蔡勛育,周德華,趙培榮,張 華,錢恪然,萬成祥

1.中國石化 油田勘探開發(fā)事業(yè)部,北京 100047;2.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院,北京 102206;

我國頁巖氣資源量大,海相、陸相和海陸過渡相泥頁巖廣泛發(fā)育[1]。中華人民共和國自然資源部(原國土資源部)2016年發(fā)布的《中國礦產(chǎn)資源報(bào)告》表明,全國埋深4 500 m以淺頁巖氣地質(zhì)資源量122×1012m3,可采資源量22×1012m3,其中海相可采資源量為13×1012m3[2-3]。截至2022年底,中國石化擁有頁巖氣區(qū)塊18個(gè),均位于四川盆地及周緣,礦權(quán)區(qū)內(nèi)地質(zhì)資源量38×1012m3,有利區(qū)主要位于四川盆地及周緣地區(qū),資源量11×1012m3,以志留系深層、常壓和新層系頁巖氣資源為主。

歷經(jīng)十余年勘探開發(fā)探索實(shí)踐,中國石化在四川盆地及周緣地區(qū)志留系龍馬溪組頁巖實(shí)現(xiàn)商業(yè)開發(fā)。截至2022年底,共探明涪陵、威榮、永川和綦江4個(gè)頁巖氣田,累計(jì)提交探明儲量1.19×1012m3,累計(jì)投產(chǎn)井1 072口,日產(chǎn)氣2 850×104m3,年產(chǎn)氣99.1×108m3,累產(chǎn)氣578×108m3。

1 勘探開發(fā)進(jìn)展

以涪陵頁巖氣國家級示范區(qū)為代表的志留系龍馬溪組中深層頁巖氣率先取得勘探突破,已全面進(jìn)入立體開發(fā)調(diào)整階段,同時(shí)重點(diǎn)攻關(guān)深層和常壓頁巖氣,積極突破新區(qū)新層系頁巖氣,目前已在多個(gè)方面取得一系列勘探開發(fā)進(jìn)展(圖1)。

圖1 中國石化頁巖氣勘探開發(fā)歷程

1.1 涪陵頁巖氣

1.1.1 涪陵頁巖氣田地質(zhì)特征

涪陵頁巖氣田五峰組—龍馬溪組含氣頁巖厚度為80～100 m,其下部優(yōu)質(zhì)頁巖厚度為40 m左右,氣層底界埋深介于2 250～3 500 m,壓力系數(shù)1.55,為中深層超壓頁巖氣[4]。根據(jù)頁巖品質(zhì)、礦物含量、物性和含氣性等特征,含氣頁巖段可劃分為9個(gè)小層和3套氣層。下部氣層(①—③小層)以富有機(jī)質(zhì)硅質(zhì)頁巖為主,TOC含量為3.42%～5.65%,孔隙度為4.92%～7.80%,含氣量為3.41～3.81 m3/t;中部氣層(④—⑤小層)以富有機(jī)質(zhì)碳質(zhì)頁巖為主,TOC含量為2.54%～2.61%,孔隙度為3.93%～3.94%,含氣量為3.30～4.09 m3/t;上部氣層(⑥—⑨小層)以貧有機(jī)質(zhì)黏土質(zhì)頁巖為主,TOC含量為1.10%～2.02%,孔隙度為3.38%～4.89%,含氣量為1.10～2.15 m3/t[5]。

1.1.2 涪陵頁巖氣勘探開發(fā)進(jìn)展

自2013年國家能源局批準(zhǔn)設(shè)立重慶涪陵國家級頁巖氣示范區(qū)以來,中國石化全力推進(jìn)示范區(qū)建設(shè),2014年提交國內(nèi)首個(gè)頁巖氣探明地質(zhì)儲量,2015年高標(biāo)準(zhǔn)建成一期50億方產(chǎn)能,2017年創(chuàng)新建立兩層立體開發(fā)模式。2020年國內(nèi)創(chuàng)新開展三層立體開發(fā)差異化部署,采收率逐步提升,達(dá)到國際領(lǐng)先水平[6-7];截至2023年9月,累計(jì)探明儲量近9 000×108m3,累產(chǎn)氣突破600×108m3,探索出一條技術(shù)自主、裝備國產(chǎn)、環(huán)境友好、效益優(yōu)化的涪陵特色頁巖氣開發(fā)之路。

(1)焦石壩一期開發(fā)效果超預(yù)期

焦石壩一期開發(fā)采用“1500m水平段、600m井距、山地叢式水平井交叉布井,水平井主要穿行①—③小層”的布井模式(圖2),部署水平井200余口,其中兩口典型開發(fā)井,一口為生產(chǎn)時(shí)間最長的焦頁1HF井,生產(chǎn)時(shí)間3 766 天,累計(jì)產(chǎn)量1.66×108m3,另一口為累計(jì)產(chǎn)量最高的焦頁6-2HF井,累計(jì)產(chǎn)量3.88×108m3。與方案對比,目前累產(chǎn)氣量已突破設(shè)計(jì)的20年累產(chǎn)氣量,效果超預(yù)期。

圖2 叢式交叉水平井示意

(2) 兩層立體開發(fā)超方案設(shè)計(jì)

涪陵海相頁巖氣比北美頁巖氣地質(zhì)條件更加復(fù)雜,很難直接套用北美大規(guī)模、高密度、連片化布井的開發(fā)模式,開發(fā)初期的地質(zhì)儲量采收率僅12.6%[8]。2017年,面對焦石壩產(chǎn)量開始遞減的局面,以提高采收率為目標(biāo),按照“單井評價(jià)—井組試驗(yàn)—整體部署—滾動建產(chǎn)”的思路,創(chuàng)新建立兩層立體開發(fā)模式,整體部署調(diào)整井已全部投產(chǎn),累計(jì)新建產(chǎn)能超方案設(shè)計(jì),目前日產(chǎn)氣達(dá)1 000萬方,實(shí)現(xiàn)了“焦石壩上再建焦石壩”,推動涪陵頁巖氣田持續(xù)上產(chǎn)。

(3)成功實(shí)現(xiàn)向三層立體開發(fā)拓展

2019年以來,持續(xù)探索三層立體開發(fā)可行性,部署中部氣層試驗(yàn)評價(jià)井。2020年具有自主知識產(chǎn)權(quán)的頁巖氣建模數(shù)模一體化技術(shù)和剩余氣精細(xì)刻畫技術(shù)攻關(guān)取得突破,成功指導(dǎo)三層立體開發(fā)差異化部署(圖3),三層開發(fā)區(qū)采收率預(yù)計(jì)提升至44.6%,實(shí)現(xiàn)了涪陵頁巖氣田高效立體開發(fā)。

圖3 涪陵國家級頁巖氣示范區(qū)焦石壩區(qū)塊立體開發(fā)調(diào)整井網(wǎng)示意

1.1.3 涪陵頁巖氣創(chuàng)新成果與認(rèn)識

在國外技術(shù)壟斷、國內(nèi)沒有經(jīng)驗(yàn)可借鑒的情況下,在攻關(guān)形成海相頁巖氣開發(fā)技術(shù)體系以后,中國石化在涪陵頁巖氣田自主創(chuàng)新形成了海相頁巖氣立體開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)體系,建立了國內(nèi)首個(gè)頁巖氣立體開發(fā)模式,采收率達(dá)到國際領(lǐng)先水平。立體開發(fā)相關(guān)理論和技術(shù)已推廣應(yīng)用到涪陵江東、平橋、白馬復(fù)雜構(gòu)造區(qū)塊,并取得了良好應(yīng)用效果。

1.2 深層頁巖氣

1.2.1 深層頁巖氣地質(zhì)特征

四川盆地及周緣五峰組—龍馬溪組深層(埋深大于3 500 m)頁巖分布廣泛,資源潛力巨大[9]。與中淺層頁巖氣相比,深層頁巖氣具有以下幾個(gè)方面的特征:①頁巖厚度、TOC含量、熱演化程度、礦物組成基本相似,但深層頁巖含氣量和孔隙度一般高于中淺層頁巖;②深層頁巖氣壓力系數(shù)普遍較高,在1.9～2.1,最高可達(dá)2.45;③深層頁巖氣埋深大,普遍具有高地應(yīng)力的特征[7]。

1.2.2 深層頁巖氣勘探開發(fā)進(jìn)展

自2013年在川南進(jìn)行深層頁巖氣初步探索以來,2018年探明并開發(fā)我國首個(gè)深層頁巖氣田——威榮頁巖氣田(埋深3 800 m)[10];2021年完成威榮一期產(chǎn)建,并穩(wěn)步推進(jìn)二期產(chǎn)建,同時(shí)針對4 000～4 500 m深層頁巖氣持續(xù)開展攻關(guān),在丁山、東溪、新場等地區(qū)相繼取得新突破[11];2022年綦江頁巖氣田丁山區(qū)塊新增探明地質(zhì)儲量近1 460×108m3,發(fā)現(xiàn)綦江頁巖氣千億方級整裝大氣田,成為中國石化第三個(gè)超千億方的頁巖氣田(圖4)。目前已實(shí)現(xiàn)新場南—東溪—丁山—良村北—林灘場整體連片,資源量1.19×1012m3,是中國石化繼涪陵頁巖氣田之后第二個(gè)萬億方頁巖氣資源陣地。從DY2井首探深層到近期實(shí)施的XY1井獲得日產(chǎn)量超過50×104m3的高產(chǎn)頁巖氣流,歷經(jīng)近十年,逐步取得了深層頁巖氣富集理論、評價(jià)預(yù)測技術(shù)和工程工藝技術(shù)的突破,展現(xiàn)出深層頁巖氣巨大的勘探開發(fā)潛力。

圖4 四川盆地及周緣深層頁巖氣勘探有利目標(biāo)評價(jià)

(1)創(chuàng)新形成深層頁巖氣富氣模式

深層頁巖氣勘探實(shí)踐表明,深水陸棚相頁巖“蛋白石隨地溫增高轉(zhuǎn)化成高硬度石英,伴生大量粒間孔”,抗壓實(shí)作用強(qiáng),為有機(jī)孔的發(fā)育和保持提供了空間和保護(hù),同時(shí)“儲層流體超壓”能降低作用在頁巖儲層的有效應(yīng)力,有利于頁巖孔隙的發(fā)育與保持,因此“石英(剛性礦物)抗壓?？住焙汀皟恿黧w超壓”是深層優(yōu)質(zhì)頁巖高孔隙度發(fā)育的關(guān)鍵[12-14](圖5)。

圖5 川東南地區(qū)不同埋深和地層壓力條件下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖孔隙度

深層頁巖氣是指埋深超過3 500 m的頁巖氣藏,儲層普遍具有埋藏深、溫壓大、施工改造難等特點(diǎn)[15-17],在多方面因素共同控制下才能形成具備高產(chǎn)氣流的“甜點(diǎn)”。深水陸棚相優(yōu)質(zhì)頁巖發(fā)育是頁巖儲層“甜點(diǎn)”評價(jià)的基礎(chǔ)條件。高流體壓力有利于頁巖氣富集,低地應(yīng)力和較小的水平兩向應(yīng)力差是儲層改造的有利地質(zhì)條件,天然裂縫發(fā)育有利于頁巖儲層壓裂改造,形成高產(chǎn)。因此“優(yōu)質(zhì)頁巖發(fā)育、高流體壓力、低地應(yīng)力、微裂縫發(fā)育”是深層頁巖氣地質(zhì)、工程“甜點(diǎn)”主控因素[18-19]。

丁山區(qū)塊與齊岳山斷裂距離及埋深的不斷增大,保存條件逐漸變好,為常壓—超高壓氣藏。東溪東斜坡、新場南區(qū)塊與齊岳山斷裂呈“斷洼”接觸,保存條件好,為高壓—超高壓氣藏。在此基礎(chǔ)上建立了“鼻狀—單斜構(gòu)造”富集型和“斷洼”分隔富集型2種深層頁巖氣富集模式,成功指導(dǎo)深層頁巖氣勘探。

(2)初步形成深層頁巖氣壓裂技術(shù)體系

2013—2014年,丁頁2HF井壓裂工藝面臨多重難題,僅獲得10.5×104m3/d的測試產(chǎn)量;通過升級壓裂裝備和優(yōu)化壓裂方案,2017—2018年在丁頁4、丁頁5井率先在埋深4 000 m左右開展實(shí)驗(yàn),測試產(chǎn)量明顯提高,分別測試獲20.56×104m3/d和16.33×104m3/d;2019年在東頁深1井進(jìn)一步探索新壓裂工藝技術(shù),試獲日產(chǎn)氣31.18×104m3,是當(dāng)時(shí)國內(nèi)深層頁巖氣埋深大于4 000 m測試產(chǎn)量最高的井;2020年至今,圍繞壓裂關(guān)鍵問題開展研討,迭代升級形成“多段少簇密切割、大液量、高排量、中強(qiáng)加砂、雙暫堵、一體化滑溜水變黏交替注入”的2.0版深層壓裂工藝。2021年在東頁深2井率先使用壓裂新工藝,首次在埋深大于4 200 m測試產(chǎn)量超過40×104m3/d,2022年使用相似工藝在丁頁7井和新頁1井相繼獲得42.8×104m3/d和53.2×104m3/d的高產(chǎn),實(shí)現(xiàn)了從能壓開地層到能壓好地層、測試日產(chǎn)量從“10×104m3到20×104m3,到40×104m3再到50×104m3”的跨越。

1.2.3 深層頁巖氣創(chuàng)新成果與認(rèn)識

深層頁巖氣面臨地質(zhì)、工程多方面難題,歷經(jīng)十年攻關(guān)探索,中國石化在四川盆地發(fā)現(xiàn)了第三個(gè)超千億方的頁巖氣田及第二個(gè)萬億方頁巖氣資源陣地,通過勘探開發(fā)實(shí)踐創(chuàng)新形成深層頁巖超壓富氣模式,揭示了深層頁巖氣高孔隙度發(fā)育機(jī)制,建立了深層頁巖氣富集模式,明確了“雙甜點(diǎn)”主控因素,同時(shí)創(chuàng)新形成深層—超深層頁巖氣體積壓裂技術(shù),實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量跨越,極大解放了深層頁巖氣生產(chǎn)力。

1.3 常壓頁巖氣

1.3.1 常壓頁巖氣地質(zhì)特征

常壓頁巖氣藏是指地層壓力系數(shù)小于1.3的頁巖氣藏,主要分布在四川盆地盆緣和盆外殘留向斜區(qū)(圖6),主要特點(diǎn)為埋藏淺,構(gòu)造相對復(fù)雜,保存條件較差,單井產(chǎn)量低,分布面積廣[20]。頁巖含氣量較低,吸附氣占比較高。地層抬升時(shí)間早,構(gòu)造樣式多,局部微幅構(gòu)造發(fā)育,且斷裂系統(tǒng)復(fù)雜,整體上發(fā)育兩組不同方向的斷裂。頁巖地層剝蝕程度強(qiáng),盆緣斜坡目的層一側(cè)出露,盆外殘留向斜四周出露,導(dǎo)致壓力系數(shù)普遍較低,表現(xiàn)為盆緣壓力系數(shù)1.05～1.30,盆外壓力系數(shù)0.90～1.15。地應(yīng)力方位變化快,大小跨度大,應(yīng)力差異系數(shù)大,表現(xiàn)為盆緣0.10～0.15,盆外0.25～0.33。

圖6 四川盆地及周緣常壓頁巖氣典型井分布

1.3.2 常壓頁巖氣勘探開發(fā)進(jìn)展

中國石化2019年在盆緣南川區(qū)塊焦頁10井、勝頁2井取得重大突破,2020、2021年在南川東勝、白馬區(qū)塊相繼實(shí)現(xiàn)規(guī)模探明,累計(jì)探明儲量近2 500×108m3,2022年產(chǎn)氣11×108m3。在盆外武隆、道真、彭水桑柘坪等殘留向斜區(qū)也相繼取得新突破,落實(shí)了2個(gè)千億方規(guī)模資源陣地。通過加強(qiáng)保存條件研究和低成本技術(shù)攻關(guān),形成了常壓頁巖氣富集理論認(rèn)識和創(chuàng)新性工程工藝技術(shù),有力支撐盆緣和盆外地區(qū)實(shí)現(xiàn)商業(yè)突破和效益開發(fā)。

(1) 形成常壓頁巖氣富集理論

通過開展頁巖生排烴模擬和古壓力恢復(fù)研究,結(jié)合埋藏史和構(gòu)造應(yīng)力分析,揭示了常壓頁巖氣形成與聚散機(jī)理;依據(jù)構(gòu)造樣式、保存條件、地應(yīng)力、裂縫形成機(jī)制及分布特征,構(gòu)建了背斜型、單斜型、反向逆斷層遮擋型、殘留向斜型4種常壓頁巖氣聚散模式,明確了富集規(guī)律及有利勘探方向(表1);通過解剖研究區(qū)頁巖氣藏,按照頁巖“建造—改造—人造”的思路,明確了富集高產(chǎn)受沉積相帶、保存條件、地應(yīng)力場控制,形成了“三因素控藏”富集理論;在儲層分級評價(jià)、保存條件評價(jià)、工程甜點(diǎn)評價(jià)基礎(chǔ)上,形成了以保存條件和地應(yīng)力為核心的常壓頁巖氣“雙甜點(diǎn)”評價(jià)體系,有效地指導(dǎo)了甜點(diǎn)區(qū)和甜點(diǎn)段優(yōu)選[21]。

表1 四川盆地常壓頁巖氣四種聚散模式對比

(2)形成差異化開發(fā)新模式

面對“含氣性、構(gòu)造、應(yīng)力場”三復(fù)雜的情況,在構(gòu)造單元劃分基礎(chǔ)上加強(qiáng)孔隙度、地層壓力系數(shù)、斷裂、天然裂縫與應(yīng)力場等關(guān)鍵因素分析,細(xì)化開發(fā)地質(zhì)分區(qū)。以儲量動用率、采收率、內(nèi)部收益率最大化為核心,采用地質(zhì)—工程—經(jīng)濟(jì)一體化思路,綜合優(yōu)化開發(fā)層系、井網(wǎng)井距、布井方位、水平段長等開發(fā)參數(shù),針對性形成了“多層系、變井距、長水平段、小夾角、低高差、強(qiáng)改造、控壓差”的常壓頁巖氣效益開發(fā)差異性技術(shù)政策[22],確保效益開發(fā)(表2)。

表2 四川盆地白馬區(qū)塊各地質(zhì)分區(qū)特點(diǎn)及對應(yīng)開發(fā)技術(shù)政策、壓裂技術(shù)

(3)初步形成常壓頁巖氣低成本開發(fā)技術(shù)體系

低成本工程工藝技術(shù)攻關(guān)是實(shí)現(xiàn)常壓頁巖氣效益開發(fā)的關(guān)鍵。2012年以來,中國石化積極開展單井單項(xiàng)試驗(yàn)和平臺井組試驗(yàn),近年來,對前期成果集成與推廣應(yīng)用,通過三輪次技術(shù)攻關(guān)與實(shí)踐應(yīng)用,初步形成常壓頁巖氣開發(fā)低成本技術(shù)系列,實(shí)現(xiàn)了壓力系數(shù)1.1～1.3的常壓頁巖氣效益開發(fā),目前針對壓力系數(shù)1.0～1.1的盆外殘留向斜區(qū)正組織開展攻關(guān)。

1.3.3 常壓頁巖氣創(chuàng)新成果與認(rèn)識

近年來,針對常壓頁巖氣地質(zhì)條件特征,加強(qiáng)保存條件研究,揭示了常壓頁巖氣形成與聚散機(jī)理,建立了4種常壓頁巖氣聚散模式,形成了“三因素控藏”的常壓頁巖氣富集理論;針對常壓頁巖氣“三復(fù)雜”情況,通過細(xì)化地質(zhì)分區(qū),優(yōu)化開發(fā)方案,形成了差異性開發(fā)新模式;聚焦低成本技術(shù)攻關(guān),經(jīng)過三輪試驗(yàn)與集成推廣,創(chuàng)新形成常壓頁巖氣低成本工程工藝技術(shù),成功實(shí)現(xiàn)了常壓頁巖氣效益開發(fā)。

1.4 新層系頁巖氣

1.4.1 四川盆地新層系頁巖氣

針對頁巖氣勘探開發(fā)集中在五峰組—龍馬溪組的局面,2018年組織召開新區(qū)新層系研討會提出“拓展志留系,攻關(guān)寒武系,重新評價(jià)認(rèn)識侏羅系,探索二疊系,研究盆外地區(qū)”發(fā)展思路,加快四川盆地新區(qū)新層系風(fēng)險(xiǎn)勘探。2019年以來,相繼在元壩、普光侏羅系,紅星、普光二疊系、井研—犍為寒武系取得重大突破,實(shí)現(xiàn)“走出志留系”。

(1)紅星二疊系吳家坪組頁巖氣取得新突破

四川盆地二疊系吳家坪組頁巖層普遍受沉積相變快、厚度薄、埋深大等地質(zhì)條件的制約,一直未有大的勘探突破。直至2020年底,鄂西渝東紅星地區(qū)建南區(qū)塊針對上二疊統(tǒng)吳家坪組二段部署實(shí)施的第1口頁巖氣風(fēng)險(xiǎn)探井HY1井在壓裂測試獲天然氣產(chǎn)量8.9×104m3/d,實(shí)現(xiàn)了二疊系新層系頁巖氣勘探的重大突破。鉆井資料及實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果顯示,紅星地區(qū)二疊系發(fā)育兩套深水陸棚亞相頁巖,具有優(yōu)質(zhì)頁巖厚度薄、有機(jī)質(zhì)豐度高、孔隙度高、含氣量高、脆性礦物含量高的“一薄四高”特征。廣泛發(fā)育的深水陸棚頁巖是二疊系頁巖氣富集的物質(zhì)基礎(chǔ),有機(jī)—無機(jī)協(xié)同作用提供了良好的儲集空間和較強(qiáng)的吸附能力,良好的保存條件是紅星地區(qū)頁巖氣富集的關(guān)鍵[23-24]。2021年,甩開部署紅頁2、紅頁3,測試產(chǎn)量分別為15.2×104m3/d、11.6×104m3/d,初步落實(shí)了一個(gè)千億方規(guī)模增儲上產(chǎn)新陣地。

(2)普光二疊系大隆組頁巖氣取得新突破

川北地區(qū)大隆組廣泛發(fā)育富有機(jī)質(zhì)泥頁巖,有機(jī)碳含量平均達(dá)8.32%,孔隙度平均為3.0%,脆性礦物含量平均為82.3%,總含氣量平均為4.62 m3/t,具有“高有機(jī)碳含量,高孔隙度,高脆性礦物含量,高含氣量”的有利地質(zhì)條件,勘探潛力大,有望形成川北地區(qū)新的勘探領(lǐng)域[25]。2022年部署實(shí)施的LY1井證實(shí)發(fā)育大隆組、吳家坪組、茅三段3套優(yōu)質(zhì)頁巖,優(yōu)選大隆組壓裂后測試獲日產(chǎn)氣42.66×104m3,初步評價(jià)普光地區(qū)大隆組頁巖氣資源量超1 700×108m3,大隆組、吳二段、茅三段三套頁巖氣資源量3 000×108m3以上。

(3)井研—犍為寒武系筇竹寺組頁巖氣取得新突破

針對井研—犍為探區(qū)寒武系筇竹寺組,由早期黑色頁巖目的層轉(zhuǎn)向氣測顯示好的粉砂質(zhì)頁巖(⑥—⑧號層)探索,2022年JS103HF井26段壓裂后試獲日產(chǎn)氣25.87×104m3,井口壓力18.7 MPa。井研—犍為地區(qū)筇二段粉砂質(zhì)頁巖氣測顯示活躍、平面展布穩(wěn)定,具有低TOC、低含氣量、中等孔隙度和高硅質(zhì)礦物含量的特征,頁巖儲層以無機(jī)孔為主,中孔和大孔為主要儲集空間。該套粉砂質(zhì)頁巖緊鄰優(yōu)質(zhì)烴源巖,且自身也有一定生烴能力,物性相對較好,具有一定的儲集空間,為頁巖氣的生成和富集提供了良好環(huán)境[26]。JS103HF井的勘探突破證實(shí)了筇竹寺組⑥—⑧號層粉砂質(zhì)頁巖儲層厚度大、品質(zhì)優(yōu)、含氣性好、平面分布穩(wěn)定,具有“源內(nèi)自生、原位儲集、高壓封存”的成藏特點(diǎn),初步評價(jià)有利區(qū)資源量超3 800×108m3。

1.4.2 外圍新區(qū)頁巖氣

拓展外圍新區(qū)是實(shí)現(xiàn)走出四川盆地的重要舉措,目前已相繼在中揚(yáng)子宜昌地區(qū)、湘鄂西地區(qū)、桂中地區(qū)、松遼盆地南部部署了一批重點(diǎn)探索井[27-28]。在宜昌地區(qū)志留系,松南梨樹凹陷白堊系相繼取得新發(fā)現(xiàn),中揚(yáng)子宜昌YZY1、2井志留系、松南梨樹LY1井白堊系相繼測試獲得頁巖氣流,目前兩個(gè)地區(qū)正積極開展評價(jià),有望實(shí)現(xiàn)“走出四川盆地”。

2 發(fā)展趨勢

2.1 積極開拓深層、常壓、新層系頁巖氣領(lǐng)域

近年來,中國石化已經(jīng)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量建成涪陵頁巖氣國家級示范區(qū),并在深層、常壓和新層系頁巖氣領(lǐng)域取得了重要突破和進(jìn)展[29-33]。在深層頁巖氣領(lǐng)域,中國石化已探明并開發(fā)威榮頁巖氣田,并在川東南盆緣東溪、丁山、新場、林灘場等多個(gè)構(gòu)造帶初步落實(shí)深層頁巖氣有利區(qū)資源量1.2×1012m3以上;在常壓頁巖氣領(lǐng)域,中國石化不僅在四川盆地邊緣南川東勝、白馬區(qū)塊實(shí)現(xiàn)常壓頁巖氣規(guī)模效益開發(fā),也在盆外武隆、道真、彭水等殘留向斜區(qū)落實(shí)了2個(gè)千億方規(guī)模資源陣地[34];在新層系頁巖氣領(lǐng)域,相繼在紅星二疊系吳家坪組、普光二疊系大隆組和井研—犍為寒武系筇竹寺組等取得頁巖氣新突破[35-36]。未來中國石化將進(jìn)一步開拓深層、常壓、新層系頁巖氣領(lǐng)域,同時(shí)也要充分認(rèn)識深層、常壓、新層系頁巖氣地質(zhì)特征的復(fù)雜性。以深層威榮氣田開發(fā)為例,由于早期開發(fā)方案編制時(shí)對該氣田所在區(qū)域的地應(yīng)力和裂縫發(fā)育的復(fù)雜性認(rèn)識不足,導(dǎo)致實(shí)際鉆探開發(fā)過程中,氣井套變及壓竄問題頻發(fā),嚴(yán)重影響了單井產(chǎn)量和建產(chǎn)節(jié)奏。受套變、壓竄影響,威榮氣田單井產(chǎn)量未達(dá)到方案設(shè)計(jì)產(chǎn)量。由此可見,充分認(rèn)識深層、常壓、新層系頁巖氣地質(zhì)特征的復(fù)雜性是正確開發(fā)決策的前提,也是進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)頁巖氣效益開發(fā)的重要基礎(chǔ)。

2.2 堅(jiān)持頁巖氣理論技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)

經(jīng)過十多年的探索和創(chuàng)新,中國石化形成了特色的頁巖氣勘探開發(fā)理論體系和技術(shù)系列,為頁巖氣突破和發(fā)展提供有力驅(qū)動:一是創(chuàng)新形成頁巖氣“二元富集”理論認(rèn)識,發(fā)現(xiàn)涪陵大型頁巖氣田[37];二是創(chuàng)新形成“超壓富氣、石英抗壓?？住毙抡J(rèn)識,攻關(guān)形成“密切割、增凈壓、促縫網(wǎng)、保充填”深層壓裂工藝技術(shù),大大提高了深層頁巖氣單井產(chǎn)量,日產(chǎn)連破30×108m3、40×108m3和50×108m3,威榮、丁山、東溪深層頁巖氣取得重大突破,實(shí)現(xiàn)“走出涪陵”的戰(zhàn)略部署[38-39];三是創(chuàng)新形成剩余氣精細(xì)刻畫技術(shù),建立立體開發(fā)新模式,涪陵頁巖氣田儲量動用率、采收率大幅提升,目前,立體開發(fā)調(diào)整區(qū)頁巖氣采收率最高達(dá)44.6%,達(dá)到國際先進(jìn)水平;四是創(chuàng)新形成常壓頁巖氣富集高產(chǎn)受“沉積相帶、保存條件、地應(yīng)力場”三因素控制新認(rèn)識,有效指導(dǎo)了南川、白馬等地區(qū)常壓頁巖氣井位部署,此外攻關(guān)集成低成本技術(shù)體系,推廣應(yīng)用大+小鉆機(jī)組合井工廠作業(yè)模式、低濃度+砂混陶+密切割+強(qiáng)改造工藝等,實(shí)現(xiàn)單井鉆采成本低于4 000萬元,實(shí)現(xiàn)南川東勝、白馬區(qū)塊常壓頁巖氣規(guī)模增儲和效益開發(fā),2020—2021年累計(jì)探明儲量2 495×108m3,2022年新建產(chǎn)能9.6×108m3,產(chǎn)氣11×108m3[40-41]。頁巖氣勘探開發(fā)實(shí)踐表明,堅(jiān)持理論技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)是實(shí)現(xiàn)頁巖氣大突破、大發(fā)展必由之路。

未來將依托國家重大專項(xiàng)等平臺,持續(xù)設(shè)立“十四五”非常規(guī)油氣國家重大專項(xiàng),加大理論技術(shù)創(chuàng)新力度,集中各方力量攻關(guān)配套技術(shù)與裝備,建立國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),快速趕超國外先進(jìn)水平。具體地,針對中淺層主力氣田開發(fā),重點(diǎn)攻關(guān)地?！獕耗！獢?shù)模一體化儲量動用及剩余氣分布定量評價(jià)技術(shù),形成立體開發(fā)優(yōu)化調(diào)整技術(shù),提高氣田開發(fā)整體采收率。面對深層頁巖氣可壓裂性差、儲量動用率低等難題,一方面加強(qiáng)理論攻關(guān),深入開展深層頁巖氣甜點(diǎn)評價(jià)、高溫高壓條件下力學(xué)破裂及復(fù)雜縫網(wǎng)形成機(jī)制研究,實(shí)現(xiàn)深層頁巖氣的規(guī)模增儲;另一方面加強(qiáng)開發(fā)技術(shù)攻關(guān),提升壓裂效果和單井產(chǎn)量,實(shí)現(xiàn)分區(qū)施策,實(shí)現(xiàn)差異化優(yōu)選產(chǎn)建區(qū)。常壓頁巖氣的攻關(guān)方向主要圍繞地質(zhì)—工程一體化提產(chǎn)、提高EUR和降本增效等方面。對于新層系頁巖氣,如四川盆地海相寒武系、海陸過渡相二疊系和陸相侏羅系頁巖氣等。下一步工作重點(diǎn)主要為建立不同層系不同類型頁巖氣區(qū)帶評價(jià)方法,優(yōu)選有利區(qū)帶和勘探目標(biāo),加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)勘探以及拓展頁巖氣增儲陣地和開發(fā)攻關(guān)試驗(yàn)。

2.3 堅(jiān)持“一體化”理念

美國頁巖油氣革命的成功離不開“一體化”技術(shù)規(guī)?；l(fā)展應(yīng)用[23]。中國借鑒美國頁巖油氣勘探開發(fā)的成功經(jīng)驗(yàn),將“一體化”理念引入海相頁巖氣勘探開發(fā),經(jīng)過逐步探索發(fā)展,形成了適用于我國頁巖氣勘探開發(fā)的“三個(gè)一體化”,即勘探開發(fā)一體化、地質(zhì)工程一體化、技術(shù)經(jīng)濟(jì)一體化,極大促進(jìn)了頁巖氣高質(zhì)量勘探和效益開發(fā)?？碧介_發(fā)一體化是指勘探向開發(fā)延伸,開發(fā)向勘探滲透,勘探與開發(fā)相互協(xié)調(diào)、相互配合,儲量評價(jià)與產(chǎn)能評價(jià)同步推進(jìn),從而實(shí)現(xiàn)資源快速有效轉(zhuǎn)化。以涪陵焦石壩區(qū)塊為例,自2012年發(fā)現(xiàn)工業(yè)氣流以來,邊勘探邊開發(fā),到2015年整體探明新增探明儲量3 806×108m3,并建成一期產(chǎn)能50×108m3,累計(jì)產(chǎn)氣44×108m3。地質(zhì)工程一體化以“提高單井產(chǎn)能”為核心,堅(jiān)持地質(zhì)+工程“雙甜點(diǎn)”,深度融合氣藏地質(zhì)、氣藏工程、鉆完井工程和壓裂試氣多專業(yè),堅(jiān)持一體化設(shè)計(jì)、一體化實(shí)施、一體化優(yōu)化,全生命周期迭代認(rèn)識、持續(xù)優(yōu)化。地質(zhì)工程一體化的應(yīng)用大大提高了頁巖氣層鉆遇率和頁巖氣產(chǎn)量[42],“十三五”以來,頁巖氣探井平均成功率達(dá)到73%,涪陵頁巖氣田開發(fā)井產(chǎn)率達(dá)到95%。技術(shù)經(jīng)濟(jì)一體化的核心目標(biāo)是在提高頁巖氣單井采收率和產(chǎn)量的同時(shí)最大程度降低成本。目前,技術(shù)經(jīng)濟(jì)一體化具體舉措有方案優(yōu)化降本、技術(shù)創(chuàng)新降本和管理模式降本等。在方案優(yōu)化降本方面,通過加強(qiáng)單井投資預(yù)算審查、產(chǎn)能建設(shè)方案優(yōu)化,促進(jìn)單井鉆采投資持續(xù)下降。在技術(shù)創(chuàng)新降本方面,通過攻關(guān)關(guān)鍵裝備(電動壓裂等)、材料(石英砂替陶粒、壓裂液等),持續(xù)開展井身結(jié)構(gòu)、鉆井壓裂參數(shù)優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)提速提效降本。在管理模式降本方面,推行頁巖氣產(chǎn)建大包,探索“甲供設(shè)備、日費(fèi)制、合作開發(fā)”等管理新模式?！笆濉币詠?通過實(shí)施一系列降本舉措,頁巖氣平均單井投資下降31%、十億方產(chǎn)建投資下降22.4%。實(shí)踐證明,堅(jiān)持“三個(gè)一體化”是實(shí)現(xiàn)頁巖氣高質(zhì)量勘探和效益開發(fā)的關(guān)鍵。

3 結(jié)論和建議

(1)自2009年以來,中國石化在頁巖氣勘探開發(fā)領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展,不僅高質(zhì)量建成涪陵頁巖氣國家級示范區(qū),創(chuàng)新形成了海相頁巖氣立體開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)體系,在深層、常壓和新層系頁巖氣領(lǐng)域也取得了重要突破:實(shí)現(xiàn)南川東勝、白馬區(qū)塊常壓頁巖氣規(guī)模效益開發(fā),初步形成常壓頁巖氣開發(fā)低成本技術(shù)體系;初步落實(shí)川東南盆緣深層萬億方規(guī)模陣地,創(chuàng)新形成海相深層頁巖氣“超壓富氣”模式,初步形成4 000～4 500 m深層頁巖氣壓裂技術(shù)體系;相繼在復(fù)興、元壩、普光侏羅系,紅星、普光二疊系、井研—犍為寒武系取得重大突破。

(2)頁巖氣資源潛力大、挑戰(zhàn)多、效益開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)高。堅(jiān)持理論技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng),堅(jiān)持“一體化”理念,全力攻克深層頁巖氣、常壓頁巖氣提速提產(chǎn)降本增效技術(shù)瓶頸,全力開拓新層系頁巖氣資源領(lǐng)域,是實(shí)現(xiàn)未來頁巖氣高質(zhì)量勘探開發(fā)的必由之路。

(3)頁巖氣的突破和發(fā)展離不開外部政策的扶持。隨著頁巖氣勘探開發(fā)由中淺層頁巖氣領(lǐng)域向深層、常壓和新層系頁巖氣領(lǐng)域進(jìn)軍,將面臨更加復(fù)雜的地質(zhì)條件,對頁巖氣相關(guān)理論技術(shù)都提出了更高的要求,建議加大難采頁巖氣政策扶持力度,出臺相應(yīng)的財(cái)政補(bǔ)貼政策,推動難采頁巖氣效益開發(fā)。

利益沖突聲明/Conflict of Interests

所有作者聲明不存在利益沖突。

All authors disclose no relevant conflict of interests.

作者貢獻(xiàn)/Authors’Contributions

蔡勛育、周德華提出論文研究思路設(shè)計(jì)并參與論文審核,趙培榮、張華完成論文結(jié)構(gòu)搭建,錢恪然、萬成祥參與論文寫作和修改。 所有作者均閱讀并同意最終稿件的提交。

The study was designed and the manuscript was reviewed by CAI Xunyu and ZHOU Dehua. The paper structure was constructed by ZHAO Peirong and ZHANG Hua. The manuscript was drafted and revised by QIAN Keran and WAN Chengxiang. All the authors have read the last version of paper and consented for submission.