壓裂、水平井工廠化作業(yè)、高效清潔開采六大主體技術(shù)[4]，實(shí)現(xiàn)了中淺層頁巖氣的大規(guī)模工業(yè)化開發(fā)。與淺層頁巖氣田相比，中國深層頁巖氣田的地質(zhì)工程條件存在明顯差異，如多位于復(fù)雜構(gòu)造區(qū)，褶皺和斷裂增加，地應(yīng)力及應(yīng)力差大，溫度和壓力高[5-8]，適用于3 500 m以淺的頁巖氣勘探開發(fā)主體技術(shù)出現(xiàn)了不適應(yīng)，而北美深層頁巖氣勘探開發(fā)的成功做法又不能完全照搬。如Haynesville深層頁巖氣田，該氣田的開發(fā)效果位居全美第一，但其地質(zhì)工程條件與我國深層頁巖氣田差異大，主要表現(xiàn)在該氣田構(gòu)造簡單，地層平緩，保存條件和含氣性均好，儲層品質(zhì)優(yōu)，發(fā)育一套富含有機(jī)質(zhì)的鈣質(zhì)和硅質(zhì)泥頁巖[9-12]。該氣田地質(zhì)工程特征參數(shù)為TOC介于2%～6%，孔隙度介于5%～11%，優(yōu)質(zhì)頁巖厚度介于50～60 m；總含氣量介于2.8～9.4 m3/t，其中游離氣占比為80%；地層壓力介于50～70 MPa，壓力系數(shù)介于1.60～2.07，地層溫度介于149～177 ℃；整體脆性礦物含量高，介于65%～75%，彈性模量低（介于6 900～24 000 MPa），泊松比介于0.21～0.30，水平應(yīng)力差介于3～6 MPa。

目前，深層頁巖氣開發(fā)雖然在部分井點(diǎn)上取得了突破，如水平段長度一般為1 500 m，靶體鉆遇率（設(shè)計(jì)靶體位于龍一11—龍一12層）均達(dá)到90%以上，全部采用壓裂新工藝（平均分段段長都小于55 m、用液強(qiáng)度約為40 m3/m、加砂強(qiáng)度大于2 t/m），多口井測試氣產(chǎn)量超過40×104m3/d，但與中淺層頁巖氣井相比，深層頁巖氣井的氣產(chǎn)量和壓力遞減較快，總體開發(fā)效果不理想，還尚未形成規(guī)模效益開發(fā)的局面[13-14]。為此，筆者通過對比川南地區(qū)五峰組—龍一1亞段深層與中淺層頁巖儲層地質(zhì)工程特征存在的差異，系統(tǒng)梳理了實(shí)現(xiàn)深層頁巖氣高效開發(fā)面臨的難點(diǎn)問題，進(jìn)而從鉆井工程、壓裂工程、開發(fā)技術(shù)對策3個(gè)方面提出了下一步攻關(guān)方向，以期促進(jìn)我國頁巖氣產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

1 深層與中淺層頁巖儲層地質(zhì)工程條件的差異

與中淺層頁巖儲層相比，深層頁巖地層層序增多，上覆地層及目的層的構(gòu)造、斷層特征更復(fù)雜；受沉積作用、成巖作用的影響，深層頁巖儲層脆性礦物含量更高，巖石破裂特征明顯增強(qiáng)，天然裂縫更發(fā)育；深層頁巖儲層壓力系數(shù)更大，受異常高壓和孔隙演化的影響，孔隙結(jié)構(gòu)更復(fù)雜多變，其中宏孔在孔徑分布中所占比例更高；在高溫高壓條件下，深層頁巖儲層吸附能力降低，在總含氣量增大的同時(shí)，孔隙中游離氣含量占比增大；深層頁巖儲層的工程特征參數(shù)總體上呈現(xiàn)“五高”，即泊松比和彈性模量高、地層溫度高、水平應(yīng)力差值高、破裂壓力高、閉合壓力高（表1）。

表1 川南地區(qū)深層與中淺層頁巖氣地質(zhì)工程條件對比表

2 深層頁巖氣效益開發(fā)面臨的難點(diǎn)問題

相較于淺層頁巖氣，深層頁巖氣在儲層埋深、溫度、壓力、地應(yīng)力等方面發(fā)生了顯著變化，從而給鉆井工程、壓裂工程、氣藏工程帶來了一系列的難點(diǎn)問題，使實(shí)現(xiàn)深層頁巖氣的效益開發(fā)面臨極大挑戰(zhàn)。

2.1 鉆井工程難點(diǎn)問題

對于深層頁巖儲層而言，由于開發(fā)對象復(fù)雜使得關(guān)鍵鉆井工具、液體和工藝適應(yīng)性不強(qiáng)，導(dǎo)致Ⅰ類儲層實(shí)際鉆遇率低、水平段延伸能力差、鉆井周期長、鉆井成本高，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；б骈_發(fā)風(fēng)險(xiǎn)高[15]。主要包括以下4個(gè)方面的難點(diǎn)問題：①高溫條件下常規(guī)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的適應(yīng)性不強(qiáng)。深層頁巖氣井水平段井底循環(huán)溫度介于135～155 ℃，而常規(guī)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具、儀器不能在高于135 ℃的工況下長期正常工作，頻繁失效導(dǎo)致鉆井效率低、軌跡控制質(zhì)量差，而抗175℃以上的導(dǎo)向工具、儀器還未實(shí)現(xiàn)國內(nèi)商業(yè)化生產(chǎn)，引進(jìn)國外技術(shù)的成本高，并且服務(wù)費(fèi)用昂貴。②復(fù)雜的構(gòu)造特征與深層頁巖儲層的強(qiáng)非均質(zhì)性導(dǎo)致Ⅰ類儲層鉆遇率不高。由于斷層發(fā)育，并且深層頁巖儲層在縱向上和平面上的展布呈現(xiàn)強(qiáng)非均質(zhì)性，同時(shí)二維地震結(jié)合二維地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)對儲層的預(yù)測精度低，難以指導(dǎo)現(xiàn)場人員對優(yōu)質(zhì)儲層進(jìn)行精準(zhǔn)追蹤。前期實(shí)鉆結(jié)果顯示平均I類儲層鉆遇率低于80%，不能為后期壓裂改造提供高品質(zhì)儲層基礎(chǔ)。③壓力系統(tǒng)復(fù)雜導(dǎo)致適用于深層頁巖儲層的成熟“一趟鉆”技術(shù)尚未形成。儲層埋藏深、橫向偏移距大、井軌跡復(fù)雜、井眼清潔度差導(dǎo)致深層頁巖氣井水平段在鉆進(jìn)時(shí)的摩擦阻力、扭矩大，水平段延伸能力差，部分井在實(shí)鉆過程中未鉆達(dá)設(shè)計(jì)水平段長。由于深層頁巖巖石壓實(shí)性強(qiáng)、可鉆性差，平均實(shí)鉆機(jī)械鉆速低于5 m/h，一趟鉆平均進(jìn)尺只有北美的三分之一，鉆井周期比北美高出5倍。④深層頁巖儲層天然裂縫發(fā)育導(dǎo)致鉆井液體系不能滿足地層防塌與防漏的需求。深層頁巖脆性增強(qiáng)，裂縫更發(fā)育，發(fā)生井漏和井壁失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)大，這也是影響鉆井周期和水平段長度的重要原因。另外，適用于深層的油基鉆井液性能還不成熟，封堵性不強(qiáng)，還不能有效避免井壁失穩(wěn)的發(fā)生，同時(shí)，堵漏材料（微納米封堵劑）的適應(yīng)性也差，堵漏成功率低。

2.2 壓裂工程難點(diǎn)問題

深層頁巖地層溫度、閉合應(yīng)力、水平應(yīng)力差及破裂壓力高，斷裂和天然裂縫發(fā)育，導(dǎo)致水平井體積壓裂后形成復(fù)雜縫網(wǎng)的難度大，儲層改造范圍有限（圖1，其中SRV表示儲層增產(chǎn)改造體積），壓裂效果不理想[16]。主要包括以下4個(gè)方面的難點(diǎn)問題：①高水平應(yīng)力差導(dǎo)致深層頁巖儲層形成復(fù)雜縫網(wǎng)的難度大。在高水平應(yīng)力差條件下，水力裂縫易沿著最大水平主應(yīng)力方向延伸，裂縫的轉(zhuǎn)向擴(kuò)展受限，裂縫復(fù)雜程度降低。從現(xiàn)場微地震監(jiān)測結(jié)果可以看出，早期鉆獲的深層頁巖氣井壓裂后主要形成簡單縫，返排率高，氣井氣產(chǎn)量遞減快。②高破裂壓力和閉合應(yīng)力導(dǎo)致裂縫起裂和延伸困難。深層頁巖氣井的施工壓力普遍介于95～120 MPa，較之中淺層頁巖氣井高15～40 MPa，導(dǎo)致早期鉆獲的深層頁巖氣井井口壓力容易達(dá)到安全限壓，從而無法獲得有效的施工排量，進(jìn)而無法產(chǎn)生更高的縫內(nèi)凈壓力來克服高水平應(yīng)力差，導(dǎo)致段間、簇間應(yīng)力擾動(dòng)小，更傾向形成“狹長縫”，從而使人工裂縫的波及范圍受到較大限制。③層理對壓裂裂縫縫高的控制機(jī)理及天然裂縫帶對壓裂裂縫擴(kuò)展的影響機(jī)理不清。從頁巖氣井壓裂裂縫縫高測試結(jié)果可以看出，早期的深層頁巖氣井支撐縫高主要介于6～20 m，頁巖氣層在縱向上未能得到充分動(dòng)用。而深層頁巖層理發(fā)育，但是層理對壓裂裂縫縫高的控制機(jī)理尚不清楚。因此，如何選擇合適的壓裂工藝和液體體系來優(yōu)化縫高還不明確。同時(shí)，由于天然裂縫帶在部分區(qū)域集中發(fā)育，并且其空間展布情況復(fù)雜，若不能對其進(jìn)行準(zhǔn)確識別和定位，壓裂時(shí)容易導(dǎo)致套管變形和壓竄頻發(fā)，嚴(yán)重影響深層頁巖氣井的壓裂施工進(jìn)程與開發(fā)效果。而且，水力裂縫容易沿天然裂縫帶轉(zhuǎn)向或被其捕獲，不利于更大范圍復(fù)雜縫網(wǎng)的形成，天然裂縫帶對壓裂裂縫擴(kuò)展的影響機(jī)理尚不清楚。④高閉合應(yīng)力、高彈性模量條件下支撐劑加注困難，獲得裂縫高導(dǎo)流能力難度大。目前，中淺層頁巖氣井壓裂時(shí)采用的加砂強(qiáng)度最高可達(dá)4.0 t/m，而對于深層頁巖氣井，加砂強(qiáng)度一般介于1.5～3.0 t/m。分析認(rèn)為，彈性模量高和天然裂縫發(fā)育導(dǎo)致水力裂縫的寬度不足，較大粒徑支撐劑的注入困難。同時(shí)，深層頁巖氣井壓裂后裂縫的閉合應(yīng)力普遍高于80 MPa，在如此高閉合應(yīng)力、低加砂強(qiáng)度條件下，支撐劑的嵌入現(xiàn)象嚴(yán)重，極大降低了裂縫的導(dǎo)流能力。

圖1 某深層頁巖氣井微地震監(jiān)測結(jié)果圖（SRV ＝ 2 800×104 m3）

2.3 氣藏工程難點(diǎn)問題

深層頁巖儲層高溫、高壓，并且納米孔隙發(fā)育，導(dǎo)致頁巖氣開發(fā)機(jī)理更復(fù)雜[17-18]，開發(fā)技術(shù)對策不明確。主要包括以下3個(gè)方面的難點(diǎn)問題：①深層頁巖儲層孔隙中CH4的相態(tài)仍不清楚。相比于淺層頁巖，深層頁巖的微納米孔隙更發(fā)育。巖心全尺度孔徑分布測試結(jié)果表明，深層頁巖儲層主要發(fā)育孔徑小于50 nm的微孔和介孔。而在深層頁巖的高溫高壓環(huán)境（壓力普遍高于70 MPa，平均地層溫度約為130 ℃）下，限域空間內(nèi)的氣體將以“類固態(tài)密堆積”形式存在，其密度遠(yuǎn)超過游離態(tài)氣體的密度。此外，隨著孔徑減小，CH4的熱力學(xué)參數(shù)（臨界壓力、臨界溫度等）也會(huì)發(fā)生變化。在深層頁巖儲層中多尺度孔隙發(fā)育，孔隙形狀多樣，不同孔隙中賦存的CH4相態(tài)特征目前仍不清楚，對深層頁巖氣開發(fā)規(guī)律的認(rèn)識也不明確，從而使氣井合理生產(chǎn)制度、吸附氣和游離氣對氣井產(chǎn)量貢獻(xiàn)的確定都缺乏理論依據(jù)。②深層頁巖儲層中氣體的多尺度流動(dòng)規(guī)律尚不明確，氣水兩相微觀流動(dòng)機(jī)理仍處在探索階段。不同大小頁巖孔隙中氣體的流動(dòng)規(guī)律差異較大，并且，在深層高溫高壓環(huán)境下限域效應(yīng)以及真實(shí)氣體效應(yīng)等對氣體流動(dòng)規(guī)律的影響變得愈發(fā)顯著。此外，頁巖氣井需要壓裂后才能進(jìn)行有效開發(fā)，而壓裂后滯留的大量壓裂液導(dǎo)致頁巖儲層中出現(xiàn)復(fù)雜的非線性氣水兩相流動(dòng)，目前對頁巖儲層中氣水兩相的微觀流動(dòng)機(jī)理仍不清楚。礦場試驗(yàn)表明壓裂后適當(dāng)延長燜井時(shí)間能有效提高頁巖氣井的初期產(chǎn)能，然而對于燜井過程中壓裂液和頁巖氣置換的機(jī)理尚不明確，最佳燜井時(shí)間仍不確定。同時(shí)，頁巖氣水平井直接采用套管放噴生產(chǎn)，井筒流體高速流動(dòng)會(huì)導(dǎo)致套管腐蝕，并且套管的攜液能力差，及時(shí)下入油管非常必要，但下油管時(shí)機(jī)對氣井產(chǎn)能的影響目前尚不清楚，因此最佳的下油管時(shí)機(jī)也不明確。這些問題都影響著頁巖氣井動(dòng)態(tài)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性及開發(fā)技術(shù)對策的有效性。③深層頁巖氣開發(fā)技術(shù)對策尚不明確。頁巖氣開發(fā)技術(shù)對策的主要內(nèi)容包括合理井距、布井方式的確定。在中淺層頁巖氣井井網(wǎng)部署方面，長寧—威遠(yuǎn)頁巖氣田井距一般為300 m左右，井間干擾情況還不是特別明確；涪陵頁巖氣田井距一般為600 m左右，為了提高儲層縱橫向動(dòng)用程度，縮短鉆完井周期、降低成本，初步實(shí)施加密井和立體井網(wǎng)進(jìn)行開發(fā)，但效果還有待檢驗(yàn)。對于深層頁巖氣而言，由于地質(zhì)工程條件更復(fù)雜，適用于中淺層的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)無法直接復(fù)制，而針對水平井關(guān)鍵參數(shù)、井距以及立體開發(fā)方式的確定還缺乏有效的研究手段來支撐，因此，深層頁巖氣的開發(fā)技術(shù)對策也有待完善。

3 深層頁巖氣效益開發(fā)的攻關(guān)方向

針對當(dāng)前深層頁巖氣開發(fā)過程中存在的眾多技術(shù)難題，要實(shí)現(xiàn)其效益開發(fā)，需要在深層頁巖氣開發(fā)理論突破的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新建立開發(fā)主體技術(shù)，同時(shí)研發(fā)鉆井、壓裂關(guān)鍵工具與裝備，明確深層頁巖氣實(shí)現(xiàn)規(guī)模效益開發(fā)的方法和手段，通過降本增效來助力深層頁巖氣勘探開發(fā)黃金時(shí)代的開啟。

3.1 形成深層頁巖氣水平井鉆井工程關(guān)鍵技術(shù)

圖2 多學(xué)科信息融合建立三維地質(zhì)工程模型流程圖

長水平井是實(shí)現(xiàn)深層頁巖氣規(guī)模效益開發(fā)的重要手段之一[19]。提升深層頁巖氣井鉆井施工品質(zhì)需要滿足Ⅰ類儲層鉆遇率高、水平段長、鉆井成本低3個(gè)條件。攻關(guān)方向涉及以下5個(gè)方面：①針對高溫問題，首先通過開展考慮摩擦生熱效應(yīng)的井底瞬態(tài)溫度場模擬和鉆井液地面降溫系統(tǒng)的先導(dǎo)試驗(yàn)，掌握深層頁巖氣水平井井底溫度變化規(guī)律及主控因素，再針對不同地質(zhì)工程條件，優(yōu)選旋轉(zhuǎn)地質(zhì)導(dǎo)向、“近鉆頭LWD（隨鉆測井）儀+螺桿”“遠(yuǎn)端LWD儀+螺桿”等導(dǎo)向工具組合進(jìn)行分段導(dǎo)向方案設(shè)計(jì)，然后，配套相應(yīng)抗溫、降溫措施來提高行程鉆速和軌跡控制質(zhì)量。②為了提高復(fù)雜地質(zhì)條件下的I類儲層鉆遇率，需要?jiǎng)?chuàng)建一項(xiàng)融合多學(xué)科（鉆井、錄井、測井、地震、地質(zhì)）信息的三維地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，構(gòu)建精細(xì)三維地質(zhì)工程模型（圖2），并充分利用頁巖氣井工廠化鉆井優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)鉆前、鉆中、鉆后三維地質(zhì)工程模型全過程的迭代更新，使模型不斷逼近真實(shí)地質(zhì)構(gòu)造，井軌跡實(shí)時(shí)主動(dòng)調(diào)整，從而保障對優(yōu)質(zhì)儲層進(jìn)行精準(zhǔn)追蹤。③針對深層、長水平井，在鉆井工程中要實(shí)現(xiàn)減摩降阻，首先要進(jìn)一步提高油基鉆井液在高溫下的穩(wěn)定性和潤滑性，結(jié)合井眼軌跡優(yōu)化，配套使用鉆柱扭擺減摩系統(tǒng)和全金屬水力震蕩器（抗高溫、壽命長）等工具，并且實(shí)施“高轉(zhuǎn)速、大排量、長循環(huán)”井眼強(qiáng)凈化工藝以確保井筒清潔。④針對鉆井提速難的問題，可以從鉆井裝備強(qiáng)化、鉆頭和提速工具優(yōu)選、鉆井參數(shù)實(shí)時(shí)優(yōu)化3個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化升級。其中強(qiáng)化鉆井裝備是基礎(chǔ)，針對深層頁巖氣井近水平段鉆井，推薦配備電動(dòng)鉆機(jī)、大功率頂驅(qū)、3臺功率為1 600馬力（1 176 kW）、輸出壓力為52 MPa泥漿泵及高壓管匯、3臺高頻振動(dòng)篩、高速（轉(zhuǎn)速大于等于3 000 r/min）及中速（轉(zhuǎn)速大于等于1 800 r/min）離心機(jī)各1臺。⑤針對井下發(fā)生復(fù)雜事故的風(fēng)險(xiǎn)大的問題，需采取綜合防治技術(shù)。首先，針對油基鉆井液，需開發(fā)高效微納米封堵材料、專用堵漏材料等來提高井壁穩(wěn)定性和堵漏成功率，同時(shí)，融合地質(zhì)工程一體化和大數(shù)據(jù)分析手段，即協(xié)同井筒狀態(tài)監(jiān)測、天然裂縫預(yù)測和鉆井風(fēng)險(xiǎn)大數(shù)據(jù)分析等關(guān)鍵技術(shù)做到事故的早識別、早預(yù)警、早處理，降低井下發(fā)生復(fù)雜事故的概率。

3.2 創(chuàng)建深層頁巖氣水平井體積壓裂復(fù)雜縫網(wǎng)構(gòu)建方法

深層頁巖處于高溫、高地應(yīng)力、高破裂壓力的特殊地質(zhì)環(huán)境下，使其巖石力學(xué)性質(zhì)與淺層相比有明顯不同，尤其表現(xiàn)在巖石脆性降低、非線性斷裂特征更顯著等方面，客觀上阻礙了人工復(fù)雜縫網(wǎng)的形成[20]。然而，深層頁巖天然裂縫發(fā)育使其仍具備形成復(fù)雜縫網(wǎng)的有利條件。因此，為了克服天然裂縫和高彈性模量的影響，提高深層頁巖氣井加砂量并且保障人工裂縫的導(dǎo)流能力成為深層頁巖壓裂的關(guān)鍵。亟待開展以下4個(gè)方面的研究：①針對高溫高應(yīng)力條件下頁巖巖石非線性斷裂機(jī)制及本構(gòu)模型不明確的問題，研究該條件下巖性、巖石結(jié)構(gòu)與力學(xué)參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系，建立深層頁巖應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系和Ⅰ、Ⅱ與Ⅲ型斷裂韌性模型，揭示深層頁巖的非線性斷裂機(jī)制。②針對高應(yīng)力條件下天然裂縫和層理弱面力學(xué)性質(zhì)表征困難的問題，采用宏細(xì)觀力學(xué)表征方法，精細(xì)描述天然裂縫與層理弱面的產(chǎn)狀、抗拉與抗剪強(qiáng)度、界面摩擦特性，揭示不同類型天然裂縫和不同礦物組成的層理弱面的力學(xué)性質(zhì)差異性。③在強(qiáng)應(yīng)力干擾的影響下，適用于深層頁巖的人工裂縫擴(kuò)展模型尚不成熟，需要建立可以描述深層頁巖的本構(gòu)模型和層理弱面力學(xué)性質(zhì)的流—固—熱多場耦合人工裂縫擴(kuò)展模型，探究天然裂縫開啟的臨界條件，研究層理弱面對縫高的控制機(jī)制，然后開展真三軸壓裂物模實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，形成能夠充分利用段（簇）間應(yīng)力干擾、實(shí)現(xiàn)全井段縫網(wǎng)壓裂的最優(yōu)壓裂參數(shù)組合及配套工藝，同時(shí)探索應(yīng)力循環(huán)壓裂、徑向多分支井靶向壓裂、暫堵壓裂等新型壓裂工藝應(yīng)用在深層頁巖的可行性，以期實(shí)現(xiàn)裂縫復(fù)雜程度的最大化。④為了實(shí)現(xiàn)高溫、高應(yīng)力條件下對裂縫長期導(dǎo)流能力的有效控制，需要開展該條件下的裂縫長期導(dǎo)流能力測試實(shí)驗(yàn)，建立考慮頁巖蠕變的支撐劑嵌入力學(xué)模型與評價(jià)方法，進(jìn)而闡明影響裂縫長期導(dǎo)流能力的主控因素，優(yōu)選適宜的支撐劑類型與鋪砂濃度。

3.3 基于深層頁巖氣的特殊滲流機(jī)理制訂相應(yīng)開發(fā)技術(shù)對策

圖3 形成深層頁巖氣開發(fā)技術(shù)對策的技術(shù)路線圖

明確開發(fā)機(jī)理是提高深層頁巖氣井EUR（估算最終開采量）的前提條件，也為深層頁巖氣開發(fā)技術(shù)對策的制訂打下理論基礎(chǔ)（圖3）。亟待開展以下3個(gè)方面的技術(shù)攻關(guān)：①針對微納米限域空間內(nèi)流體相態(tài)和微觀產(chǎn)出機(jī)理不清的問題，開展微觀實(shí)驗(yàn)和理論研究，評價(jià)真實(shí)頁巖巖心微觀表/界面特性與孔隙結(jié)構(gòu)特征，建立相應(yīng)的分子動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)而模擬儲層溫度、壓力條件下甲烷的賦存狀態(tài)，基于CH4相態(tài)模型建立真實(shí)氣體微觀流動(dòng)模型，研究頁巖儲層中氣體微觀流動(dòng)能力和產(chǎn)出機(jī)理，并且結(jié)合微地震壓裂裂縫解釋成果，構(gòu)建考慮壓裂縫網(wǎng)的頁巖氣井產(chǎn)能預(yù)測模型，并采用生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行修正，進(jìn)而預(yù)測頁巖氣井產(chǎn)量，評價(jià)吸附氣和游離氣對氣井產(chǎn)量的貢獻(xiàn)，確定氣井的臨界解吸壓力。②針對深層頁巖氣井排采制度需要優(yōu)化的問題，通過開展頁巖儲層中壓裂液和氣體兩相流動(dòng)機(jī)理實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)研究壓裂液與頁巖氣之間的置換機(jī)理，分析最優(yōu)置換時(shí)間，進(jìn)而確定最佳燜井時(shí)間；根據(jù)井筒氣液兩相流動(dòng)規(guī)律，判定氣井?dāng)y液能力，研究下油管的最優(yōu)時(shí)間；結(jié)合人工裂縫的應(yīng)力敏感特征，制訂合理的氣井返排制度和生產(chǎn)制度以支撐氣井的優(yōu)化配產(chǎn)，提高單井EUR。③針對深層頁巖氣的開發(fā)技術(shù)對策尚不明確，需要通過開展基于特殊流動(dòng)機(jī)理的數(shù)值試井和數(shù)值模擬研究，優(yōu)化水平井關(guān)鍵參數(shù)，確定合理井距；同時(shí)，開展在老井區(qū)實(shí)施加密井的可行性研究，主要研究加密的最優(yōu)時(shí)機(jī)，以及加密井與老井的最優(yōu)間距；開展立體開發(fā)技術(shù)的攻關(guān)，優(yōu)化立體開發(fā)模式，明確深層頁巖氣開發(fā)技術(shù)對策，實(shí)現(xiàn)頁巖儲層縱橫向的充分動(dòng)用，從而提升深層頁巖氣的開發(fā)效果。

4 結(jié)束語

中國深層頁巖氣資源潛力大，是未來頁巖氣上產(chǎn)的重要領(lǐng)域。然而，深層頁巖氣多位于復(fù)雜構(gòu)造區(qū)，褶皺和斷裂發(fā)育，巖石應(yīng)力及應(yīng)力差值大，開發(fā)難度大，面臨著眾多關(guān)鍵技術(shù)難題。為了實(shí)現(xiàn)深層頁巖氣的規(guī)模效益開發(fā)，以高效鉆井、壓裂、排采為著眼點(diǎn)，進(jìn)一步持續(xù)跟蹤世界前沿技術(shù)的發(fā)展趨勢，將理論研究與實(shí)驗(yàn)研究緊密結(jié)合，將基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究緊密結(jié)合，攻克地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)預(yù)測精度差、復(fù)雜壓裂縫網(wǎng)構(gòu)建難、微觀流動(dòng)規(guī)律認(rèn)識不清等瓶頸問題，同時(shí)，對重復(fù)壓裂、立體開發(fā)等特色技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)，突破旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具完全國產(chǎn)化、“一趟鉆”等卡脖子技術(shù)，形成適合于我國深層頁巖氣開發(fā)的基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)深層頁巖氣資源的規(guī)模效益開發(fā)提供有力保障。