何希鵬，高玉巧，何貴松，張培先，劉明，孫斌，汪凱明，周頔娜，任建華

（中國石化華東油氣分公司勘探開發(fā)研究院，江蘇南京210011）

2008年以來，中國逐漸加大對頁巖氣的研究和勘探開發(fā)力度，經(jīng)過“十二五”“十三五”的持續(xù)攻關(guān)研究與現(xiàn)場實踐，中國頁巖氣基礎(chǔ)研究和勘探開發(fā)取得重要進展和重大突破，四川盆地內(nèi)涪陵、長寧、昭通、威遠、威榮、太陽等高壓頁巖氣田相繼實現(xiàn)商業(yè)開發(fā)[1-8]。

常壓頁巖氣是我國廣泛分布的重要頁巖氣資源，中國石化自“十二五”以來，持續(xù)在四川盆地東南緣的盆緣轉(zhuǎn)換帶開展常壓頁巖氣勘探開發(fā)，相繼在南川、武隆、彭水、綦江等多個構(gòu)造帶，實現(xiàn)了重要突破[9-11]，發(fā)現(xiàn)了我國首個以常壓頁巖氣為主的頁巖氣田—南川頁巖氣田。

南川頁巖氣田礦權(quán)隸屬于渝黔南川頁巖氣勘查區(qū)，該區(qū)塊是中國石化華東油氣分公司于2011年7月通過原國土資源部第一輪“招拍掛”獲得的頁巖氣專屬區(qū)塊，地理位置處于重慶市南川區(qū)、萬盛區(qū)，貴州省正安縣等區(qū)縣，南川頁巖氣田位于南川區(qū)塊中部。2011—2012年，主要開展了南川及周緣地區(qū)上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣野外地質(zhì)調(diào)查及二維地震概查，初步明確了頁巖沉積特征、成藏要素展布規(guī)律及構(gòu)造格局。2013—2014年，開展“甜點”目標(biāo)評價，優(yōu)選南川斷鼻，實施重點探井NY1井，頁巖埋深4 411 m，鉆探證實南川地區(qū)五峰組—龍馬溪組具有良好的頁巖氣富集條件，但由于埋深大、地應(yīng)力高，深層壓裂工藝不適應(yīng)，導(dǎo)致該井未實現(xiàn)勘探突破。2015—2017年，深化保存條件、地應(yīng)力場研究，優(yōu)選平橋構(gòu)造帶實施JY194-3、JY10等探評井6口，壓力系數(shù)1.12～1.32，測試日產(chǎn)氣（9.0～34.3）×104m3。2018—2019年，向西滾動勘探，東勝構(gòu)造帶由北向南滾動實施SY1、SY2等6口探評井，壓力系數(shù)1.1～1.3，測試日產(chǎn)氣（10.0～32.8）×104m3。2020年，向西甩開勘探陽春溝南斜坡，實施SY3井，壓力系數(shù)1.15，測試日產(chǎn)氣7.1×104m3。通過“十二五”“十三五”持續(xù)探索，基本落實了平橋、東勝、陽春溝三個千億立方米增儲區(qū)帶，提交探明儲量近2 000×108m3，標(biāo)志著南川頁巖氣田的發(fā)現(xiàn)。

在南川常壓頁巖氣勘探開發(fā)過程中，華東油氣分公司深化復(fù)雜構(gòu)造區(qū)頁巖氣地質(zhì)特點研究，探索頁巖氣富集規(guī)律，創(chuàng)新形成了“三因素控產(chǎn)”富集高產(chǎn)地質(zhì)理論[9-11]，建立了常壓頁巖氣“甜點”目標(biāo)評價體系，總結(jié)生產(chǎn)規(guī)律，建立了常壓頁巖氣開發(fā)技術(shù)政策，強化高效鉆完井、壓裂、排采等低成本工程工藝技術(shù)的攻關(guān)與集成[12-13]，通過理論創(chuàng)新與技術(shù)突破，實現(xiàn)了盆緣轉(zhuǎn)換帶常壓頁巖氣的勘探突破和商業(yè)開發(fā)，建成了中國首個常壓頁巖氣田?；仡櫽鍠|南地區(qū)南川頁巖氣田的勘探開發(fā)生產(chǎn)實踐，系統(tǒng)總結(jié)氣田地質(zhì)特征及勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，以期對中國南方常壓頁巖氣勘探開發(fā)提供借鑒。

1 地質(zhì)背景

南川頁巖氣田構(gòu)造上位于四川盆地東緣的川東高陡構(gòu)造帶萬縣復(fù)向斜（圖1），目的層五峰組—龍馬溪組一段（龍一段）處于半深水—深水陸棚相沉積，與涪陵地區(qū)處于同一相帶，優(yōu)質(zhì)頁巖發(fā)育。受燕山中晚期構(gòu)造擠壓和晚期壓扭走滑等多期構(gòu)造運動影響[9-11]，南川地區(qū)從東向西斷層規(guī)模逐漸減小，由北向南地層逐步抬升、埋深逐漸變淺，具有東西分帶、隆凹相間的構(gòu)造特征。南川頁巖氣田處于盆緣轉(zhuǎn)換帶的構(gòu)造復(fù)雜區(qū)，頁巖氣地質(zhì)條件復(fù)雜，頁巖氣評價參數(shù)變化快且范圍大，埋深1 500～5 000 m、壓力體系處于高壓—常壓過渡區(qū)，壓力系數(shù)1.0～1.32，地應(yīng)力方位及大小具有多變性，最大水平主應(yīng)力以北東向、近東西向、南東向為主，應(yīng)力大小介于40～100 MPa。

圖1 南川頁巖氣田位置Fig.1 Location of Nanchuan Shale Gas Field

2 氣田特征

2.1 構(gòu)造特征

渝東南南川地區(qū)經(jīng)歷了加里東、海西、印支、燕山、喜山等多期構(gòu)造運動，構(gòu)造變形較強烈，主要受燕山期雪峰山逆沖推覆作用和喜山期抬升剝蝕作用影響[14-16]，形成了隆凹相間的構(gòu)造格局。自東向西構(gòu)造遞進變形，改造強度東強西弱，抬升幅度東高西低，構(gòu)造樣式由沖斷構(gòu)造帶（石門）過渡到逆沖推覆帶（平橋、東勝、陽春溝），再到滑脫變形帶（南川斷鼻、神童壩向斜）（圖2），保存條件逐步變好。受兩期主要構(gòu)造作用影響，形成不同走向的構(gòu)造帶，燕山中晚期以擠壓作用為主，形成了平橋、東勝等北東向構(gòu)造，斷層呈雁列式展布，燕山晚期以擠壓走滑作用為主，形成了陽春溝等近南北向構(gòu)造。從東向西，控邊斷層規(guī)模逐漸減小，斷距逐漸變小。南川氣田頁巖埋深以1 500～5 000 m為主，具有自東向西、從南向北逐步變深的規(guī)律，平橋構(gòu)造帶主體埋深2 000～3 800 m，東勝構(gòu)造帶主體埋深2 000～4 200 m，陽春溝構(gòu)造帶主體埋深1 500～4 500 m。

圖2 南川地區(qū)五峰組底面構(gòu)造與典型地質(zhì)剖面Fig.2 Bottom structure and typical geological section of Wufeng Formation in Nanchuan area

2.2 沉積特征

晚奧陶世—早志留世，南川地區(qū)處于“三隆夾一坳”的滯留盆地深水陸棚相沉積[17-19]，控制了富碳富硅富筆石頁巖的發(fā)育，沉積相帶基本一致。五峰組—龍馬溪組巖性主要以硅質(zhì)頁巖為主，龍一段暗色頁巖厚100～128 m，自下而上可劃分為9個小層[20]，優(yōu)質(zhì)頁巖（①—⑤小層）厚28.7～34.7 m。五峰組—龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖段主要經(jīng)歷凱迪階、赫南特階、魯?shù)るA等沉積時期，其中凱迪階處于深水陸棚沉積環(huán)境，沉積速率低（2.4 m/Ma），黑色頁巖厚5～6 m，東勝及以西發(fā)育水下低隆[15]，頁巖厚度較平橋、陽春溝地區(qū)薄1～2 m；赫南特冰期，海平面下降，東勝水下低隆進一步隆升，沉積淺水陸棚觀音橋段介殼灰?guī)r/灰質(zhì)泥巖，平橋、陽春溝地區(qū)水體較深，與凱迪階為連續(xù)沉積；魯?shù)るA再次海侵形成深水陸棚沉積環(huán)境，持續(xù)時間長，沉積速率較高（6.8～7.7 m/Ma），平橋、陽春溝地區(qū)黑色頁巖厚28～30 m，東勝水下低隆區(qū)厚25～26 m。

受沉積微相控制[21]，南川氣田不同區(qū)帶在頁巖厚度、巖性組合等方面存在4個差異（圖3）。一是優(yōu)質(zhì)頁巖厚度變薄，平橋地區(qū)厚31～34.7 m，東勝地區(qū)厚28.7～31 m，陽春溝地區(qū)厚30.4 m，具有由東向西、由北向南呈略微減薄的趨勢；二是五峰組頂部的觀音橋段介殼灰?guī)r/灰質(zhì)泥巖，主要在東勝及以西地區(qū)發(fā)育，呈北西—南東向展布，厚0.2～0.4 m；三是龍馬溪組③小層底部的高密度灰質(zhì)泥巖，主要分布在平橋地區(qū)，厚0.05～0.1 m；四是優(yōu)質(zhì)頁巖⑤小層頂部發(fā)育2～3層薄層泥質(zhì)粉砂巖，累厚1.5 m，為上部氣層與下部氣層的分界線，主要分布在東勝及平橋南斜坡以南地區(qū)，呈北西展布。

圖3 南川地區(qū)優(yōu)質(zhì)頁巖不同小層沉積微相Fig.3 Sedimentary microfacies of different substrata of high-quality shale in Nanchuan area

2.3 儲層特征

南川氣田五峰—龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖儲層類型主要以有機質(zhì)孔、無機孔、裂縫為主[22-23]，具有低孔、特低滲的特點。

根據(jù)母質(zhì)類型和孔隙成因，有機質(zhì)孔可劃分為干酪根孔和次生瀝青孔兩類（圖4）。根據(jù)產(chǎn)狀，無機孔可劃分為粒間孔和粒內(nèi)孔，粒內(nèi)孔又可進一步劃分為溶蝕孔、黃鐵礦晶間孔、黏土礦物晶間孔、鑄模孔等（圖4）。縱向上，有機質(zhì)孔與有機碳含量、硅質(zhì)含量呈正相關(guān)關(guān)系，自上而下隨TOC含量和硅質(zhì)含量增高，有機質(zhì)孔比例升高，無機孔占比降低。下部氣層以有機質(zhì)孔為主，占比53%～85%，多為次生瀝青孔；上部氣層以無機孔為主，占比55%～71%，主要為粒間孔和粒內(nèi)孔。平面上，五峰組—龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖孔隙度一般為2.6%～5.0%[24]，具有由北向南逐漸增大的特點，平橋地區(qū)為3.8%～4.4%，東勝地區(qū)為2.6%～5.0%，陽春溝地區(qū)為3%～4.2%。

根據(jù)成因，裂縫可劃分為頁理/層理縫、應(yīng)力縫和收縮縫（圖4）?？v向上，裂縫自上而下逐漸增多，五峰組裂縫發(fā)育最多，與滑脫變形作用有關(guān)。平面上，裂縫自東向西隨構(gòu)造改造程度的減弱，裂縫發(fā)育逐漸減少，平橋較東勝構(gòu)造帶裂縫發(fā)育，陽春溝構(gòu)造帶由于受到后期擠壓形成高陡背斜，高角度裂縫尤為發(fā)育。不同構(gòu)造帶或同一構(gòu)造不同部位，裂縫發(fā)育類型具有一定差異，背斜軸部受縱彎作用影響，以高角度縫為主，斜坡區(qū)以層理縫、水平縫為主。

圖4 南川地區(qū)頁巖儲集空間類型Fig.4 Shale reservoir space type of Nanchuan area

2.4 保存條件

通常用地層壓力系數(shù)來表征保存條件的好壞，不同壓力體系下氣藏富集程度差異較大。按照國家標(biāo)準(zhǔn)《天然氣藏分類：GB/T 26979—2011》，地層壓力系數(shù)介于0.9～1.3的氣藏為常壓頁巖氣藏；地層壓力系數(shù)大于等于1.3的氣藏為高壓—超高壓頁巖氣藏[25]。地層壓力系數(shù)與頁巖氣富集程度呈正相關(guān)關(guān)系，地層壓力系數(shù)越大，保存條件越好、頁巖氣越富集、單井產(chǎn)量相對越高。

南川氣田地層壓力系數(shù)1.1～1.32，處于高壓—常壓過渡區(qū)（圖5），以常壓為主，具有由南向北、自東往西保存條件逐漸變好、地層壓力系數(shù)逐漸增大的趨勢。平橋、東勝、陽春溝背斜與盆內(nèi)相連，邊界斷層封閉性良好，壓力系數(shù)在1.3左右；三個構(gòu)造帶南斜坡受構(gòu)造抬升等影響，一側(cè)頁巖出露地表，由于頁巖水平滲透率遠大于垂直滲透率，頁巖氣更易沿水平方向發(fā)生散失，斜坡區(qū)頁巖氣保存條件遭受不同程度破壞，地層壓力系數(shù)降低，壓力體系為常壓。

圖5 南川地區(qū)五峰組地層壓力系數(shù)預(yù)測Fig.5 Prediction of formation pressure coefficient of Wufeng Formation in Nanchuan area

2.5 地應(yīng)力特征

受燕山期—喜山期構(gòu)造擠壓、抬升剝蝕作用影響，南川氣田經(jīng)歷了構(gòu)造變形、抬升剝蝕、流體活動等多種方式的改造，地應(yīng)力場在不同時期、不同區(qū)帶、不同構(gòu)造部位、不同埋深表現(xiàn)出較大的差異性。通過開展巖心差應(yīng)變實驗、電成像、聲波掃描測井及地震屬性預(yù)測，明確了南川氣田現(xiàn)今地應(yīng)力場分布規(guī)律（圖6）。

江濤等[19]發(fā)明了一種海上油田用微量元素示蹤劑。該專利使用鐠-鉬氯化物的混合物作為微量元素示蹤劑。將微量元素示蹤劑、乙二胺四甲叉磷酸鈉、磺化酚醛樹脂、NaHCO3、聚丙烯酰胺等制成前驅(qū)物，將微量元素示蹤劑、十二烷基苯磺酸鈉、木質(zhì)素磺酸鈣、氯化鈣、聚丙烯酰胺等制成后驅(qū)物。將前驅(qū)物和后驅(qū)物在一定條件下分別注入監(jiān)測井中。該專利制備的示蹤劑具有環(huán)保、無放射性、穩(wěn)定性好和檢測靈敏度高等優(yōu)點。

圖6 南川地區(qū)五峰組現(xiàn)今最大主應(yīng)力平面Fig.6 Distribution of maximum principal in Nanchuan area

南川氣田現(xiàn)今最大水平主應(yīng)力為40～100 MPa，受埋深、構(gòu)造擠壓等影響，地應(yīng)力具有明顯分區(qū)性，自東向西、由南往北整體呈增大趨勢，在埋深較大、構(gòu)造擠壓區(qū)，地應(yīng)力較高，為85～100 MPa。地應(yīng)力方位的變化反映了不同區(qū)帶遭受的構(gòu)造作用方式及改造程度的差異。平橋地區(qū)最大水平主應(yīng)力方位為南東向或近東西向，以90°～135°為主；東勝地區(qū)以北東向為主，50°～65°；陽春溝地區(qū)為60°，與東勝地區(qū)基本一致。南川氣田兩向應(yīng)力差異系數(shù)變化較?。?.1～0.17），利于壓裂改造形成復(fù)雜縫網(wǎng)。

2.6 氣藏特征

南川氣田五峰組—龍馬溪組頁巖埋深介于1 500～5 000 m，氣藏中部平均埋深為3 075～3 741 m，屬于中深層—深層頁巖氣藏；根據(jù)氣田地質(zhì)特點及試氣試采特征，氣藏驅(qū)動類型為彈性驅(qū)動；五峰組—龍馬溪組地層溫度為89.8～122.0℃，地溫梯度為2.35～2.54℃/hm，屬正常地溫梯度；實測和地震資料預(yù)測表明地層壓力系數(shù)為1.1～1.32；天然氣相對密度介于0.559～0.602，平均為0.574，氣體成分以甲烷為主，甲烷含量平均為98.38%，不含硫化氫。根據(jù)以上特征，南川氣田五峰組—龍馬溪組氣藏為彈性氣驅(qū)、中深層—深層、常溫、高壓—常壓、不含硫化氫、干氣頁巖氣藏。

2.7 生產(chǎn)特征

南川氣田以常壓頁巖氣為主，目前已有80余口井投入生產(chǎn)，單井具有初期測試產(chǎn)量高、液量較高、遞減較快、彈性產(chǎn)率中等、單井EUR（估算最終可采儲量）偏低的特征[26-27]（圖7）。單井測試產(chǎn)量介于（9.0～40.0）×104m3/d，套壓12.8～28.4 MPa，投產(chǎn)初期日產(chǎn)氣（5.2～9.1）×104m3，套壓16.8～37.0 MPa。根據(jù)頁巖氣單井全生命周期的生產(chǎn)特征，可以劃分為初期純液階段、過渡階段、穩(wěn)定生產(chǎn)階段和低壓排采4個階段。其中純液階段和過渡階段持續(xù)時間較短，井筒由單相流逐漸變化為段塞流或過渡流，套壓和日產(chǎn)氣逐漸增大并趨于穩(wěn)定；穩(wěn)定生產(chǎn)階段，穩(wěn)產(chǎn)期一般1～2 a，單井日產(chǎn)氣（6.0～7.0）×104m3，單位壓降產(chǎn)氣量為（200～300）×104m3/MPa，當(dāng)套壓降至管輸壓力（4～5 MPa）時，日產(chǎn)氣量呈現(xiàn)遞減趨勢，階段遞減率30%～40%，階段累產(chǎn)氣量（5 000～7 500）×104m3；低壓排采階段，氣田單井日產(chǎn)氣（3.0～4.0）×104m3，套壓小于6 MPa，通過開展排水采氣工藝措施，有效減緩井底積液，釋放氣井產(chǎn)能，遞減率降至20%～25%。評價單井EUR為（0.7～1.2）×108m3，與涪陵等高壓頁巖氣田相比，單井EUR相對偏低。

圖7 南川地區(qū)頁巖氣生產(chǎn)曲線及EUR和遞減率評價Fig.7 Shale gas production curve,EUR and decline rate evaluation chart in Nanchuan area

3 勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 “甜點”目標(biāo)評價技術(shù)

在深入分析南川氣田地質(zhì)特點基礎(chǔ)上，從成烴、成孔、成縫、成藏等地質(zhì)要素入手，建立了深水陸棚控?zé)N、保存條件控富、體積改造控產(chǎn)“三因素控產(chǎn)”地質(zhì)理論[9-10，15-16]，以頁巖氣富集和高產(chǎn)為主線，強化保存條件及體積改造研究，從地質(zhì)—工程—經(jīng)濟—環(huán)境一體化角度，建立“四位一體”頁巖氣“甜點”目標(biāo)評價體系及標(biāo)準(zhǔn)[28]，優(yōu)選“甜點”目標(biāo)。首先，評價控制頁巖氣富集的資源基礎(chǔ)，包括深水陸棚相優(yōu)質(zhì)頁巖厚度、分布面積、地化、物性、資源豐度等指標(biāo)。其次，評價保存條件優(yōu)劣，以明確頁巖氣藏富集程度，優(yōu)選地質(zhì)“甜點”，包括地層壓力系數(shù)、含氣量等指標(biāo)。再次，評價體積改造影響因素，明確工程“甜點”，具體包括地應(yīng)力大小、應(yīng)力差異系數(shù)、埋深、層理縫密度、構(gòu)造縫密度、曲率、硅質(zhì)礦物含量等指標(biāo)。最后，評價經(jīng)濟效益及環(huán)境影響，明確經(jīng)濟“甜點”，包括鉆采投資、單井產(chǎn)量、地形地貌、生態(tài)環(huán)境、水源條件、經(jīng)濟社會影響等指標(biāo)。利用該評價體系及標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)選出平橋、東勝、陽春溝三個千億方增儲區(qū)帶，明確了平橋背斜、平橋南斜坡、東勝背斜、東勝南斜坡為Ⅰ類“甜點”區(qū)，陽春溝背斜、陽春溝南斜坡為Ⅱ類“甜點”區(qū)。

3.2 儲層表征技術(shù)

為了更準(zhǔn)確地表征頁巖儲層孔隙發(fā)育程度及頁巖儲集性能，對大量掃描電鏡照片進行圖像處理分析，優(yōu)選平均孔徑、孔隙密度、形狀因子、面孔率等參數(shù)定量表征孔隙發(fā)育特征，從而明確縱向上水平井穿層“甜點”。受沉積微相的控制，五峰組—龍一段由下而上，水體變淺，儲集空間和孔隙結(jié)構(gòu)具有明顯的不同，可以劃分上、下兩套層系，下部層系對應(yīng)①—⑤小層，具有孔徑?。?0～35 nm），孔隙密度大（200～500個/μm2），形狀呈圓形（形狀因子0.91～0.96）、面孔率大（17 %～27 %）、孔隙度大（4 %～6.5%）的特點，②—③小層儲層品質(zhì)最好，為水平井穿層“甜點”[29]；上部層系對應(yīng)⑥—⑨小層，具有孔徑大（43～60 nm），孔隙密度?。?00～170個/μm2），形狀不規(guī)則（形狀因子0.8～0.87）、面孔率大（10 %～12%）、孔隙度?。?%～3.5%）的特點，⑧小層中部儲層品質(zhì)最好，為水平井穿層“甜點”。

3.3 地應(yīng)力場預(yù)測技術(shù)

地應(yīng)力場是影響天然縫發(fā)育程度和人造縫復(fù)雜程度的關(guān)鍵因素[9-10，15，16]，進而控制了單井產(chǎn)量。地應(yīng)力場可分為古地應(yīng)力場和今地應(yīng)力場。針對古應(yīng)力場，開展了6條骨干剖面構(gòu)造演化恢復(fù)，建立地質(zhì)模型；利用8口井縱、橫波速度和地層密度數(shù)據(jù)，建立力學(xué)模型；通過野外200個實測點的共軛節(jié)理產(chǎn)狀進行地層復(fù)平，建立邊界條件；在地質(zhì)模型、力學(xué)模型及邊界條件厘定的基礎(chǔ)上，采用有限元法，形成基于數(shù)值模擬的古應(yīng)力場預(yù)測技術(shù)，明確古應(yīng)力與天然裂縫成因關(guān)系，從而指導(dǎo)天然裂縫預(yù)測。受燕山中、晚期兩期不同古應(yīng)力作用，南川氣田發(fā)育北東、南北兩期天然裂縫（圖8a）。針對今應(yīng)力場，利用地震資料求取研究區(qū)彈性參數(shù)，利用高精度速度場求取地層壓力，基于薄板理論，求取應(yīng)變張量，形成基于彈性參數(shù)的今應(yīng)力場預(yù)測技術(shù)，明確了南川氣田今地應(yīng)力具有東西分帶、由南向北逐漸增大、差異系數(shù)較小、地應(yīng)力方位變化快的規(guī)律（圖8b）。利用古、今地應(yīng)力預(yù)測技術(shù)，指導(dǎo)“甜點”優(yōu)選和水平井壓裂設(shè)計，是氣田效益開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

圖8 南川地區(qū)微裂縫及現(xiàn)今最大主應(yīng)力方向平面Fig.8 Distribution of microfracture and maximum principal direction in Nanchuan area

3.4 水平井地質(zhì)工程一體化設(shè)計技術(shù)

頁巖氣水平井設(shè)計理念是突出水平井部署、鉆井、壓裂改造統(tǒng)籌考慮的地質(zhì)工程一體化設(shè)計技術(shù)，最終目的是提高單井產(chǎn)量、實現(xiàn)單井經(jīng)濟可采儲量最大化，提高勘探開發(fā)效益。通過南川地區(qū)頁巖氣井位部署研究和勘探開發(fā)實踐，運用“逆向設(shè)計，正向施工”的設(shè)計理念，貫徹地質(zhì)工程一體化，形成了“六圖法”井位部署和水平井一體化設(shè)計技術(shù)。

“六圖法”井位部署技術(shù)是綜合構(gòu)造、孔隙度、含氣性、壓力系數(shù)、地應(yīng)力和曲率六項地質(zhì)參數(shù)，優(yōu)選有利井位目標(biāo)，確定最佳井位落點[28]。其核心是基于構(gòu)造圖優(yōu)選出構(gòu)造穩(wěn)定、埋深適中的目標(biāo)構(gòu)造區(qū)；依托孔隙度圖、含氣量圖、壓力系數(shù)圖明確儲層物性好、保存條件佳、地層能量強的富集“甜點”區(qū)；利用地應(yīng)力和曲率圖確定淺層可鉆性強、儲層可壓性好的工程“甜點”區(qū)；通過六要素的結(jié)合最終確定最佳井位。

水平井一體化設(shè)計技術(shù)包括靶窗優(yōu)化、方位優(yōu)化、鉆井漏失預(yù)測、水平井壓裂改造優(yōu)化技術(shù)等[28]。開展五級層序精細劃分，綜合地化、物性、含氣性、可壓性等評價，形成差異化靶窗設(shè)計技術(shù)，明確不同構(gòu)造帶最優(yōu)穿行靶窗。綜合考慮水平主應(yīng)力方位、兩靶高差對產(chǎn)量的影響，形成水平井方位優(yōu)化技術(shù)。利用淺部曲率、局部變量等預(yù)測技術(shù)，預(yù)測地層縫洞發(fā)育情況，做好漏失風(fēng)險預(yù)警，直井段盡可能規(guī)避二、三疊系灰?guī)r段溶孔、溶洞性漏失和志留系碎屑巖段裂縫性漏失，提高鉆井時效，縮短鉆井周期。利用目的層地應(yīng)力、曲率等預(yù)測技術(shù)，指導(dǎo)水平段部署和壓裂優(yōu)化，水平井穿行于相對低地應(yīng)力、中等曲率帶，壓裂改造效果更好，單井產(chǎn)量更高。南川地區(qū)應(yīng)用頁巖氣水平井一體化設(shè)計技術(shù)完鉆了80余口水平井，優(yōu)質(zhì)頁巖最優(yōu)靶窗鉆遇率98%，單井測試氣產(chǎn)量一般（9～40）×104m3/d，單井EUR（0.7～1.2）×108m3，實現(xiàn)了單井產(chǎn)量和EUR的雙提升。

3.5 開發(fā)技術(shù)政策

以實現(xiàn)氣田效益最大化為目標(biāo)，根據(jù)常壓頁巖氣滲流機理及生產(chǎn)規(guī)律，結(jié)合南川頁巖氣田開發(fā)實踐，持續(xù)圍繞層系、井距、水平井參數(shù)三個方面開展常壓頁巖氣關(guān)鍵開發(fā)指標(biāo)優(yōu)化研究，形成了“小井距、長水平段、變夾角、低高差、強改造”的常壓頁巖氣開發(fā)技術(shù)政策[27]。

井距方面，利用微地震監(jiān)測、部分井壓竄現(xiàn)象、生產(chǎn)數(shù)據(jù)特征分析模型等多種方法，確定水平井合理井距為250～300 m。水平段長方面，評價認(rèn)為水平段長越長對應(yīng)無阻流量、估算最終可采儲量越大，但南川氣田構(gòu)造較復(fù)雜，不具備實施超長水平段的地質(zhì)條件，綜合地質(zhì)、鉆井、壓裂、經(jīng)濟效益分析等，確定當(dāng)前技術(shù)經(jīng)濟條件下最佳水平段長為1 800～2 500 m[9]。水平井方位對單井產(chǎn)量有較大影響，一方面，水平井方位影響壓裂施工難易程度和改造效果；另一方面，水平井方位與地層產(chǎn)狀密切關(guān)聯(lián)，合理控制水平段靶點A、B落差，從而影響單井產(chǎn)能釋放和后期排采。通過垂直井筒方向水平射孔破裂壓力公式計算，結(jié)合壓裂縫延伸機理和生產(chǎn)特征分析，認(rèn)為當(dāng)兩向應(yīng)力差異系數(shù)大于0.15時，水平井方向與最小水平主應(yīng)力夾角盡可能控制在30°以內(nèi)；當(dāng)兩向應(yīng)力差異系數(shù)小于0.15時，水平井方向與最小水平主應(yīng)力夾角可適當(dāng)放大至45°，同時水平段靶點高差控制在-140～300 m以內(nèi)，利于常壓頁巖氣排采和產(chǎn)能釋放。壓裂工藝參數(shù)方面：為實現(xiàn)壓裂改造形成復(fù)雜縫網(wǎng)，提高有效改造體積和單井EUR，建議采用“大規(guī)模、強改造”模式，加砂強度大于2.0 m3/m。

3.6 低成本工程工藝技術(shù)

常壓頁巖氣屬于低品位邊際效益資源，踐行低成本戰(zhàn)略是實現(xiàn)效益開發(fā)的關(guān)鍵?！笆濉逼陂g，中國石化華東油氣分公司針對常壓區(qū)地質(zhì)特點，以優(yōu)快成井、體積改造最大化為核心，著力做好低成本鉆井、高效壓裂兩篇文章，相繼開展了“單井單項試驗”“平臺井組試驗”“井工廠集成推廣應(yīng)用”3輪低成本攻關(guān)試驗（圖9）。鉆井方面形成以“二開制井身結(jié)構(gòu)+高效配套工具+激進參數(shù)”為核心的提速技術(shù)、“大+小鉆機”井工廠作業(yè)模式為核心的常壓頁巖氣優(yōu)快鉆完井綜合配套技術(shù)；壓裂方面基于常壓區(qū)頁巖地層壓力和地應(yīng)力較小，施工壓力窗口較大的特點，形成“變段長、低濃度、砂混陶、全電動”的常壓頁巖氣低成本高效復(fù)雜縫網(wǎng)壓裂技術(shù)系列。低成本工程工藝技術(shù)攻關(guān)取得積極進展，單井鉆井、壓裂成本大幅降低，有效支撐了南川頁巖氣田的高效建產(chǎn)和效益開發(fā)。2020年，隆頁1平臺開展地質(zhì)工程一體化攻關(guān)，應(yīng)用二開制井身結(jié)構(gòu)+激進參數(shù)+LWD（隨鉆測井）快速導(dǎo)向鉆井等關(guān)鍵技術(shù)，深化學(xué)習(xí)曲線對標(biāo)，提速提效效果顯著，單井機械鉆速達到16.5 m/h，鉆井周期由早期的60～90 d縮短至22～25 d，水平段日進尺473 m（圖10），結(jié)合全電動壓裂設(shè)備和無限級滑套壓裂工藝，單機組日壓裂12段。

圖9 常壓頁巖氣低成本工程工藝技術(shù)攻關(guān)歷程Fig.9 Technological process of low-cost engineering of normal pressure shale gas

圖10 武隆地區(qū)隆頁1平臺試驗井鉆井學(xué)習(xí)曲線Fig.10 Drilling learning curve of test wells in platform Longye-1

4 啟示

1）堅定勘探信心是常壓頁巖氣突破的根基

2009年，中國石化華東油氣分公司開始常壓頁巖氣的勘探研究工作，相繼勘查了下?lián)P子、湘中、黔南、川南等地區(qū)，探索下寒武統(tǒng)、上二疊統(tǒng)、下志留統(tǒng)等頁巖層系，鉆探證實中國南方海相富有機質(zhì)頁巖發(fā)育，有機碳等生烴指標(biāo)優(yōu)越，具備良好的頁巖氣形成條件，資源潛力大，勘探前景廣闊，同時也認(rèn)識到南方地區(qū)構(gòu)造復(fù)雜、保存條件差、熱演化程度高，有頁巖不一定就有頁巖氣，有頁巖氣不一定就能富集高產(chǎn)，保存條件是影響頁巖氣勘探突破的關(guān)鍵，構(gòu)造相對簡單區(qū)是頁巖氣勘探的有利目標(biāo)。隨著認(rèn)識的不斷深化，2012年優(yōu)選彭水桑柘坪向斜實施彭頁1井，壓力系數(shù)0.96，測試日產(chǎn)氣2.52×104m3，實現(xiàn)了南方構(gòu)造復(fù)雜區(qū)海相頁巖氣勘探戰(zhàn)略突破，彭頁1井的成功更是堅定了常壓頁巖氣勘探的信心。在此基礎(chǔ)上，進一步深化富集高產(chǎn)理論研究，創(chuàng)新工程工藝實踐，武隆向斜、平橋背斜、平橋南斜坡等構(gòu)造相繼獲得勘探突破?；仡櫩碧綒v程，堅定信心是實現(xiàn)常壓頁巖氣勘探突破的根基，信心源自認(rèn)識的深化、理論的突破、規(guī)律的把握、技術(shù)的創(chuàng)新，以及常壓頁巖氣雄厚的資源基礎(chǔ)和廣闊的發(fā)展前景。

2）深化基礎(chǔ)地質(zhì)研究是常壓頁巖氣突破的核心

中國南方復(fù)雜的油氣地質(zhì)條件，加上常壓頁巖氣勘探認(rèn)識程度低，更加需要扎實精細的基礎(chǔ)地質(zhì)研究，必須強化理論研究、創(chuàng)新思路，形成適應(yīng)于中國南方地質(zhì)特點的常壓頁巖氣成藏理論。近年來，不斷深化與高壓頁巖氣地質(zhì)條件的對比研究，逐漸明確了常壓頁巖氣五大地質(zhì)特點，在此基礎(chǔ)上，以問題為導(dǎo)向，以富集高產(chǎn)主控因素為主線，突出保存條件、沉積微相、構(gòu)造應(yīng)力等關(guān)鍵要素的精細研究，逐漸形成了“三因素控產(chǎn)”地質(zhì)理論，并不斷完善南方常壓頁巖氣評價體系，建立了資源規(guī)模為基礎(chǔ)，保存條件為核心，體積改造為關(guān)鍵，靜態(tài)指標(biāo)為依據(jù)，地質(zhì)、工程、經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境評價相結(jié)合的頁巖氣評價體系和標(biāo)準(zhǔn)，為選準(zhǔn)“甜點”目標(biāo)，優(yōu)化“甜點”層位，優(yōu)化鉆井、壓裂設(shè)計發(fā)揮重要作用，有效指導(dǎo)了背斜型、斜坡型、向斜型和逆斷層遮擋型頁巖氣勘探突破。

3）創(chuàng)新工藝實踐是常壓頁巖氣效益開發(fā)的關(guān)鍵

踐行低成本戰(zhàn)略是常壓頁巖氣資源實現(xiàn)效益開發(fā)的關(guān)鍵?！笆濉逼陂g，不斷解放思想，持續(xù)創(chuàng)新實踐，從常壓頁巖氣地質(zhì)特點出發(fā)，以低成本工程工藝技術(shù)為抓手，強化低密度三維地震采集、低成本優(yōu)快鉆完井及高效體積壓裂等配套工程工藝技術(shù)的攻關(guān)與集成，創(chuàng)新形成了低密度三維地震勘探、“二開制”井身結(jié)構(gòu)完井、“變段長、低濃度、砂混陶、全電動”等多項常壓頁巖氣低成本工程工藝技術(shù)，三維地震采集成本降低29%～48%，資料品質(zhì)能夠滿足勘探開發(fā)需要，水平井鉆井周期縮短至22～25 d，全電動壓裂12段，單井鉆采成本大幅度降低，創(chuàng)新工藝實踐為常壓頁巖氣規(guī)模效益開發(fā)提供了強有力的技術(shù)保障。

4）推行一體化模式是提質(zhì)增效的保障

堅持向管理要效益，是現(xiàn)代化企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的必由之路，只有管理才能讓企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營變得更加有效率，更加有效益。南川頁巖氣田建設(shè)過程中，積極探索創(chuàng)新管理模式，有效推動氣田的商業(yè)發(fā)現(xiàn)和效益開發(fā)。

大力推行“4個一體化”運行，降低投資風(fēng)險[30]。一是勘探開發(fā)一體化：按照“整體部署、分步實施、滾動評價、動態(tài)調(diào)整”的思路，提前開展開發(fā)概念設(shè)計，勘探井在開發(fā)井網(wǎng)上部署，開發(fā)井動態(tài)錄取探評井地質(zhì)資料；二是地質(zhì)工程一體化：按照“逆向設(shè)計，正向施工”的理念，開展地質(zhì)、鉆井、壓裂、試采一體化評價，指導(dǎo)設(shè)計優(yōu)化和現(xiàn)場施工；三是科研生產(chǎn)一體化：以生產(chǎn)難題為導(dǎo)向，組織基礎(chǔ)理論和技術(shù)攻關(guān)，突破卡脖子瓶頸，優(yōu)化部署方案，高效指導(dǎo)生產(chǎn)；四是投資效益一體化：實行全面投資預(yù)算管理，綜合經(jīng)濟評價，優(yōu)化方案部署，強化成本管控和源頭降本，提升部署質(zhì)量和效益回報。