馬新華

（1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083；2.國(guó)家能源頁(yè)巖氣研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心，河北廊坊 065007）

0 引言

常規(guī)天然氣藏通常物性較好，采用直井、利用自身能量就可以實(shí)現(xiàn)效益開(kāi)發(fā)。隨著中國(guó)天然氣開(kāi)發(fā)進(jìn)程的不斷深入，開(kāi)發(fā)對(duì)象的儲(chǔ)集層品質(zhì)逐漸變差，儲(chǔ)集層孔喉尺度從微米級(jí)下降至納米級(jí)，滲透率從100×10-3μm2級(jí)別下降至 0.000 1×10-3μm2級(jí)別，產(chǎn)能不斷下降，直至不具備自然產(chǎn)能，這類(lèi)資源通常稱(chēng)之為非常規(guī)氣，主要包括致密氣、頁(yè)巖氣和煤層氣等。

中國(guó)非常規(guī)天然氣資源儲(chǔ)量豐富，已成為國(guó)內(nèi)天然氣產(chǎn)量增長(zhǎng)的主要?jiǎng)恿Αａ槍?duì)非常規(guī)氣開(kāi)發(fā)，前人提出了一系列認(rèn)識(shí)、概念和理論。在非常規(guī)氣特征方面，提出了“連續(xù)型油氣聚集”概念[1]，認(rèn)為非常規(guī)氣為源儲(chǔ)一體、原位聚集，成藏動(dòng)力為超壓和擴(kuò)散作用[2]。非常規(guī)氣呈現(xiàn)“二元富集”的規(guī)律，其中深水陸棚相優(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[3-4]。非常規(guī)氣存在“構(gòu)造型甜點(diǎn)”和“連續(xù)型甜點(diǎn)區(qū)”兩類(lèi)富集模式[5]，頁(yè)巖氣高產(chǎn)受優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層和保存條件控制[6-7]。在非常規(guī)氣開(kāi)發(fā)技術(shù)和開(kāi)發(fā)效果方面，提出非常規(guī)氣為“人工氣藏”或“人造氣藏”，氣藏開(kāi)發(fā)應(yīng)以“甜點(diǎn)區(qū)”為單元，通過(guò)人工干預(yù)的方式形成“人造高滲區(qū)，重構(gòu)滲流場(chǎng)”[8]。非常規(guī)氣開(kāi)發(fā)應(yīng)在水平井分段壓裂技術(shù)基礎(chǔ)上，采用水平井體積壓裂技術(shù)，最大限度提高裂縫的改造體積[9]，從而實(shí)現(xiàn)“體積開(kāi)發(fā)”效果[2]。總體上，目前認(rèn)識(shí)多聚焦于非常規(guī)氣地質(zhì)特征、開(kāi)發(fā)技術(shù)及開(kāi)發(fā)效果的某一方面，需要對(duì)非常規(guī)天然氣開(kāi)發(fā)理論和認(rèn)識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的梳理總結(jié)。

為了有效開(kāi)發(fā)非常規(guī)氣，筆者團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)20余年探索，逐漸形成了以“不斷突破開(kāi)發(fā)技術(shù)界限”為核心的“極限動(dòng)用”開(kāi)發(fā)理念。明確了“極限動(dòng)用”理論內(nèi)涵，形成了儲(chǔ)集層精細(xì)評(píng)價(jià)、“甜點(diǎn)區(qū)段”預(yù)測(cè)、非常規(guī)滲流理論與產(chǎn)能評(píng)價(jià)、網(wǎng)格化井網(wǎng)開(kāi)發(fā)優(yōu)化、優(yōu)快鉆井與體積壓裂、生產(chǎn)制度優(yōu)化與組織管理等系列技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)非常規(guī)氣的規(guī)?；虡I(yè)開(kāi)發(fā)。本文系統(tǒng)闡述了“極限動(dòng)用”開(kāi)發(fā)理論、關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用實(shí)踐，力求為推動(dòng)非常規(guī)氣有效益、可持續(xù)開(kāi)發(fā)提供一套系統(tǒng)的指導(dǎo)思想和技術(shù)體系。

1 非常規(guī)氣“極限動(dòng)用”開(kāi)發(fā)理論內(nèi)涵

相對(duì)常規(guī)氣藏來(lái)說(shuō)，致密氣、頁(yè)巖氣、煤層氣這3類(lèi)非常規(guī)氣開(kāi)發(fā)動(dòng)用難度更大。由致密氣到頁(yè)巖氣、煤層氣，儲(chǔ)集層有機(jī)質(zhì)含量逐漸增加，孔喉逐漸變小，由微米級(jí)向納米級(jí)過(guò)渡，比表面逐漸變大，氣體賦存狀態(tài)由游離氣為主向吸附氣為主過(guò)渡、流動(dòng)機(jī)制由滲流為主向擴(kuò)散為主過(guò)渡[6,10-11]，導(dǎo)致壓力傳播慢、傳播距離短、動(dòng)用程度低，開(kāi)發(fā)難度極大，可統(tǒng)稱(chēng)為“極限氣藏”。

“極限動(dòng)用”開(kāi)發(fā)理論的基本內(nèi)涵是：針對(duì)常規(guī)開(kāi)發(fā)技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)有效開(kāi)發(fā)的“極限氣藏”，采用網(wǎng)格化井網(wǎng)、長(zhǎng)水平井和體積壓裂等“極限技術(shù)”，建立“地下連通體”，增加泄流面積，縮短滲流距離、增加壓力梯度、降低井底流壓，達(dá)到“極限效果”，不斷突破開(kāi)發(fā)界限，追求極大單井產(chǎn)量和極限采收率，實(shí)現(xiàn)非常規(guī)氣的極限動(dòng)用（見(jiàn)圖1）。

圖1 “極限動(dòng)用”理論框圖

1.1 “極限氣藏”特征

由致密氣到頁(yè)巖氣、煤層氣，儲(chǔ)集層TOC值逐漸增加，致密氣儲(chǔ)集層幾乎不含有機(jī)質(zhì)，頁(yè)巖氣儲(chǔ)集層TOC值在2%～10%，煤層氣儲(chǔ)集層TOC值在60%～80%[12-14]；比表面積隨著孔隙半徑的減小和TOC值的增加而增大，致密氣儲(chǔ)集層比表面積在0.1～3.0 m2/g，頁(yè)巖氣在7～40 m2/g，煤層氣在10～200 m2/g；孔隙逐漸變小，由微米級(jí)向納米級(jí)過(guò)渡，致密氣儲(chǔ)集層孔隙直徑主要分布在0.04～2.00 μm，頁(yè)巖氣主要分布在4～500 nm，煤層氣主要分布在1～100 nm；吸附氣比例隨著總有機(jī)碳含量的增加和孔喉直徑的減小而增大，氣體賦存狀態(tài)由游離氣為主向吸附氣為主過(guò)渡，致密氣儲(chǔ)集層幾乎沒(méi)有吸附氣，頁(yè)巖氣儲(chǔ)集層吸附氣比例在20%～80%，煤層氣在70%～100%（見(jiàn)圖2）。

圖2 “極限氣藏”特征模式圖

1.2 滲流特征

隨著“極限氣藏”的孔隙尺度由微米級(jí)向納米級(jí)拓展、比表面積越來(lái)越大，表面作用急劇增大，滑脫效應(yīng)、表面擴(kuò)散、解吸等作用機(jī)理不可忽略，常規(guī)氣藏的滲流理論無(wú)法有效描述氣體運(yùn)移過(guò)程[6,15-16]。根據(jù)努森理論，氣體分子的平均自由程與孔隙尺度共同決定了氣體的流動(dòng)形態(tài)，據(jù)此繪制了氣體流態(tài)辨識(shí)圖版（見(jiàn)圖3）。由常規(guī)氣向非常規(guī)氣過(guò)渡，努森數(shù)逐步增加，氣體逐漸由黏性達(dá)西流向滑移流、過(guò)渡流轉(zhuǎn)變，氣體動(dòng)用難度逐漸變大。致密氣以黏性流動(dòng)為主，隨著壓力降低和孔隙變小，存在部分滑移流。頁(yè)巖氣孔隙中解吸、表面擴(kuò)散、努森擴(kuò)散等機(jī)理共存，流動(dòng)形態(tài)以滑移流和過(guò)渡流為主。而煤層氣由于基質(zhì)孔隙直徑小，儲(chǔ)集層壓力低，以過(guò)渡流為主，解吸、擴(kuò)散發(fā)揮著重要的作用。

圖3 非常規(guī)氣流動(dòng)形態(tài)辨識(shí)圖版

1.3 動(dòng)用特征

非常規(guī)氣開(kāi)發(fā)多采用衰竭開(kāi)發(fā)方式，壓力傳導(dǎo)速度和壓力傳播距離主要受控于儲(chǔ)集層滲流能力[6,16]?！皹O限氣藏”滲流能力弱，致密氣基質(zhì)滲透率一般在（0.001～0.100）×10-3μm2，頁(yè)巖氣基質(zhì)滲透率一般在（0.000 01～0.001 00）×10-3μm2，煤層氣基質(zhì)滲透率一般分布在（0.000 001～0.010 000）×10-3μm2，導(dǎo)致壓力傳導(dǎo)速度慢[17-19]。常規(guī)氣藏壓力傳播距離可達(dá)千米級(jí)別，而“極限氣藏”僅為幾十米級(jí)甚至更低。如圖4所示，滲透率為0.1×10-3μm2的氣藏生產(chǎn)1 000 d壓力傳導(dǎo)距離為500 m以上，而滲透率為0.000 1×10-3μm2的氣藏生產(chǎn)1 000 d壓力傳導(dǎo)距離僅為14 m；傳導(dǎo)10 m的距離，滲透率為0.1×10-3μm2的氣藏僅需5 h，而滲透率為0.000 1×10-3μm2的氣藏需要500 d以上?！皹O限氣藏”壓力傳導(dǎo)距離和傳導(dǎo)速度與常規(guī)氣藏相差幾個(gè)數(shù)量級(jí)，“極限氣藏”有效動(dòng)用必須突破傳導(dǎo)距離小、傳導(dǎo)速度慢的制約。

圖4 極限氣藏壓力傳播特征

1.4 地質(zhì)力學(xué)特征

非常規(guī)天然氣儲(chǔ)集層非均質(zhì)性較強(qiáng)，儲(chǔ)集層地應(yīng)力狀態(tài)不能再被簡(jiǎn)化為各向同性模型，而是需要采用平面均質(zhì)、垂向非均質(zhì)甚至各向異性地應(yīng)力模型來(lái)表征（見(jiàn)圖5）。在層狀非均質(zhì)模型中，Ev≠Eh，通常Eh/Ev在 1～2，非均質(zhì)性越強(qiáng)，該比值越大。而在各向異性模型中，Ex≠Ey≠Ez。由于儲(chǔ)集層介質(zhì)的變化，縱向剖面上彈性模量、泊松比、斷裂韌性等巖石力學(xué)參數(shù)變化快、差異大，最小主地應(yīng)力剖面相應(yīng)地變化快、層間差異大。

圖5 非常規(guī)氣地應(yīng)力狀態(tài)描述模型

復(fù)雜的地應(yīng)力狀態(tài)以及多層理的影響導(dǎo)致水力裂縫形態(tài)復(fù)雜化，呈現(xiàn)垂直裂縫與水平裂縫疊加交互的狀態(tài)，裂縫縱向擴(kuò)展受限。由于地質(zhì)力學(xué)特征的變化，致密砂巖氣、煤層氣和頁(yè)巖氣的裂縫形態(tài)逐漸由簡(jiǎn)單過(guò)渡到復(fù)雜（見(jiàn)圖6）。

圖6 3類(lèi)非常規(guī)氣裂縫形態(tài)示意圖

1.5 地下連通體

有效動(dòng)用“極限氣藏”必須建立具有密集體積縫網(wǎng)、高效滲流通道的“地下連通體”（見(jiàn)圖7），其科學(xué)性和有效性取決于井網(wǎng)密度和儲(chǔ)集層改造程度。地質(zhì)力學(xué)特征的變化給工程技術(shù)特別是鉆井和壓裂技術(shù)帶來(lái)較大挑戰(zhàn)，需要持續(xù)突破技術(shù)極限，通過(guò)網(wǎng)格化鉆井和水平井體積改造形成匹配“極限氣藏”特征的體積縫網(wǎng)，構(gòu)建最優(yōu)的“地下連通體”，縮短傳導(dǎo)距離，有效溝通氣藏，提高滲流能力和開(kāi)發(fā)動(dòng)用效果。

圖7 非常規(guī)天然氣極限動(dòng)用的“地下連通體”示意圖

2 非常規(guī)氣“極限動(dòng)用”開(kāi)發(fā)技術(shù)

非常規(guī)天然氣開(kāi)發(fā)的核心是提高單井產(chǎn)量和EUR，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵是基于“極限氣藏”的地質(zhì)和工程條件，獲得最優(yōu)的“地下連通體”。實(shí)現(xiàn)途徑是通過(guò)多學(xué)科綜合儲(chǔ)集層特征表征，找到開(kāi)發(fā)“甜點(diǎn)區(qū)/段”，建立非常規(guī)氣滲流模型指導(dǎo)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，采用最優(yōu)井網(wǎng)井距，以最高工程技術(shù)水平達(dá)到最優(yōu)儲(chǔ)集層改造程度，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)工程一體化，采用最合理的排采制度，獲取最大EUR，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效益最大化。一體化研究、一體化設(shè)計(jì)和一體化實(shí)施的地質(zhì)工程一體化技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)非常規(guī)天然氣極限開(kāi)發(fā)技術(shù)的必然要求[15]（見(jiàn)圖 8）。筆者針對(duì)頁(yè)巖氣田開(kāi)發(fā)，提出“定好井”、“鉆好井”、“壓好井”和“管好井”的總體思路，是對(duì)地質(zhì)工程一體化的精準(zhǔn)詮釋[6]。非常規(guī)氣“極限動(dòng)用”開(kāi)發(fā)技術(shù)系列包括微納米尺度儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)技術(shù)、“甜點(diǎn)區(qū)/段”預(yù)測(cè)技術(shù)、非常規(guī)滲流理論與產(chǎn)能評(píng)價(jià)技術(shù)、網(wǎng)格化井網(wǎng)開(kāi)發(fā)優(yōu)化技術(shù)、優(yōu)快鉆井與體積壓裂技術(shù)、生產(chǎn)制度優(yōu)化與組織管理。

圖8 不同類(lèi)型非常規(guī)天然氣極限開(kāi)發(fā)模式示意圖

2.1 微納米尺度儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)技術(shù)

非常規(guī)天然氣儲(chǔ)集層微納米級(jí)孔隙發(fā)育，隨著微納米尺度儲(chǔ)集層表征技術(shù)的發(fā)展與完善，非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層認(rèn)識(shí)界限不斷突破，儲(chǔ)集層認(rèn)識(shí)水平達(dá)到了分子尺度。儲(chǔ)集層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征是儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，結(jié)合高壓壓汞、低溫氮?dú)?二氧化碳吸附、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡、微米/納米 CT等實(shí)驗(yàn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了非常規(guī)天然氣儲(chǔ)集層全尺度孔隙特征的完備表征，揭示了致密砂巖、頁(yè)巖和煤巖不同的孔隙結(jié)構(gòu)特征。在準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)非常規(guī)氣儲(chǔ)集層微觀孔隙特征的基礎(chǔ)上，聯(lián)合、升級(jí)巖石力學(xué)等評(píng)價(jià)技術(shù)，形成了微納米尺度儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)技術(shù)，即以微納米孔隙結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ)，采用含氣性、流體、巖石力學(xué)參數(shù)、地球化學(xué)、物性和巖石物理分析等超過(guò)30項(xiàng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，評(píng)價(jià)儲(chǔ)集層含氣性、儲(chǔ)集性和可改造性等特征，結(jié)合開(kāi)發(fā)效果，確定儲(chǔ)集層分類(lèi)評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)，為非常規(guī)氣“極限動(dòng)用”奠定基礎(chǔ)。

2.2 “甜點(diǎn)區(qū)/段”預(yù)測(cè)技術(shù)

由于非常規(guī)氣儲(chǔ)集層較強(qiáng)的非均質(zhì)性，需要采用實(shí)驗(yàn)測(cè)試、測(cè)井、地震和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等多種技術(shù)手段，構(gòu)建“透明氣藏”。精準(zhǔn)確定平面最富集的開(kāi)發(fā)“甜點(diǎn)區(qū)”和縱向最優(yōu)“甜點(diǎn)段”[8]，是非常規(guī)氣“極限動(dòng)用”的關(guān)鍵，也是經(jīng)濟(jì)有效開(kāi)發(fā)的必然要求。

微納米尺度儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)技術(shù)為儲(chǔ)集層認(rèn)識(shí)、測(cè)井參數(shù)標(biāo)定和精細(xì)儲(chǔ)集層表征等提供了可靠依據(jù)。以甜點(diǎn)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系為核心的非常規(guī)氣儲(chǔ)集層測(cè)井評(píng)價(jià)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了礦物組分、TOC、孔隙度、飽和度、含氣量、巖石力學(xué)等關(guān)鍵地質(zhì)工程參數(shù)的精細(xì)評(píng)價(jià)，明確了儲(chǔ)集層平面和縱向上的非均質(zhì)性特征[20]，以及水力裂縫的形態(tài)特征。在此基礎(chǔ)上，優(yōu)選地質(zhì)“甜點(diǎn)”和工程“甜點(diǎn)區(qū)/段”，將地質(zhì)甜點(diǎn)和工程甜點(diǎn)有效融合，建立非常規(guī)油氣“甜點(diǎn)體”的識(shí)別和綜合預(yù)測(cè)技術(shù)[13]。即通過(guò)井震結(jié)合的方式，建立高分辨率三維地質(zhì)模型，精準(zhǔn)預(yù)測(cè)非常規(guī)氣儲(chǔ)集層平面“甜點(diǎn)區(qū)”和縱向“甜點(diǎn)段”，為非常規(guī)天然氣開(kāi)發(fā)最優(yōu)方案制定提供主要依據(jù)。

2.3 非常規(guī)滲流理論與產(chǎn)能評(píng)價(jià)技術(shù)

針對(duì) 3類(lèi)非常規(guī)氣極限特征，創(chuàng)建系列非常規(guī)氣儲(chǔ)集層開(kāi)發(fā)與動(dòng)用物理模擬技術(shù)，明確了氣體流動(dòng)與壓力傳播規(guī)律，建立了普適滲流模型，為實(shí)現(xiàn)非常規(guī)氣的極限動(dòng)用奠定理論基礎(chǔ)。

2.3.1 氣體動(dòng)用規(guī)律物理模擬技術(shù)

非常規(guī)氣的極限特征導(dǎo)致其特有的生產(chǎn)特征，一般來(lái)說(shuō)具備初期產(chǎn)量高，遞減快，后期低產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)期長(zhǎng)的特點(diǎn)[20-21]。采用常規(guī)技術(shù)和理論難以表征非常規(guī)氣儲(chǔ)集層的流動(dòng)能力和開(kāi)發(fā)效果，為了研究非常規(guī)氣的“極限動(dòng)用”規(guī)律，研發(fā)了擴(kuò)散-滲流耦合的全生命周期開(kāi)發(fā)模擬等系列實(shí)驗(yàn)技術(shù)。以?xún)?chǔ)集層巖心為研究對(duì)象，采用甲烷作為介質(zhì)，在儲(chǔ)集層溫度、壓力條件下，研究了基質(zhì)巖心在放壓開(kāi)采條件下的氣體產(chǎn)出規(guī)律和動(dòng)用特征，為氣井產(chǎn)能評(píng)價(jià)和產(chǎn)量預(yù)測(cè)提供關(guān)鍵參數(shù)。

通過(guò)開(kāi)展全生命周期開(kāi)發(fā)模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)比了致密氣、頁(yè)巖氣、煤層氣全生命周期的產(chǎn)氣規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，致密氣、頁(yè)巖氣和煤層氣的初期產(chǎn)出速率都比較高。由于實(shí)驗(yàn)巖心基質(zhì)供給距離短（30 cm左右），生產(chǎn)壓差大，致密氣在很短的時(shí)間內(nèi)采出程度迅速上升至90%以上，而頁(yè)巖氣與煤層氣在生產(chǎn)300 d時(shí)，分別采出了70%和60%左右（見(jiàn)圖9）。主要原因是頁(yè)巖氣與煤層氣中吸附態(tài)與游離態(tài)氣體共存，初期游離氣被采出之后，需要依靠吸附氣緩慢解吸供給，因此采出程度緩慢提高。單位壓降產(chǎn)氣量曲線(xiàn)（見(jiàn)圖10）表明，在高壓階段，致密氣、頁(yè)巖氣和煤層氣的產(chǎn)氣速率維持在相對(duì)穩(wěn)定的水平，壓力降低至 12～15 MPa后，致密氣單位壓降產(chǎn)氣量基本不變，頁(yè)巖氣與煤層氣的單位壓降產(chǎn)氣量明顯增加，說(shuō)明吸附氣開(kāi)始由吸附態(tài)解吸成為游離態(tài)，并逐步采出。研究表明，頁(yè)巖和煤基質(zhì)壓力傳播較慢，生產(chǎn)后期解吸、擴(kuò)散是主要的傳質(zhì)輸運(yùn)機(jī)制，是長(zhǎng)期低產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)。

圖9 非常規(guī)天然氣采出程度與時(shí)間的關(guān)系

圖10 非常規(guī)天然氣單位壓降產(chǎn)氣量對(duì)比

2.3.2 非常規(guī)氣普適滲流模型

非常規(guī)氣賦存與輸運(yùn)機(jī)制復(fù)雜，因此需要根據(jù)“極限氣藏”的儲(chǔ)集層特征和流動(dòng)機(jī)理，對(duì)儲(chǔ)集空間參數(shù)孔隙度和流動(dòng)能力參數(shù)滲透率進(jìn)行修正，建立非常規(guī)氣普適滲流模型。

相對(duì)于非常規(guī)氣儲(chǔ)集層基質(zhì)的致密性，模型假設(shè)體積壓裂裂縫具有無(wú)限導(dǎo)流能力，忽略裂縫中氣體流動(dòng)的壓降損失，考慮基質(zhì)向裂縫供給的一維流動(dòng)，基質(zhì)向裂縫的質(zhì)量傳輸過(guò)程為瞬態(tài)流。

基于質(zhì)量守恒定律，建立非常規(guī)氣儲(chǔ)集層基質(zhì)氣體動(dòng)用連續(xù)性方程的一般形式：

對(duì)于頁(yè)巖氣，吸附氣占據(jù)了一部分孔隙體積，因此考慮高壓吸附相所占體積對(duì)孔隙度的影響[22-25]，建立孔隙度修正系數(shù)的表達(dá)式，如（2）式所示。同時(shí)傳質(zhì)過(guò)程中需要考慮努森擴(kuò)散和應(yīng)力敏感性的影響，形成的滲透率修正系數(shù)的表達(dá)式如（3）式所示。

對(duì)于煤層氣來(lái)說(shuō)，同樣需要考慮吸附相體積對(duì)孔隙度的影響，因此基質(zhì)孔隙度修正系數(shù)如（4）式所示，煤層基質(zhì)中單相氣體輸運(yùn)服從菲克擴(kuò)散定律[26-27]，煤層氣滲透率修正系數(shù)的表達(dá)式為：

不同于煤層氣和頁(yè)巖氣，致密砂巖基質(zhì)孔隙度修正系數(shù)需要考慮含水飽和度的影響[28-29]，如（6）式所示。滲透率修正系數(shù)則反映了多種非達(dá)西效應(yīng)，如應(yīng)力敏感、氣水相滲、啟動(dòng)壓力梯度和低壓滑脫對(duì)含水致密氣氣相滲流能力的綜合影響，表達(dá)式為：

2.3.3 非常規(guī)氣產(chǎn)能評(píng)價(jià)技術(shù)

針對(duì)非常規(guī)天然氣儲(chǔ)集層特征、滲流特征和生產(chǎn)特征，形成了非常規(guī)氣井全生命周期評(píng)價(jià)體系和評(píng)價(jià)技術(shù)。非常規(guī)氣井從鉆井到生產(chǎn)一般都需要經(jīng)歷鉆井壓裂、排采測(cè)試、快速遞減、低壓小產(chǎn) 4個(gè)階段，針對(duì)不同階段的開(kāi)發(fā)特征，建立了對(duì)應(yīng)的產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法。在鉆井壓裂階段，建立了多因素產(chǎn)能模型法，通過(guò)對(duì)已投產(chǎn)井進(jìn)行產(chǎn)能主控因素分析，建立包含儲(chǔ)集層物性、工程等參數(shù)的多因素產(chǎn)能預(yù)測(cè)模型，利用儲(chǔ)集層物性參數(shù)和壓裂施工參數(shù)對(duì)未投產(chǎn)的氣井進(jìn)行產(chǎn)能預(yù)測(cè)。在排采測(cè)試階段，建立了產(chǎn)量回歸法，通過(guò)建立氣井的測(cè)試產(chǎn)量或無(wú)阻流量與EUR的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，利用測(cè)試產(chǎn)量或無(wú)阻流量進(jìn)行EUR預(yù)測(cè)。在快速遞減階段，建立了解析模型法，基于非常規(guī)氣井滲流特征，建立了“主裂縫區(qū)-次生裂縫區(qū)-基質(zhì)區(qū)”多區(qū)復(fù)合、多種流動(dòng)機(jī)制耦合的非線(xiàn)性流動(dòng)模型，通過(guò)對(duì)氣井的壓力和產(chǎn)量進(jìn)行歷史擬合，反演儲(chǔ)集層和工程參數(shù)，然后進(jìn)行產(chǎn)能預(yù)測(cè)。在低壓小產(chǎn)階段，建立了遞減分析法，處于該階段的氣井一般都已經(jīng)到達(dá)了邊界流或擬邊界流，可利用Arp’s經(jīng)驗(yàn)遞減模型進(jìn)行產(chǎn)能預(yù)測(cè)，致密氣井一般采用指數(shù)遞減模型，頁(yè)巖氣井一般采用雙曲遞減模型。采用全生命周期的產(chǎn)能預(yù)測(cè)方法大幅度提高了非常規(guī)氣井的產(chǎn)能預(yù)測(cè)精度。

2.4 網(wǎng)格化井網(wǎng)開(kāi)發(fā)優(yōu)化技術(shù)

對(duì)于非常規(guī)“極限氣藏”，孔隙中的流體基本上處于小塊孤立狀態(tài)，若不采用“極限”布井方式，建立有效的滲流通道和“地下連通體”，儲(chǔ)量將無(wú)法有效動(dòng)用?！熬W(wǎng)格化布井”是開(kāi)發(fā)優(yōu)化技術(shù)的核心。為了提高非常規(guī)氣儲(chǔ)量動(dòng)用程度、追求“極限”采收率，在“甜點(diǎn)區(qū)”預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上形成了“網(wǎng)格化布井”關(guān)鍵技術(shù)。井型、井距和井網(wǎng)類(lèi)型是“網(wǎng)格化布井”技術(shù)的核心。

“極限氣藏”氣井產(chǎn)量低，井型確定以增加井筒與儲(chǔ)集層接觸面積為目的，具體井型與“甜點(diǎn)區(qū)/段”空間展布形態(tài)密切相關(guān)。開(kāi)發(fā)目標(biāo)區(qū)縱向薄、橫向連續(xù)分布時(shí)，井型主要選用水平井，包括雙排、單排、“勺”型井組和雙平臺(tái)交叉布置等布井模式，可以根據(jù)地層傾角和地表?xiàng)l件選擇最合適的布井模式。開(kāi)發(fā)目標(biāo)區(qū)縱向單層薄、多層疊加厚度大則多采用大斜度井或直井（叢式井）進(jìn)行開(kāi)發(fā)，根據(jù)沉積相帶、儲(chǔ)集體規(guī)模和分布特征來(lái)確定是選擇直井還是大斜度井。

“極限氣藏”壓力傳播距離短，單井控制范圍有限，為了實(shí)現(xiàn)氣藏整體開(kāi)發(fā)極限化，必須構(gòu)建地下連通體，合理部署井網(wǎng)、優(yōu)化井距是提高控制程度、獲得“極限”采收率的重要手段。在三維地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合優(yōu)選的氣井類(lèi)型，應(yīng)用地質(zhì)模型法、干擾試井法、油藏?cái)?shù)值模擬方法，根據(jù)壓裂裂縫擴(kuò)展模擬結(jié)果和試采井的微地震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行井網(wǎng)井距優(yōu)化。對(duì)于存在多套開(kāi)發(fā)層系的氣藏，可以采用立體井網(wǎng)進(jìn)行布井，增加儲(chǔ)集層縱向動(dòng)用程度；對(duì)于大面積分布?xì)獠?，采用相?duì)均勻井網(wǎng)類(lèi)型。

2.5 優(yōu)快鉆井與體積壓裂技術(shù)

最大限度提高作業(yè)效率，最大限度提升作業(yè)能力，是不斷拓展非常規(guī)天然氣開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量持續(xù)增長(zhǎng)和效益開(kāi)發(fā)的必由之路。以北美Marcellus頁(yè)巖氣田開(kāi)發(fā)為例，頁(yè)巖氣關(guān)鍵工程技術(shù)已實(shí)現(xiàn)了 4代技術(shù)革新，以水平井密切割為主體的第 4代技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了水平井水平段長(zhǎng)度由1 500 m提高至3 000 m以上，儲(chǔ)集層加砂強(qiáng)度由 1.2 t/m提高至 4.5 t/m，單井EUR由1.2×108m3提高至 4.0×108m3[15]。

中國(guó)非常規(guī)天然氣開(kāi)發(fā)技術(shù)指標(biāo)不斷突破，開(kāi)發(fā)效果持續(xù)大幅提升?；诰?xì)三維地質(zhì)模型的優(yōu)快鉆井技術(shù)不斷突破工程和效率指標(biāo)，保障了“極限氣藏”開(kāi)發(fā)井的井身質(zhì)量、降低了鉆井風(fēng)險(xiǎn)，提高了鉆井速度、降低了鉆井成本。采用當(dāng)前油氣鉆井的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具和高效耐磨鉆頭，水平井鉆井效率和能力大幅提升。以川南頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)為例，通過(guò)3輪次的技術(shù)優(yōu)化，頁(yè)巖儲(chǔ)集層開(kāi)發(fā)領(lǐng)域從埋深2 800 m拓展至3 500 m，水平井平均水平段長(zhǎng)度由1 474 m提高至1 820 m，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層鉆遇率由70.6%提高至96.7%[15]（見(jiàn)圖11）。特別是針對(duì)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的水平井水平段“一趟鉆”技術(shù)，單趟進(jìn)尺超2 150 m，平均機(jī)械鉆速超13 m/h。

非常規(guī)氣儲(chǔ)集層改造技術(shù)不斷更新?lián)Q代，改造程度不斷實(shí)現(xiàn)新突破。采用以水平井多段壓裂為代表的儲(chǔ)集層體積壓裂技術(shù)，有效建立“人造氣藏”[2,8]，實(shí)現(xiàn)非常規(guī)天然氣效益開(kāi)發(fā)。體積壓裂技術(shù)是匹配“極限氣藏”儲(chǔ)集層特征和滲流特征，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)地下連通體的關(guān)鍵技術(shù)。其特點(diǎn)是施工規(guī)模、施工參數(shù)不斷挑戰(zhàn)施工極限，優(yōu)化的完井密度、切割程度、加砂量和用液量極限值不斷更新，同時(shí)配以低黏滑溜水+低密度支撐劑工藝技術(shù)，追求通過(guò)極限控制實(shí)現(xiàn)最優(yōu)地下連通體。非常規(guī)天然氣開(kāi)發(fā)中體積壓裂技術(shù)經(jīng)歷完井密度從低到高、切割程度從疏到密，加砂強(qiáng)度由小到大，用液量不斷提高的發(fā)展過(guò)程。采用以“長(zhǎng)段多簇、暫堵勻擴(kuò)、控液增砂”為核心的頁(yè)巖氣水平井體積壓裂2.0工藝，水平井平均壓裂段長(zhǎng)從71 m優(yōu)化到90 m、單段簇?cái)?shù)從3簇提高到8簇、加砂強(qiáng)度從1.4 t/m提高到3.0 t/m，儲(chǔ)集層得到充分改造，EUR由開(kāi)發(fā)初期的0.67×108m3提高至 1.12×108m3（見(jiàn)圖 11）。

圖11 川南頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)工程技術(shù)指標(biāo)變化

2.6 生產(chǎn)制度優(yōu)化與組織管理

非常規(guī)氣的基質(zhì)滲透性差，在經(jīng)歷體積壓裂改造之后，形成復(fù)雜縫網(wǎng)，縫網(wǎng)是氣體流動(dòng)的“主動(dòng)脈”。非常規(guī)氣井具有初期產(chǎn)量高、產(chǎn)量遞減快的特征，壓裂裂縫的導(dǎo)流能力決定了氣井的產(chǎn)能。壓裂裂縫的導(dǎo)流能力具有非常高的應(yīng)力敏感性，尤其對(duì)于沒(méi)有支撐劑支撐的裂縫，如果地層壓力下降過(guò)快，會(huì)導(dǎo)致裂縫閉合，裂縫的導(dǎo)流能力將會(huì)下降，降低氣井的產(chǎn)能，影響采收率。因此，提出了“極限氣藏”的控壓生產(chǎn)方式。數(shù)值模擬和生產(chǎn)實(shí)踐表明，相對(duì)于完全放壓生產(chǎn)，控壓限產(chǎn)能夠有效降低儲(chǔ)集層由于壓敏效應(yīng)受到的傷害，保持近縫基質(zhì)及縫網(wǎng)的滲流能力，提高氣井的EUR。

排采優(yōu)化的目的在于降低氣井的井底流壓，通過(guò)降低井底流壓，增加儲(chǔ)集層和井筒之間的壓力梯度，最大化提高壓力衰竭效率。以氣井動(dòng)態(tài)分析為基礎(chǔ)，根據(jù)氣井生產(chǎn)情況及積液程度，確定各工藝措施實(shí)施節(jié)點(diǎn)，通過(guò)優(yōu)選管柱、柱塞、氣舉、增壓等針對(duì)性措施，提高氣井?dāng)y液能力，延長(zhǎng)氣井正常生產(chǎn)周期。

與常規(guī)天然氣開(kāi)發(fā)相比，非常規(guī)天然氣區(qū)塊建產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)階段均需持續(xù)大規(guī)模建井，以實(shí)現(xiàn)區(qū)塊的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)。通過(guò)高效生產(chǎn)組織管理實(shí)現(xiàn)最優(yōu)工程作業(yè)程序，通過(guò)“一體化”組織實(shí)現(xiàn)全方位降本增效，是保障非常規(guī)天然氣田高效開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵。

打破部門(mén)和公司之間的管理界限，實(shí)現(xiàn)多方聯(lián)合統(tǒng)一協(xié)調(diào)的“一體化”組織，是提高產(chǎn)能建設(shè)工作效率的關(guān)鍵。北美通過(guò)多年實(shí)踐，建立了工程實(shí)施平臺(tái)長(zhǎng)負(fù)責(zé)制，推行施工隊(duì)伍日費(fèi)制，創(chuàng)新甲方主導(dǎo)工程施工的管理體制，打破業(yè)主與服務(wù)公司界限，推動(dòng)施工作業(yè)效率大幅提升。

中國(guó)石油天然氣股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)中國(guó)石油）在川南頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中，建立了由頁(yè)巖氣業(yè)務(wù)發(fā)展領(lǐng)導(dǎo)小組、川渝頁(yè)巖氣前線(xiàn)指揮部、油公司及工程服務(wù)公司共同組成的三級(jí)管理體系，實(shí)現(xiàn)“一體化”組織，為中國(guó)石油“十三五”頁(yè)巖氣產(chǎn)量突破百億立方米提供了有力組織保障。多工種高效協(xié)同作業(yè)，全面實(shí)現(xiàn)“一體化”無(wú)縫銜接，大幅提升設(shè)備材料利用效率、施工作業(yè)效率。川南頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中，通過(guò)“一體化”的工廠式作業(yè)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)井場(chǎng)布局，鉆機(jī)快速平移，批量化雙鉆機(jī)鉆井，液體、管線(xiàn)等重復(fù)利用和共用，是降低開(kāi)發(fā)成本的有效途徑。

在“一體化”組織架構(gòu)下，通過(guò)儲(chǔ)集層—井筒—地面數(shù)字化、信息化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享、專(zhuān)業(yè)分析、綜合利用、輔助決策[30-32]。如通過(guò)頁(yè)巖氣數(shù)字化開(kāi)發(fā)管理已實(shí)現(xiàn)井場(chǎng)的無(wú)人值守，大幅減少井場(chǎng)管理人員，有效降低頁(yè)巖氣井開(kāi)發(fā)的管理成本。

針對(duì)非常規(guī)天然氣開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)量大的問(wèn)題，采用人工智能大數(shù)據(jù)分析方法，深度挖掘開(kāi)發(fā)有效信息，優(yōu)化開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，提升頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)效果。

3 非常規(guī)天然氣“極限動(dòng)用”開(kāi)發(fā)實(shí)踐

從2000年發(fā)現(xiàn)蘇里格氣田開(kāi)始，石油工作者不斷突破常規(guī)思維，將工程技術(shù)和管理模式發(fā)揮到極致，突破致密氣開(kāi)發(fā)效益界限，推動(dòng)致密氣規(guī)模有效開(kāi)發(fā)；2006年啟動(dòng)沁水煤層氣田開(kāi)發(fā)，突破高煤階煤層氣儲(chǔ)集層低壓、低滲和欠飽和儲(chǔ)集層極限，并經(jīng)多次反復(fù)實(shí)踐，深刻認(rèn)識(shí)到煤層氣開(kāi)發(fā)必須采用極限開(kāi)發(fā)技術(shù)和精細(xì)管理模式；2012年中國(guó)石油啟動(dòng)川南頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)，在最大限度認(rèn)識(shí)頁(yè)巖儲(chǔ)集層的基礎(chǔ)上，采用最先進(jìn)技術(shù)和最優(yōu)管理組織方式，推動(dòng)2020年川南頁(yè)巖氣探明儲(chǔ)量破10 000×108m3，產(chǎn)量突破 100×108m3。

3.1 致密氣——蘇里格致密氣田

蘇里格致密氣田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡的西北部，主要產(chǎn)層為二疊系盒8和山1段，自2000年發(fā)現(xiàn)以來(lái)，累計(jì)探明致密氣地質(zhì)儲(chǔ)量5×1012m3，2020年產(chǎn)量260×108m3，是中國(guó)目前最大的天然氣田。

與常規(guī)天然氣儲(chǔ)集層相比，蘇里格致密砂巖地層壓力系數(shù)為 0.8～1.1，滲透率一般為（0.001～1.000）×10-3μm2，平均 0.6×10-3μm2，孔隙度一般為 0.3%～18.0%，平均7%，儲(chǔ)量豐度為（1～2）×108m3/km2，具有低壓、低滲、低豐度的“三低”特征。

精準(zhǔn)預(yù)測(cè)Ⅰ類(lèi)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層展布，構(gòu)建低成本快速鉆井技術(shù)，創(chuàng)新“5+1”合作開(kāi)發(fā)模式（即川慶鉆探、西部鉆探、渤海鉆探、長(zhǎng)城鉆探、華北油田等 5家風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)服務(wù)單位，長(zhǎng)慶油田1家油田公司），突破天然氣效益開(kāi)發(fā)極限，是蘇里格致密氣田獲得規(guī)模有效開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵。具體包括：①開(kāi)展精準(zhǔn)儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)，找到“甜點(diǎn)區(qū)”和“甜點(diǎn)段”。實(shí)驗(yàn)測(cè)試、測(cè)井解釋和地震識(shí)別等手段相結(jié)合，采用全數(shù)字地震采集使有效頻帶由8～85 Hz拓寬到4～120 Hz，精準(zhǔn)預(yù)測(cè)盒8和山1段河道砂體展布，并結(jié)合儲(chǔ)集層物性特征劃分成 3種類(lèi)型，為致密氣規(guī)模開(kāi)發(fā)提供有力依據(jù)。②優(yōu)化井網(wǎng)密度，使氣田采收率指標(biāo)達(dá)到極限。初期采用直井壓裂開(kāi)發(fā)方式，井網(wǎng)密度為800 m×1 200 m，采收率僅15%，富集區(qū)井網(wǎng)加密到600 m×400 m后，采收率突破60%，接近常規(guī)氣藏水平。③采用快速高效鉆井及體積壓裂技術(shù)，推動(dòng)單井產(chǎn)量不斷突破新高。水平段長(zhǎng)1 500 m的水平井鉆井周期縮短到45 d以?xún)?nèi)，通過(guò)多層壓裂工藝技術(shù)一次分壓6層，產(chǎn)量是合層壓裂的2倍以上。采用水平井分段壓裂技術(shù)，單井壓裂 3～15段，平均單井產(chǎn)量達(dá)6×104m3/d，平均單井可動(dòng)儲(chǔ)量達(dá)8 000×104m3。④創(chuàng)新管理體制機(jī)制，有效降低開(kāi)發(fā)成本。2005年，通過(guò)引入市場(chǎng)化合作機(jī)制，引領(lǐng)各合作方依靠“運(yùn)行機(jī)制創(chuàng)新、觀念認(rèn)識(shí)創(chuàng)新、技術(shù)集成創(chuàng)新”創(chuàng)建了蘇里格氣田“5+1”合作開(kāi)發(fā)模式，實(shí)現(xiàn)直井鉆井成本小于500萬(wàn)元，水平井鉆井成本降至1 900萬(wàn)元以下，實(shí)現(xiàn)了規(guī)模商業(yè)開(kāi)發(fā)。

蘇里格氣田2013年底形成年產(chǎn)230×108m3規(guī)模，成為中國(guó)儲(chǔ)量和產(chǎn)能規(guī)模最大的氣田，至2020年底已連續(xù)穩(wěn)產(chǎn)7年。“十五五”和“十六五”期間，按照“極限動(dòng)用”開(kāi)發(fā)理論，采用富集區(qū)加密提高采收率，依靠動(dòng)用更低品位儲(chǔ)量和新區(qū)發(fā)現(xiàn)，預(yù)計(jì)2030年可上產(chǎn)至 300×108m3。

3.2 煤層氣——沁水南部煤層氣田

沁水盆地南部煤層氣田位于山西省東南部，主要含煤地層為二疊系山西組和石炭系太原組，產(chǎn)層為 3#和15#煤層，自2003年開(kāi)發(fā)以來(lái)，累計(jì)探明煤層氣地質(zhì)儲(chǔ)量2 475×108m3，2020年實(shí)現(xiàn)煤層氣產(chǎn)量12×108m3，是中國(guó)目前產(chǎn)量最大的煤層氣田。

煤層氣儲(chǔ)集層特征與常規(guī)氣藏相比較為復(fù)雜，沁水南部煤儲(chǔ)集層非均質(zhì)性強(qiáng)，發(fā)育孔隙-割理-裂隙系統(tǒng)，非均質(zhì)指數(shù)P10/P90值可達(dá)10～15，比常規(guī)儲(chǔ)集層高3～5倍，煤層力學(xué)強(qiáng)度低、易碎、易坍塌堵塞，孔隙度一般小于5%，滲透率為（0.03～1.50）×10-3μm2，儲(chǔ)集層壓力較低，一般為低壓，少數(shù)常壓，具有強(qiáng)非均質(zhì)性、低強(qiáng)度、低滲、低壓的“一強(qiáng)三低”特征，且流動(dòng)環(huán)節(jié)多，存在降壓-解吸-擴(kuò)散-滲流的過(guò)程，滲流機(jī)理復(fù)雜。

精準(zhǔn)預(yù)測(cè)煤儲(chǔ)集層展布，實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)井型轉(zhuǎn)變、井網(wǎng)形式優(yōu)化、低傷害鉆井改造，形成科學(xué)、量化、智能的排采技術(shù)，突破煤層氣效益開(kāi)發(fā)極限，是沁水南部煤層氣獲得規(guī)模效益開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵。具體包括：①采用“定空間、找裂縫、測(cè)含氣”的煤層氣地球物理勘探評(píng)價(jià)技術(shù)，精準(zhǔn)預(yù)測(cè)煤儲(chǔ)集層展布。通過(guò)山地淺層二維和三維地震采集、處理和精細(xì)解釋技術(shù)，為水平井鉆探起到有力支撐，新完鉆水平井鉆遇率明顯提高。②井型轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)效益開(kāi)發(fā)。初期采用直井/定向井技術(shù)，在中深層單井平均產(chǎn)氣量?jī)H300～500 m3/d，內(nèi)部收益率僅3%。通過(guò)探索裸眼多分支水平井、仿樹(shù)形水平井、U型井、單支L型水平井等多種井型開(kāi)發(fā)效果，確定單支 L型水平井井型具有井眼穩(wěn)定、低成本、可改造增產(chǎn)、可作業(yè)恢復(fù)等優(yōu)勢(shì)，穩(wěn)產(chǎn)產(chǎn)量達(dá)到5 000～8 000 m3/d，內(nèi)部收益率達(dá)12%。③優(yōu)化井網(wǎng)，提高采收率指標(biāo)。直井降壓解吸范圍小，一方面加密直井井網(wǎng)，井網(wǎng)密度從300 m×300 m發(fā)展到（200～250 m）×（200～250 m）；另一方面采用水平井-直井耦合井網(wǎng)協(xié)同降壓，提高解吸范圍及采氣效率，采收率由直井井網(wǎng)的34%提高到 50%。④采用低成本優(yōu)快鉆完井及快速返排儲(chǔ)集層改造技術(shù)，推動(dòng)單井產(chǎn)量突破。單井鉆井費(fèi)用下降，鉆井周期一般20 d，返排率達(dá)到25%，直井產(chǎn)量平均提高 500 m3/d，水平井單井日產(chǎn)氣7 000～10 000 m3，是鄰井直井平均產(chǎn)量的8～10倍。⑤形成科學(xué)、量化、智能的排采技術(shù)，實(shí)現(xiàn)降本增效。以流壓控制為核心、解吸壓力為關(guān)鍵點(diǎn)，堅(jiān)持“連續(xù)、漸變、穩(wěn)定、長(zhǎng)期”8字準(zhǔn)則，保持最大的產(chǎn)水產(chǎn)氣效率，研發(fā)“雙環(huán)三控法”智能控制排采技術(shù)和配套設(shè)備，應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)能建設(shè)，既滿(mǎn)足控制井底流壓要求又實(shí)現(xiàn)了降本增效。⑥統(tǒng)籌管理，實(shí)現(xiàn)規(guī)模效益開(kāi)發(fā)。部分區(qū)塊未按照最佳技術(shù)和管理組織實(shí)施，初期開(kāi)發(fā)效果不好。例如2012年投入開(kāi)發(fā)的鄭莊區(qū)塊產(chǎn)能到位率僅25%，2016年后通過(guò)采用最佳技術(shù)、統(tǒng)籌管理，直井EUR由 230×104m3提高到 780×104m3，水平井EUR由1 351×104m3提高到 3 900×104m3，產(chǎn)能到位率達(dá) 80%。

2020年中國(guó)煤層氣產(chǎn)量60×108m3，遠(yuǎn)低于“十三五”規(guī)劃預(yù)期。中國(guó)煤層氣資源總體豐富，按照“極限動(dòng)用”開(kāi)發(fā)思想，通過(guò)精準(zhǔn)刻畫(huà)煤儲(chǔ)集層找到“甜點(diǎn)區(qū)/段”，采用極限開(kāi)發(fā)技術(shù)和開(kāi)發(fā)組織管理，中國(guó)煤層氣產(chǎn)量有望達(dá)到200×108m3以上。

3.3 頁(yè)巖氣——威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣田

威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣田位于四川盆地南部，主要產(chǎn)層為五峰組—龍一1亞段。自2009年勘探開(kāi)發(fā)以來(lái)，累計(jì)探明頁(yè)巖氣地質(zhì)儲(chǔ)量4 277×108m3，2020年實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣產(chǎn)量40×108m3，是中國(guó)主力頁(yè)巖氣田之一。

頁(yè)巖儲(chǔ)集層超致密、低滲，常規(guī)油氣理論中通常將頁(yè)巖作為烴源巖和油氣圈閉的蓋層，頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)突破了非常規(guī)氣儲(chǔ)集層開(kāi)發(fā)極限。威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣田儲(chǔ)集層滲透率一般為（0.000 1～0.010 0）×10-3μm2，平均值為0.001×10-3μm2，孔隙度一般為5.2%～6.7%，平均值為5.9%，TOC值一般為2.5%～3.6%，平均值為3.2%，含氣量一般為3.3～8.5 m3/t，平均值為5.5 m3/t，脆性礦物含量一般為 60%～82%，平均值為 74%，最優(yōu)目標(biāo)靶體段龍一11小層厚度為 1.0～7.5 m，地層壓力系數(shù)一般為1.2～2.0，地應(yīng)力差一般為7.7～18.7 MPa，具有低孔、低滲、非均質(zhì)性強(qiáng)、水平主應(yīng)力差大、優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層厚度變化大的特征。

精準(zhǔn)預(yù)測(cè)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層空間展布特征，構(gòu)建低成本快速鉆井技術(shù)，形成高效儲(chǔ)集層改造技術(shù)，優(yōu)化開(kāi)發(fā)技術(shù)政策和排采制度，建立高產(chǎn)井模式，突破頁(yè)巖氣效益開(kāi)發(fā)極限，是威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣田獲得規(guī)模有效開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵。具體：①開(kāi)展精準(zhǔn)儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)，找到“甜點(diǎn)區(qū)”和“甜點(diǎn)段”。實(shí)驗(yàn)測(cè)試、生物地層、測(cè)井解釋和地震等多手段相結(jié)合，精準(zhǔn)刻畫(huà)五峰組—龍一1亞段空間展布特征，高效鎖定龍一11小層是最優(yōu)目標(biāo)靶體段。②采用快速高效鉆井及體積壓裂技術(shù)，推動(dòng)單井產(chǎn)量不斷突破新高。水平段長(zhǎng)1 500 m的水平井鉆井周期縮短到49 d以?xún)?nèi)，實(shí)施高加砂強(qiáng)度、高排量水平井多段壓裂，平均壓裂段數(shù)23段、平均簇間距12 m、平均加砂強(qiáng)度2.3 t/m、施工排量14～16 m3/min，平均單井EUR達(dá)1.16×108m3。③優(yōu)化開(kāi)發(fā)技術(shù)政策和排采制度，提高單井EUR和氣田采收率。在威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣田開(kāi)發(fā)早期，水平井間距為 400 m，經(jīng)過(guò)優(yōu)化后水平井間距縮短為300 m，大幅度提高了儲(chǔ)集層動(dòng)用程度，提升了氣田整體采收率；生產(chǎn)制度不斷優(yōu)化，從放壓生產(chǎn)制度優(yōu)化為保持 3年相對(duì)穩(wěn)產(chǎn)的控壓生產(chǎn)制度，提高了單井EUR；根據(jù)氣井不同生產(chǎn)階段考慮不同的排水采氣措施，前期主要考慮帶壓下油管，中后期為間開(kāi)、增壓、柱塞、氣舉等水平段排水采氣工藝，異常積液氣井考慮氣舉、解堵，通過(guò)集中增壓、平臺(tái)增壓、集中+平臺(tái)增壓，形成了增壓全覆蓋，大幅度延長(zhǎng)了氣井生命周期，提高了單井產(chǎn)量。④建立高產(chǎn)井模式。龍一11小層優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層厚度大于5 m的核心建產(chǎn)區(qū)，Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)集層鉆遇長(zhǎng)度大于1 500 m，壓裂簇?cái)?shù)為單段7～8簇，加砂強(qiáng)度大于2.5 t/m，實(shí)施暫堵轉(zhuǎn)向，優(yōu)化施工規(guī)模、參數(shù)，氣井測(cè)試產(chǎn)量超過(guò)50×104m3/d。⑤創(chuàng)新建立高效組織模式，實(shí)現(xiàn)川南頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)統(tǒng)一決策、統(tǒng)一指揮、統(tǒng)一協(xié)調(diào)和統(tǒng)一考核。

川南頁(yè)巖氣產(chǎn)量大幅提升，2020年總產(chǎn)量達(dá)116×108m3，累計(jì)提交探明儲(chǔ)量1.06×1012m3。按照“極限動(dòng)用”開(kāi)發(fā)理論，通過(guò)夯實(shí)淺層、突破深層，中國(guó)頁(yè)巖氣將迎來(lái)跨越式發(fā)展，2025年中國(guó)石油頁(yè)巖氣產(chǎn)量有望達(dá)到（240～300）×108m3，2030年具備上產(chǎn) 500×108m3的前景。

4 結(jié)語(yǔ)

非常規(guī)天然氣“極限動(dòng)用”開(kāi)發(fā)理論是筆者在長(zhǎng)期從事中國(guó)非常規(guī)天然氣開(kāi)發(fā)工作實(shí)踐中不斷總結(jié)形成的，是中國(guó)非常規(guī)天然氣工作者不斷突破油氣開(kāi)發(fā)禁區(qū)的智慧結(jié)晶?！皹O限”不是非常規(guī)天然氣開(kāi)發(fā)的終極，是非常規(guī)氣儲(chǔ)集層認(rèn)識(shí)不斷突破的過(guò)程，是非常規(guī)天然氣開(kāi)發(fā)不斷追求最高技術(shù)水平和最高效管理組織模式，突破效益開(kāi)發(fā)界限的過(guò)程。

提出非常規(guī)天然氣“極限動(dòng)用”開(kāi)發(fā)理論，即針對(duì)“極限氣藏”，采用“極限技術(shù)”，建立地下連通體，增大泄流面積，提高動(dòng)用范圍，追求最大單井產(chǎn)量和極限采收率，達(dá)到“極限效果”。圍繞非常規(guī)天然氣“極限動(dòng)用”開(kāi)發(fā)理論內(nèi)涵，創(chuàng)建、發(fā)展了 6套“極限動(dòng)用”開(kāi)發(fā)配套技術(shù)，包括微納米尺度儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)技術(shù)、“甜點(diǎn)區(qū)/段”預(yù)測(cè)技術(shù)、非常規(guī)滲流理論與產(chǎn)能評(píng)價(jià)技術(shù)、網(wǎng)格化井網(wǎng)開(kāi)發(fā)優(yōu)化技術(shù)、優(yōu)快鉆井與體積壓裂技術(shù)、生產(chǎn)制度優(yōu)化與組織管理。

“極限動(dòng)用”開(kāi)發(fā)思想在蘇里格致密氣、川南頁(yè)巖氣及沁水煤層氣等非常規(guī)氣的規(guī)模效益開(kāi)發(fā)中一以貫之，按照“極限動(dòng)用”理論，采用“極限動(dòng)用”開(kāi)發(fā)技術(shù)，非常規(guī)天然氣將成為中國(guó)未來(lái)天然氣增長(zhǎng)的主體，推動(dòng)天然氣產(chǎn)量再上新臺(tái)階。

致謝：本文在研究過(guò)程中得到中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院、中國(guó)石油勘探與生產(chǎn)分公司、中國(guó)石油西南油氣田公司、中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司、中國(guó)石油浙江油田公司和中國(guó)石油華北油田公司的大力支持，在撰寫(xiě)過(guò)程中得到中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院王紅巖、何東博、胡志明、趙群、翁定為、劉洪林、郭為、孫玉平、端祥剛、孫莎莎、施振生、王玫珠、周尚文、張磊夫等同志的幫助，在此一并表示感謝。

符號(hào)注釋?zhuān)?/p>

A，B——表觀滲透率經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲取；b——滑脫因子，Pa；Bg——天然氣體積系數(shù)，無(wú)因次；Dm——煤層氣擴(kuò)散系數(shù)，m2/s；Eh，Ev——水平和垂直方向的彈性模量，GPa；Ex，Ey，Ez——x，y，z方向的彈性模量，GPa；EUR——單井預(yù)測(cè)最終可采儲(chǔ)量，108m3；K——基質(zhì)滲透率，m2；Kn——努森數(shù)，無(wú)因次；Krg——?dú)庀嘞鄬?duì)滲透率；p——壓力，Pa；pL——Langmuir壓力，Pa；P10，P90——目標(biāo)值可信度10%和90%對(duì)應(yīng)的概率，%；r——基質(zhì)中任一點(diǎn)與軸線(xiàn)的距離，m；R——?dú)怏w常數(shù)，8.314 J/（mol·K）；Sw——含水飽和度，%；t——時(shí)間，s；T——溫度，K；TOC——總有機(jī)碳含量，%；VL——Langmuir體積，m3/kg；x，y，z——直角坐標(biāo)系，m；αc——煤層氣儲(chǔ)集層孔隙度修正系數(shù)，無(wú)因次；αi——孔隙度修正系數(shù)，無(wú)因次；αs——頁(yè)巖氣儲(chǔ)集層孔隙度修正系數(shù)，無(wú)因次；αss——致密氣儲(chǔ)集層孔隙度修正系數(shù)，無(wú)因次；βc——煤層氣儲(chǔ)集層表觀滲透率修正系數(shù)，無(wú)因次；βi——滲透率修正系數(shù)，無(wú)因次；βs——頁(yè)巖氣儲(chǔ)集層表觀滲透率修正系數(shù)，無(wú)因次；βss——致密氣儲(chǔ)集層表觀滲透率修正系數(shù)，無(wú)因次；γ——應(yīng)力敏感系數(shù)，MPa-1；ξ——?dú)怏w高壓吸附矯正系數(shù)，無(wú)因次；ρ——?dú)怏w密度，kg/m3；ρd——頁(yè)巖密度，kg/m3；ρdc——煤巖密度，kg/m3；σ——有效應(yīng)力，MPa；λ——啟動(dòng)壓力梯度，與滲透率和含水飽和度有關(guān)，Pa/m；μ——?dú)怏w黏度，Pa·s；φ——基質(zhì)孔隙度，%。下標(biāo)：i——不同的氣藏類(lèi)型。