雍 銳 胡 勇 彭 先 梅青燕 戚 濤 楊 建 李隆新 鄭 偉 陳穎莉 李 滔 張 理

1. 中國石油西南油氣田公司 2. 中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院

3. 中國石油西南油氣田公司工程技術(shù)研究院 4. 中國石油西南油氣田公司集輸工程技術(shù)研究所

0 引言

伴隨國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，近10年我國天然氣消費(fèi)量年均增長12%，2021年天然氣對外依存度高達(dá)45%，大力發(fā)展天然氣對保障社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源安全、積極推進(jìn)“碳中和”進(jìn)程至關(guān)重要。根據(jù)自然資源部《“十三五”全國油氣資源評價》，四川盆地常規(guī)天然氣資源量約14×1012m3，探明儲量約2.5×1012m3，采出程度不足40%。采出程度每增加1%都意味著提高了成百上千億立方米的天然氣產(chǎn)量[1-6]。

四川盆地是中國天然氣工業(yè)的發(fā)源地，經(jīng)過60余年的探索實踐，建立了提高采收率的核心理念和成熟配套的技術(shù)體系。通過氣藏開發(fā)早期謀劃、中期調(diào)控和后期治理，以及氣藏—井筒—地面全生產(chǎn)系統(tǒng)精準(zhǔn)施策，形成了氣田開發(fā)全生命周期提高采收率行之有效的做法。為此，本文從剖析四川盆地氣藏特點(diǎn)和提高采收率難點(diǎn)出發(fā)，回顧了氣藏提高采收率技術(shù)發(fā)展歷程，系統(tǒng)梳理總結(jié)了氣藏提高采收率關(guān)鍵技術(shù)體系，詳細(xì)介紹了近年針對復(fù)雜氣藏提高采收率的技術(shù)進(jìn)展，并指出下一步技術(shù)攻關(guān)的方向，以期為國內(nèi)外氣藏的高效開發(fā)和提高采收率提供理論指導(dǎo)和技術(shù)借鑒。

1 氣藏特征及提高采收率難點(diǎn)

四川盆地是在上揚(yáng)子克拉通基礎(chǔ)上發(fā)展起來的大型疊合盆地，經(jīng)歷了晚元古代—中三疊世的海相和晚三疊世—新生代陸相盆地階段。盆地內(nèi)已發(fā)現(xiàn)29套含油氣層系，埋藏深度介于600～7 700 m，已開發(fā)氣藏600余個，氣藏類型涵蓋已知大類的93%。由于天然氣成藏歷史長，歷經(jīng)多期構(gòu)造運(yùn)動，四川盆地天然氣藏開發(fā)總體上具有3個特征：①氣藏整體物性較差，非均質(zhì)性強(qiáng)，易出現(xiàn)儲量非均衡動用；②氣藏普遍存在邊底水且水體活躍，非均勻水竄嚴(yán)重，易形成水封氣；③氣藏總體埋藏較深，工藝井較多，地面條件差異大，天然氣從地層到地面流動環(huán)節(jié)多，壓力損耗大[7-9]。因此，氣藏提高采收率的核心是實現(xiàn)均衡開采和降低廢棄地層壓力。

不同類型氣藏的采收率差異巨大，最高可達(dá)90%，最低僅為10%，四川盆地氣藏提高采收率具有以下4個方面的特殊性和難點(diǎn)[10-12]。

1）在開發(fā)早期評價方面，由于氣藏非均質(zhì)性強(qiáng)、水侵活躍，加上早期動靜態(tài)資料的豐富程度及氣藏描述方法適應(yīng)性的影響，氣藏地質(zhì)特征認(rèn)識存在較多不確定性，在開發(fā)早期評價階段制訂合理開發(fā)對策以實現(xiàn)均衡開采的難度較大。

2）在儲量動用方面，由于氣藏普遍低滲透、低豐度、非均質(zhì)性強(qiáng)，氣藏開發(fā)各階段準(zhǔn)確落實剩余儲量分布的難度較大，不同類型的低品質(zhì)儲量有效動用難度加大。如磨溪雷一1亞段氣藏為典型的低滲透氣藏，一次井網(wǎng)采用大井距和直井開發(fā)方式，氣藏儲量動用嚴(yán)重不均衡，預(yù)測氣藏采收率僅為39.2%[13]。

3）在水侵治理方面，四川盆地90%的氣藏都受到了水侵影響，不同類型的氣藏在水侵識別、水侵前緣預(yù)判和全氣藏不同生產(chǎn)階段的防、控、堵、排優(yōu)化治水對策等方面還存在較大差異，防控和治理非均勻水侵的難度極大。例如威遠(yuǎn)震旦系氣藏為典型縫洞型活躍底水氣藏[14]，開發(fā)過程中底水縱竄橫侵造成嚴(yán)重的非均勻水侵，將原本連通的氣藏分隔形成了7個水封區(qū)，氣藏一次開發(fā)自噴生產(chǎn)階段采出程度僅為28.3%。

4）在配套工藝方面，四川盆地生產(chǎn)井井型多樣，生產(chǎn)管柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，氣井深度跨度大，地層壓力系數(shù)差異大。如果生產(chǎn)時不考慮工藝措施，氣井生命周期會變得較短，其中產(chǎn)水和含硫氣井采取工藝措施進(jìn)行開采的時間會占到整個生命周期的一半以上。但是排水采氣和產(chǎn)能維護(hù)的工藝要求較高；地面管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)多且分散，地面環(huán)形管網(wǎng)復(fù)雜，地面系統(tǒng)多節(jié)點(diǎn)優(yōu)化方式復(fù)雜，降低廢棄地層壓力難度較大。

2 氣藏提高采收率技術(shù)探索歷程

四川盆地氣藏提高采收率技術(shù)探索先后經(jīng)歷了空間（由單井到氣藏）和時間（由氣藏開發(fā)中后期到全生命周期）的轉(zhuǎn)變升級，整個發(fā)展歷程可分為以下3個階段[15-17]。

1） 探索起步階段（20世紀(jì)50年代—80年代末）：開發(fā)對象以蜀南地區(qū)二疊、三疊系中小型裂縫型氣藏為主，該類氣藏氣水關(guān)系復(fù)雜，90%以上的氣井產(chǎn)地層水，絕大部分氣井需要通過排水采氣維持正常生產(chǎn)。該階段認(rèn)識氣藏主要依賴地質(zhì)調(diào)查和模擬地震等手段，難以有效描述氣藏，氣藏整體認(rèn)識薄弱。提高采收率的技術(shù)對策主要針對單井制訂，以單井控水排水采氣為主，缺乏提高整個氣藏采收率的全局系統(tǒng)策略。

2） 快速發(fā)展階段（20世紀(jì)80年代末—“十一五”末）：20世紀(jì)80年代末四川盆地氣藏在開發(fā)方案指導(dǎo)下走上了科學(xué)、規(guī)范的開發(fā)之路，開發(fā)對象涉及須家河組和石炭系等構(gòu)造整裝非均質(zhì)有水氣藏，二疊系、三疊系復(fù)雜巖性、構(gòu)造—巖性氣藏和須家河組致密砂巖氣藏等多種類型氣藏。氣藏開發(fā)經(jīng)歷了從發(fā)現(xiàn)、上產(chǎn)到穩(wěn)產(chǎn)、遞減的全生命周期，氣藏整體認(rèn)識得到深化，不同階段的開發(fā)重心進(jìn)一步明確。在這一階段，提高采收率技術(shù)實現(xiàn)了由“單井”到“氣藏”的轉(zhuǎn)變升級，并初步形成了剩余儲量分布精細(xì)描述、氣藏整體治水、低滲透儲層改造、老井產(chǎn)能維護(hù)和地面系統(tǒng)優(yōu)化等一系列主體技術(shù)，為氣藏提高采收率技術(shù)模式的建立奠定了基礎(chǔ)。但是該階段主要針對開發(fā)中后期出現(xiàn)的非均衡開采和非均勻水侵進(jìn)行應(yīng)對和治理，因此催生了全生命周期提高采收率的需求。

3）創(chuàng)新集成階段（“十二五”以來）：開發(fā)對象以二疊系、寒武系、震旦系等深層、超深層復(fù)雜構(gòu)造氣藏、復(fù)雜巖性碳酸鹽巖氣藏為主。復(fù)雜氣藏的科學(xué)高效開發(fā)技術(shù)要求更高，以往的提高采收率技術(shù)難以發(fā)揮復(fù)雜氣藏的最大開發(fā)潛力。因此，該階段提出從開發(fā)早期制訂提高采收率技術(shù)的思路，形成以有利區(qū)優(yōu)選、高產(chǎn)井部署和開發(fā)指標(biāo)優(yōu)化設(shè)計為核心的早期評價和部署技術(shù)系列，從而打破氣藏開發(fā)中后期才開始制訂提高采收率對策的傳統(tǒng)思維模式，樹立全生命周期統(tǒng)籌的理念。由此制訂了早期謀劃、中期調(diào)控和后期治理的整體策略，提高采收率技術(shù)實現(xiàn)了由“氣藏開發(fā)中后期”到“全生命周期”的轉(zhuǎn)變升級，并形成了氣藏全生命周期提高采收率技術(shù)模式。在該技術(shù)模式的指導(dǎo)下，提高采收率關(guān)鍵技術(shù)體系還一直在不斷創(chuàng)新和完善。

3 氣藏提高采收率技術(shù)進(jìn)展

3.1 建立了氣藏提高采收率的技術(shù)模式

圍繞“實現(xiàn)均衡開采，降低廢棄地層壓力”兩大目標(biāo)，經(jīng)過長期探索與實踐，形成了“全生命周期統(tǒng)籌、全生產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)同”的提高采收率核心技術(shù)理念?！叭芷诮y(tǒng)籌”將最優(yōu)化采收率的理念應(yīng)用于氣藏開發(fā)全生命周期的各個階段，開發(fā)評價階段重點(diǎn)關(guān)注開發(fā)方式和開發(fā)指標(biāo)的優(yōu)選，防控氣藏認(rèn)識的不確定性風(fēng)險，合理制訂提高采收率的早期策略；開發(fā)建產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)階段持續(xù)優(yōu)化開發(fā)對策，均衡動用儲量，預(yù)防和減緩非均勻水侵，做好提高采收率中期調(diào)控；開發(fā)后期階段完善工藝配套設(shè)施，延長氣井生命期和降低氣藏廢棄條件，做好提高采收率后期治理?！叭a(chǎn)系統(tǒng)協(xié)同”的重點(diǎn)是實現(xiàn)多專業(yè)融合的“地質(zhì)工程一體化”，通過地質(zhì)與氣藏工程落實基礎(chǔ)資源和優(yōu)化開采方法，由井工程提供最優(yōu)化技術(shù)方案以暢通采出路徑，全面持續(xù)優(yōu)化地面工程，做好工藝配套的適應(yīng)性調(diào)整。

在提高采收率核心技術(shù)理念的指導(dǎo)下，建立了以“早期評價與部署、儲量刻畫與動用、水侵診斷與治理、開采工藝與優(yōu)化”為核心的提高采收率技術(shù)模式（圖1）。“早期評價與部署”主要解決有利區(qū)的評價優(yōu)選和開發(fā)對策優(yōu)化設(shè)計，奠定氣藏均衡開發(fā)的認(rèn)識基礎(chǔ)和動用基礎(chǔ)；“儲量刻畫與動用”主要通過剩余儲量分布的精細(xì)描述、經(jīng)濟(jì)可動性評價和改進(jìn)單井產(chǎn)量配套工藝來提升儲量動用率；“水侵診斷與治理”通過認(rèn)識水侵機(jī)理、分析水侵動態(tài)、預(yù)判水侵影響并制訂治水對策以減緩水侵影響；“開采工藝與優(yōu)化”通過氣井采氣配套工藝和地面集輸系統(tǒng)優(yōu)化來延長氣井生命期和降低氣藏廢棄壓力。

圖1 氣藏提高采收率技術(shù)模式圖

3.2 形成了氣藏提高采收率的關(guān)鍵技術(shù)體系

以氣藏提高采收率技術(shù)模式為指導(dǎo)，圍繞“早期評價與部署、儲量刻畫與動用、水侵診斷與治理、開采工藝與優(yōu)化”四大技術(shù)方向，建立了4大技術(shù)系列、12項專項技術(shù)和100余項子技術(shù)，形成了地質(zhì)與氣藏工程、鉆完井工程、地面工程等多專業(yè)協(xié)同的提高采收率技術(shù)體系（圖2）。

圖2 氣藏提高采收率技術(shù)體系圖

早期評價與部署技術(shù)系列主要解決非均質(zhì)氣藏和有水氣藏開發(fā)早期地質(zhì)特征認(rèn)識難度大、開發(fā)方案編制不確定性風(fēng)險大的問題，包括3項專項技術(shù)：①以優(yōu)質(zhì)儲層空間展布、氣水分布描述為核心的有利區(qū)評價與優(yōu)選技術(shù)；②以高產(chǎn)井地質(zhì)模式、地震模式、井型及軌跡設(shè)計為核心的高產(chǎn)井評價與部署技術(shù)；③以合理開發(fā)方式、井網(wǎng)和采速設(shè)計為核心的開發(fā)指標(biāo)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)。該技術(shù)系列結(jié)合了地質(zhì)、地震、氣藏動態(tài)分析和經(jīng)濟(jì)評價等多種手段，明確了開發(fā)有利區(qū)塊和井位部署模式，制訂了合理開發(fā)對策，為均衡開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

儲量刻畫與動用技術(shù)系列主要解決不同類型氣藏剩余儲量分布精細(xì)刻畫和開發(fā)中后期氣藏有效提升低滲透儲量動用率難度大等問題，包括4項專項技術(shù)：①以儲層精細(xì)對比、流體分布描述、氣藏動態(tài)分析、三維地質(zhì)建模、精細(xì)數(shù)值模擬和儲量分類評價為核心的剩余儲量分布精細(xì)描述技術(shù)；②以微觀滲流模擬、氣藏采收率預(yù)測物理模擬、氣井產(chǎn)能遞減分析和經(jīng)濟(jì)評價為核心的低滲透儲量可動性評價技術(shù)；③以井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、鉆井井眼軌跡精準(zhǔn)控制、深層尾管優(yōu)質(zhì)固井為核心的特殊工藝井鉆井工藝技術(shù)；④以深層高溫碳酸鹽巖全耦合酸壓模型、水平井/大斜度井差異化改造工藝、耐高溫酸液體系、高性能暫堵材料為核心的特殊工藝井儲層改造技術(shù)。該技術(shù)系列通過氣藏描述、機(jī)理揭示、開發(fā)效果評價等手段，明確剩余經(jīng)濟(jì)可動用儲量分布；通過建立針對性地提高單井產(chǎn)量鉆完井配套工藝，保障開發(fā)中后期儲量動用率的提升。

水侵診斷與治理技術(shù)系列主要解決不同類型氣藏水侵機(jī)理認(rèn)識不清、水侵危害差異大、水侵規(guī)律預(yù)判及針對性治水難度大等問題，包括3項專項技術(shù)：①以水侵模擬及微觀可視化、三重介質(zhì)滲流分析、水侵動態(tài)仿真物理模擬等為核心的“水封氣”機(jī)理模擬技術(shù)；②以水侵能量動態(tài)監(jiān)測、水侵量計算、水侵前緣分析及定量預(yù)測、氣水井?dāng)?shù)值試井分析及水侵活躍性評價等為核心的非均勻水侵預(yù)報技術(shù)；③以氣藏整體治水及開發(fā)優(yōu)化、有水氣藏二次開發(fā)為核心的整體治水技術(shù)。該技術(shù)系列從揭示微觀—宏觀的氣水滲流特征及水侵機(jī)理出發(fā)，利用豐富的動態(tài)監(jiān)測及分析技術(shù)，為地層水防治提供精準(zhǔn)認(rèn)識，為不同類型氣藏提供針對性的治水措施。

開采工藝與優(yōu)化技術(shù)系列主要解決盆地內(nèi)不同壓力系數(shù)條件下，具有復(fù)雜管柱結(jié)構(gòu)的氣井采氣工藝選擇、地面環(huán)形管網(wǎng)多節(jié)點(diǎn)模擬和地下—井筒—地面一體化優(yōu)化等難題。包括3項專項技術(shù)：①以低壓深井柱塞、含硫高壓氣舉、泡排、電潛泵為核心的排水采氣工藝技術(shù)；②以復(fù)雜落魚打撈、高強(qiáng)度封隔器處理、暫堵壓井和低壓氣井井筒清潔為核心的老井產(chǎn)能維護(hù)技術(shù)；③以地面集輸優(yōu)化簡化、地下—井筒—地面一體化模擬、降低井口壓力為核心的地面集輸系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)。該技術(shù)系列通過積液規(guī)律及井筒復(fù)雜處理研究，研發(fā)配套關(guān)鍵工具，完善施工工藝，為延長氣井生命期和降低氣藏廢棄壓力提供支撐。

3.3 氣藏提高采收率關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)展

3.3.1 早期評價與部署技術(shù)

3.3.1.1 有利區(qū)評價與優(yōu)選技術(shù)

針對深層強(qiáng)非均質(zhì)性碳酸鹽巖氣藏，形成了有利區(qū)評價與優(yōu)選技術(shù)，包括白云巖巖溶小尺度縫洞儲集體精細(xì)刻畫和分散小礁體精細(xì)刻畫等技術(shù)。采用沉積相模式約束的地震多屬性融合丘灘預(yù)測方法，實現(xiàn)了四級層序格架內(nèi)20 m級丘灘體精細(xì)雕刻；發(fā)明了“殘厚+印?！彪p界面古地貌恢復(fù)方法，刻畫出巖溶有利微地貌；通過建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)井震多信息融合縫洞儲層定量預(yù)測方法，首次實現(xiàn)了10 m級小尺度縫洞儲集體刻畫，形成了白云巖巖溶小尺度縫洞儲集體精細(xì)刻畫技術(shù)，揭示了“丘灘控有無、巖溶控品質(zhì)”的儲層發(fā)育機(jī)理，明確了五類優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育模式（圖3）。通過地震“雙高”一體化處理、數(shù)據(jù)驅(qū)動的“盒狀體”透視、殘厚法沉積古地貌恢復(fù)和三維可視化，建立分散小礁體精細(xì)刻畫技術(shù)，使礁體的刻畫精度提升至1～5 km2，刻畫準(zhǔn)確率由60%提高到90%以上。

圖3 燈影組巖溶模式示意圖

針對復(fù)雜流體描述，形成了大型低幅構(gòu)造有水氣藏氣水分布精細(xì)刻畫技術(shù)。通過保幅寬頻高分辨率處理，構(gòu)建井控高精度數(shù)據(jù)體，實現(xiàn)了深層低緩構(gòu)造背景下高差小于20 m的微幅構(gòu)造精細(xì)描述。結(jié)合儲層對比、壓力系統(tǒng)分析、氣水界面分析，確定了低緩構(gòu)造背景下氣藏氣水過渡區(qū)的內(nèi)外邊界，刻畫出氣藏內(nèi)部局部封存水范圍[18]，實現(xiàn)了氣藏水體分布的精細(xì)刻畫（圖4）。

圖4 磨溪龍王廟組氣藏氣水分布模式圖

3.3.1.2 高產(chǎn)井部署技術(shù)

利用巖心—成像—地震綜合標(biāo)定有利儲層地震相特征，明確了有利儲層地震識別標(biāo)志，結(jié)合高分辨率儲層地震反演預(yù)測，形成了不同地質(zhì)特征的優(yōu)質(zhì)儲層識別技術(shù)，例如龍王廟組氣藏的“灘控巖溶儲層+內(nèi)部強(qiáng)波峰”識別技術(shù)，震旦系氣藏的“巖溶縫洞儲層+寬波谷亮點(diǎn)”識別技術(shù)，生物礁氣藏的“地震反射同相軸‘頂凸底凹’特征”識別技術(shù)。針對不同儲層分布特征，優(yōu)選井點(diǎn)，基于地震剖面響應(yīng)特征，優(yōu)選最有利的靶體目標(biāo)，設(shè)計不同的井型及軌跡，建立“地質(zhì)模式定點(diǎn)、地震響應(yīng)定軌”的高產(chǎn)井部署模式（圖5）。

圖5 震旦系氣藏高產(chǎn)井模式圖

3.3.1.3 開發(fā)指標(biāo)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)

基于氣井生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)，采用多種現(xiàn)代動態(tài)分析方法（例如Blasingame方法等）計算動態(tài)儲量。通過容積法反推算井控半徑，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)極限法，建立“復(fù)合地質(zhì)因素+經(jīng)濟(jì)極限約束”的氣井合理井距確定方法，解決了強(qiáng)非均質(zhì)氣藏非規(guī)則井網(wǎng)的優(yōu)化難題，支撐了儲量均衡高效動用[19]。

3.3.2 儲量刻畫與動用技術(shù)

3.3.2.1 剩余儲量分布精細(xì)描述技術(shù)

針對低孔超壓氣藏儲量精細(xì)描述的需求，形成了特大型異常高壓有水氣藏超精細(xì)數(shù)值模擬技術(shù)。通過精細(xì)描述氣藏構(gòu)造、儲層和流體特征，建立了8 000×104網(wǎng)格超精細(xì)數(shù)值模擬模型；利用搭載網(wǎng)格與壓力殘差預(yù)處理技術(shù)的新一代模擬器，建立了分布式多核并行運(yùn)算系統(tǒng)（近2000CPU核）；通過耦合巖石壓縮系數(shù)、應(yīng)力敏感實驗數(shù)據(jù)與模擬器前處理數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了高效計算并精細(xì)刻畫氣藏剩余儲量分布。該技術(shù)解決了描述大型氣藏剩余儲量時，受限于儲層非均質(zhì)性差異表征不足、多相態(tài)、多因素等情況下全氣藏數(shù)值模擬耗時巨大的問題。

針對開發(fā)中后期氣藏形成了剩余儲量快速描述技術(shù)。開發(fā)中后期氣藏地質(zhì)特征認(rèn)識相對清楚、動態(tài)資料較為豐富，依靠動態(tài)資料可明確氣藏剩余壓力分布。耦合氣藏儲層參數(shù)和剩余壓力分布，采用網(wǎng)格離散技術(shù)快速描述氣藏剩余儲量分布，可以使單個氣藏剩余儲量分布描述耗時從2～4個月降低至3～10天，解決了傳統(tǒng)評價方法過程復(fù)雜、剩余儲量描述工作時效率低的問題。

3.3.2.2 儲量可動性評價技術(shù)

采用CT掃描技術(shù)構(gòu)建數(shù)字巖心，提取孔喉網(wǎng)絡(luò)模型，分析孔喉參數(shù)，基于微觀流動模擬建立孔喉尺寸、孔喉比、形狀因子、配位數(shù)及裂縫寬度等微觀孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)與模擬滲透率的關(guān)系（圖6），在此基礎(chǔ)上考慮了氣井經(jīng)濟(jì)極限產(chǎn)量，提出儲量效益動用的儲層參數(shù)下限，形成了低滲透碳酸鹽巖氣藏儲量可動性評價技術(shù)，實現(xiàn)了10余項微米級孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)在儲量效益動用下限評價中的定量化運(yùn)用[20]。

圖6 建立微觀孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)與模擬滲透率關(guān)系的流程圖

3.3.2.3 水平井/大斜度井軌跡控制技術(shù)

基于氣藏剩余儲量分布動用情況，建立了多因素量化評估井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計方法。研發(fā)了鉆柱扭擺系統(tǒng)、大功率水力振蕩器及旋轉(zhuǎn)閥式脈沖器，優(yōu)選高效破巖鉆頭、耐高溫高壓定向測量儀器及動力鉆具（圖7），以及配套的抗高溫高潤滑性的油基鉆井液，形成了超深水平井/大斜度井井眼軌跡高效控制技術(shù)，可大幅降低鉆井摩阻，提升定向效率，水平段最長可延伸至1 610 m。雙魚001-H6井完鉆井深9 010 m，創(chuàng)造了中國陸上最深天然氣水平井紀(jì)錄。

圖7 高效PDC鉆頭切屑齒布局示意圖

3.3.2.4 水平井/大斜度井增產(chǎn)改造技術(shù)

針對深層超深層高溫碳酸鹽巖儲層酸蝕裂縫短、導(dǎo)流能力低的難題，研發(fā)了耐160～180 ℃高溫低摩阻自生酸、膠凝酸和轉(zhuǎn)向酸體系，優(yōu)選膠凝酸酸壓、前置液酸壓、2～3級交替注入酸壓工藝，采用固—流—熱—化四場全耦合酸壓模型優(yōu)化酸壓施工參數(shù)（圖8），實現(xiàn)了深穿透高導(dǎo)流酸壓改造[21]。

圖8 “機(jī)械分段+段內(nèi)暫堵”復(fù)合分段酸壓示意圖

針對儲層非均質(zhì)性強(qiáng)、改造井段長的難題，基于機(jī)械封隔器、可降解暫堵材料、自轉(zhuǎn)向酸等物理化學(xué)措施，形成了“變密度割縫襯管+變強(qiáng)度轉(zhuǎn)向酸”和“轉(zhuǎn)向酸+可降解暫堵球”均勻酸化、“機(jī)械分段+段內(nèi)暫堵”復(fù)合分段酸壓等技術(shù)體系，大幅度提高了強(qiáng)非均質(zhì)儲層動用程度。雙魚001-X3井、云安012-X16等井運(yùn)用該技術(shù)，測試產(chǎn)量均達(dá)到100×104m3/d，大幅度調(diào)高了儲量有效動用程度。

3.3.3 水侵診斷與治理技術(shù)

3.3.3.1 “水封氣”機(jī)理模擬技術(shù)

針對水封氣機(jī)理認(rèn)識不清的問題，形成了在線驅(qū)替協(xié)同CT掃描與數(shù)字仿真相結(jié)合的創(chuàng)新氣水兩相滲流分析技術(shù)。通過優(yōu)化探測器數(shù)據(jù)高速讀取算法，引入全卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和條件隨機(jī)場，改進(jìn)數(shù)字巖心的圖像識別算法，建立了水驅(qū)氣在線驅(qū)替協(xié)同CT掃描技術(shù)。通過邊驅(qū)替邊掃描，實現(xiàn)了整個驅(qū)替過程的可視化，然后定量化表征與分析不同時刻的氣水分布特征，明確了水封氣形成的位置及內(nèi)在原因?；诜欠€(wěn)態(tài)滲流理論，考慮氣體壓縮性、毛細(xì)管力和黏滯力的共同作用，采用GPU并行運(yùn)算，融合多重網(wǎng)格算法，建立基于孔隙網(wǎng)絡(luò)模型的非穩(wěn)態(tài)氣水兩相滲流數(shù)字仿真技術(shù)，實現(xiàn)了微米級到米級巖心的高溫高壓水驅(qū)氣的快速精準(zhǔn)模擬，可以從不同尺度量化表征水封氣的形成條件與機(jī)理。通過物理模擬與數(shù)字仿真的耦合分析，全方位揭示“水封氣”形成的內(nèi)在機(jī)理，并首次提出了水封氣的臨界點(diǎn)效應(yīng)，即當(dāng)含水飽和度超過臨界含水飽和度時，水相滲透率將急劇上升，氣相將難以流動，從而發(fā)生水鎖（圖9）。臨界點(diǎn)效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)為氣藏“水封氣”的預(yù)防及控水措施的制訂提供了理論指導(dǎo)[22-27]。

圖9 水封氣臨界點(diǎn)效應(yīng)圖

3.3.3.2 非均勻水侵診斷及預(yù)報技術(shù)

針對水侵氣儲量難以定量評價的問題，基于氣藏水侵活躍程度及儲層非均質(zhì)性表征方法，建立考慮“水封氣”效應(yīng)的物質(zhì)平衡新模型，定量表征地層水侵入氣藏對地層的能量補(bǔ)給和對儲層中天然氣的封隔效應(yīng)，以此形成了不同水侵模式的診斷圖版，實現(xiàn)了水侵模式定量判別及動態(tài)儲量和水封氣量的精準(zhǔn)預(yù)測，解決了傳統(tǒng)物質(zhì)平衡法無法精細(xì)表征“水封氣”影響的局限性，進(jìn)一步提升了治水措施的針對性及有效性[28]。

針對水侵預(yù)報精度低的問題，基于氣水兩相滲流理論，引入氣體壓縮性預(yù)測和氣水高密度差求解方法，建立有水氣藏井間代理模型；耦合井筒多相流模型與地面集輸管網(wǎng)模型，并結(jié)合人工智能算法，形成氣藏水侵前緣定量分析及非均勻水侵動態(tài)預(yù)報技術(shù)（圖10）。實現(xiàn)了水侵危害提前半年預(yù)警，增強(qiáng)了地層水防治工作的前瞻性，為地層水防治提供了充足的準(zhǔn)備時間[29-31]。

圖10 有水氣藏非均勻水侵預(yù)報技術(shù)示意圖

3.3.3.3 差異化整體治水技術(shù)

基于四川盆地60余年的有水氣藏開發(fā)實踐經(jīng)驗，結(jié)合大尺度非均質(zhì)氣藏水侵動態(tài)、治水效果仿真物理模擬技術(shù)和超精細(xì)數(shù)值模擬技術(shù)，再現(xiàn)不同地質(zhì)條件、水體能量、開采方式及主動治水條件下氣藏全生命周期開發(fā)動態(tài)過程，定量預(yù)判措施效果，形成了以“防+控+堵+排”為核心的不同類型氣藏差異化技術(shù)。治水對象從單井、井區(qū)到氣藏遞進(jìn)，治水目標(biāo)從早期防水、中期控水到晚期主動排水遞進(jìn)，技術(shù)對策從井網(wǎng)優(yōu)化、采速優(yōu)化、配產(chǎn)優(yōu)化到排水優(yōu)化遞進(jìn)。通過優(yōu)化開發(fā)指標(biāo)防水、均衡開采控水、氣水同產(chǎn)井排水、水侵通道強(qiáng)排水和選擇性堵水等差異化措施，實現(xiàn)了整體治水及氣藏采收率提升。

3.3.4 工藝配套與優(yōu)化技術(shù)

3.3.4.1 排水采氣工藝技術(shù)

針對小液量低壓深井，建立了低壓深井柱塞氣舉設(shè)計方法。通過自主研制彈塊式卡定器、測溫測壓柱塞等一系列工具，研發(fā)柱塞工藝管理系統(tǒng)，形成了低壓深井柱塞氣舉技術(shù)。工具成本降幅達(dá)70%，設(shè)計符合率提高至90%，實現(xiàn)了工藝制度實時動態(tài)跟蹤，運(yùn)維成本降低了61%。技術(shù)可應(yīng)用于地層壓力系數(shù)最低至0.1、井深4 946 m、最大井斜角59°的條件下。

針對帶永久式封隔器的含硫深井，首創(chuàng)了構(gòu)建單向工藝通道與重建工藝通道的技術(shù)理念。通過建立流動主動控制方法，研制預(yù)置式、隔離式、跨隔式排水采氣工具（圖11），形成了永久式封隔器完井氣井排水采氣技術(shù)，實現(xiàn)了免修井開展氣舉排水，最深應(yīng)用深度為6 058 m，填補(bǔ)了國內(nèi)技術(shù)空白。

圖11 隔離式排水采氣工具圖

3.3.4.2 老井產(chǎn)能維護(hù)新技術(shù)

針對井下復(fù)雜落魚難撈、高強(qiáng)度封隔器處理困難等難題，通過研制閉窗打撈筒、套銑打撈一體等關(guān)鍵修井工具，建立適用于不同工況的高耐磨封隔器處理工藝模版，形成了復(fù)雜工況井筒處理技術(shù)，實現(xiàn)了不同井徑、井深的情況下不同材質(zhì)封隔器的處理及落魚打撈。目前已初步具備井深7 000 m小井眼內(nèi)封隔器處理能力，為高溫高壓氣井產(chǎn)能發(fā)揮提供了技術(shù)支撐[32]。

針對低壓氣井漏失嚴(yán)重?zé)o法建立循環(huán)、井內(nèi)堵塞物多樣的問題，通過研制真空抽砂、旋轉(zhuǎn)射流清砂、局部負(fù)壓清潔等關(guān)鍵工具，優(yōu)選清潔工作液，完善配套施工工藝，形成了低壓井井筒清潔技術(shù)，實現(xiàn)了在低壓深井中打撈碎屑、沉砂及小件落物，作業(yè)井壓力系數(shù)低至0.12，為低壓深井井筒解堵提供了有力保障。

3.3.4.3 地面系統(tǒng)優(yōu)化簡化技術(shù)

針對傳統(tǒng)分析手段難以兼顧均衡配產(chǎn)與管網(wǎng)最優(yōu)運(yùn)行的問題，基于流體力學(xué)和滲流力學(xué)理論，將地質(zhì)模型、數(shù)值井筒、管網(wǎng)仿真緊密結(jié)合，形成了氣藏—井筒—地面一體化仿真模擬技術(shù)（圖12），實現(xiàn)了井底壓力、井口壓力與管網(wǎng)壓力的耦合計算，為保持井口壓力最優(yōu)運(yùn)行提供了有力支撐。

圖12 磨溪龍王廟組氣藏的氣藏—井筒—地面一體化仿真模擬技術(shù)示意圖

針對開發(fā)后期井口壓力不足的問題，通過構(gòu)建氣藏增壓效果的量化評價指標(biāo)體系，明確了增壓時機(jī)和增壓規(guī)模等氣藏工程優(yōu)化的關(guān)鍵參數(shù)，建立了合理增壓時機(jī)和增壓規(guī)模預(yù)測圖版，實現(xiàn)了關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)快捷分析預(yù)測。形成并完善了氣田增壓站標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計系列和壓縮機(jī)組變工況調(diào)整技術(shù)，井口廢棄壓力最低降至0.2 MPa。

4 氣藏提高采收率技術(shù)典型應(yīng)用實例

通過早期謀劃、中期調(diào)控和后期治理相結(jié)合，氣藏—井筒—地面措施聯(lián)動精準(zhǔn)施策，促進(jìn)了四川盆地氣藏采收率的提高。碳酸鹽巖氣藏平均采收率為79%，整體居行業(yè)先進(jìn)水平；碎屑巖氣藏平均采收率為53.3%，其中活躍水侵氣藏采收率居行業(yè)領(lǐng)先水平；一些開發(fā)疑難問題突出的典型氣藏平均采收率從62%提高到80%。

4.1 提高采收率技術(shù)模式指導(dǎo)強(qiáng)非均質(zhì)碳酸鹽巖氣藏實現(xiàn)儲量均衡動用

五百梯石炭系氣藏是典型的裂縫—孔隙型強(qiáng)非均質(zhì)碳酸鹽巖氣藏，受古構(gòu)造及古沉積環(huán)境的控制，儲集空間和滲流能力的橫向變化劇烈，高、低滲透區(qū)間隔分布，低滲透區(qū)儲量占比為44%（圖13）。氣藏開發(fā)初期采用少井高產(chǎn)、利用高滲區(qū)井采低滲透區(qū)儲量的模式開發(fā)，未能達(dá)到方案設(shè)計的穩(wěn)產(chǎn)規(guī)模，氣藏不均衡開采現(xiàn)象突出。

圖13 五百梯石炭系氣藏開發(fā)現(xiàn)狀圖

以提高采收率技術(shù)模式為指導(dǎo)，從剩余儲量分布精細(xì)描述、低滲透儲量可動性評價、排水采氣工藝技術(shù)優(yōu)化等方面開展攻關(guān)研究，明確了地層水、斷層和儲層物性是氣藏剩余儲量分布的主要控制因素，并將氣藏剩余儲量劃分為4類：正常生產(chǎn)型、動用不徹底型、斷層封堵未動用型和低滲透未動用型[33]。從而及時調(diào)整了氣藏開發(fā)分區(qū)，優(yōu)化各區(qū)井網(wǎng)和采速，即氣藏按主產(chǎn)區(qū)、南低滲透區(qū)、北低滲透區(qū)3個單元進(jìn)行開發(fā)，主產(chǎn)區(qū)通過井網(wǎng)調(diào)整實現(xiàn)了穩(wěn)產(chǎn)，南、北低滲透區(qū)通過水平井動用低滲透儲量提高了采速。得益于特殊工藝井配套技術(shù)的進(jìn)步，氣藏南北低滲透區(qū)實施水平井大幅度提高了單井產(chǎn)量，補(bǔ)充開發(fā)井19口（其中水平井16口），新增動用儲量79×108m3，實際日產(chǎn)規(guī)模最高達(dá)320×104m3，較之前最高產(chǎn)量增加了18.5%，氣藏采收率從60%提高到74.73%[33]。

4.2 提高采收率技術(shù)模式指導(dǎo)有水氣藏實現(xiàn)“水封氣”解封

茶園寺石炭系氣藏為裂縫—孔隙型活躍水侵氣藏，2007年產(chǎn)出地層水后，氣藏產(chǎn)氣量急劇下降，雷15井停噴，雷14井瀕臨水淹。基于這種復(fù)雜情況，利用非均勻水侵診斷及預(yù)報技術(shù)定量分析水侵前緣及水封氣量，認(rèn)識到地層水對氣藏不同部位產(chǎn)生的“水封氣”效應(yīng)是不同的。雷15井區(qū)域的地層水對儲層中天然氣產(chǎn)生了強(qiáng)封隔效應(yīng)，水侵劇烈，表現(xiàn)出裂縫水竄特點(diǎn)，而雷14井區(qū)域封隔作用較弱，水侵較為平穩(wěn)，為舌進(jìn)水侵，氣藏水侵特點(diǎn)是由西南方向的邊水沿高滲通道首先侵入氣藏雷15井，進(jìn)而越過雷15井侵入雷14井[34]。

基于差異化的水侵特征，以氣藏整體治水技術(shù)理念為指導(dǎo)，從“防、控、堵、排”等不同治水技術(shù)出發(fā)，針對不同部位采用了差異化的治水策略。在位于主要水侵通道上的雷15井實施連續(xù)氣舉以實現(xiàn)主動排水，相對低部位的雷14井實施優(yōu)化配產(chǎn)以實現(xiàn)控水采氣，通過井間的“排控結(jié)合”實現(xiàn)氣藏整體治水的優(yōu)化平衡，取得了明顯的治水效果：雷15井水淹復(fù)產(chǎn)，雷14井從瀕臨水淹的狀態(tài)恢復(fù)為連續(xù)自噴生產(chǎn)，其產(chǎn)水量也逐漸下降，水侵前緣有所回縮，氣藏整體由瀕臨停產(chǎn)狀態(tài)恢復(fù)到22×104m3/d的產(chǎn)氣規(guī)模，實現(xiàn)了氣藏“水封氣”的解封（圖14），采收率提高了11.7%。

圖14 茶園寺石炭系氣藏整體治水前后氣水分布變化圖

5 氣藏提高采收率技術(shù)未來發(fā)展方向

到2030年，四川盆地年產(chǎn)天然氣量有望獲得大幅提升，建成年產(chǎn)1 000×108m3的國家天然氣戰(zhàn)略生產(chǎn)基地。隨著新領(lǐng)域的不斷發(fā)現(xiàn)，“十四五”及以后，盆地開發(fā)重心將逐步向深層/超深層、強(qiáng)水侵、強(qiáng)非均質(zhì)性、非常規(guī)等方向轉(zhuǎn)移，氣藏地質(zhì)條件更加復(fù)雜，開發(fā)難度更大，給提高采收率技術(shù)帶來新的挑戰(zhàn)。川南頁巖氣和川中致密氣的勘探突破已經(jīng)揭開了非常規(guī)氣藏開發(fā)的序幕，與常規(guī)氣相比，盆地非常規(guī)氣資源量更大，其中頁巖氣資源量約22×1012m3，致密氣資源量約4×1012m3，勘探開發(fā)潛力巨大，非常規(guī)氣藏提高采收率的技術(shù)準(zhǔn)備和儲備應(yīng)該引起更大程度的重視。筆者認(rèn)為盆地氣藏提高采收率技術(shù)的未來發(fā)展方向需要從五個方面開展持續(xù)攻關(guān)和技術(shù)研發(fā)。

5.1 深層/超深層氣藏薄儲層精細(xì)描述技術(shù)

深層/超深層的巖性（構(gòu)造—巖性）氣藏普遍具有構(gòu)造、斷裂更復(fù)雜，儲層非均質(zhì)性更強(qiáng)，儲層單層厚度更薄的特征，有效儲層空間分布預(yù)測難度更大。需要開展地質(zhì)與地震的聯(lián)合攻關(guān)。地質(zhì)上精細(xì)描述沉積演化和儲層成因特征，地震上消除原始地震資料中的干擾現(xiàn)象，提高地震數(shù)據(jù)分辨率，利用多方法、多屬性綜合分析，建立復(fù)雜構(gòu)造精細(xì)描述技術(shù)，提高深層/超深層復(fù)雜構(gòu)造描述精度；形成薄儲層地震響應(yīng)模式，提高薄儲層識別精度。

5.2 多重介質(zhì)跨尺度數(shù)值模擬技術(shù)

四川盆地碳酸鹽巖儲集空間類型多樣，孔、洞、縫發(fā)育且搭配關(guān)系復(fù)雜，在空間上呈現(xiàn)跨尺度非均勻分布，不同尺度縫洞搭配下的滲流規(guī)律差異巨大，而現(xiàn)有數(shù)值模擬技術(shù)和工程推廣應(yīng)用均難以考慮微觀滲流特征。需要開展多重介質(zhì)跨尺度滲流數(shù)值模擬技術(shù)研究，構(gòu)建離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模型，將微觀滲流特征等效融入數(shù)值模擬模型，實現(xiàn)微觀滲流規(guī)律與宏觀動態(tài)預(yù)測的有機(jī)結(jié)合，提高數(shù)值模擬預(yù)測精度。

5.3 氣藏注CO2提高采收率技術(shù)

氣藏開發(fā)到中后期常會出現(xiàn)地層能量不足，產(chǎn)氣量降低，地層水入侵等情況，使得氣藏采收率和開采經(jīng)濟(jì)效益下降。結(jié)合CCOS-EGR技術(shù)，可以開展氣藏注CO2提高采收率的大型物理模擬實驗及數(shù)字仿真模擬技術(shù)攻關(guān)，弄清CO2在儲層中的相態(tài)特征變化及擴(kuò)散機(jī)理、CO2與CH4的混合機(jī)制及驅(qū)替機(jī)理，確定注CO2的時機(jī)，從而起到保持地層能量和避免水侵的作用，在提高氣藏采收率的同時實現(xiàn)CO2的地質(zhì)埋存。

5.4 超深特殊工藝井排水采氣技術(shù)

特殊工藝井普遍具有較高的生產(chǎn)能力，但是超深特殊工藝井的井筒流態(tài)變化更為復(fù)雜，井筒攜液能力要求更高，水淹停產(chǎn)風(fēng)險更大。需要開展超深特殊工藝井氣水兩相流體管流實驗與數(shù)字仿真模擬，采用圖像識別、概率密度統(tǒng)計、功率譜密度統(tǒng)計、大數(shù)據(jù)算法統(tǒng)計等技術(shù)對流態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，弄清井筒流態(tài)形成機(jī)制及流型流態(tài)變化規(guī)律，掌握氣井積液規(guī)律；研發(fā)超深井井下工具及相關(guān)配套設(shè)施，建立特殊工藝井裸眼封隔器處理技術(shù)，在兼顧開發(fā)效益和提高采收率的情況下，探索6 000 m以上超深井排水采氣技術(shù)。

5.5 中淺層/深層頁巖氣井提高采收率核心技術(shù)

頁巖氣井產(chǎn)氣量差異性較大且穩(wěn)產(chǎn)能力弱，提高單井產(chǎn)量、延長單井生命周期是提高采收率的關(guān)鍵。針對中淺層頁巖氣，需要開展優(yōu)化排采制度、多層段立體開發(fā)等技術(shù)攻關(guān)；深層頁巖氣可借鑒中淺層頁巖氣開發(fā)經(jīng)驗，研發(fā)抗高溫抗高壓的鉆井工具，開展深層頁巖氣藏水平井優(yōu)快鉆井、體積壓裂等技術(shù)攻關(guān)，建立深層頁巖氣提高采收率的指標(biāo)體系，明確不同階段提高采收率主體工藝技術(shù)。

5.6 致密氣地質(zhì)工程一體化提高采收率技術(shù)

致密氣藏儲層滲透率低，非均質(zhì)性強(qiáng)，砂體連續(xù)性和連通性差，開發(fā)過程中易造成儲量動用不充分及壓降不均衡。開展河道砂儲層的精細(xì)刻畫技術(shù)研究，弄清河道砂組分布特征，優(yōu)選開發(fā)有利區(qū)，建立高產(chǎn)井部署模式；進(jìn)一步攻關(guān)孔隙型致密砂巖高強(qiáng)度壓裂技術(shù)，增大氣體在儲層的滲透能力，增加單井產(chǎn)量；針對開發(fā)后期面臨的低壓開采、井底積液等問題，攻關(guān)完善井口增壓與井筒排水采氣相結(jié)合的提高采收率配套技術(shù)，延長氣井壽命、提高采出程度。

6 結(jié)束語

四川盆地經(jīng)過60余年的探索與實踐，形成了“全生命周期統(tǒng)籌、全生產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)同”的氣藏提高采收率技術(shù)理念，建立了以“早期評價與部署、儲量刻畫與動用、水侵診斷與治理、開采工藝與優(yōu)化”為核心的提高采收率技術(shù)模式，實現(xiàn)了由單井到氣藏、由氣藏開發(fā)中后期到全生命周期提高采收率技術(shù)的升級，全面支撐了四川盆地氣藏科學(xué)和高效開發(fā)，也為全國氣藏高效開發(fā)提供了有力的技術(shù)支持。隨著四川盆地開發(fā)對象向深層/超深層復(fù)雜巖性氣藏、頁巖氣、致密氣等非常規(guī)氣藏轉(zhuǎn)移，需要持續(xù)堅持提高采收率的核心理念，持續(xù)推動提高采收率的關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，不斷優(yōu)化、豐富和完善提高采收率技術(shù)體系，才能確保氣藏開發(fā)實現(xiàn)最大效益。這既是氣藏高效開發(fā)的根本需求，也是氣藏開發(fā)技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)，更是推動天然氣加快發(fā)展、保障國家能源安全的責(zé)任所在。