四川盆地龍馬溪組深層頁巖氣勘探開發(fā)

頁巖氣是一種清潔的非常規(guī)化石能源，是集合顛覆性油氣成藏地質(zhì)理論與勘探開發(fā)工程技術(shù)的產(chǎn)物，已成為優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)、保障國家能源供給安全、減緩氣候變暖和促進(jìn)我國“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的有力支撐點(diǎn)。

2012年，焦頁1HF井頁巖氣日產(chǎn)量高達(dá)20.3萬立方米，標(biāo)志著焦石壩頁巖氣田發(fā)現(xiàn)。至今，我國頁巖氣商業(yè)開發(fā)已經(jīng)走過了十年的發(fā)展路程，頁巖氣產(chǎn)量呈逐年較快增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，2021年，我國頁巖氣產(chǎn)量超過228億立方米，占當(dāng)年天然氣總產(chǎn)量的11.2%。目前我國頁巖氣產(chǎn)量主要來自四川盆地及其周緣五峰組-龍馬溪組中淺層（埋深小于3500米），已建成焦石壩、威遠(yuǎn)-長(zhǎng)寧和昭通三個(gè)國家級(jí)頁巖氣示范區(qū)，掌握了3500米以淺海相頁巖氣勘探開發(fā)主體技術(shù)。

伴隨著中淺層頁巖氣開發(fā)，資源規(guī)模更大的深層（埋深大于3500米）頁巖氣成為重要的勘探開發(fā)接替領(lǐng)域。據(jù)原國土資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心（2016）預(yù)測(cè)，我國頁巖氣地質(zhì)資源量為123.01萬億立方米，其中深層頁巖氣地質(zhì)資源量為55.45萬億立方米，四川盆地及其周緣3500米以深的頁巖氣資源量占其總資源量超過60%。其中上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組深層頁巖氣總體表現(xiàn)為頁巖厚度大、分布面積廣、保存條件好和資源潛力大，具有良好的頁巖氣勘探開發(fā)前景。

◇挑戰(zhàn)

目前，已在四川盆地及其周緣的威-榮、丁山、南川、江東、白馬、武隆、瀘州、富順-永川等地鉆獲瀘203井、陽101井、足202-H1井、東頁深1井、林頁3HF井等一批典型深層頁巖氣高產(chǎn)井，四川盆地內(nèi)的深層頁巖氣普遍表現(xiàn)為超壓，壓力系數(shù)介于1.5～2.5，以瀘州、丁山為代表；而四川盆地盆緣和盆外復(fù)雜構(gòu)造區(qū)，地層壓力系數(shù)通常低于1.2，為常壓深層頁巖氣藏，以白馬和武隆地區(qū)為代表。深層頁巖氣在實(shí)現(xiàn)勘探突破的同時(shí)也面臨著一系列制約其有效開發(fā)的地質(zhì)工程難題。主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）由于埋藏比較深，前期頁巖氣鉆井較少，整體勘探和認(rèn)識(shí)程度較低，深層優(yōu)質(zhì)頁巖展布研究薄弱，深層富有機(jī)質(zhì)頁巖巖石類型、優(yōu)質(zhì)頁巖厚度及儲(chǔ)集類型還不明確，制約了對(duì)深層頁巖氣富集高產(chǎn)層段的評(píng)價(jià)。

（2）雖然深層頁巖孔隙發(fā)育良好（圖1），地面測(cè)試的孔隙度也與中淺層頁巖氣藏相當(dāng)，但是多數(shù)孔隙度、滲透率和含氣量參數(shù)的測(cè)試儀器難以同時(shí)滿足深層頁巖的高溫高壓條件（溫度120～150攝氏度，壓力70～100兆帕），因而目前對(duì)深層頁巖物性、頁巖氣賦存狀態(tài)和含氣量的研究還處在起步階段。

（3）由于地層壓力和上覆壓力均比較大，深層頁巖壓裂裂縫起裂和延伸難度大，裂縫復(fù)雜程度和改造體積比中淺層明顯偏低，平均縫高只有中淺層的70%～80%（表1）。

（4）相比中淺層頁巖氣，深層頁巖氣井總體穩(wěn)產(chǎn)能力差，穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)井較少，大多數(shù)井表現(xiàn)為試采產(chǎn)量高、遞減速度快、最終可采儲(chǔ)量（EUR）較低等特征，個(gè)別高產(chǎn)井的主控因素不明。

（5）相比中淺層頁巖氣，深層頁巖氣開發(fā)所面臨的工藝技術(shù)更復(fù)雜，開發(fā)環(huán)節(jié)更多，開采成本更高，客觀上給有效運(yùn)行管理提出了更多的挑戰(zhàn)。因此，如何將中淺層頁巖氣成功的組織運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)復(fù)制到深層頁巖氣開發(fā)中，并實(shí)現(xiàn)深層頁巖氣的經(jīng)濟(jì)開發(fā)，成為必須面對(duì)的挑戰(zhàn)。

◇對(duì)策

為了實(shí)現(xiàn)深層頁巖氣的經(jīng)濟(jì)開發(fā)，地質(zhì)問題的研究是一切工作的基礎(chǔ)，考慮到深層頁巖氣鉆井較少，研究基礎(chǔ)薄弱，建議：（1）優(yōu)先開展富有機(jī)質(zhì)頁巖沉積和展布特征的研究，利用新鉆井開展巖相、優(yōu)質(zhì)頁巖層段及其展布研究，并通過與中淺層的對(duì)比，明確深層頁巖氣富集高產(chǎn)層段。（2）加強(qiáng)深層高溫高壓條件下頁巖孔隙度、滲透率、裂縫發(fā)育、頁巖氣賦存狀態(tài)和含氣量研究，開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的研發(fā)和高溫高壓測(cè)試分析，以獲得接近深層實(shí)際地質(zhì)條件的各項(xiàng)參數(shù)。（3）雖然獲得部分高產(chǎn)井，但是對(duì)深層頁巖氣富集高產(chǎn)控制因素還不明確，需要深化深層頁巖氣富集高產(chǎn)規(guī)律認(rèn)識(shí)，建立選區(qū)與目標(biāo)評(píng)價(jià)方法，形成“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)技術(shù)。（4）由于深層頁巖氣勘探開發(fā)成本高，鉆井和壓裂費(fèi)用更高，建議在鉆井前開展詳細(xì)的地質(zhì)“甜點(diǎn)”和工程“甜點(diǎn)”研究，尤其要加強(qiáng)含氣量預(yù)測(cè)研究。

由于深層頁巖氣埋藏比較大，一般認(rèn)為具有較好的保存條件，含氣量比較高，但實(shí)際上很多鉆井含氣量很低，甚至不含氣。頁巖氣為殘留在烴源巖內(nèi)的烴類，在生、排烴過程中排出的烴越少，殘留的烴越多，現(xiàn)今頁巖氣藏的含氣量越高。同一構(gòu)造單元內(nèi)，深層頁巖一般比中淺層頁巖經(jīng)歷的最大埋深要大，這可能導(dǎo)致排烴量較大，現(xiàn)今殘留的烴類較少。因此，需要加強(qiáng)深層頁巖氣埋藏史、生排烴史的研究，尤其是加里東期和海西期的生、排烴量分析。

深層頁巖氣的突破關(guān)鍵在于技術(shù)的進(jìn)步，通過深化深層頁巖氣工程地質(zhì)條件研究，形成先進(jìn)配套的鉆完井、壓裂工程工藝技術(shù)與裝備體系，以實(shí)現(xiàn)地層產(chǎn)能的充分解放。針對(duì)深層頁巖氣井壓裂改造縫高有限、改造體積小的特點(diǎn)，建議采用“多簇密切割+強(qiáng)加砂+可變黏壓裂液+縫口縫內(nèi)雙暫堵”的高強(qiáng)度體積改造工藝技術(shù)。對(duì)比超壓型和常壓型深層頁巖氣，壓裂技術(shù)工藝也存在明顯區(qū)別，需要根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件針對(duì)性設(shè)計(jì)壓裂方案和施工方案。具體而言，為促進(jìn)頁巖氣井壓裂后返排效率，深層常壓型頁巖氣要采取控液提砂、少液多砂的技術(shù)模式，以避免出現(xiàn)大量壓裂液滯留儲(chǔ)層的情況。2020－2021年，在涪陵頁巖氣田白馬常壓型頁巖氣區(qū)塊JY148-1等新井實(shí)現(xiàn)了頁巖儲(chǔ)層密切割技術(shù)突破，水平井簇間距平均小于10米，平均用液量1653立方米/段（超壓型深層頁巖氣井單段用液量一般大于1800立方米），加砂強(qiáng)度平均超過每米3噸，產(chǎn)量比前期老井提高30%以上。

◇展望

解決深層頁巖氣有效開發(fā)面臨的重大技術(shù)難題，需要油公司、油服公司和科研院所的共同努力，走地質(zhì)工程一體化之路。首先，要解決深層頁巖氣資源潛力、富集規(guī)律與目標(biāo)評(píng)價(jià)和“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)等難題，選準(zhǔn)“甜點(diǎn)”區(qū)，制定科學(xué)合理的勘探開發(fā)計(jì)劃；其次，要攻克深層頁巖氣高效壓裂工程技術(shù)難題，努力提高壓裂規(guī)模和壓裂體積，最大限度提高深層頁巖氣藏的產(chǎn)能；第三，要建立行之有效的體制機(jī)制，需要地質(zhì)-工程-氣藏-排采專業(yè)緊密結(jié)合，地質(zhì)上綜合各種信息優(yōu)選水平井穿行的最優(yōu)靶窗，鉆井上努力提高水平井在最優(yōu)靶窗的穿行率，壓裂設(shè)計(jì)理念由單井單段的壓裂設(shè)計(jì)向井平臺(tái)、區(qū)域、區(qū)塊整體提高動(dòng)用程度、提高采收率方向發(fā)展，并制定最佳控壓生產(chǎn)和返排制度，提高單井最終可采儲(chǔ)量（EUR），努力使深層頁巖氣開發(fā)效益最大化。

作者：中國石化石油勘探開發(fā)研究院 聶海寬 李沛 孫川翔