蔡勛育,趙培榮,高 波,朱 彤,田玲玨,孫川翔

(1.中國(guó)石油化工集團(tuán)公司 油田勘探開(kāi)發(fā)事業(yè)部，北京 100728; 2.中國(guó)石化 石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083)

1 概述

在多旋回構(gòu)造-沉積演化過(guò)程中，中國(guó)含油氣盆地發(fā)育了海相、陸相和海陸過(guò)渡相多層系、多類型富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖,并經(jīng)歷了多期構(gòu)造改造，據(jù)2015年中國(guó)油氣資源動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，中國(guó)頁(yè)巖氣地質(zhì)資源量為121.86×1012m3，可采資源量為21.81×1012m3[1-2]。“十三五”期間中國(guó)頁(yè)巖氣進(jìn)入創(chuàng)新突破與快速發(fā)展快車道，頁(yè)巖氣已成為天然氣增儲(chǔ)上產(chǎn)重要領(lǐng)域[3]。截至2020年，已在四川盆地上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬組相繼發(fā)現(xiàn)涪陵、威榮、長(zhǎng)寧、威遠(yuǎn)、昭通和永川6個(gè)大中型頁(yè)巖氣田，累計(jì)探明地質(zhì)儲(chǔ)量超過(guò)2×1012m3，較“十二五”末累計(jì)探明地質(zhì)儲(chǔ)量(5 441×108m3)相比，增長(zhǎng)了2.7倍；頁(yè)巖氣產(chǎn)量由2015年的45×108m3增至2019年的154×108m3，增長(zhǎng)了2.4倍，在中國(guó)天然氣產(chǎn)量占比由3.6%增至8.9%[4]。

中國(guó)石化頁(yè)巖氣勘探始于2009年，先后經(jīng)歷了選區(qū)評(píng)價(jià)、勘探評(píng)價(jià)、開(kāi)發(fā)評(píng)價(jià)和規(guī)模建產(chǎn)4個(gè)階段。2009年，借鑒北美頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，在中國(guó)南方海相開(kāi)展選區(qū)評(píng)價(jià)，2010年部署實(shí)施首口頁(yè)巖氣井——宣頁(yè)1井。通過(guò)勘探實(shí)踐和相關(guān)研究，認(rèn)識(shí)到保存條件對(duì)頁(yè)巖氣富集具有重要影響，頁(yè)巖氣勘探重點(diǎn)向四川盆地及周緣聚焦。2012年涪陵焦石壩地區(qū)焦頁(yè)1HF井在上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組鉆獲高產(chǎn)氣流，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)石化海相頁(yè)巖氣勘探戰(zhàn)略性突破。2013年國(guó)家能源局批準(zhǔn)設(shè)立重慶涪陵國(guó)家級(jí)頁(yè)巖氣示范區(qū)，2014年涪陵頁(yè)巖氣田首次在國(guó)內(nèi)提交頁(yè)巖氣探明地質(zhì)儲(chǔ)量1 068×108m3，成為中國(guó)首個(gè)商業(yè)開(kāi)發(fā)的頁(yè)巖氣田，中國(guó)也成為世界第三個(gè)實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣商業(yè)開(kāi)發(fā)的國(guó)家。2015年，涪陵國(guó)家級(jí)頁(yè)巖氣示范區(qū)50億方產(chǎn)能成功建成，產(chǎn)量達(dá)到31.68×108m3，占中國(guó)頁(yè)巖氣產(chǎn)量的71%。

“十三五”期間,中國(guó)石化按照“加快拓展志留系，攻關(guān)突破新類型，積極探索新區(qū)新層系”發(fā)展思路，堅(jiān)持地質(zhì)工程一體化、勘探開(kāi)發(fā)一體化，加大關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)了涪陵頁(yè)巖氣田儲(chǔ)量產(chǎn)量規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)，深層、常壓頁(yè)巖氣攻關(guān)取得重大突破、頁(yè)巖氣提高采收率技術(shù)攻關(guān)取得良好效果。頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)理論認(rèn)識(shí)不斷深化、配套工程工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)升級(jí)換代。截至2020年，累計(jì)探明頁(yè)巖氣地質(zhì)儲(chǔ)量9 400×108m3，較2015年增長(zhǎng)了2.43倍，除涪陵頁(yè)巖氣田外，主要分布于盆內(nèi)威榮、永川、丁山、東溪深層頁(yè)巖氣區(qū)塊及盆緣平橋南-東勝、武隆、道真常壓頁(yè)巖氣區(qū)塊(圖1)；2019年產(chǎn)量73.5×108m3，較2015年增長(zhǎng)了1.3倍，實(shí)現(xiàn)了頁(yè)巖氣跨越式發(fā)展，走出了一條理論創(chuàng)新、技術(shù)自主、裝備國(guó)產(chǎn)、綠色發(fā)展的勘探開(kāi)發(fā)一體化發(fā)展之路，促進(jìn)了中國(guó)非常規(guī)油氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2 “十三五”期間主要成果

2.1 勘探開(kāi)發(fā)成果

2.1.1 高效開(kāi)發(fā)涪陵頁(yè)巖氣田

2012年焦頁(yè)1HF井測(cè)試獲日產(chǎn)氣20.3×104m3后，中國(guó)石化及時(shí)啟動(dòng)了一期50億方產(chǎn)能建設(shè)，2014年在涪陵氣田提交了頁(yè)巖氣探明儲(chǔ)量1 068×108m3。2015年建成涪陵國(guó)家級(jí)頁(yè)巖氣示范區(qū)后，“十三五”期間持續(xù)加大涪陵氣田勘探評(píng)價(jià)，相繼在江東、平橋和東勝-平橋西區(qū)塊實(shí)現(xiàn)規(guī)模增儲(chǔ)，新增探明儲(chǔ)量4 120×108m3，截至2020年，涪陵氣田累計(jì)探明儲(chǔ)量7 926×108m3，成為中國(guó)最大頁(yè)巖氣田。同時(shí)在白馬、鳳來(lái)和陽(yáng)春溝等外圍新區(qū)取得勘探突破，初步落實(shí)資源規(guī)模2 000×108m3以上，萬(wàn)億方儲(chǔ)量規(guī)模大氣田已見(jiàn)雛形。

“十三五”期間，對(duì)涪陵氣田按照“管好一期、建成二期、培育三期”的思路，立足焦石壩老區(qū)，加快江東、平橋區(qū)塊產(chǎn)建步伐，高效建成百億方大氣田；積極開(kāi)展老區(qū)開(kāi)發(fā)調(diào)整、深化工程工藝攻關(guān)，逐步提高采收率，實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣產(chǎn)量穩(wěn)中有升。涪陵頁(yè)巖氣田2015年底建成50×108m3產(chǎn)能，2017年啟動(dòng)江東、平橋區(qū)塊二期50×108m3產(chǎn)建，當(dāng)年探明當(dāng)年建產(chǎn)。2018年3月涪陵頁(yè)巖氣田累計(jì)建成100×108m3產(chǎn)能。

涪陵頁(yè)巖氣田產(chǎn)層為五峰組-龍馬溪組一段頁(yè)巖，屬于典型的自生自儲(chǔ)式連續(xù)型頁(yè)巖氣藏。氣藏中部平均埋深為2 885 m，地層壓力系數(shù)為1.55，氣體成分以甲烷為主，為彈性氣驅(qū)、中深層、高壓、頁(yè)巖氣干氣氣藏。開(kāi)發(fā)井揭示涪陵頁(yè)巖氣田平面上頁(yè)巖含氣性、地層壓力和測(cè)試產(chǎn)量差異較大。研究揭示，早期的沉積環(huán)境造成頁(yè)巖氣垂向上具有很強(qiáng)的非均質(zhì)性，而后期構(gòu)造改造控制了頁(yè)巖氣平面差異富集?？v向上，五峰組-龍馬溪組下部①—⑤小層處于深水陸棚沉積環(huán)境，生物發(fā)育和缺氧環(huán)境有利于有機(jī)質(zhì)保存，含氣性好。⑥—⑦小層水深逐步變淺，由于底流作用，巖性以粉砂質(zhì)條帶頁(yè)巖為主，陸源碎屑對(duì)有機(jī)質(zhì)富集造成稀釋，導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)豐度降低。⑧小層中上部—⑨小層沉積時(shí)，海平面下降，處于淺水陸棚環(huán)境，陸緣碎屑輸入增強(qiáng)，粘土礦物顯著增加，海洋水體轉(zhuǎn)為氧化環(huán)境，不利于有機(jī)質(zhì)保存。平面上，構(gòu)造變形強(qiáng)度不同是造成含氣性差異的主要原因。涪陵氣田構(gòu)造整體呈北東走向，以石門(mén)-金坪斷裂為界，構(gòu)造具有“東西分帶”特征，構(gòu)造變形強(qiáng)度由東至西逐漸減弱。石門(mén)-金坪斷裂以西的含氣性較好，整體為高壓環(huán)境，全烴和孔隙度等均較高，以焦石壩區(qū)塊為例，單井平均測(cè)試產(chǎn)量24.5×104m3/d；石門(mén)-金坪斷裂以東，含氣性較差，整體為常壓環(huán)境，以白馬區(qū)塊為例，單井平均測(cè)試產(chǎn)量8.2×104m3/d。

涪陵氣田頁(yè)巖氣井初期控產(chǎn)生產(chǎn)，單井生產(chǎn)階段主要包括穩(wěn)產(chǎn)降壓和定壓遞減階段。穩(wěn)產(chǎn)降壓階段，產(chǎn)量為恒定配產(chǎn)或變配產(chǎn)，生產(chǎn)壓力不斷遞減，直至與外輸壓力接近。通過(guò)對(duì)涪陵頁(yè)巖氣田200多口氣井穩(wěn)產(chǎn)降壓階段的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行物質(zhì)平衡時(shí)間、規(guī)整化產(chǎn)量處理發(fā)現(xiàn)，頁(yè)巖氣井穩(wěn)產(chǎn)階段生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)呈-1/2直線，表現(xiàn)為典型的不穩(wěn)定基質(zhì)線性流特征。定壓遞減階段，生產(chǎn)壓力維持在輸壓附近，氣井產(chǎn)量不斷下降，直至低于臨界攜液流量關(guān)井進(jìn)入間歇生產(chǎn)(圖2)。頁(yè)巖氣井產(chǎn)量遞減總體符合調(diào)和遞減，第一年氣井遞減率為56%～65%，平均為59.7%，與北美頁(yè)巖氣遞減特征基本一致。涪陵一期氣井初期平均日產(chǎn)7.2×104m3，平均穩(wěn)產(chǎn)期2.9年，穩(wěn)產(chǎn)期累產(chǎn)量可達(dá)0.79×108m3，單井平均EUR達(dá)1.58×108m3。

根據(jù)頁(yè)巖氣井生產(chǎn)特征，優(yōu)化形成了氣井采氣工藝分類方案。針對(duì)初始返排低、遞減快的一類氣井以及初始返排高、遞減快的二類氣井，依次采用優(yōu)選管柱、氣舉和增壓開(kāi)采工藝控制遞減；針對(duì)初始返排低、遞減慢的三類氣井，依次采用優(yōu)選管柱、柱塞/泡排和增壓復(fù)合工藝控制遞減；針對(duì)初始返排高、遞減慢的四類氣井，依次采用優(yōu)選管柱、柱塞/泡排和復(fù)合工藝控制遞減。通過(guò)全面推廣應(yīng)用排采措施和增壓開(kāi)采，有效延緩老井遞減，一期老井綜合遞減率為20.8%，較自然遞減率41.1%減少了20.3%，單井平均EUR增加0.15×108m3以上，采收率提高了1.3%。

涪陵氣田以下部氣層①—③小層為主力氣層部署焦石壩一次井網(wǎng)，井距600 m。一期產(chǎn)建完成后，采用微地震監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)分析、壓后反演和數(shù)值模擬等多種技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行分析，初步認(rèn)為區(qū)塊下部氣層600 m井距儲(chǔ)量總體動(dòng)用不充分，平面上在不同區(qū)動(dòng)用存在差異；上部氣層⑥—⑨小層基本未動(dòng)用。2017年部署實(shí)施了焦石壩區(qū)塊開(kāi)發(fā)調(diào)整先導(dǎo)試驗(yàn)井共12口。其中部署上部氣層井8口，開(kāi)展不同井距、與下部氣層開(kāi)發(fā)井不同空間關(guān)系的井網(wǎng)試驗(yàn)以及針對(duì)⑧小層的壓裂工藝試驗(yàn)。部署下部氣層加密井4口，開(kāi)展不同分區(qū)、不同水平段長(zhǎng)以及不同井距的評(píng)價(jià)試驗(yàn)。通過(guò)優(yōu)化水平井穿行軌跡、水平段長(zhǎng)度和井距等參數(shù)，先導(dǎo)試驗(yàn)井取得了較好的測(cè)試產(chǎn)量。加密井平均測(cè)試產(chǎn)量為21.9×104m3/d，平均EUR為1.1×108m3；上部氣層井平均測(cè)試產(chǎn)量為11.3×104m3/d，平均EUR為0.86×108m3。

通過(guò)上述先導(dǎo)試驗(yàn)井實(shí)施，取得以下5個(gè)方面認(rèn)識(shí)：1)投產(chǎn)前實(shí)測(cè)靜壓資料表明，上部氣層井和下部加密井投產(chǎn)前靜壓較老井同期生產(chǎn)壓力高15.4 MPa，進(jìn)一步證實(shí)上部氣層和下部氣層井間的儲(chǔ)量動(dòng)用不充分。2)調(diào)整井投產(chǎn)初期壓力低于老井初期投產(chǎn)壓力，加密調(diào)整井投產(chǎn)初期平均生產(chǎn)壓力為15.5 MPa，上部氣層調(diào)整井投產(chǎn)初期平均生產(chǎn)壓力為11.0 MPa，較鄰近老井下降12.5～17.0 MPa。3)單井生產(chǎn)定產(chǎn)階段單位壓降產(chǎn)量略低于老井，定壓遞減階段產(chǎn)量遞減率為46.3%～54.2%，低于一期同區(qū)老井。4)上下疊置評(píng)價(jià)井鉆井、壓裂、試氣表明上部氣層開(kāi)發(fā)對(duì)下部氣層無(wú)影響，下部氣層加密井實(shí)施后對(duì)老井產(chǎn)量有正面影響。通過(guò)對(duì)加密評(píng)價(jià)井周圍老井壓裂前后對(duì)比，平均單井井口壓力上升0.7 MPa，日產(chǎn)氣增加1.9×104m3，日產(chǎn)水增加0.9 m3。5)明確焦石壩區(qū)塊北部構(gòu)造主體部位為上部氣層開(kāi)發(fā)最有利區(qū)；中、北部為下部氣層井網(wǎng)加密開(kāi)發(fā)調(diào)整有利區(qū)；上、下部氣層疊合有利區(qū)面積為67.3 km2。上部氣層單獨(dú)開(kāi)發(fā)、下部氣層加密開(kāi)發(fā)均可行，在上、下部氣層疊合有利區(qū)可實(shí)施立體開(kāi)發(fā)(圖3)。

圖3 涪陵焦石壩地區(qū)頁(yè)巖氣立體開(kāi)發(fā)調(diào)整有利區(qū)分布

2018年啟動(dòng)焦石壩平面加密調(diào)整，縱向上分層開(kāi)發(fā)，按照“整體部署、試驗(yàn)先行、分步實(shí)施、評(píng)建一體”思路，整體部署了244口調(diào)整井。目前已投產(chǎn)136口井，單井平均測(cè)試日產(chǎn)氣20×104m3，達(dá)到方案設(shè)計(jì)指標(biāo)。其中加密井92口，平均測(cè)試產(chǎn)量為23.8×104m3/d，單井EUR為0.95×108m3；上部氣層井44口，平均測(cè)試產(chǎn)量為17.3×104m3/d，平均單井EUR為0.8×108m3。焦石壩區(qū)塊采收率由12.6%提升至23.3%。

2020年底，涪陵頁(yè)巖氣田累計(jì)建成產(chǎn)能140×108m3左右；產(chǎn)量由2015年的31.6×108m3將上升到2020年的78×108m3，累計(jì)產(chǎn)氣369×108m3，實(shí)現(xiàn)氣田持續(xù)快速上產(chǎn)。

2.1.2 發(fā)現(xiàn)探明中國(guó)首個(gè)深層頁(yè)巖氣田——威榮頁(yè)巖氣田

威榮頁(yè)巖氣田位于威遠(yuǎn)隆起南部斜坡白馬鎮(zhèn)向斜軸部，具“兩凹一凸”的構(gòu)造特征。目的層下志留統(tǒng)龍馬溪組埋深3 550～3 880 m。五峰組—龍馬溪組一段優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖段為一套富含有機(jī)質(zhì)、硅質(zhì)深水陸棚相暗色泥頁(yè)巖，其中①—④號(hào)層頁(yè)巖品質(zhì)及含氣性較優(yōu)，厚25～39 m，分布穩(wěn)定，具有中-高TOC值(平均為2.80%)、高孔隙度(平均為6.07%)、高脆性(平均為64%)、高含氣量(平均為3.15 m3/t)、低粘土含量(平均為34%)的“四高一低”特征，與涪陵頁(yè)巖氣田相比，優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖的碳酸鹽含量偏高，厚度偏薄。該氣田屬于深層、常溫、超高壓(實(shí)測(cè)壓力系數(shù)為1.94～2.06)、干氣、連續(xù)型頁(yè)巖氣藏，具有埋藏深、壓力系數(shù)高、水平應(yīng)力差大、應(yīng)力場(chǎng)復(fù)雜、壓裂改造難度大的特點(diǎn)。

2016年，在威頁(yè)1井取得突破的基礎(chǔ)上，以商業(yè)突破為目標(biāo)，在三維地震資料處理解釋的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)了深層頁(yè)巖氣地質(zhì)綜合研究與目標(biāo)評(píng)價(jià)，部署實(shí)施5口評(píng)價(jià)井開(kāi)展深層頁(yè)巖氣攻關(guān)與評(píng)價(jià)，獲日產(chǎn)氣(12.35～26)×104m3的較高測(cè)試產(chǎn)量。其中，2017年10月測(cè)試完成的威頁(yè)23-1HF井在井口壓力35.4 MPa下獲日產(chǎn)氣26×104m3，并于12月6日開(kāi)始正式管輸試采，在配產(chǎn)6×104m3/d下生產(chǎn)穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了負(fù)向構(gòu)造帶深層頁(yè)巖氣商業(yè)產(chǎn)能突破。2018年提交了頁(yè)巖氣探明地質(zhì)儲(chǔ)量1 247×108m3，成為中國(guó)首個(gè)深層頁(yè)巖氣田。同年，按照“整體部署、分步實(shí)施、統(tǒng)籌考慮”的原則，啟動(dòng)產(chǎn)能建設(shè)，2020年底建成一期產(chǎn)能10×108m3。

威榮深層頁(yè)巖氣突破后，在永川地區(qū)針對(duì)4 000 m深層持續(xù)開(kāi)展攻關(guān)評(píng)價(jià)，多口井測(cè)試獲工業(yè)氣流。其中，永頁(yè)5-2HF測(cè)試獲日產(chǎn)氣23.16×104m3。2019年10月，永川頁(yè)巖氣田永頁(yè)1區(qū)塊提交頁(yè)巖氣探明儲(chǔ)量234.53×108m3，并啟動(dòng)5×108m3深層井組攻關(guān)試驗(yàn)。同年，在東溪高陡構(gòu)造實(shí)施的深層攻關(guān)試驗(yàn)井——東頁(yè)深1井測(cè)試獲31×104m3/d高產(chǎn)氣流，實(shí)現(xiàn)4 200 m深層頁(yè)巖氣勘探的重大突破。“十三五”期間，通過(guò)開(kāi)展深層頁(yè)巖氣攻關(guān)，整體探明威榮深層頁(yè)巖氣田，初步落實(shí)了丁山、東溪和永川3個(gè)千億方規(guī)模深層頁(yè)巖氣資源陣地。

2.1.3 發(fā)現(xiàn)探明中國(guó)首個(gè)南川常壓頁(yè)巖氣田

南川東勝構(gòu)造帶位于涪陵頁(yè)巖氣田南部，因處于四川盆地邊緣，在構(gòu)造帶南部五峰組-龍馬溪組已出露地表。通過(guò)保存條件研究，認(rèn)為盆地邊緣頁(yè)巖氣富集受斷層遮擋、地層產(chǎn)狀、埋深以及剝蝕區(qū)距離等因素綜合控制。東勝背斜由盆地邊緣出露區(qū)向盆地內(nèi)部，剝蝕區(qū)距離變遠(yuǎn)、埋深加大、保存條件變好，具有較好的勘探潛力。按照“由深向淺、滾動(dòng)部署”的思路，先后部署實(shí)施焦頁(yè)10、焦頁(yè)10-10、勝頁(yè)2和勝頁(yè)9等探井并獲得成功，其中焦頁(yè)10、勝頁(yè)2井獲得日產(chǎn)(19～32)×104m3高產(chǎn)工業(yè)氣流。探井揭示東勝構(gòu)造主體區(qū)地層壓力系數(shù)小于1.2,屬常壓頁(yè)巖氣區(qū)。優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖與涪陵頁(yè)巖氣田焦石壩區(qū)塊相比，有機(jī)質(zhì)豐度(TOC)、脆性礦物含量基本相當(dāng)，優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖厚度變化相對(duì)穩(wěn)定，但頁(yè)巖孔隙度低、構(gòu)造裂縫發(fā)育，頁(yè)巖含氣量相對(duì)偏低，吸附氣含量占比高，達(dá)到40%～60%。

2020年?yáng)|勝-平橋西區(qū)塊新增探明地質(zhì)儲(chǔ)量1 918×108m3，其中常壓頁(yè)巖氣區(qū)探明地質(zhì)儲(chǔ)量1 446.58×108m3，實(shí)現(xiàn)中國(guó)首個(gè)常壓頁(yè)巖氣規(guī)模商業(yè)發(fā)現(xiàn)。按照評(píng)建一體化組織管理模式，探井落實(shí)資源、評(píng)價(jià)試驗(yàn)井組開(kāi)展低成本攻關(guān)，落實(shí)開(kāi)發(fā)技術(shù)政策部署思路，勝頁(yè)2—?jiǎng)夙?yè)27井區(qū)成功開(kāi)展5×108m3產(chǎn)能建設(shè)，實(shí)現(xiàn)常壓頁(yè)巖氣區(qū)當(dāng)年探明、當(dāng)年建產(chǎn)。

“十三五”期間，通過(guò)持續(xù)深化盆緣復(fù)雜構(gòu)造帶、盆外殘留向斜區(qū)保存條件研究，加強(qiáng)常壓區(qū)有利目標(biāo)統(tǒng)一排隊(duì)優(yōu)選，相繼在武隆、道真等殘留向斜實(shí)現(xiàn)勘探新突破，落實(shí)了兩個(gè)千億方規(guī)模的常壓頁(yè)巖氣資源陣地。針對(duì)已獲得發(fā)現(xiàn)的白馬向斜，加強(qiáng)地質(zhì)工程一體化，持續(xù)優(yōu)化壓裂工程工藝，單井測(cè)試產(chǎn)量由早期4.06×104m3/d提升至12.72×104m3/d；同時(shí)根據(jù)單井產(chǎn)能、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)確定的單井成本目標(biāo)，持續(xù)開(kāi)展低成本攻關(guān)，單井成本降至4 200萬(wàn)元，基本落實(shí)一個(gè)千億方規(guī)模增儲(chǔ)新區(qū)，為實(shí)現(xiàn)效益開(kāi)發(fā)奠定了良好基礎(chǔ)。

2.1.4 新區(qū)新層系勘探

“十三五”期間在展開(kāi)五峰組-龍馬溪組頁(yè)巖勘探的同時(shí)，中國(guó)石化加大了新區(qū)新層系的探索力度。通過(guò)加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，在四川盆地侏羅系和二疊系、東北梨樹(shù)斷陷白堊系、桂中坳陷石炭系、中揚(yáng)子地區(qū)宜昌志留系頁(yè)巖氣的形成條件、甜點(diǎn)區(qū)、甜點(diǎn)層段優(yōu)選等方面取得新認(rèn)識(shí)，部署實(shí)施一批風(fēng)險(xiǎn)探井，取得了一批勘探新發(fā)現(xiàn)。

在川東高陡褶皺帶拔山寺向斜發(fā)育下侏羅統(tǒng)自流井組東岳廟段、大安寨段，涼高山組等多套含油氣頁(yè)巖層系。前期在大安寨段直井測(cè)試總體呈現(xiàn)試氣產(chǎn)量高，但不能連續(xù)生產(chǎn)。2018年借鑒海相頁(yè)巖氣勘探成功做法，優(yōu)選巖性相對(duì)穩(wěn)定、成熟度相對(duì)較高的東岳廟段，部署實(shí)施涪頁(yè)10HF井開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)勘探，通過(guò)32段壓裂測(cè)試獲日產(chǎn)油17.6 m3，日產(chǎn)氣5.6×104m3，取得四川盆地侏羅系東岳廟段陸相頁(yè)巖油氣重大突破。通過(guò)該井證實(shí)東岳廟段泥頁(yè)巖厚度較大，其中東一亞段富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖厚度28.0 m，TOC值介于1.5%～2.0%，孔隙度介于5.0%～5.5%，含氣量介于2.5～3.0 m3/t，為甜點(diǎn)層段。與五峰組-龍馬溪組海相頁(yè)巖相比，陸相頁(yè)巖泥質(zhì)礦物含量遠(yuǎn)高于石英等脆性礦物，具有“低楊氏模量、抗拉強(qiáng)度低、泥巖破裂以單一斜面剪切縫為主”的特點(diǎn)。采用“超密布縫體積改造、防嵌入高強(qiáng)度覆膜支撐劑、強(qiáng)效疏水抑敏壓裂液”的壓裂工藝可行，并取得良好效果。

四川盆地晚二疊世發(fā)育川東北吳家坪組深水陸棚相和川南龍?zhí)督M海陸過(guò)渡相兩種類型泥頁(yè)巖沉積，是四川盆地頁(yè)巖氣新層系勘探重要領(lǐng)域。2020年在鄂西渝東地區(qū)部署實(shí)施的紅頁(yè)1HF井在二疊系吳家坪組二段試獲日產(chǎn)氣5.5×104m3，取得四川盆地二疊系海相頁(yè)巖氣勘探重要突破。通過(guò)紅頁(yè)1HF井鉆探證實(shí)，吳家坪組二段巖性以硅質(zhì)、炭質(zhì)泥頁(yè)巖夾灰?guī)r為主，吳二段優(yōu)質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖連續(xù)厚度19.1 m，平均有機(jī)碳含量為8.8%，孔隙度為5.6%，整體具高TOC值、高孔隙度的特征；孔隙類型以有機(jī)孔為主。與五峰組-龍馬溪組相比，吳二段頁(yè)巖TOC值高，優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖厚度薄，硅質(zhì)、碳酸鹽含量高，粘土礦物含量低，具有較好的頁(yè)巖氣源儲(chǔ)配置和可壓性工程技術(shù)條件。目前紅頁(yè)1HF井試采產(chǎn)量穩(wěn)定，壓力穩(wěn)定，揭示了鄂西二疊系頁(yè)巖氣具有良好的勘探前景。

中揚(yáng)子宜昌地區(qū)志留系底界整體為一向北西抬升的單斜構(gòu)造，構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，保存條件相對(duì)較好。宜志頁(yè)1HF井鉆探揭示，五峰組-龍馬溪組下部以深水陸棚沉積為主，其中優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖厚19.6 m，有機(jī)碳含量平均為3.19%，Ro值平均為1.96%～2.49%，以有機(jī)質(zhì)孔隙為主，平均孔隙度為3.9%，平均含氣量為3.02 m3/t。受早期宜昌隆起的影響，該地區(qū)優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖厚度較焦石壩地區(qū)明顯減薄。宜志頁(yè)1HF井壓裂后測(cè)試，火焰高1.5 m，有望實(shí)現(xiàn)中揚(yáng)子新區(qū)頁(yè)巖氣勘探新突破。

2.2 理論技術(shù)進(jìn)展

2.2.1 持續(xù)發(fā)展完善海相頁(yè)巖氣勘探地質(zhì)理論

2014年，在涪陵氣田焦頁(yè)1井獲得商業(yè)性突破后，通過(guò)對(duì)四川盆地及其周緣多口井的解剖分析，郭旭升等探索并提出了復(fù)雜構(gòu)造區(qū)海相頁(yè)巖氣“二元富集規(guī)律”，即：深水陸棚優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖發(fā)育是頁(yè)巖氣“成烴控儲(chǔ)的基礎(chǔ)”，良好的保存條件是頁(yè)巖氣“成藏控產(chǎn)”的關(guān)鍵[5],建立了焦石壩頁(yè)巖氣藏“階梯運(yùn)移、背斜匯聚、斷-滑控縫、箱狀成藏”的高產(chǎn)富集模式[6]；認(rèn)為富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖的發(fā)育程度、保存條件、天然裂縫的發(fā)育和泥頁(yè)巖的可壓裂性等是下古生界海相頁(yè)巖氣富集高產(chǎn)的主控因素[7]；“十三五”期間，通過(guò)持續(xù)攻關(guān)，進(jìn)一步深化了對(duì)四川盆地及其周緣海相頁(yè)巖氣富集高產(chǎn)主控因素認(rèn)識(shí)，并逐步認(rèn)識(shí)到“沉積是基礎(chǔ)，保存是關(guān)鍵，壓裂是核心”。馬永生等提出優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖甜點(diǎn)段具有高TOC值、高脆性、高孔隙度、高含氣性的特征，是富集高產(chǎn)物質(zhì)基礎(chǔ)，保存條件是復(fù)雜構(gòu)造區(qū)頁(yè)巖氣地質(zhì)評(píng)價(jià)的關(guān)鍵因素，可壓裂性評(píng)價(jià)識(shí)別工程甜點(diǎn)，明確水平井穿行層位，采用適應(yīng)性壓裂工程工藝，是獲得頁(yè)巖氣高產(chǎn)的核心，納米級(jí)儲(chǔ)集空間與賦存狀態(tài)決定了頁(yè)巖氣具有特殊的滲流特征[8]。

通過(guò)深層、常壓頁(yè)巖氣富集機(jī)理的研究，明確了深層頁(yè)巖仍然能夠發(fā)育“高孔”優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，具有“高壓、高孔、高含氣量”的特征，且以游離氣為主；“石英抗壓?？住焙汀皟?chǔ)層流體超壓”是深層優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖高孔隙度發(fā)育的關(guān)鍵[9]；“流體壓力高、微裂縫發(fā)育、低地應(yīng)力”是有利目標(biāo)的關(guān)鍵要素；形成深層頁(yè)巖氣高陡構(gòu)造、向斜“超壓富氣”和盆緣低緩斷鼻、斜坡“超壓富氣”2種超壓富集模式(圖4，圖5)；通過(guò)對(duì)四川盆地外部桑柘坪、武隆、道真3個(gè)殘留向斜頁(yè)巖氣富集規(guī)律研究分析，提出改造期次、強(qiáng)度、埋深、分布面積等是盆外殘留向斜保存條件差異的主要因素，也是導(dǎo)致地層壓力系數(shù)和產(chǎn)量差異的主要原因[10]。渝東南盆緣轉(zhuǎn)換帶常壓頁(yè)巖氣富集受多期構(gòu)造控制，不同構(gòu)造樣式保存條件存在差異，是影響頁(yè)巖含氣性的關(guān)鍵因素，建立了常壓背斜型、斜坡型、向斜型和逆斷層下盤(pán)型4種頁(yè)巖氣藏聚散模式[11]，認(rèn)為盆外常壓頁(yè)巖氣存在寬緩向斜構(gòu)造富集型、逆斷層遮擋向斜富集型和復(fù)向斜洼中隆富集型3類富集模式。

圖4 盆內(nèi)高陡構(gòu)造帶向斜“超壓富氣”模式

圖5 盆緣低緩斷鼻構(gòu)造斜坡“超壓富氣”模式

2.2.2 創(chuàng)新發(fā)展海相頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)配套技術(shù)

2.2.2.1 創(chuàng)新形成海相頁(yè)巖氣立體開(kāi)發(fā)提高采收率技術(shù)體系

在完成涪陵一期50×108m3產(chǎn)能建設(shè)的同時(shí)，創(chuàng)新形成了頁(yè)巖氣藏綜合評(píng)價(jià)、水平井組優(yōu)快鉆井、長(zhǎng)水平井分段壓裂試氣、試采開(kāi)發(fā)、綠色開(kāi)發(fā)等3 500 m以淺海相頁(yè)巖氣高效開(kāi)發(fā)5大配套技術(shù)體系，具備了3 500 m以淺海相頁(yè)巖氣規(guī)模開(kāi)發(fā)的技術(shù)能力[12]?！笆濉逼陂g，涪陵頁(yè)巖氣田在全面開(kāi)展立體開(kāi)發(fā)調(diào)整的同時(shí)，創(chuàng)新形成了立體開(kāi)發(fā)調(diào)整提高采收率技術(shù)體系。

1)以地模-數(shù)模一體化為核心的頁(yè)巖氣儲(chǔ)量動(dòng)用狀況評(píng)價(jià)技術(shù)

形成了基于水平井的高精度地質(zhì)建模技術(shù)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)量精細(xì)評(píng)價(jià)。創(chuàng)建了具有頁(yè)巖氣特征的壓前-壓后耦合裂縫建模評(píng)價(jià)技術(shù)，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了壓后縫網(wǎng)和數(shù)值模擬一體化模型，明確了焦石壩區(qū)塊剩余儲(chǔ)量分布狀況。

2)立體開(kāi)發(fā)調(diào)整技術(shù)

形成了中國(guó)首個(gè)“上部氣層和下部氣層兩套層系開(kāi)發(fā)，2 000 m水平段長(zhǎng)為主，同一層系300 m井距和上、下部氣層投影150 m井距，同一平臺(tái)叢式交叉布井”頁(yè)巖氣立體開(kāi)發(fā)模式(圖6)，焦石壩區(qū)塊采收率大幅提高，與北美典型頁(yè)巖氣盆地相比，實(shí)現(xiàn)了在更加復(fù)雜地質(zhì)工程條件下采收率的提高，井網(wǎng)加密區(qū)采收率從之前的12.6%提高到23.3%，立體開(kāi)發(fā)區(qū)采收率達(dá)到39.2%。

圖6 涪陵頁(yè)巖氣田立體開(kāi)發(fā)模式

3)立體開(kāi)發(fā)“大叢式井組”優(yōu)快鉆井技術(shù)

針對(duì)前期一次井網(wǎng)壓裂改造后，地層原始應(yīng)力狀況發(fā)生變化，井壁坍塌、井漏等風(fēng)險(xiǎn)增高，平臺(tái)部署井位增多后全井段防碰風(fēng)險(xiǎn)面臨挑戰(zhàn)，創(chuàng)新形成了適應(yīng)復(fù)雜山地環(huán)境的“井工廠”鉆井作業(yè)模式，構(gòu)建了密集井網(wǎng)安全鉆井技術(shù)。在相對(duì)于老井網(wǎng)單平臺(tái)井?dāng)?shù)增加2倍，單個(gè)平臺(tái)最多井?dāng)?shù)達(dá)到15口，實(shí)現(xiàn)了密集井網(wǎng)“零”相碰事故。形成了超長(zhǎng)水平段鉆井配套工藝技術(shù)，包括超長(zhǎng)水平井井眼清潔、長(zhǎng)水平段微擴(kuò)孔配套、長(zhǎng)水平段水平井特色完井固井工藝、長(zhǎng)水平段水平井降摩減扭軌跡控制技術(shù)、長(zhǎng)水平段安全快速成井的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)選方法等技術(shù)，水平段最長(zhǎng)達(dá)到3 065 m，創(chuàng)當(dāng)年中國(guó)頁(yè)巖氣井水平段長(zhǎng)記錄。與一期相比，平臺(tái)平均井?dāng)?shù)增加一倍，無(wú)井眼相碰故障，水平段長(zhǎng)度同比提高32.6%，機(jī)械鉆速同比提高19.3%，鉆井周期同比縮短17.7%，固井質(zhì)量?jī)?yōu)良率由63.5%提升至91.3%，壓后環(huán)空帶壓比例由70.2%下降至8.7%，最短鉆井周期26.9 d，實(shí)現(xiàn)了安全、高效、優(yōu)質(zhì)鉆井。

4)立體開(kāi)發(fā)調(diào)整井高效壓裂技術(shù)

在中國(guó)首創(chuàng)四維動(dòng)態(tài)地應(yīng)力模擬方法，揭示了新井與老井間非均勻地應(yīng)力場(chǎng)動(dòng)態(tài)演化規(guī)律。壓裂改造思路由“體積壓裂”向“裂縫控制有效改造體積+裂縫控制有效泄氣面積”的控縫體積轉(zhuǎn)變。創(chuàng)新形成上、下部氣層差異化“細(xì)密布縫+均勻改造+高強(qiáng)加砂”立體開(kāi)發(fā)調(diào)整井壓裂工藝，新工藝以多簇射孔為基礎(chǔ)，強(qiáng)化縫間干擾、提高縫網(wǎng)復(fù)雜程度，采取中途投加暫堵球的方式實(shí)現(xiàn)多簇均勻改造，同時(shí)應(yīng)用高強(qiáng)度連續(xù)加砂模式，進(jìn)一步提升裂縫支撐效果。形成了以趾端滑套、全可溶橋塞、石英砂為核心的降本配套技術(shù)。通過(guò)上述技術(shù)應(yīng)用，下部氣層加密井平均單井測(cè)試產(chǎn)量由初期20.14×104m3/d增加到25×104m3/d，上部氣層井由9.8×104m3/d，增加到20.2×104m3/d，壓裂試氣成本降幅達(dá)15%，為氣田效益開(kāi)發(fā)提供了有力支撐。

2.2.2.2 攻關(guān)形成3 800 m深層頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)技術(shù)體系

威榮頁(yè)巖氣田埋藏深度大(3 550～3 880 m)、地層壓力高、水平應(yīng)力差大，壓裂套變問(wèn)題突出，加之深層頁(yè)巖氣流動(dòng)機(jī)理不清，現(xiàn)有產(chǎn)能及動(dòng)態(tài)分析方法不完善，國(guó)內(nèi)沒(méi)有成功開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，增大了頁(yè)巖氣有效開(kāi)發(fā)的難度。為此，中國(guó)石化加大了深層頁(yè)巖氣關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)了3 800 m深層頁(yè)巖氣商業(yè)開(kāi)發(fā)。

1)深層頁(yè)巖氣地質(zhì)綜合評(píng)價(jià)技術(shù)

在頁(yè)巖氣測(cè)井綜合評(píng)價(jià)方面，開(kāi)展在地質(zhì)約束下復(fù)雜礦物組分定量評(píng)價(jià)，解決了元素測(cè)井因礦物組成規(guī)律突變導(dǎo)致的計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確的問(wèn)題，為巖石物理骨架模型的建立提供了依據(jù)?；诟烧惩凉羌艿捻?yè)巖孔隙度校正及評(píng)價(jià)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了不同實(shí)驗(yàn)條件下頁(yè)巖孔隙度定量評(píng)價(jià)，為頁(yè)巖儲(chǔ)集空間的評(píng)價(jià)提供了支撐。建立了頁(yè)巖游離氣、吸附氣含量測(cè)井評(píng)價(jià)新方法，提出游離氣含量評(píng)價(jià)新模型，實(shí)現(xiàn)原地條件下頁(yè)巖含氣量的定量評(píng)價(jià)。通過(guò)系列技術(shù)攻關(guān)，深層頁(yè)巖儲(chǔ)層測(cè)井解釋精度由85%提高到92%以上。在深層頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)”地球物理綜合預(yù)測(cè)方面，基于貝葉斯理論框架，結(jié)合巖石物理模型和敏感參數(shù)分析結(jié)果，建立了高精度深層頁(yè)巖儲(chǔ)層品質(zhì)(厚度、TOC、孔隙度)地震預(yù)測(cè)技術(shù)；基于VTI介質(zhì)彈性理論及HTI各向異性介質(zhì)理論，實(shí)現(xiàn)了深層頁(yè)巖氣工程品質(zhì)的高精度定量預(yù)測(cè)。創(chuàng)建了利用地震屬性、彈性參數(shù)及各向異性參數(shù)預(yù)測(cè)頁(yè)巖氣富集程度的新技術(shù)。

2)深層頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)氣藏工程技術(shù)

通過(guò)攻關(guān)取得如下成果：一是通過(guò)對(duì)川南深層頁(yè)巖氣儲(chǔ)層條件下吸附/解吸、應(yīng)力敏感、氣液相滲等滲流實(shí)驗(yàn)和理論研究，揭示了高溫高壓頁(yè)巖氣流動(dòng)機(jī)理，并建立了耦合流動(dòng)數(shù)學(xué)模型；二是通過(guò)建立頁(yè)巖氣壓裂水平井非均勻產(chǎn)氣不穩(wěn)定試井分析模型，形成了頁(yè)巖氣井關(guān)井壓力恢復(fù)非均勻裂縫參數(shù)定量評(píng)價(jià)方法；三是建立深層頁(yè)巖氣氣-水兩相多尺度滲流數(shù)學(xué)模型，形成了頁(yè)巖氣壓裂水平井氣-水兩相產(chǎn)能評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè)技術(shù)；四是發(fā)展了頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)分析方法，明確了深層頁(yè)巖氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征，建立了單井可采儲(chǔ)量預(yù)測(cè)經(jīng)驗(yàn)方法[13-18]。在此基礎(chǔ)上，形成了深層頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)技術(shù)政策優(yōu)化技術(shù)，編制形成川南深層威榮、永川深層頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)技術(shù)方案與技術(shù)政策。

3)深層頁(yè)巖氣優(yōu)快鉆井技術(shù)

通過(guò)加強(qiáng)鉆井-壓裂-采輸一體化平臺(tái)規(guī)劃、三維軌道設(shè)計(jì)等前期基礎(chǔ)處理技術(shù)研究，形成了以三維軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)、優(yōu)快鉆井技術(shù)和“四位一體”軌跡精細(xì)控制為核心的鉆井提速技術(shù)。單井鉆前投資由105萬(wàn)元降至76.8萬(wàn)元；雙二維軌跡井摩阻和扭矩同比降低40%，鉆井效率提高50%，單井減少進(jìn)尺150～200 m。開(kāi)展井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化、優(yōu)選破巖工具和鉆井參數(shù)、優(yōu)控鉆井液性能、通刮洗一體化完井技術(shù)研究，整體提速68%，周期降幅33%，實(shí)現(xiàn)100 d鉆完井周期目標(biāo)。發(fā)展了以“地震預(yù)測(cè)、地質(zhì)建模、隨鉆伽瑪、元素錄井”四位一體相結(jié)合的井軌跡控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層鉆遇率達(dá)98.93%。

4)深層頁(yè)巖體積壓裂關(guān)鍵技術(shù)

攻關(guān)形成了以“射孔簇優(yōu)化、暫堵轉(zhuǎn)向、三超加砂、多級(jí)支撐、大排量降阻水連續(xù)加砂”為核心的密切割強(qiáng)加砂壓裂技術(shù)，加砂強(qiáng)度由1.1 t/m上升到1.9 t/m，無(wú)阻流量和EUR分別提高39.3%和32.4%。針對(duì)套變井，采用暫堵轉(zhuǎn)向壓裂，結(jié)合暫堵壓裂次數(shù)和射孔孔眼大小優(yōu)化暫堵材料用量、封堵時(shí)間等參數(shù)。針對(duì)井漏、暫堵壓裂難以實(shí)現(xiàn)充分改造的情況，采用帶封隔器的無(wú)級(jí)滑套管柱進(jìn)行分段壓裂，在限壓下盡量提高施工排量，較好地解決了套變丟段問(wèn)題。

2.2.2.3 攻關(guān)形成常壓頁(yè)巖氣低成本工程工藝技術(shù)體系

針對(duì)常壓頁(yè)巖氣區(qū)分布面積廣、埋藏相對(duì)較淺，單井產(chǎn)量低，現(xiàn)有工程技術(shù)成本難以實(shí)現(xiàn)效益開(kāi)發(fā)的難點(diǎn)，按照“單井突破、平臺(tái)試驗(yàn)、規(guī)模開(kāi)發(fā)”的效益發(fā)展思路，在武隆、南川、白馬地區(qū)開(kāi)展低成本技術(shù)攻關(guān)，從地震、鉆井和壓裂等全流程探索低成本模式，取得良好效果。

1)低密度三維地震技術(shù)

針對(duì)渝東南常壓頁(yè)巖氣探區(qū)以寬緩向斜構(gòu)造為主的特殊地質(zhì)條件，圍繞滿足水平井軌跡預(yù)測(cè)地質(zhì)需求，提出常壓頁(yè)巖氣低密度三維地震勘探理念。在確保波場(chǎng)采樣充分性前提下優(yōu)化觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在武隆向斜采用三維炮道密度15萬(wàn)道/km2。為確保地震采集質(zhì)量，針對(duì)灰?guī)r裸露區(qū)地震激發(fā)效果差、單炮信噪比低的難題，形成基于目的層最大信噪比的巖性-井深-藥量匹配地震激發(fā)技術(shù)，提高了單炮信噪比。針對(duì)武隆城區(qū)等大型障礙物區(qū)，結(jié)合基于起伏地表三維模型正演分析，利用炮點(diǎn)加密和增加接收排列等措施，確保資料獲取。針對(duì)高陡山體滑坡高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，實(shí)施了電火花震源與炸藥震源聯(lián)合激發(fā)技術(shù)，保證了激發(fā)點(diǎn)的均勻性，確保資料完整。通過(guò)上述措施，山地常壓頁(yè)巖氣區(qū)低成本三維地震勘探相比原來(lái)較高炮道密度(>45萬(wàn)道/km2)三維地震方案節(jié)約投資46%。地震單炮一級(jí)品率達(dá)80.58%(設(shè)計(jì)要求75%)，單炮品質(zhì)明顯優(yōu)于前期二維和鄰區(qū)三維地震采集單炮。地震處理成果剖面信噪比滿足地質(zhì)需求。通過(guò)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖厚度預(yù)測(cè)符合率大于95%，頁(yè)巖脆性預(yù)測(cè)符合率大于95%，孔隙度預(yù)測(cè)符合率大于93%，泥漿漏失風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)符合率大于90%和地震精度滿足水平井鉆井軌跡控制的需求。

2)低成本鉆井工藝

圍繞淺表層、二疊系漏失，龍?zhí)督M-茅口組、韓家店組-小河壩組地層巖性復(fù)雜機(jī)械鉆速慢，水平段導(dǎo)向效率低等制約提速提效降本的瓶頸問(wèn)題，開(kāi)展鉆井系列攻關(guān)創(chuàng)新和技術(shù)集成配套應(yīng)用，取得以下成果：一是優(yōu)化“階梯式二開(kāi)制”井身結(jié)構(gòu)形成低成本提速提效的“瘦身二開(kāi)制”井身結(jié)構(gòu)，縮短鉆井周期。二是充分發(fā)揮設(shè)備能力，配套BICO大扭矩螺桿、六刀抗沖擊/五刀短保徑導(dǎo)向PDC鉆頭等關(guān)鍵提速工具，提高破巖效率，同時(shí)提高機(jī)械鉆速。三是優(yōu)選常規(guī)LWD導(dǎo)向工具，替代旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井方式，采用地質(zhì)工程一體化導(dǎo)向模式，同時(shí)加強(qiáng)靶窗優(yōu)化、軌道優(yōu)化，配套高效鉆頭、鉆具組合等關(guān)鍵工具，實(shí)現(xiàn)了水平段的高效鉆井水平段單日最高進(jìn)尺473 m，優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖鉆遇率98%以上。四是提升完井工藝，采用“短起下+大排量循環(huán)”處理井筒，不通井下套管，節(jié)約周期1～2 d；采用低密度水泥漿體系+水泥低返+預(yù)應(yīng)力固井技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了低成本降低環(huán)空帶壓風(fēng)險(xiǎn)。五是完善防漏堵漏措施，實(shí)現(xiàn)安全高效鉆井。通過(guò)上述措施，在武隆地區(qū)通過(guò)兩輪次攻關(guān)，鉆井周期縮短54.90 d，提效142.96%，平均機(jī)械鉆速提高124.81%,完井周期縮短60.30 d，提效144.15%,單井成本降低33%。

3)電動(dòng)壓裂工藝集成與應(yīng)用

在頁(yè)巖氣規(guī)模壓裂施工過(guò)程中，采用電動(dòng)壓裂泵組與常規(guī)2500型壓裂車組相比，具有如下低成本優(yōu)勢(shì)：電動(dòng)壓裂泵組自動(dòng)化程度高，可減少操作人員40%，單井降本12萬(wàn)元；電動(dòng)壓裂泵單臺(tái)設(shè)備功率大，可替代2.5臺(tái)2500型壓裂車，設(shè)備投資降低60%；能耗低，電動(dòng)壓裂泵能源消耗降低75%。通過(guò)采用HP6000型等電動(dòng)壓裂泵組，配套集成電動(dòng)直驅(qū)混砂、電動(dòng)混配和自動(dòng)風(fēng)送輸砂等工藝技術(shù)，為成套壓裂施工裝備全電動(dòng)化、數(shù)字化和信息化集成控制工藝升級(jí)奠定基礎(chǔ)。全電驅(qū)壓裂設(shè)備及配套技術(shù)推廣應(yīng)用后，壓裂生產(chǎn)運(yùn)行效率提高近一倍，目前日均壓裂平均6段，最高8段，創(chuàng)國(guó)內(nèi)最高紀(jì)錄。設(shè)備減少占地面積23.07%，后期單井可節(jié)約成本超過(guò)200萬(wàn)元，減少噪音約29%，無(wú)固廢產(chǎn)生，單井折算減少碳排放680 t，大氣污染物4.72 t。

2.2.3 關(guān)鍵裝備、工具和材料實(shí)現(xiàn)中國(guó)制造

“十三五”期間，為了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地質(zhì)條件下鉆井提速提效，研發(fā)了適應(yīng)性的關(guān)鍵設(shè)備和配套工具材料。在壓裂設(shè)備方面，成功研制世界首臺(tái)3000型壓裂泵車、超大功率電動(dòng)成套壓裂裝備、連續(xù)油管作業(yè)車、易鉆復(fù)合橋塞等配套裝備和工具，有力保障了山地環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間、高壓力、大功率壓裂施工。在配套工具方面，全面推廣應(yīng)用趾端滑套、牽引器，可溶橋塞等配套工具，提高施工時(shí)效性，降低施工費(fèi)用，單井工程費(fèi)用平均降低70萬(wàn)元。在油基鉆井液性能優(yōu)化提升方面，改善了高密度油基鉆井液流變性能，鉆井液密度最高1.86 g/cm3。同時(shí)，配合電網(wǎng)改造，規(guī)?；瘧?yīng)用壓裂車和電動(dòng)設(shè)備組合，比常規(guī)車組節(jié)約費(fèi)用18%～34%。通過(guò)低成本壓裂材料、施工工藝及配套工具的應(yīng)用，平均單井壓裂成本由2 800萬(wàn)元降低到2 000萬(wàn)元以下,單井壓裂綜合費(fèi)用相比初期降低30%左右，滿足了投資剛性約束條件下效益開(kāi)發(fā)需求。

2.2.4 創(chuàng)建一批專利和標(biāo)準(zhǔn)

“十三五”期間建立了海相頁(yè)巖氣地質(zhì)評(píng)價(jià)與開(kāi)發(fā)技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)體系。中國(guó)石化已獲得授權(quán)“一種頁(yè)巖氣水平井地質(zhì)導(dǎo)向方法”等國(guó)家專利504項(xiàng)，其中國(guó)內(nèi)授權(quán)發(fā)明專利288項(xiàng)，國(guó)外授權(quán)發(fā)明專利5項(xiàng)，形成了“涪陵頁(yè)巖氣田淺層鉆井安全推薦做法”、“涪陵頁(yè)巖氣田水平井生產(chǎn)套管固井技術(shù)規(guī)范”等百余項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

綜上所述，“十三五”期間，中國(guó)石化堅(jiān)持創(chuàng)新引領(lǐng)與技術(shù)攻關(guān)，堅(jiān)持勘探開(kāi)發(fā)一體化、地質(zhì)工程一體化，堅(jiān)持低成本理念，實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣跨越式發(fā)展?？碧缴?，在五峰組-龍馬溪組深層、常壓頁(yè)巖氣攻關(guān)，二疊系海相頁(yè)巖氣、侏羅系東岳廟段新層系頁(yè)巖氣勘探率先在國(guó)內(nèi)取得新突破；新增探明頁(yè)巖氣地質(zhì)儲(chǔ)量5 600×108m3，發(fā)現(xiàn)探明了中國(guó)首個(gè)深層頁(yè)巖氣田-威榮頁(yè)巖氣田；實(shí)現(xiàn)了中國(guó)首個(gè)常壓頁(yè)巖氣商業(yè)規(guī)模發(fā)現(xiàn)，中國(guó)最大頁(yè)巖氣田——涪陵頁(yè)巖氣田儲(chǔ)量規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大。開(kāi)發(fā)上，率先在國(guó)內(nèi)開(kāi)展頁(yè)巖氣立體開(kāi)發(fā)提高采收率攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)了整體采收率翻番，率先實(shí)現(xiàn)中國(guó)常壓頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)，頁(yè)巖氣規(guī)模開(kāi)發(fā)能力由3 500 m拓展到3 800 m，實(shí)現(xiàn)了頁(yè)巖氣快速上產(chǎn)。海相頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)理論技術(shù)不斷完善創(chuàng)新，在深層頁(yè)巖氣富集機(jī)理、常壓頁(yè)巖氣富集規(guī)律研究取得新認(rèn)識(shí)，創(chuàng)新形成了海相頁(yè)巖氣提高采收率技術(shù)體系，深層頁(yè)巖氣壓裂技術(shù)攻關(guān)不斷突破新深度。超大功率電動(dòng)壓裂泵裝備等新裝備研制，助推了頁(yè)巖氣低成本技術(shù)發(fā)展與規(guī)模應(yīng)用，單井鉆完井成本實(shí)現(xiàn)持續(xù)下降。創(chuàng)建形成了一批專利、標(biāo)準(zhǔn)。2017年涪陵大型海相頁(yè)巖氣田高效勘探開(kāi)發(fā)榮獲國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，2019年涪陵頁(yè)巖氣田焦石壩一期產(chǎn)建項(xiàng)目獲國(guó)家優(yōu)質(zhì)工程金獎(jiǎng)，引領(lǐng)了中國(guó)頁(yè)巖氣的快速發(fā)展。

3 發(fā)展展望

據(jù)“十三五”資評(píng)，中國(guó)石化頁(yè)巖氣地質(zhì)資源量為28×1012m3、可采資源量為5.48×1012m3，截至2020年底已累計(jì)探明地質(zhì)儲(chǔ)量為9 408×108m3，資源探明率為3.3%。頁(yè)巖氣有利區(qū)主要分布于四川盆地及周緣，資源探明率為5.7%，剩余資源量為15×1012m3。頁(yè)巖氣有利目標(biāo)主要分布在志留系深層-超深層、常壓和新層系等領(lǐng)域(表1)，具有類型多、地質(zhì)和地表?xiàng)l件復(fù)雜、快速實(shí)現(xiàn)規(guī)模開(kāi)發(fā)難度大的特點(diǎn)。

表1 四川盆地及周緣頁(yè)巖氣不同領(lǐng)域有利目標(biāo)資源潛力

深層、常壓和新區(qū)新層系頁(yè)巖氣將是下一步攻關(guān)突破的重點(diǎn)領(lǐng)域，但已有的勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐表明，重點(diǎn)攻關(guān)領(lǐng)域頁(yè)巖氣地質(zhì)條件復(fù)雜，深層、常壓頁(yè)巖氣富集高產(chǎn)規(guī)律、地質(zhì)工程雙甜點(diǎn)預(yù)測(cè)和低成本、高效開(kāi)發(fā)的工程工藝技術(shù)亟待攻關(guān)突破[19-20]。涪陵頁(yè)巖氣田老區(qū)開(kāi)發(fā)已進(jìn)入快速遞減階段，多層立體開(kāi)發(fā)和重復(fù)壓裂等持續(xù)提高采收率技術(shù)還需持續(xù)攻關(guān)。新的產(chǎn)能接替區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，效益開(kāi)發(fā)和規(guī)模建產(chǎn)的配套技術(shù)不成熟，持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)上產(chǎn)存在挑戰(zhàn)。針對(duì)不同領(lǐng)域頁(yè)巖氣開(kāi)展理論與技術(shù)攻關(guān)，是實(shí)現(xiàn)多類型頁(yè)巖氣勘探突破和商業(yè)開(kāi)發(fā)、保障發(fā)展目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。“十四五”期間，將重點(diǎn)開(kāi)展以下理論技術(shù)攻關(guān)。

1)不同類型頁(yè)巖氣富集機(jī)理等基礎(chǔ)理論研究。包括深層、超深層頁(yè)巖氣賦存方式、超壓形成機(jī)理；常壓頁(yè)巖氣賦存機(jī)理與壓力保存機(jī)制；陸相和海陸過(guò)渡相等復(fù)雜巖性頁(yè)巖氣源-儲(chǔ)配置關(guān)系及賦存方式；多類型頁(yè)巖氣資源、勘探選區(qū)和目標(biāo)評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)的完善；多類頁(yè)巖氣“雙甜點(diǎn)”地質(zhì)工程一體化預(yù)測(cè)攻關(guān)。

2)頁(yè)巖氣藏開(kāi)發(fā)精細(xì)評(píng)價(jià)研究。深化和建立不同類型氣藏評(píng)價(jià)、產(chǎn)能變化規(guī)律等方法和標(biāo)準(zhǔn)。加大涪陵頁(yè)巖氣田多層系立體開(kāi)發(fā)和技術(shù)升級(jí)力度，攻關(guān)超密布縫+高強(qiáng)度加砂壓裂改造模式，提高氣田整體采收率。

3)頁(yè)巖氣新領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。在深層頁(yè)巖氣壓裂技術(shù)攻關(guān)上，堅(jiān)持按深度逐步推進(jìn)攻關(guān)的思路，在4 200 m深層取得技術(shù)突破的基礎(chǔ)上，通過(guò)持續(xù)提產(chǎn)降本，實(shí)現(xiàn)4 500 m以淺頁(yè)巖氣資源商業(yè)開(kāi)發(fā)，并在5 000 m深層取得技術(shù)突破。在常壓頁(yè)巖氣低成本攻關(guān)方面，以單井鉆采成本控制在3 500萬(wàn)元以下為目標(biāo)，持續(xù)開(kāi)展井組攻關(guān)低成本鉆井、壓裂等工程工藝技術(shù)集成與創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)常壓頁(yè)巖氣資源規(guī)模開(kāi)發(fā)。在陸相、海-陸過(guò)渡相的復(fù)雜巖性等工程工藝技術(shù)攻關(guān)方面，在儲(chǔ)層改造機(jī)理認(rèn)識(shí)取得新突破，形成適應(yīng)性配套工程技術(shù)體系。

4)頁(yè)巖氣提高采收率技術(shù)攻關(guān)。重點(diǎn)開(kāi)展頁(yè)巖氣建模數(shù)模一體化優(yōu)化技術(shù)、多層立體開(kāi)發(fā)提高采收率技術(shù)、高密度多層“井工廠”鉆完井技術(shù)、多分支水平井分段壓裂技術(shù)、水平井可控體積壓裂技術(shù)、重復(fù)壓裂技術(shù)等攻關(guān)。

通過(guò)上述理論、技術(shù)攻關(guān)，勘探上以四川盆地及周緣為重點(diǎn)，力爭(zhēng)在深層和盆緣復(fù)雜構(gòu)造帶志留系、四川盆地二疊系、侏羅系等新層系和中揚(yáng)子新區(qū)等4大領(lǐng)域取得商業(yè)突破，并在涪陵頁(yè)巖氣田外圍、川南深層頁(yè)巖氣、川東南常壓頁(yè)巖氣和中揚(yáng)子新區(qū)形成4大規(guī)模增儲(chǔ)陣地，探明形成涪陵萬(wàn)億方規(guī)模大氣田。同時(shí)，持續(xù)加強(qiáng)對(duì)中揚(yáng)子寒武系、南方外圍新區(qū)海相、松遼盆地南部白堊系、鄂爾多斯盆地奧陶系、華北石炭系-二疊系等新區(qū)新層系的研究探索，力爭(zhēng)取得新突破。開(kāi)發(fā)上，使涪陵頁(yè)巖氣田老區(qū)采收率提高至40%，實(shí)現(xiàn)持續(xù)上產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)；在川南威榮、永川和丁山等新區(qū)深層頁(yè)巖氣實(shí)現(xiàn)規(guī)模建產(chǎn)上產(chǎn)；武隆和道真向斜常壓頁(yè)巖氣實(shí)現(xiàn)有效開(kāi)發(fā)；在涪陵北部復(fù)興侏羅系、建南二疊系、宜昌新區(qū)實(shí)現(xiàn)商業(yè)開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)中國(guó)石化頁(yè)巖氣持續(xù)上產(chǎn)。

4 結(jié)論

1)“十三五”中國(guó)石化加強(qiáng)地質(zhì)工程一體化、勘探開(kāi)發(fā)一體化，加大關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)了頁(yè)巖氣跨越式發(fā)展。建成了北美以外最大的頁(yè)巖氣田——涪陵頁(yè)巖氣田，探明并開(kāi)發(fā)了中國(guó)首個(gè)深層頁(yè)巖氣田——威榮頁(yè)巖氣田，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)首個(gè)常壓頁(yè)巖氣規(guī)模商業(yè)發(fā)現(xiàn)。落實(shí)了深層、常壓5個(gè)千億方資源規(guī)模新陣地，實(shí)現(xiàn)了“走出涪陵”的戰(zhàn)略部署。新區(qū)新層系頁(yè)巖氣勘探領(lǐng)域不斷拓展，“走出志留系、走出海相、走出四川盆地”的戰(zhàn)略構(gòu)想有望實(shí)現(xiàn)。率先開(kāi)展深層頁(yè)巖氣壓裂技術(shù)、常壓頁(yè)巖氣低成本技術(shù)、海相頁(yè)巖氣提高采收率技術(shù)攻關(guān)并取得突破，引領(lǐng)了國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣快速發(fā)展。

2)未來(lái)頁(yè)巖氣攻關(guān)方向?qū)⒁运拇ㄅ璧丶爸芫壣顚?、常壓、新區(qū)新層系為重點(diǎn)領(lǐng)域，通過(guò)加強(qiáng)不同類型頁(yè)巖氣富集機(jī)理、開(kāi)發(fā)規(guī)律的基礎(chǔ)理論研究，加大不同類型低成本適應(yīng)性鉆完井及壓裂工程等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，積極培育形成涪陵萬(wàn)億方規(guī)模大氣田，攻關(guān)突破川東南4 000～5 000 m深層志留系，以及盆緣復(fù)雜構(gòu)造帶常壓志留系，侏羅系、二疊系等新層系，中揚(yáng)子新區(qū)等四大領(lǐng)域，全力推進(jìn)頁(yè)巖氣戰(zhàn)略領(lǐng)域新突破，實(shí)現(xiàn)多類型頁(yè)巖氣商業(yè)發(fā)現(xiàn)和儲(chǔ)產(chǎn)量規(guī)模增長(zhǎng)。