中國頁巖氣技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)與展望

樂 宏 常宏崗 范 宇 陳 鳳 陳鵬飛

1.中國石油西南油氣田公司 2.能源行業(yè)頁巖氣標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會秘書處3.中國石油西南油氣田公司天然氣研究院 4. 中國石油西南油氣田公司頁巖氣研究院

0 引言

頁巖氣屬于新興產(chǎn)業(yè)，中國高度重視該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在國家產(chǎn)業(yè)政策的指導(dǎo)和支持下，我國頁巖氣產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，3 500 m以淺的頁巖氣已邁入規(guī)模化開采的階段[1-3]。為了規(guī)范頁巖氣產(chǎn)業(yè)的健康快速發(fā)展、確保國家對頁巖氣勘探開發(fā)的監(jiān)管有標(biāo)準(zhǔn)可依、快速復(fù)制頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)，需要制訂頁巖氣全產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。為此，分析了中國頁巖氣勘探開發(fā)的技術(shù)現(xiàn)狀，重點(diǎn)闡述了頁巖氣技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制訂及其對促進(jìn)頁巖氣技術(shù)進(jìn)步的作用和意義，進(jìn)而展望了頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)制訂下一步的發(fā)展方向。

1 中國頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展概述

1.1 中國頁巖氣分布

中國發(fā)育海相、海陸過渡相和陸相三類頁巖，整體呈現(xiàn)“南海北陸”的分布格局。海相頁巖主要分布在四川、羌塘、塔里木等盆地，目前重點(diǎn)勘探開發(fā)層系是上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組；海陸過渡相、陸相頁巖主要分布在北方中新生代盆地，目前重點(diǎn)評價(jià)層系是二疊系山西組和三疊系延長組[4-7]。

1.2 中國頁巖氣資源量

中國頁巖氣有利勘探面積為43h104km2，可采資源量豐富，達(dá)到31.6h1012m3，位居世界前列。其中四川盆地頁巖氣資源量達(dá)21.7h1012m3（占比68%），川南地區(qū)是我國頁巖氣勘探開發(fā)的重點(diǎn)區(qū)域，頁巖氣資源量為11.9h1012m3[8-9]。

1.3 中國頁巖氣的勘探開發(fā)歷程

中國頁巖氣勘探開發(fā)始于2005年，歷經(jīng)前期準(zhǔn)備、工業(yè)化開采試驗(yàn)及規(guī)模化開采3個(gè)階段15年的不懈探索，海相頁巖氣在四川盆地3 500 m以淺實(shí)現(xiàn)了規(guī)模有效開發(fā)，3 500 m以深已獲得突破（圖1）。目前正在加速推進(jìn)深層頁巖氣的評價(jià)部署，將在2020年建成國內(nèi)首個(gè)深層頁巖氣開發(fā)示范區(qū)。

海陸過渡相和陸相頁巖氣處于評價(jià)階段，部分地區(qū)展現(xiàn)出較好的苗頭。在鄂爾多斯盆地延長組和山西組完鉆66口評價(jià)井，單井最高測試產(chǎn)量為5.3h104m3/d；在四川、柴達(dá)木、南華北等盆地均證實(shí)有過渡相和陸相頁巖氣的存在。

2 中國頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)

四川盆地頁巖氣勘探開發(fā)條件與北美存在著較大的差異（表1）。在借鑒北美頁巖氣成功開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上[10-11]，結(jié)合中國頁巖氣勘探開發(fā)的特點(diǎn)，建立了符合中國國情的頁巖氣勘探開發(fā)理論和技術(shù)體系，形成了6大技術(shù)系列、27項(xiàng)特色技術(shù)（圖2）。

圖1 中國頁巖氣發(fā)展重要事件與階段劃分圖

所建立的地質(zhì)綜合評價(jià)技術(shù)優(yōu)選了四川盆地長寧、威遠(yuǎn)、涪陵等6個(gè)有利區(qū)，解決了有利區(qū)分布范圍和資源潛力的問題，其中建產(chǎn)區(qū)層井位目標(biāo)全部有效；頁巖氣開發(fā)優(yōu)化技術(shù)解決了頁巖氣儲層資源動(dòng)用及生產(chǎn)動(dòng)態(tài)預(yù)測問題，實(shí)現(xiàn)了頁巖氣井高效開發(fā)，地質(zhì)建模和動(dòng)態(tài)預(yù)測吻合率超過90%；水平井優(yōu)快鉆井技術(shù)解決了事故復(fù)雜多、機(jī)械鉆速低的問題，實(shí)現(xiàn)了5 000 m以內(nèi)單井平均鉆井周期70 d以內(nèi)；自主研發(fā)關(guān)鍵工具、液體體系，形成了地質(zhì)工程一體化精細(xì)壓裂技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高水平應(yīng)力差頁巖儲層的體積改造；工廠化作業(yè)技術(shù)解決了建井周期長、施工效率不高和人員設(shè)備利用率低的問題，實(shí)現(xiàn)了“資源共享、重復(fù)利用、提速增效”；高效清潔開采技術(shù)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)能配套快建快投，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本，完成了鉆井壓裂廢棄物無害化處理，地面集輸實(shí)現(xiàn)了“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、橇裝化設(shè)備、工廠化預(yù)制、集成化裝置”，數(shù)字化氣田基本實(shí)現(xiàn)了“自動(dòng)化生產(chǎn)、數(shù)字化辦公、智能化管理”。

在研發(fā)形成符合中國國情的頁巖氣勘探開發(fā)理論和技術(shù)期間，國家非常重視頁巖氣技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，為中國頁巖氣產(chǎn)業(yè)健康、快速發(fā)展提供了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)支撐。

表1 北美與四川盆地頁巖氣儲層地質(zhì)條件對比表

圖2 中國頁巖氣勘探開發(fā)6大主體技術(shù)圖

3 中國頁巖氣技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)

為了滿足中國頁巖氣快速發(fā)展對標(biāo)準(zhǔn)化的需要，支撐頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展，2013年8月國家能源局批準(zhǔn)成立了能源行業(yè)頁巖氣標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（以下簡稱頁巖氣標(biāo)委會）。在需求導(dǎo)向、協(xié)調(diào)配套、特色鮮明及先進(jìn)適用原則的指導(dǎo)下，建立了覆蓋頁巖氣全產(chǎn)業(yè)鏈業(yè)務(wù)發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)體系。所建立的頁巖氣技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，將引導(dǎo)頁巖氣有序開發(fā)，避免環(huán)境污染；規(guī)范頁巖氣生產(chǎn)作業(yè)，保障開發(fā)安全；控制成本與資源消耗，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)開發(fā)；瞄準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)，提升影響力和話語權(quán)[12]。

根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)，頁巖氣技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系由通用基礎(chǔ)及地質(zhì)評價(jià)、地震與測井、氣藏開發(fā)、鉆完井工藝、儲層改造和安全清潔生產(chǎn)6個(gè)專業(yè)構(gòu)成（圖3）。體系規(guī)劃制訂標(biāo)準(zhǔn)1 773項(xiàng)，其中直接采用全國天然氣標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會、全國石油天然氣標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會等制訂的與頁巖氣勘探開發(fā)相關(guān)的常規(guī)油氣標(biāo)準(zhǔn)1 600項(xiàng)，頁巖氣標(biāo)委會制訂頁巖氣特色標(biāo)準(zhǔn)173項(xiàng)[12-16]。

圍繞國家能源局下達(dá)的頁巖氣標(biāo)準(zhǔn)體系表，在滿足科學(xué)性、有效性及適用性要求的前提下，能源行業(yè)頁巖氣標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會開展了標(biāo)準(zhǔn)制訂及標(biāo)準(zhǔn)研究工作，現(xiàn)已發(fā)布頁巖國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)50項(xiàng)。頁巖氣技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)有力支撐了中國頁巖氣產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，在川南地區(qū)建成了國內(nèi)最大的頁巖氣生產(chǎn)基地。標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)促使頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)不斷完善，技術(shù)水平大幅度提升，質(zhì)量安全環(huán)保全面受控。

通用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)主要針對頁巖氣勘探、開發(fā)、輸送和利用中涉及全行業(yè)的產(chǎn)品技術(shù)要求的標(biāo)準(zhǔn)化需求，涵蓋范圍為頁巖氣產(chǎn)業(yè)術(shù)語、定義、產(chǎn)品質(zhì)量等通用要求。已發(fā)布技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)《頁巖氣技術(shù)要求和試驗(yàn)方法》1項(xiàng)，標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布規(guī)范了頁巖氣產(chǎn)品分析測試方法和技術(shù)要求。

圖3 中國頁巖氣標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)圖

3.1 地質(zhì)評價(jià)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

地質(zhì)評價(jià)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)包含地質(zhì)評價(jià)、儲量評價(jià)、地質(zhì)分析及錄井專業(yè)，已發(fā)布頁巖和泥巖巖石薄片鑒定、資源評價(jià)規(guī)范、勘探目標(biāo)評價(jià)技術(shù)等標(biāo)準(zhǔn)10項(xiàng)（表2），其中《海相頁巖氣勘探目標(biāo)優(yōu)選方法》規(guī)范了頁巖氣評層選區(qū)和儲層評價(jià)的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，優(yōu)選了評價(jià)方法。上述10項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布指導(dǎo)了長寧、威遠(yuǎn)、昭通、富順—永川、渝西、涪陵等四川盆地頁巖有利分布區(qū)優(yōu)選，規(guī)范了孔隙度、含氣性、脆性礦物含量、熱成熟度等關(guān)鍵參數(shù)（表3）。

3.2 地震與測井專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

地震與測井專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)包含物探與測井專業(yè)，已發(fā)布地震勘探資料處理、微地震壓裂監(jiān)測等 2項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)（表4）。其中《頁巖氣地震資料處理解釋和預(yù)測技術(shù)規(guī)范》規(guī)范了頁巖氣地震資料處理、解釋、預(yù)測、頁巖有利區(qū)綜合評價(jià)等的技術(shù)和質(zhì)量要求，滿足了頁巖氣地震資料解釋與處理技術(shù)需求。上述2項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布保障了海相頁巖氣測井技術(shù)系列的實(shí)施，使頁巖氣儲層地震埋深預(yù)測誤差小于1%，井綜合解釋符合率超過90%。

3.3 氣藏開發(fā)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

氣藏開發(fā)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)包含開發(fā)方案、儲量標(biāo)定、開發(fā)建模、概念設(shè)計(jì)、開發(fā)實(shí)驗(yàn)、動(dòng)態(tài)儲量計(jì)算、數(shù)值模擬以及經(jīng)濟(jì)效益評價(jià)專業(yè)，已發(fā)布頁巖氣開發(fā)可行性論證、氣藏開發(fā)推薦作法、經(jīng)濟(jì)效益評價(jià)等10項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)（表5）。《頁巖氣開發(fā)方案編制規(guī)范》規(guī)定了編制內(nèi)容、參數(shù)指標(biāo)、質(zhì)量控制要求等，為開發(fā)方案的編制提供了科學(xué)規(guī)范，指導(dǎo)了后續(xù)產(chǎn)能建設(shè)工作的開展。上述10項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布指導(dǎo)了長寧、威遠(yuǎn)、昭通、涪陵地區(qū)等系列頁巖氣開發(fā)方案編制和國家級頁巖氣示范區(qū)建設(shè)，使得頁巖氣井全生命周期產(chǎn)能和估計(jì)最終采收量的準(zhǔn)確預(yù)測吻合度超過90%。

3.4 鉆完井工藝專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

鉆完井工藝專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)包含鉆前工程、鉆井工程、固井工程、完井工程及鉆井裝備專業(yè)，已發(fā)布鉆井設(shè)計(jì)、鉆井液、井控、HSE管理等12項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)（表6）。其中《頁巖氣水平井井位設(shè)計(jì)技術(shù)要求》規(guī)范了頁巖氣水平井井位設(shè)計(jì)的地質(zhì)論證、井口位置選擇等技術(shù)要求，對工廠化鉆井進(jìn)行了科學(xué)化、規(guī)范化指導(dǎo)，大幅度縮短了鉆井周期。上述12項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后，中石油長寧、威遠(yuǎn)頁巖氣示范區(qū)平均鉆井周期由87.6 d縮短至67.9 d，較應(yīng)用前縮短22.5%；Ⅰ類儲層鉆遇率由67.8%上升至98.9%，提升了31.1%；固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)率從83.4%上升至95.0%，提升了11.6%。

表2 地質(zhì)評價(jià)專業(yè)已發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)匯總表

表3 頁巖氣評層選區(qū)評價(jià)參數(shù)表

3.5 儲層改造專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

儲層改造專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)包含壓裂工藝、油田化學(xué)及壓裂工具專業(yè)，已發(fā)布壓裂設(shè)計(jì)、壓裂用化學(xué)試劑等13項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)（表7）。《頁巖氣 儲層改造 第1部分：壓裂設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定了頁巖氣井壓裂設(shè)計(jì)原則、壓裂工藝、壓裂層段選擇、施工參數(shù)等，有助于規(guī)范現(xiàn)場作業(yè)流程，提高作業(yè)效率和施工質(zhì)量。上述13項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后，中石油長寧、威遠(yuǎn)頁巖氣示范區(qū)大幅度提升了壓裂施工的質(zhì)量和作業(yè)效率，壓裂時(shí)效由1.3段/d提高到3.05段/d，水平井平均測試產(chǎn)量由（9.8～16.7）×104m3/d提高到20h104m3/d以上（圖4）。

表4 地震與測井專業(yè)已發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)匯總表

表5 氣藏開發(fā)專業(yè)已發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)匯總表

3.6 安全清潔生產(chǎn)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

安全清潔生產(chǎn)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)包含地面建設(shè)、安全及環(huán)保專業(yè)，已發(fā)布減少壓裂對地面的影響、頁巖氣氣田集輸工程設(shè)計(jì)2項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)（表8）。其中《頁巖氣氣田集輸工程設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)范了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、橇裝化設(shè)備、工廠化預(yù)制、集成化裝置，為頁巖氣田產(chǎn)能配套加快建設(shè)、加快投產(chǎn)提供了支撐，標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后脫水站施工周期縮短75 d。《減少水力壓裂作業(yè)對地面環(huán)境影響的推薦做法》對壓裂液的選擇及管理、壓后返排液管理及噪聲等影響的安全環(huán)保措施等進(jìn)行了規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后返排液重復(fù)利用率達(dá)到95.8%。

表6 鉆完井專業(yè)已發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)匯總表

表7 儲層改造專業(yè)已發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)匯總表

圖4 中國頁巖氣儲層改造標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施應(yīng)用效果圖

中國天然氣消費(fèi)量進(jìn)入快速增長期，頁巖氣資源豐富，是中國未來天然氣產(chǎn)量的主要增量。“十四五”期間，頁巖氣標(biāo)委會將圍繞3 500 m以淺頁巖氣規(guī)模效益開發(fā)、3 500 m以深頁巖氣技術(shù)攻關(guān)及頁巖氣清潔開采技術(shù)制訂頁巖氣技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)劃制訂《頁巖氣地震地質(zhì)工程一體化技術(shù)規(guī)程》等國際、國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)80項(xiàng)。

表8 安全清潔生產(chǎn)專業(yè)已發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)匯總表

4 結(jié)論

1）2013年頁巖氣標(biāo)委會成立以來，頁巖氣技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)快速發(fā)展，制訂發(fā)布了50項(xiàng)科學(xué)、有效、適用的頁巖氣技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，建立了適應(yīng)中國頁巖氣勘探開發(fā)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，規(guī)范了勘探開發(fā)利用，滿足了國家對頁巖氣開發(fā)監(jiān)管的需要。所制訂的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為頁巖氣的勘探開發(fā)提供了作業(yè)規(guī)范，有效提高了作業(yè)效率，促進(jìn)了相關(guān)技術(shù)水平的大幅度提升，有力地支撐了中國頁巖氣產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

2）中國頁巖氣技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系將在“強(qiáng)化創(chuàng)新示范、標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)；強(qiáng)化國際交流合作，與國際接軌；強(qiáng)化技術(shù)問題導(dǎo)向，適應(yīng)未來頁巖氣標(biāo)準(zhǔn)需求”原則指導(dǎo)下，通過自主創(chuàng)新、引入國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)等手段，形成更為合理和完善的中國頁巖氣技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，實(shí)現(xiàn)中國頁巖氣技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)國際化，支撐2030年實(shí)現(xiàn)頁巖氣產(chǎn)量（800～1 000）×108m3的發(fā)展需求。