伍賢柱

（中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司，四川成都 610051）

中國(guó)頁(yè)巖氣資源非常豐富，可采資源量達(dá)25.0×1012m3，其中，四川盆地頁(yè)巖氣可采資源量可達(dá)4.4×1012m3，是中國(guó)頁(yè)巖氣資源最豐富的區(qū)域。頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)降低石油特別是天然氣對(duì)外的依存度、保障國(guó)家能源安全、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重大戰(zhàn)略意義[1]。2012年，國(guó)家批準(zhǔn)建立“長(zhǎng)寧-威遠(yuǎn)國(guó)家級(jí)頁(yè)巖氣示范區(qū)”，大力支持頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，2014 年正式啟動(dòng)了威遠(yuǎn)10×108m3頁(yè)巖氣示范區(qū)產(chǎn)能建設(shè)[1-3]。威遠(yuǎn)區(qū)域構(gòu)造隸屬川西南古中斜坡低陡褶帶，西北高東南低，屬深水陸棚相沉積，目的層為上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組黑色頁(yè)巖地層，其中龍一1亞段為富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層段，平均厚度48.30 m，埋深1 500.00～3 700.00 m。相比北美頁(yè)巖氣主力區(qū)塊，威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣地質(zhì)條件復(fù)雜，工程技術(shù)面臨很大挑戰(zhàn)，龍馬溪組頁(yè)巖地層年代古老，經(jīng)歷多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)改造，埋藏深、應(yīng)力差大、儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)、單井產(chǎn)量差異大等，北美等地區(qū)頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)模式和技術(shù)不完全適用。因此，需要立足該區(qū)域頁(yè)巖氣藏的特點(diǎn)，研究形成具有針對(duì)性的地質(zhì)評(píng)價(jià)與開(kāi)發(fā)技術(shù)，以“選好區(qū)、打準(zhǔn)層、壓好井、采好氣”為核心，圍繞頁(yè)巖地質(zhì)評(píng)價(jià)及井位部署優(yōu)化、水平井優(yōu)快鉆井及精準(zhǔn)地質(zhì)導(dǎo)向、水平井體積壓裂、排采及動(dòng)態(tài)分析等4個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，形成了適合威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣藏勘探開(kāi)發(fā)的6項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，即頁(yè)巖氣高產(chǎn)區(qū)帶評(píng)價(jià)與優(yōu)選特色技術(shù)、復(fù)雜地表?xiàng)l件下一體化井位部署與優(yōu)化、長(zhǎng)水平段叢式水平井高效鉆井完井技術(shù)、頁(yè)巖甜點(diǎn)錄井輔助地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)、頁(yè)巖氣體積壓裂技術(shù)、排采測(cè)試及氣藏開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)分析技術(shù)，建立了適應(yīng)威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣藏的高效開(kāi)發(fā)模式，為四川盆地海相頁(yè)巖氣高效開(kāi)發(fā)提供了借鑒。

1 威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣高效開(kāi)發(fā)的主要挑戰(zhàn)

威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣區(qū)塊位于川南地區(qū)北部，呈現(xiàn)北部山地、中南部丘陵的地形，地勢(shì)自北西向南東傾斜，區(qū)塊內(nèi)豐富的水資源為頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)提供了有利條件，但人口、建筑物等相對(duì)稠密，鉆井平臺(tái)選址、布井需要考慮復(fù)雜的地形地貌、交通環(huán)境、城區(qū)等條件，目的層龍馬溪組頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的地質(zhì)條件復(fù)雜，斷層、天然裂縫、破碎帶發(fā)育且非均質(zhì)性很強(qiáng)[4-8]。因此，威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣高效開(kāi)發(fā)面臨諸多挑戰(zhàn)。

1.1 高產(chǎn)區(qū)預(yù)測(cè)難

頁(yè)巖氣單井產(chǎn)量差異大，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層分布規(guī)律不明確，高產(chǎn)區(qū)難預(yù)測(cè)。威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣藏單井產(chǎn)量差異大，測(cè)試產(chǎn)量（4～70）×104m3/d，同平臺(tái)井相差可達(dá)3～4倍；影響頁(yè)巖氣水平井產(chǎn)量的因素很多：如地質(zhì)因素包含儲(chǔ)層物性、礦物組成、生烴能力、成熟度、含氣飽和度、構(gòu)造條件、天然裂縫等；工程因素包含水平段長(zhǎng)度、井間距、壓裂段數(shù)與段間距、射孔方式、支撐劑類型與強(qiáng)度、壓裂液類型與用量、砂液比、注入速率、施工壓力等。高產(chǎn)的主控因素不明確且各因素間相互影響、單井影響因素差異顯著。單井控制面積小，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，致使縱向甜點(diǎn)和平面甜點(diǎn)難以準(zhǔn)確刻畫(huà)[4-7]。

1.2 優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層鉆遇率低

威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣區(qū)塊儲(chǔ)層薄且橫向分布不穩(wěn)定，微幅構(gòu)造發(fā)育且不易識(shí)別，縱向上優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層厚度在40.00 m左右，但目標(biāo)層龍一11小層的層理極其發(fā)育且厚度薄，導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層鉆遇率偏低。威遠(yuǎn)區(qū)塊水平井的靶窗小（3.00～8.00 m）且橫向變化大[5-8]，井眼軌跡控制難度大；龍馬溪組地層雖然無(wú)大型斷層但存在地層上傾、小斷層等構(gòu)造，地質(zhì)導(dǎo)向鉆井隨鉆測(cè)井解釋結(jié)果與前期地震資料存在差異，造成井眼軌跡頻繁調(diào)整，易造成脫靶，導(dǎo)致儲(chǔ)層鉆遇率降低10%左右[9-11]。

1.3 儲(chǔ)層改造技術(shù)不成熟

威遠(yuǎn)區(qū)塊頁(yè)巖儲(chǔ)層埋藏深，由于經(jīng)歷多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，造成構(gòu)造復(fù)雜、斷層發(fā)育、水平應(yīng)力差大。區(qū)塊內(nèi)最大水平主應(yīng)力方向基本一致，為近東西向，水平應(yīng)力差較大，威202和威204井區(qū)最大最小主應(yīng)力差分別為16.0和18.7 MPa[10]，壓裂縫網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)控制難度高。儲(chǔ)層質(zhì)量定量表征與壓裂甜點(diǎn)優(yōu)選決定能否形成最優(yōu)、最有效的壓裂縫網(wǎng)。目前，雖然形成了多種評(píng)價(jià)頁(yè)巖地層可壓性的方法，但對(duì)主控因素缺乏統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。同時(shí)壓裂施工現(xiàn)場(chǎng)影響因素錯(cuò)綜復(fù)雜，壓裂施工壓力高、加砂難度大，要實(shí)時(shí)控制砂堵，才能確保壓裂成功[12]。

1.4 排采工藝不適應(yīng)

常規(guī)一井一流程的地面返排測(cè)試流程不能適應(yīng)頁(yè)巖氣井工廠化壓裂模式的需要，且頁(yè)巖氣水平井返排、生產(chǎn)特征差異大，因此要確定合理的返排制度，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)頁(yè)巖氣井的產(chǎn)能[13]。確定頁(yè)巖氣返排評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，要綜合考慮見(jiàn)氣時(shí)間、見(jiàn)氣返排率、30 d返排率、產(chǎn)氣量峰值返排率、水氣比為1時(shí)的返排時(shí)間、開(kāi)發(fā)效果等。在開(kāi)發(fā)中建立科學(xué)合理的返排制度、常規(guī)氣水同產(chǎn)的產(chǎn)能預(yù)測(cè)與氣藏動(dòng)態(tài)分析方法，以提高其對(duì)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的適應(yīng)性。

2 威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣藏高產(chǎn)區(qū)帶評(píng)價(jià)及開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 頁(yè)巖氣高產(chǎn)區(qū)帶評(píng)價(jià)與優(yōu)選技術(shù)

2.1.1 頁(yè)巖氣藏構(gòu)造體系識(shí)別與分析

根據(jù)四川盆地及周緣區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)演化歷史和威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣藏全區(qū)域多層系地震構(gòu)造精細(xì)解釋結(jié)果，建立了威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣藏的主要構(gòu)造體系（見(jiàn)圖1），其主要由NWW向F1斷層構(gòu)造體系、SN向威204鼻突構(gòu)造體系、自流井-威遠(yuǎn)背斜構(gòu)造體系和NE向帚狀構(gòu)造體系組成。4個(gè)構(gòu)造體系的運(yùn)動(dòng)力學(xué)機(jī)制和形成期次不同，對(duì)斷裂帶（裂縫帶）發(fā)育程度的影響不同：NWW向F1斷層構(gòu)造體系和自流井-威遠(yuǎn)背斜構(gòu)造體系裂縫發(fā)育區(qū)的裂縫形成較早，裂縫充填程度高，對(duì)頁(yè)巖氣高產(chǎn)作用不大；SN向威204鼻突構(gòu)造體系和NE向帚狀構(gòu)造體系裂縫發(fā)育區(qū)的裂縫形成最晚，裂縫開(kāi)啟程度高，對(duì)頁(yè)巖氣高產(chǎn)有積極意義，但也很容易造成套管變形和井間連通，尤其是位于威遠(yuǎn)背斜東南翼及斜坡帶的NE向帚狀構(gòu)造體系的裂縫發(fā)育區(qū)。

圖1 威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣藏主要構(gòu)造體系Fig.1 Main structural system of Weiyuan shale gas reservoir

2.1.2 優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖區(qū)帶預(yù)測(cè)與高產(chǎn)目標(biāo)區(qū)圈定

從有利沉積相帶、有利裂縫帶、優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層厚度和靶體分布特征等4個(gè)方面圈定優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖高產(chǎn)區(qū)。奧陶紀(jì)末繼承發(fā)展的多個(gè)拉張斷層臺(tái)內(nèi)洼陷巖相古地理格局，形成了一套全盆地分布廣、沉積厚度大的低能、高沉積速率、古生物保存較完整的海相頁(yè)巖地層，控制了五峰組—龍一1亞段沉積微相和優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖沉積厚度，該套地層為先沉積后剝蝕且在五峰組—志留系地層剝蝕線下方，是尋找頁(yè)巖氣的有利區(qū)，對(duì)威遠(yuǎn)斜坡區(qū)西北地帶部署頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)評(píng)價(jià)井（龍馬溪組剝蝕線以下區(qū)域）具有重要意義。

根據(jù)巖性、電性及筆石帶變化特征，將五峰組—龍馬溪組的含氣頁(yè)巖段（五峰組—龍一1亞段）分為6個(gè)小層，進(jìn)一步將龍一1亞段自下而上劃分為龍一11、龍一12、龍一13和龍一14等4個(gè)小層，龍一11小層厚度約5.00 m，龍一12和龍一13小層的厚度約4.50 m，龍一14小層的厚度約25.00 m[7]。根據(jù)有機(jī)碳含量（TOC）、孔隙度、脆性礦物含量以及含氣量分析結(jié)果，4個(gè)小層中僅底部龍一11小層各項(xiàng)儲(chǔ)層參數(shù)最佳，為I類儲(chǔ)層，而上覆及下伏地層的儲(chǔ)層參數(shù)較差，因此龍一11小層為品質(zhì)較好區(qū)。同時(shí)，頁(yè)巖氣水平井產(chǎn)量與其在各小層穿行長(zhǎng)度具有相關(guān)性，在龍一11小層的穿行長(zhǎng)度與后期獲得高產(chǎn)井的概率呈正相關(guān)性，且靶體至優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖底界距離與水平井產(chǎn)量呈良好的負(fù)相關(guān)性，威遠(yuǎn)區(qū)塊高產(chǎn)水平井靶體與優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層底界的距離在5.00 m內(nèi)[7]。

根據(jù)威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣藏高產(chǎn)井地質(zhì)主控因素分析結(jié)果，在核心建產(chǎn)區(qū)部署了38口高產(chǎn)井，測(cè)試產(chǎn)量大于20×104m3/d的井有31口，占81.5%；測(cè)試產(chǎn)量大于15×104m3/d的井有34口，占89.4%，實(shí)鉆高產(chǎn)井與預(yù)測(cè)結(jié)果的吻合度高。

2.2 復(fù)雜地表?xiàng)l件下一體化井位部署與優(yōu)化

針對(duì)威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣藏復(fù)雜的人文、環(huán)境及地理?xiàng)l件，根據(jù)地形定量分級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果、地面動(dòng)遷條件和環(huán)境條件輔助部署井位。其中地形定量分級(jí)采用平均坡度、平緩區(qū)面積、地表海拔標(biāo)準(zhǔn)差3個(gè)參數(shù)進(jìn)行量化評(píng)價(jià)。地面動(dòng)遷條件借助圖片數(shù)字化技術(shù)利用安全距離判斷。同時(shí)結(jié)合道路交通、民居占用等環(huán)境條件優(yōu)化井位。

在滾動(dòng)評(píng)價(jià)、精細(xì)描述氣藏的基礎(chǔ)上，以最大程度優(yōu)先動(dòng)用優(yōu)質(zhì)資源為部署原則，形成了井位實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)整方法[9-10]。通過(guò)地面-地下條件、地質(zhì)-工程一體化優(yōu)化布井方式和布井參數(shù)，可以最大程度地動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量，平臺(tái)間采用交叉布井模式，同平臺(tái)采用米字形布井模式[9]（見(jiàn)圖2）。綜合考慮地面井場(chǎng)條件、體積壓裂需求、水平段方位與最小主應(yīng)力方向、水平井段的防塌要求，將水平段長(zhǎng)度由1 500.00～1 800.00 m優(yōu)化為1 800.00～2 200.00 m。

圖2 威遠(yuǎn)某平臺(tái)布井方式示意Fig. 2 Schematic diagram of the wells arrangement of a Weiyuan well-pad

2.3 長(zhǎng)水平段叢式水平井高效鉆井完井技術(shù)

2.3.1 井身結(jié)構(gòu)和井眼軌道優(yōu)化

針對(duì)威遠(yuǎn)區(qū)塊水平井鉆井又漏又涌或又漏又塌、鄰井碰撞風(fēng)險(xiǎn)高的技術(shù)難點(diǎn)，以滿足多段、大規(guī)模體積壓裂為原則，將水平井井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化為“表層封隔漏垮層+儲(chǔ)層段專打+?139.7 mm套管完井”三開(kāi)三完的井身結(jié)構(gòu)，表層套管段的鉆井周期由12.92 d縮短至6.23 d，未發(fā)生井下故障，有效提高了鉆井速度，減少了套管用量及巖屑產(chǎn)生量，在該區(qū)塊得到了全面推廣應(yīng)用。

針對(duì)頁(yè)巖氣水平井空間三維的特點(diǎn)，將五段制三維井眼軌道優(yōu)化為“雙二維”井眼軌道[1，14]，井眼軌道剖面如圖3所示。為適應(yīng)不同橫向偏移距、不同靶前距、不同儲(chǔ)層埋深、不同地層厚度的需要，形成了“直—微增—增—穩(wěn)”、“勺式負(fù)位移”等多種針對(duì)性的“雙二維”井眼軌道。采用雙二維井眼軌道可直接在可鉆性較好的龍馬溪組地層調(diào)整方位增斜，避免了常規(guī)三維水平井扭方位作業(yè)，降低了井眼軌跡控制難度[9]。與三維井眼軌道相比，“雙二維”井眼軌道的鉆進(jìn)扭矩降低7%～14%、摩阻降低11.5%～16.5%，為優(yōu)快鉆井完井創(chuàng)造了有利條件。

圖3 雙二維井眼軌道示意Fig. 3 Schematic diagram of double two-dimensional wellbore trajectory

2.3.2 防塌油基鉆井液

威遠(yuǎn)區(qū)塊的頁(yè)巖脆性大，微裂縫發(fā)育，且頁(yè)巖吸水會(huì)導(dǎo)致力學(xué)強(qiáng)度降低，造成鉆井時(shí)井眼坍塌風(fēng)險(xiǎn)高。因此，對(duì)鉆井液的封堵性能與濾失性能的要求較高，以防止鉆井過(guò)程中頁(yè)巖垮塌[15-17]。為此，自主研發(fā)了CQ-WOM和CQ-YOM 2種油基鉆井液，具有破乳電壓高、流變性可控、高溫穩(wěn)定性良好、對(duì)微裂縫和孔隙的封堵能力強(qiáng)等特點(diǎn)。2種油基鉆井液在威遠(yuǎn)區(qū)塊的應(yīng)用效果發(fā)現(xiàn)，平均井徑擴(kuò)大率≤5.4%，滿足了長(zhǎng)水平段水平井安全鉆井的需求。

2.3.3 鉆井提速配套技術(shù)

形成了以“氣體鉆井+個(gè)性化PDC鉆頭+導(dǎo)向螺桿扭擺/旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向+油基鉆井液”為核心的鉆井提速配套技術(shù)，并針對(duì)威遠(yuǎn)頁(yè)巖地層各層序的特點(diǎn)，建立了不同井段的快速鉆井模版。

1）表層段采用氣體霧化鉆井和清水強(qiáng)鉆治漏。針對(duì)威遠(yuǎn)區(qū)塊上部地層易漏、中下部韓家店組—石牛欄組地層致密堅(jiān)硬的特點(diǎn)，結(jié)合巖溶勘察，通過(guò)優(yōu)選氣體鉆井井段、優(yōu)化配套設(shè)備及布局，形成了適用于威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣叢式水平井的氣體鉆井提速技術(shù)。韓家店組—石牛欄組高研磨地層厚度約500.00 m，采用氣體鉆井一趟鉆就可以鉆穿。與常規(guī)鉆井相比，解決了表層段井漏的問(wèn)題，鉆頭使用量減少2只，鉆井周期由9.10 d縮短至3.33 d，提高了鉆井速度，降低了環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。

2）直井段“個(gè)性化PDC鉆頭+螺桿”復(fù)合鉆進(jìn)提速技術(shù)。下侏羅統(tǒng)涼高山組以深地層出水嚴(yán)重，氣體鉆井已不適用。在分析頁(yè)巖地層巖石力學(xué)特性的基礎(chǔ)上，采用高性能抗沖擊大小齒混合布齒方式、短保徑和大排屑流道，以提高PDC鉆頭的攻擊性和使用壽命，并根據(jù)應(yīng)用情況持續(xù)優(yōu)化PDC鉆頭。個(gè)性化的PDC鉆頭與長(zhǎng)壽命螺桿配合進(jìn)行復(fù)合鉆進(jìn)，平均機(jī)械鉆速提高30%以上，單趟鉆進(jìn)尺明顯增長(zhǎng)。如W6井須家河組地層采用“個(gè)性化PDC鉆頭+螺桿”鉆進(jìn)，機(jī)械鉆速為5.90 m/h，鄰井同井段采用常規(guī)PDC鉆頭鉆進(jìn)，機(jī)械鉆速僅2.80 m/h[18]。

3）造斜段、水平段導(dǎo)向鉆井提速技術(shù)。斜井段和水平段采用以旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具為核心的導(dǎo)向鉆井提速技術(shù)[19-20]。應(yīng)用高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了頁(yè)巖氣水平井三開(kāi)“一趟鉆”完鉆，縮短了靶前距，提高了鉆井效率，造斜段的鉆井周期由51.67 d縮短至11.80 d。同時(shí)進(jìn)行了常規(guī)滑動(dòng)鉆井提速研究，研制了鉆柱扭擺系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)控制上部鉆柱的順、逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，將靜摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)摩擦，以降低鉆柱與井壁間的摩阻，提高“螺桿+鉆柱扭擺系統(tǒng)”的滑動(dòng)鉆進(jìn)速度，可以在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)不足的情況下替代其進(jìn)行導(dǎo)向鉆進(jìn)。與旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井相比，“螺桿+鉆柱扭擺系統(tǒng)”滑動(dòng)導(dǎo)向鉆井具有成本低的優(yōu)勢(shì)。

4）油基鉆井液條件下水平井固井技術(shù)?？刮廴緵_洗型隔離液能夠有效清除套管與井壁上的油膜，防止油基鉆井液污染水泥漿，清洗后頁(yè)巖表面的水潤(rùn)濕性大大提高（隔離液與頁(yè)巖的接觸角由16.7°降為3.1°）。針對(duì)水泥石力學(xué)性能與體積壓裂不匹配的問(wèn)題，研制了微膨脹韌性水泥漿。該水泥漿形成的水泥石會(huì)產(chǎn)生一定的韌性膨脹，以補(bǔ)償水泥硬化時(shí)的體積收縮，減小水泥環(huán)的彈性模量，同時(shí)韌性膨脹產(chǎn)生的化學(xué)預(yù)應(yīng)力可增強(qiáng)界面膠結(jié)強(qiáng)度，從而提高界面膠結(jié)密封效果，滿足大型壓裂對(duì)固井質(zhì)量的要求[21-23]。頁(yè)巖氣水平井固井時(shí)，通過(guò)采用高密度稠漿段塞清潔井眼，在套管柱加入半剛性和螺旋剛性套管扶正器，優(yōu)化水泥漿的流變性、漿柱結(jié)構(gòu)及注替排量，應(yīng)用精準(zhǔn)碰壓系統(tǒng)和預(yù)應(yīng)力固井技術(shù)等，頂替效率大幅提高，平均頂替效率為90%。

2.4 頁(yè)巖甜點(diǎn)錄井輔助地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)

通過(guò)分析五峰組—龍馬溪組地層主量元素與Mn、Ba等微量元素了解該段地層的地球化學(xué)特征，建立了威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣藏五峰組—龍馬溪組地球化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)層序（見(jiàn)圖4），實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)錄井快速卡層與薄層優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖水平井鉆井快速精準(zhǔn)識(shí)別小層。

圖4 威遠(yuǎn)五峰組—龍馬溪組地球化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)層序Fig.4 Geochemical standard sequence of Weiyuan Wufeng-Longmaxi Formations

綜合地質(zhì)-井震資料建立了頁(yè)巖氣水平井地質(zhì)導(dǎo)向模型，根據(jù)儲(chǔ)層精細(xì)描述準(zhǔn)確確定儲(chǔ)層頂面構(gòu)造和儲(chǔ)層分布趨勢(shì)。應(yīng)用井震建模技術(shù)建立三維地質(zhì)模型，再根據(jù)地質(zhì)模型建立鉆前地質(zhì)導(dǎo)向模型[24-25]，結(jié)果如圖5所示。

圖5 威遠(yuǎn)X井隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向模型Fig.5 Geosteering model while drilling of Well Weiyuan X

形成了基于巖屑元素錄井、γ能譜錄井、氣測(cè)錄井+隨鉆伽馬測(cè)量的薄層優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖水平井一體化地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)。隨鉆方位伽馬與巖屑XRF元素分析結(jié)果及γ能譜參數(shù)結(jié)合準(zhǔn)確判斷鉆頭在龍一11小層中的位置，實(shí)現(xiàn)了龍一11小層實(shí)時(shí)識(shí)別，同時(shí)對(duì)三維地質(zhì)模型進(jìn)行實(shí)時(shí)校正，調(diào)整地層傾角，保證井眼軌跡始終處于龍一11小層中，實(shí)現(xiàn)了威遠(yuǎn)龍一11小層優(yōu)質(zhì)薄儲(chǔ)層（厚度1.00～3.00 m）的有效識(shí)別和跟蹤，平均鉆遇率由71.2%提高到了98.0%。

2.5 頁(yè)巖氣體積壓裂技術(shù)

采用龍馬溪組地層露頭巖樣進(jìn)行了壓裂模擬試驗(yàn)與CT裂縫掃描，分析了應(yīng)力差異、層理各向異性等對(duì)頁(yè)巖水力裂縫擴(kuò)展規(guī)律的影響，建立了層理頁(yè)巖壓裂裂縫形態(tài)判別圖版（見(jiàn)圖6），實(shí)現(xiàn)了壓裂裂縫形態(tài)判別與定量評(píng)價(jià)。

圖6 威遠(yuǎn)頁(yè)巖水力裂縫擴(kuò)展與形態(tài)判別Fig. 6 Hydraulic fracture propagation and pattern discrimination of Weiyuan shale

綜合考慮層理縫、支撐劑運(yùn)移、應(yīng)力陰影等的影響，建立了分階層理頁(yè)巖壓裂裂縫網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型（A-FNPM），實(shí)現(xiàn)了微觀和宏觀尺度下流-固耦合的頁(yè)巖壓裂裂縫網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)擴(kuò)展過(guò)程模擬，可預(yù)測(cè)壓裂裂縫網(wǎng)絡(luò)的幾何尺寸和支撐裂縫面積，為壓裂段簇間距優(yōu)化、裂縫參數(shù)設(shè)計(jì)、縫網(wǎng)加砂設(shè)計(jì)、射孔參數(shù)和施工參數(shù)設(shè)計(jì)提供支持[26-27]。同時(shí)與壓裂裂縫微地震監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果結(jié)合，降低了砂堵風(fēng)險(xiǎn)，提高了設(shè)計(jì)與施工的符合率[28]，平均加砂強(qiáng)度由1.3 t/m提高到了1.9 t/m。

2.6 排采測(cè)試及氣藏開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)分析技術(shù)

威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣工廠化壓裂測(cè)試采用模塊化、撬裝化的測(cè)試配套裝備，包括井口并聯(lián)、鉆磨捕屑、除砂、節(jié)流降壓分流、加熱和分離計(jì)量等功能模塊，能滿足多井壓裂應(yīng)急解堵、鉆磨捕屑、除砂、節(jié)流降壓、連續(xù)排液、多井同步計(jì)量等需求，可實(shí)現(xiàn)同平臺(tái)6口井的同步作業(yè)，并能實(shí)現(xiàn)返排液的重復(fù)利用。

建立了以見(jiàn)氣時(shí)間、見(jiàn)氣返排率、30 d返排率、產(chǎn)氣峰值返排率、水氣比為1時(shí)的返排時(shí)間、開(kāi)發(fā)效果等為評(píng)價(jià)指標(biāo)的威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣返排效果評(píng)價(jià)體系，排采測(cè)試采用以“悶井、控制、加速、平穩(wěn)”為核心的連續(xù)排采生產(chǎn)制度[29-30]。

通過(guò)分析威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣藏生產(chǎn)井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)[31-32]，根據(jù)頁(yè)巖氣井的產(chǎn)氣量將其分為Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類井，按投產(chǎn)時(shí)間的平均產(chǎn)氣量計(jì)算各類井的遞減率，結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可以看出，Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類井第二年的遞減率都低于65.0%。

表1 威遠(yuǎn)區(qū)塊不同類別井年產(chǎn)量遞減率Table 1 Annual production decline rate of different well types in Weiyuan Block

頁(yè)巖氣井的產(chǎn)量受人工裂縫、吸附氣解吸及特殊滲流機(jī)理的影響，投產(chǎn)初期與中后期的產(chǎn)量遞減趨勢(shì)差異大，表現(xiàn)出前期遞減快、中后期遞減緩慢、后期低產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的特征[33]，傳統(tǒng)遞減分析方法不再適用，為此建立了符合頁(yè)巖氣水平井生產(chǎn)特征的產(chǎn)量遞減分析方法，包括Duong改進(jìn)法、WK法、改進(jìn)分段法等。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

高產(chǎn)區(qū)帶評(píng)價(jià)及開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)加速了威遠(yuǎn)區(qū)塊的頁(yè)巖氣產(chǎn)能建設(shè)，支撐了頁(yè)巖氣持續(xù)規(guī)模上產(chǎn)，有力支撐了威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣的高效開(kāi)發(fā)。以川慶鉆探公司威遠(yuǎn)風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)區(qū)為例，自2016年至今已落實(shí)高產(chǎn)區(qū)帶面積165 km2，論證并部署了205口井，已完成166口，其中已投產(chǎn)的38口井中有31口測(cè)試產(chǎn)量超過(guò)20×104m3/d，高產(chǎn)井占比達(dá)81.5%；有5口井測(cè)試產(chǎn)量超過(guò)50×104m3/d。截至2018年底累計(jì)產(chǎn)氣量22.44×108m3。優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層龍一11小層鉆遇率不斷提高，鉆井周期越來(lái)越短，壓裂后測(cè)試效果、產(chǎn)量不斷提高（見(jiàn)圖7）。

圖7 威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣區(qū)塊主要鉆井試采指標(biāo)Fig.7 Main drilling and pilot production indicators in Weiyuan shale gas block

4 結(jié)論與建議

1）從構(gòu)造地質(zhì)演化歷史和地震構(gòu)造精細(xì)解釋入手，劃分了威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣藏的主要構(gòu)造體系，分析了不同構(gòu)造體系間的相互作用及對(duì)頁(yè)巖氣高產(chǎn)的控制機(jī)制，為尋找和評(píng)價(jià)威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣高產(chǎn)區(qū)帶奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2）通過(guò)地面-地下、地質(zhì)-工程一體化設(shè)計(jì)，優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)和控制井眼軌跡，建立了分段快速鉆井技術(shù)模版，縮短了鉆井周期，降低了鉆井成本。

3）形成了頁(yè)巖甜點(diǎn)錄井輔助的一體化地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)、壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、排采測(cè)試及氣藏開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)分析技術(shù)，大幅提高了頁(yè)巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層鉆遇率，改善了體積壓裂改造效果，支撐了威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣的高效開(kāi)發(fā)。

4）隨著頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)向深層頁(yè)巖氣，將面臨新的技術(shù)挑戰(zhàn)，應(yīng)積極探索超級(jí)水平井、超強(qiáng)加砂壓裂技術(shù)，創(chuàng)新研究思路，持續(xù)優(yōu)化方案設(shè)計(jì)，應(yīng)用新技術(shù)，不斷提高頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)水平。