常壓頁巖氣田一體化效益開發(fā)及智能化評價(jià)

王運(yùn)海，任建華，陳祖華，梅俊偉，胡春鋒，王 偉，盧 比

（中國石化華東油氣分公司，江蘇南京210000）

中國頁巖氣商業(yè)開發(fā)區(qū)主要位于四川盆地及周緣海相頁巖氣，建成了以焦石壩、威遠(yuǎn)、長寧—昭通等為代表的典型高壓—超壓頁巖氣田[1-3]，以上氣田構(gòu)造條件相對簡單、儲(chǔ)層品質(zhì)高、單井產(chǎn)量高。近年來，中國石化華東油氣分公司在四川盆地東南緣的復(fù)雜構(gòu)造區(qū)頁巖氣勘探開發(fā)取得了階段進(jìn)展，南川地區(qū)平橋構(gòu)造帶和東勝構(gòu)造帶相繼落實(shí)2 個(gè)千億立方米規(guī)模儲(chǔ)量區(qū)帶，2018年平橋南區(qū)完成6.5×108m3產(chǎn)能建設(shè)，目前正在東勝構(gòu)造帶開展5.5×108m3產(chǎn)能建設(shè)，揭示了南川復(fù)雜構(gòu)造區(qū)頁巖氣具有良好的開發(fā)潛力。

南川區(qū)塊處于斜坡帶和邊緣相沉積區(qū)，沉積相由深水陸棚相向深水—半深水陸棚相過渡，頁巖儲(chǔ)層壓力系數(shù)降低、厚度減薄、品質(zhì)變差[4]，不同地區(qū)優(yōu)質(zhì)頁巖儲(chǔ)層存在一定差異，給優(yōu)選地質(zhì)“甜點(diǎn)”帶來挑戰(zhàn)。受構(gòu)造改造作用影響，盆緣地區(qū)儲(chǔ)層保存條件變差，儲(chǔ)層壓力系數(shù)從盆內(nèi)的高壓—超壓（1.3～1.5）逐漸過渡為南川地區(qū)的高壓—常壓（0.9～1.3），對氣井高產(chǎn)實(shí)現(xiàn)效益開發(fā)帶來挑戰(zhàn)。南川區(qū)塊位于盆緣構(gòu)造復(fù)雜區(qū)，受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，儲(chǔ)層最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力差值大，應(yīng)力差異系數(shù)較大，改造形成復(fù)雜縫網(wǎng)難度增加。受復(fù)雜地質(zhì)條件影響，南川區(qū)塊頁巖氣效益開發(fā)難度較大，為實(shí)現(xiàn)南川頁巖氣高效開發(fā)，堅(jiān)持問題為導(dǎo)向，堅(jiān)持產(chǎn)量和效益最大化為目標(biāo)，堅(jiān)持地質(zhì)工程一體化[5-9]、地面地下一體化優(yōu)化部署，創(chuàng)新管理模式，建立系統(tǒng)、科學(xué)、高效的決策運(yùn)行機(jī)制，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)科研、部署、決策、運(yùn)行等各個(gè)環(huán)節(jié)，踐行和推廣地質(zhì)工程一體化，提高組織生產(chǎn)運(yùn)行效率，提質(zhì)增效推動(dòng)南川頁巖氣效益開發(fā)。

1 地質(zhì)背景

渝東南盆緣轉(zhuǎn)換帶位于重慶市與貴州省交界的南川、彭水、武隆、道真等縣市，構(gòu)造上處于四川盆地川東高陡構(gòu)造帶和武陵褶皺帶西北緣（圖1），毗鄰焦石壩構(gòu)造。該地區(qū)歷經(jīng)加里東期、海西期、印支期、燕山—喜馬拉雅期等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊加改造，以燕山—喜馬拉雅期作用影響最為強(qiáng)烈，奠定了以NE—SW 向?yàn)橹鞯南蛐迸c背斜相間分布的槽—檔構(gòu)造格局，形成了現(xiàn)今的構(gòu)造形態(tài)。該區(qū)頁巖氣目的層為上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組，主要分布于殘留向斜，部分位于斜坡和背斜，總面積4 242 km2，頁巖氣資源量2.8×1012m3，頁巖氣處于超壓與常壓過渡帶，以常壓頁巖氣為主[4]。

圖1 四川盆地渝東南盆緣轉(zhuǎn)換帶構(gòu)造位置Fig.1 Structural location in basin-margin transition zone of SE Chongqing,Sichuan Basin

經(jīng)過十多年持續(xù)攻關(guān)，常壓頁巖氣取得了一定規(guī)模的商業(yè)化開發(fā)，但是在井網(wǎng)優(yōu)化部署、開發(fā)規(guī)律認(rèn)識以及一體化管理等方面仍面臨著挑戰(zhàn)[10]。主要表現(xiàn)為：①南川區(qū)塊地表?xiàng)l件復(fù)雜，且受環(huán)境生態(tài)、城市規(guī)劃、工業(yè)園區(qū)等因素制約多，井場選址難度大，井網(wǎng)優(yōu)化部署難度大，如井距、段長及水平段方位難以同步兼顧。②地下條件復(fù)雜，南川區(qū)塊構(gòu)造復(fù)雜，頁巖埋深較大，地層經(jīng)歷多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，斷層、微斷層、微幅構(gòu)造、破碎帶、天然裂縫系統(tǒng)等不同程度發(fā)育，地層非均質(zhì)性強(qiáng)，地應(yīng)力條件復(fù)雜多變。受地下復(fù)雜條件影響優(yōu)質(zhì)頁巖層穿行率低，且儲(chǔ)層改造形成復(fù)雜縫網(wǎng)難度較大。③效益開發(fā)存在風(fēng)險(xiǎn)：受地面和地下雙復(fù)雜條件影響，地面、鉆井以及壓裂等環(huán)節(jié)施工費(fèi)用高，而氣井產(chǎn)能具有不確定性或者平面差異較大。面對南川地區(qū)“地面地下雙復(fù)雜”地質(zhì)特征，需要應(yīng)用地質(zhì)工程一體化理念實(shí)現(xiàn)“少井高產(chǎn)”的開發(fā)策略，推動(dòng)南川地區(qū)頁巖氣效益開發(fā)。

2 地質(zhì)工程一體化實(shí)踐

地質(zhì)工程一體化是以提高開發(fā)效益為核心，以地質(zhì)—儲(chǔ)層綜合研究為基礎(chǔ)，優(yōu)化井網(wǎng)部署及鉆完井設(shè)計(jì)，應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)工藝，采用全方位項(xiàng)目管理機(jī)制優(yōu)化組織運(yùn)行模式，最大限度地提高單井產(chǎn)量和降低工程成本，實(shí)現(xiàn)開發(fā)效益最大化，其主要內(nèi)容是一體化研究部署，一體化設(shè)計(jì)實(shí)施和全過程一體化管理。

2.1 一體化研究部署

南川地區(qū)頁巖氣后期經(jīng)歷多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)改造，復(fù)雜構(gòu)造特征給頁巖氣的效益開發(fā)帶來了更大的挑戰(zhàn)。開發(fā)初期主要依賴地球物理資料對構(gòu)造的認(rèn)識，受限于復(fù)雜的構(gòu)造特征以及資料精度，部署方案需要隨著評價(jià)井實(shí)施進(jìn)行不斷地優(yōu)化調(diào)整。隨著勘探開發(fā)程度的不斷深入，不僅要應(yīng)用地震、鉆井、測井、錄井等資料進(jìn)行地質(zhì)模型迭代優(yōu)化，還要綜合考慮儲(chǔ)層品質(zhì)、鉆井品質(zhì)和完井品質(zhì)。同時(shí)，要?jiǎng)屿o結(jié)合，深化已鉆井試氣試采規(guī)律認(rèn)識，采用地質(zhì)—工程—經(jīng)濟(jì)一體化技術(shù)流程，持續(xù)優(yōu)化開發(fā)技術(shù)政策及井位設(shè)計(jì)方案，穩(wěn)步推進(jìn)頁巖氣產(chǎn)建進(jìn)程，提高部署設(shè)計(jì)實(shí)施的符合率及儲(chǔ)量動(dòng)用程度最大化。最大曲率屬性及螞蟻體預(yù)測揭示大尺度裂縫主要沿?cái)嗔褞Оl(fā)育，平橋南斜坡、東勝背斜主體區(qū)、東勝南斜坡東西翼靠近斷裂區(qū)，裂縫較發(fā)育，東勝南斜坡主體區(qū)裂縫相對較少，平橋南背斜裂縫較為發(fā)育，天然縫網(wǎng)發(fā)育有利于后期壓裂改造動(dòng)用。以頁巖氣儲(chǔ)層品質(zhì)為基礎(chǔ)，地層壓力系數(shù)、埋深、地應(yīng)力為核心，參考地下構(gòu)造情況，并結(jié)合水平井測試效果，產(chǎn)建區(qū)儲(chǔ)量綜合評價(jià)劃分為3 類（圖2），根據(jù)儲(chǔ)量分級評價(jià)結(jié)果，結(jié)合試氣試采認(rèn)識，按照整體部署、分步實(shí)施、動(dòng)態(tài)優(yōu)化原則，編制了整體開發(fā)設(shè)計(jì)。綜合考慮構(gòu)造、應(yīng)力等復(fù)雜地質(zhì)因素，對水平段方位及段長進(jìn)行差異化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)井網(wǎng)優(yōu)化調(diào)整。背斜區(qū)：高陡狹長、埋藏高差大、兩向應(yīng)力差異系數(shù)高，優(yōu)先考慮小應(yīng)力夾角（小于等于30°）、下傾井型，沿背斜軸線雙向布井，盡可能延長水平段（實(shí)施井平均1 600～2 300 m）。單斜區(qū)：寬緩、埋藏淺、高差小、兩向應(yīng)力差異系數(shù)低，優(yōu)先考慮長水平段、中應(yīng)力夾角（小于等于45°）、小靶點(diǎn)高差。向斜區(qū)：高陡下凹、埋藏深、核部應(yīng)力集中，優(yōu)先考慮小靶點(diǎn)高差、長段長、中小應(yīng)力夾角（小于等于35°）。在井網(wǎng)差異化部署的基礎(chǔ)上，結(jié)合探評井、試驗(yàn)井組試氣試采效果，按照“先肥后瘦”原則，逐步開發(fā)，滾動(dòng)建產(chǎn)，整體控制風(fēng)險(xiǎn)，追求效益開發(fā)。

圖2 南川區(qū)塊儲(chǔ)量綜合評價(jià)分級Fig.2 Reserves comprehensive evaluation grading in Nanchuan Block

2.2 一體化設(shè)計(jì)實(shí)施

2.2.1 多因素統(tǒng)籌，實(shí)現(xiàn)鉆前工程最優(yōu)化

工區(qū)內(nèi)為喀斯特地貌，地下溶洞暗河發(fā)育，地表森林覆蓋率高，人居及水資源分布不均，面臨井場選擇難度大、表層鉆井復(fù)雜、工程建設(shè)成本高和環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)大的挑戰(zhàn)。為統(tǒng)籌兼顧地面和地下資源，實(shí)現(xiàn)地下資源的最大化效益開采，采用井位部署平臺(tái)化的手段，通過對地形地貌、交通水系、地質(zhì)災(zāi)害及保護(hù)區(qū)等地面因素綜合評估，充分考慮當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境、生活環(huán)境，進(jìn)行平臺(tái)優(yōu)選，實(shí)現(xiàn)鉆前工程最優(yōu)化。

2.2.2 源頭優(yōu)化鉆井設(shè)計(jì)

受多期構(gòu)造變形的改造與疊加影響，形成了各種不同類型、不同規(guī)模、不同展布方向的斷層、微斷層、褶皺和天然裂縫帶，造成鉆井過程中存在鉆井液漏失、遇卡遇阻等鉆井復(fù)雜狀況。地質(zhì)—工程一體化設(shè)計(jì)需要地質(zhì)人員精細(xì)刻畫構(gòu)造特征，確定水平井位置，重點(diǎn)對水平段穿行的構(gòu)造細(xì)節(jié)變化進(jìn)行描述，確定不同位置地層傾角，為工程人員計(jì)算造斜率、選擇導(dǎo)向儀器和導(dǎo)向工具組合提供參考。比如在水平段軌跡設(shè)計(jì)方面，拾取構(gòu)造傾角屬性來提示井軌跡上的傾角突變；在天然裂縫的識別方面，采用螞蟻體刻畫技術(shù)提示斷層或裂縫帶的位置及發(fā)育強(qiáng)度，進(jìn)行軌跡優(yōu)化合理避讓易漏失垮塌點(diǎn)。針對易造成工程復(fù)雜的井段采用地震多屬性聯(lián)合分析技術(shù)進(jìn)行鉆前預(yù)警，沿井軌跡提取振幅剖面、視極性剖面、瞬時(shí)帶寬剖面和螞蟻體剖面，直觀展示鉆井復(fù)雜的位置、特征和復(fù)雜程度，并以此為依據(jù)優(yōu)化鉆井導(dǎo)向方案。壓裂方案則充分結(jié)合地質(zhì)、鉆井工程的要求進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)，以此實(shí)現(xiàn)鉆井壓裂一體化。如在井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面，其總體原則是實(shí)現(xiàn)地質(zhì)目的、成本經(jīng)濟(jì)、保證鉆完井安全順利實(shí)施和滿足壓裂施工要求。南川頁巖氣井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化為二開井身結(jié)構(gòu)，套管頭設(shè)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)套管頭，壓力級別滿足壓裂要求，對于垂深3 500 m 以淺的井采用105 MPa，對于垂深3 500 m 以深的井采用140 MPa；表層套管設(shè)計(jì)與常規(guī)井相同；生產(chǎn)套管設(shè)計(jì)為完井套管至井口，套管抗內(nèi)壓強(qiáng)度滿足壓裂施工要求，對于垂深3 500 m以淺的井采用P110鋼級套管，對于垂深3 500 m以深的井采用TP125V 鋼級套管。針對大規(guī)模壓裂對固井質(zhì)量要求高的情況，通過地層承壓試驗(yàn)、常規(guī)水泥+低密度水泥+低返等方式降低漏失風(fēng)險(xiǎn)，充分保證水平段固井質(zhì)量。

2.2.3 鉆井設(shè)計(jì)高效實(shí)施提升靶窗鉆遇率

1）精細(xì)歸位，一維真厚度域?qū)Ρ?/p>

目前常規(guī)的水平井地層對比歸位方法仍是采用類似于直井的方法，在垂厚域進(jìn)行曲線形態(tài)、旋回特征的對比，對鉆頭當(dāng)前所處的地層進(jìn)行判斷，進(jìn)而下達(dá)導(dǎo)向指令。對水平井來說，受地層產(chǎn)狀變化及井軌跡上下浮動(dòng)影響，垂厚域下的地層對比與直井的地層對比存在較大差異，容易造成誤判，導(dǎo)致鉆井失利。真厚度域?qū)Ρ饶軌蛴行Ы档偷貙赢a(chǎn)狀變化引起的上切或下切段曲線形態(tài)差異，使歸位后的曲線形態(tài)與基準(zhǔn)井有較好的對應(yīng)性，且曲線對比結(jié)果展示（圖3）更為清晰。

圖3 南川區(qū)塊SY2-5HF井真厚度域?qū)Ρ菷ig.3 Comparison of true thickness domain of Well-SY2-5HF in Nanchuan Block

2）趨勢控制，二維地震剖面約束軌跡穿行

水平井軌跡精準(zhǔn)穿行的關(guān)鍵在于對水平段地層傾角的準(zhǔn)確把握，掌控井軌跡與地層的上、下切關(guān)系，微調(diào)井斜角，控制軌跡在設(shè)計(jì)靶窗內(nèi)平穩(wěn)穿行。目前常規(guī)做法是依據(jù)實(shí)時(shí)井眼軌跡數(shù)據(jù)曲線、測井?dāng)?shù)據(jù)曲線、綜合錄井?dāng)?shù)據(jù)曲線，在二維平面上單獨(dú)或疊加作出幾何圖形，計(jì)算地層傾角，識別上下切關(guān)系，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向功能。該方法受限于二維平面，認(rèn)識滯后于鉆頭，在鉆遇復(fù)雜情況時(shí)往往反映不及時(shí)，造成軌跡出窗的不利局面。地震信息的有效應(yīng)用變成了切實(shí)可行的指導(dǎo)方向（圖4），逐步形成了速度模型動(dòng)態(tài)校正—深度域剖面地層趨勢預(yù)測—實(shí)鉆信息驗(yàn)證迭代的地震導(dǎo)向技術(shù)，克服了以往靜態(tài)剖面的局限，大幅提高了地震資料對預(yù)鉆探地層的預(yù)測精度，便于地質(zhì)導(dǎo)向師提前規(guī)劃待鉆軌跡，指導(dǎo)水平井平穩(wěn)穿行。

圖4 基于地震預(yù)測地層趨勢指導(dǎo)水平段穿行Fig.4 Guiding horizontal section travel based on seismic prediction of stratigraphic trends

3）井震結(jié)合，提升地模精度落實(shí)水平段地層展布特征

以蘊(yùn)含豐富地質(zhì)信息的地震數(shù)據(jù)為依托，結(jié)合真厚度域?qū)游粴w位點(diǎn)信息、二維導(dǎo)向剖面模型線信息，迭代校正構(gòu)造層面模型，建立精確程度高、可靠性強(qiáng)的三維地質(zhì)模型，摸清儲(chǔ)層橫向和縱向的分布特征，落實(shí)斷層的展布形態(tài)，應(yīng)用三維可視化技術(shù)在立體空間中優(yōu)化井眼軌跡、指導(dǎo)水平井導(dǎo)向工作能夠極大程度地排除各類地質(zhì)異常對鉆井工程的影響，提高靶窗鉆遇率。

2.2.4 壓裂設(shè)計(jì)及實(shí)施

頁巖儲(chǔ)層為特低滲儲(chǔ)層，只有通過大規(guī)模水力壓裂改造形成復(fù)雜縫網(wǎng)才可能取得較好的產(chǎn)能。但是要獲得較好的產(chǎn)能，既要有良好的地質(zhì)條件為資源基礎(chǔ)，也要選取具有較好可壓性的工程“甜點(diǎn)”，優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，力爭實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的縫網(wǎng)。

產(chǎn)能“甜點(diǎn)”[11-18]是指頁巖氣水平井通過壓裂改造獲得較高產(chǎn)能的井段，產(chǎn)能“甜點(diǎn)”在地化、儲(chǔ)層評價(jià)以及脆性參數(shù)上表現(xiàn)為TOC（總有機(jī)碳含量）較高、天然裂縫發(fā)育、孔隙度和滲透率高及氣測顯示較高；在工程方面表現(xiàn)為較小地應(yīng)力差異、高楊氏模量和低泊松比。

南川地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組①—③小層具有高TOC、高孔、高含氣、高硅質(zhì)含量特征，且水平主應(yīng)力差為6 MPa，水平應(yīng)力差異系數(shù)為0.09，泊松比平均為0.20，楊氏模量為38.38 GPa，有利于形成網(wǎng)狀縫。大量試氣井產(chǎn)氣效果表明，①—③小層穿行比例與單位長度無阻流量呈現(xiàn)正相關(guān)，穿行①—③小層越長，單井無阻流量越高?；谝陨戏治雒鞔_①—③小層為南川地區(qū)地質(zhì)“甜點(diǎn)”。一體化壓裂設(shè)計(jì)則是在地質(zhì)“甜點(diǎn)”中優(yōu)選壓裂工程“甜點(diǎn)”、確定最優(yōu)施工參數(shù)。基于高分辨率精細(xì)三維地學(xué)模型，沿井筒提取楊氏模量、泊松比等屬性參數(shù)，結(jié)合應(yīng)力分布數(shù)據(jù)、天然裂縫分布數(shù)據(jù)，綜合分析優(yōu)化壓裂分段及射孔參數(shù)。將壓裂分段分簇及施工參數(shù)傳遞給水力壓裂縫網(wǎng)模擬器開展壓裂縫網(wǎng)模擬，該模擬器可以考慮水力裂縫與天然裂縫交互作用、水力裂縫間應(yīng)力陰影效應(yīng)等。將模擬得到的壓后數(shù)值模型利用油藏?cái)?shù)值模擬器進(jìn)行求解，得到壓后預(yù)測產(chǎn)量，利用預(yù)測產(chǎn)量進(jìn)一步反向指導(dǎo)壓裂設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化。

1）射孔優(yōu)化

在保證地質(zhì)“甜點(diǎn)”與工程“甜點(diǎn)”匹配的基礎(chǔ)上，針對水平井段內(nèi)不同物性的壓裂段優(yōu)化分簇策略及施工規(guī)模，擴(kuò)大縫網(wǎng)波及范圍，提高支撐劑有效支撐，以達(dá)到最佳的施工效果。首先根據(jù)三維地學(xué)模型和單井測井曲線，將物性相近壓裂段劃分為同一地質(zhì)大段，在地質(zhì)大段的基礎(chǔ)上，開展射孔簇?cái)?shù)與間距的敏感性分析，確定各地質(zhì)大段最佳的分簇策略和施工規(guī)模。設(shè)計(jì)過程中，主要采用斯倫貝謝Kinetix地質(zhì)工程一體化壓裂設(shè)計(jì)流程（圖5），基于單井測井曲線，綜合考慮三維地學(xué)模型、天然裂縫分布等常規(guī)工作流程所不能包含的關(guān)鍵因素，將關(guān)鍵的壓裂設(shè)計(jì)參數(shù)正向傳遞給水力縫網(wǎng)模擬器與油藏模擬器，通過壓后產(chǎn)量反向調(diào)整壓裂設(shè)計(jì)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)以測井?dāng)?shù)據(jù)為主向單井?dāng)?shù)據(jù)與三維模型有效結(jié)合的轉(zhuǎn)變；由經(jīng)驗(yàn)性的、定性的分析轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)驗(yàn)與多學(xué)科定量研究；由忽略天然裂縫影響的常規(guī)水力裂縫模擬轉(zhuǎn)變?yōu)榭紤]天然裂縫的復(fù)雜縫網(wǎng)模擬過程。

圖5 地質(zhì)工程一體化工作壓裂設(shè)計(jì)流程Fig.5 Flow of fracturing design for geo-engineering integration

以SY14-8HF 井為例，根據(jù)三維模型計(jì)算關(guān)鍵屬性分布規(guī)律（包括總有機(jī)碳含量分布、最小水平主應(yīng)力分布和天然裂縫分布），結(jié)果表明總有機(jī)碳含量整體變化不明顯，根據(jù)最小水平主應(yīng)力和天然裂縫分布特征，劃分為3 類地質(zhì)大段，其中第一段（4 200～5 260 m）平面非均質(zhì)性明顯較強(qiáng)，井段兩側(cè)相差3～5 MPa，天然裂縫比較發(fā)育（圖6）；第二段（3 950～4 200 m）兩側(cè)非均質(zhì)性較弱，相差2～3 MPa，天然裂縫中等發(fā)育；第三段（3 490～3 950 m）兩側(cè)非均質(zhì)性較弱，地應(yīng)力接近一致，天然裂縫弱發(fā)育。

圖6 南川區(qū)塊SY14-8HF井周天然裂縫分布Fig.6 Distribution of natural fracture around Well-SY14-8HF in Nanchuan Block

基于各段的地質(zhì)特征，以第一段為例，選定段長為80 m 的水平井段，分別設(shè)計(jì)4 簇、6 簇、8 簇等射孔方案，對應(yīng)簇間距分別為20，12，8.5 m，利用UFM 模型進(jìn)行復(fù)雜縫網(wǎng)模擬，然后根據(jù)模擬結(jié)果開展壓后產(chǎn)能預(yù)測，最終確定射孔方案?？p網(wǎng)模擬結(jié)果顯示（圖7）：4 簇射孔下，縫網(wǎng)比較復(fù)雜，支撐劑運(yùn)移較為困難，東部受天然裂縫和地應(yīng)力影響縫網(wǎng)擴(kuò)展受限；6 簇射孔下，縫網(wǎng)復(fù)雜程度有所增加，局部支撐劑鋪置得到改善，東部受天然裂縫和地應(yīng)力影響縫網(wǎng)擴(kuò)展受限；8簇射孔下，縫網(wǎng)復(fù)雜程度有所降低，部分孔眼起裂的裂縫未充分延伸，近井筒導(dǎo)流能力較高，縫網(wǎng)區(qū)域相對較小。壓后產(chǎn)能預(yù)測結(jié)果（圖8）顯示，6簇射孔下，壓后產(chǎn)能最好，縫網(wǎng)控制范圍最大。

圖8 第一類大段不同射孔方案累計(jì)產(chǎn)氣量Fig.8 Cumulative gas production curves of different perforation schemes of first section type

根據(jù)模擬結(jié)果認(rèn)為第一類高應(yīng)力非均質(zhì)性、天然裂縫發(fā)育段，推薦12 m簇間距，可以溝通更多的天然裂縫，增加縫網(wǎng)控制區(qū)域；針對第二類中等應(yīng)力、中等非均質(zhì)性、天然裂縫發(fā)育中等段，推薦12～20 m簇間距，可以增加縫網(wǎng)復(fù)雜程度，改善近井支撐；針對第三類低應(yīng)力、弱應(yīng)力非均質(zhì)性、天然裂縫欠發(fā)育段，推薦20 m簇間距，盡可能溝通遠(yuǎn)端天然裂縫?；谝陨戏侄畏执夭呗院途C合評價(jià)結(jié)果，優(yōu)選綜合質(zhì)量較好的位置布孔，次選完井質(zhì)量好、油藏質(zhì)量中等的位置布孔，對綜合質(zhì)量表現(xiàn)為差的位置不射孔。

2）施工規(guī)模優(yōu)化

工區(qū)支撐劑構(gòu)成一般為1/3 粉砂+1/3 中砂+1/3中陶，平均加砂強(qiáng)度1.2 m3/m。在支撐劑類型固定的基礎(chǔ)上，分析不同加砂強(qiáng)度對產(chǎn)量的影響，為優(yōu)化施工規(guī)模提供依據(jù)。以天然裂縫發(fā)育段的6 簇射孔為例，分別設(shè)計(jì)1.2，1.6，2.0 m3/m的加砂強(qiáng)度，模擬縫網(wǎng)延伸和壓后產(chǎn)能表現(xiàn)。隨著規(guī)模增加，縫網(wǎng)控制范圍相應(yīng)增加（圖9）。

圖9 不同加砂強(qiáng)度下縫網(wǎng)模擬結(jié)果Fig.9 Simulation results of seam network under different sand adding strengths

根據(jù)Kinetix 一體化工作流程，模擬了不同加砂強(qiáng)度下的壓后產(chǎn)能表現(xiàn)。結(jié)果表明，加砂強(qiáng)度從1.2 m3/m增加至1.6 m3/m后，累計(jì)產(chǎn)能增加7%，進(jìn)一步增加至2 m3/m，累計(jì)產(chǎn)能增加約5%（圖10）。

圖10 南川區(qū)塊SY14-8HF井不同加砂強(qiáng)度下累計(jì)產(chǎn)氣曲線Fig.10 Cumulative gas production curves of Well-SY14-8HF with different sand intensification

基于以上設(shè)計(jì)方案，綜合三維地學(xué)模型和天然裂縫分布，利用Kinetix 開展全井壓后縫網(wǎng)模擬（圖11），支撐縫網(wǎng)長235 m，支撐縫網(wǎng)寬55 m，支撐縫高18 m，平均裂縫導(dǎo)流能力120×10-3μm2·m。

圖11 壓后縫網(wǎng)模擬結(jié)果Fig.11 Simulation results of fracture network

2.3 一體化支撐保障

組織相關(guān)生產(chǎn)和科研單位的各專業(yè)人員成立地質(zhì)工程一體化工作組，按地質(zhì)勘探、鉆井、壓裂、試采、地面集輸?shù)葘I(yè)工作分配任務(wù)。其中地質(zhì)勘探人員主要開展地應(yīng)力和天然裂縫分布特征研究，豐富和完善評價(jià)選區(qū)技術(shù)，強(qiáng)化地質(zhì)工程一體化研究，指導(dǎo)區(qū)塊新部署平臺(tái)和建產(chǎn)井的鉆井地質(zhì)工程設(shè)計(jì)、建立導(dǎo)向模型；鉆井人員主要通過鉆井時(shí)效、鉆井復(fù)雜事故、鉆井新技術(shù)新工藝跟蹤分析，建立區(qū)域優(yōu)快鉆井模型，優(yōu)化鉆井參數(shù)；壓裂人員主要是強(qiáng)化單井和區(qū)域儲(chǔ)層改造效果分析，形成壓后評估技術(shù)和評價(jià)體系，優(yōu)化壓裂方案設(shè)計(jì)，指導(dǎo)現(xiàn)場實(shí)施；試采開發(fā)人員著重開展排采效果分析，完善適合區(qū)域特點(diǎn)的排采制度，開展頁巖氣采氣工藝技術(shù)適應(yīng)性研究，優(yōu)選工藝并組織好采氣現(xiàn)場試驗(yàn)；地面集輸人員主要結(jié)合區(qū)塊開發(fā)氣藏工程、開發(fā)生產(chǎn)需求和計(jì)劃，根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)狀，分析內(nèi)外輸管道集輸適應(yīng)性，調(diào)整優(yōu)化工藝參數(shù)，摸索集輸運(yùn)行規(guī)律，制訂適合區(qū)塊的集輸運(yùn)行方式[19]。

3 認(rèn)識及實(shí)施效果

3.1 一體化認(rèn)識

南川頁巖氣整體構(gòu)造復(fù)雜，北部為高陡構(gòu)造，而南部逐漸變的寬緩，且南部部分目的層出露，壓力系數(shù)由北往南從高壓（1.30～1.35）逐漸變?yōu)槌?，目的層埋深差異較大（2 000～4 000 m），所以受壓力系數(shù)、構(gòu)造、埋深等參數(shù)平面差異，在一體化實(shí)施過程中需要采取針對性、差異化措施保障一體化實(shí)施效果。目前針對埋深中等（2 000～3 500 m）寬緩構(gòu)造區(qū)為一體化高效實(shí)施奠定良好地質(zhì)條件，實(shí)施效果整體較好；而對于深層（3 500～4 000 m）高陡構(gòu)造區(qū)一體化實(shí)施雖然取得一定進(jìn)展，但是仍需要深化地質(zhì)認(rèn)識，進(jìn)一步開展一體化優(yōu)化研究，為高效開發(fā)提供保障。

3.2 實(shí)施效果

一體化鉆井導(dǎo)向團(tuán)隊(duì)根據(jù)物探預(yù)測趨勢提前制定導(dǎo)向思路和調(diào)整方向，通過定導(dǎo)一體化實(shí)施導(dǎo)向指令減少41%，復(fù)合鉆進(jìn)占比88%，實(shí)施井水平段長1 800～2 100 m，“甜點(diǎn)”段鉆遇率達(dá)到100%，平均日進(jìn)尺220 m，平均機(jī)械鉆速11.3 m/h，平均單井節(jié)約施工費(fèi)200萬元。強(qiáng)化學(xué)習(xí)曲線應(yīng)用[20]，圍繞影響地質(zhì)工程一體化作業(yè)的關(guān)鍵因素強(qiáng)化鉆井參數(shù)攻關(guān)[21]和管理創(chuàng)新，不斷優(yōu)化鉆完井工藝，隆頁1 平臺(tái)開展學(xué)習(xí)曲線對標(biāo)，機(jī)械鉆速大幅提高（圖12），最高日進(jìn)尺473 m，隆頁1-2HF井完鉆井深4 592 m，鉆井周期22.22 d，機(jī)械鉆速達(dá)16.52 m/h，鉆井周期明顯縮短。壓裂平均段長增加9.2 %，單井射孔簇?cái)?shù)增加24.6%，單段砂量提升31.1%，加砂強(qiáng)度提升20.2%，達(dá)到1.3 m3/m，平臺(tái)單日壓裂段數(shù)由3 段提高至3.5段，單井壓裂成本降低32.4%。

圖12 分層機(jī)械鉆速對比Fig.12 Comparison of ROP in different formations

井組部署區(qū)原始地層壓力系數(shù)為1.12～1.20，埋深為2 500～3 500 m，孔隙度為3.6 %～4.5 %，含氣量為4.0～4.2 m3/t，地應(yīng)力為50～75 MPa，水平應(yīng)力差異系數(shù)為0.11～0.14。通過一體化實(shí)施測試日產(chǎn)氣為（10.3～32.8）×104m3，套壓為10.7～16.8 MPa，無阻流量為（14.6～46.8）×104m3/d。

4 智能化評價(jià)

南川頁巖氣田在一體化實(shí)踐中積極推進(jìn)信息化建設(shè)，基于中國石化統(tǒng)一移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)框架，圍繞南川頁巖氣生產(chǎn)運(yùn)行管理業(yè)務(wù)，充分發(fā)揮移動(dòng)終端優(yōu)勢，以物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)為基礎(chǔ)，開展南川智能化氣田管理平臺(tái)建設(shè)與應(yīng)用，建設(shè)有“油氣生產(chǎn)運(yùn)行指揮系統(tǒng)”及相應(yīng)的手機(jī)應(yīng)用程序（APP）——“南川PCS”。其中手機(jī)APP主要面向管理層、執(zhí)行層用戶，便于用戶查詢生產(chǎn)數(shù)據(jù)、分析生產(chǎn)動(dòng)態(tài)、下達(dá)生產(chǎn)指令，提高用戶掌控生產(chǎn)全局的能力，擴(kuò)展用戶運(yùn)行管理的手段。數(shù)據(jù)采集模塊包含井口數(shù)據(jù)（技套壓力、表套壓力、油壓、電動(dòng)閥遠(yuǎn)程控制）、分離器數(shù)據(jù)（氣體流量、液體流量、溫度參數(shù)）以及壓縮機(jī)數(shù)據(jù)（運(yùn)行數(shù)據(jù)及功能參數(shù)，并且可遠(yuǎn)程緊急關(guān)功能），安裝相應(yīng)的無線傳感器及網(wǎng)絡(luò)通訊供電設(shè)備，提供遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)信號。視頻監(jiān)控模塊在每個(gè)平臺(tái)安裝3 個(gè)視頻監(jiān)控探頭，實(shí)現(xiàn)井場全覆蓋。同時(shí)在便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主機(jī)集成視頻監(jiān)控功能。通過視頻監(jiān)控、感應(yīng)系統(tǒng)、光纖傳輸及電子傳感器等設(shè)備的應(yīng)用，氣井生產(chǎn)平臺(tái)真正實(shí)現(xiàn)無人值守，實(shí)現(xiàn)氣田管理模式和生產(chǎn)模式雙變革。智能化系統(tǒng)應(yīng)用能夠?qū)饩a(chǎn)狀況實(shí)現(xiàn)主動(dòng)巡檢，對于異常工況提前診斷，對氣井進(jìn)行遠(yuǎn)程啟停和遠(yuǎn)程參數(shù)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)及時(shí)處置，降低氣田安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，智能化系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)各項(xiàng)生產(chǎn)參數(shù)在線實(shí)時(shí)錄取，提高資料錄取的精度，為氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析提供有力支撐，大大提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。設(shè)備遠(yuǎn)程控制功能實(shí)現(xiàn)前，單個(gè)平臺(tái)需要2名駐井人員，一年人工成本在35萬元左右；通過氣田智能化推進(jìn)，該功能實(shí)現(xiàn)后，單個(gè)平臺(tái)僅需0.67人次，一年人工成本在11.67 萬元，人工成本同比下降了67 %，目前已有20 個(gè)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備遠(yuǎn)程控制，年人工成本可節(jié)約466萬元。安防系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)、管道的可視化，建立了周界入侵報(bào)警機(jī)制，減少巡線人數(shù)4名，年人工成本節(jié)約70萬元。因此，每年人工成本可節(jié)約536萬元，隨著平臺(tái)數(shù)量和管線里程的進(jìn)一步增多，可大大節(jié)約人工成本。

5 結(jié)論

南川地區(qū)頁巖氣構(gòu)造復(fù)雜，壓力系數(shù)低，給效益開發(fā)帶來挑戰(zhàn)。按照地質(zhì)工程一體化設(shè)計(jì)理念，從研究部署到設(shè)計(jì)實(shí)施再到現(xiàn)場支撐保障全面推行一體化，融合多學(xué)科、多專業(yè)、多信息優(yōu)勢，圍繞“部好井、穿好層、造復(fù)雜縫”力爭實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量最大化，為頁巖氣效益開發(fā)提供有力保障。地質(zhì)工程一體化實(shí)踐表明一體化井網(wǎng)部署實(shí)現(xiàn)了源頭降本、一體化定導(dǎo)鉆井實(shí)現(xiàn)了提速、一體化壓裂優(yōu)化實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層改造體積最大。通過全過程一體化實(shí)踐和智能化建設(shè)積極推動(dòng)了南川地區(qū)常壓頁巖氣效益開發(fā)。