四川盆地頁巖氣勘探開發(fā)進展、挑戰(zhàn)及對策

張烈輝 何 驍 李小剛 李昆成 何 江張 智 郭晶晶 陳怡男 劉文士

1.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點實驗室·西南石油大學 2.中國石油西南油氣田公司

0 引言

天然氣是公認最清潔的低碳化石能源。加大國內(nèi)天然氣勘探開發(fā)力度，符合“堅持清潔低碳導向”的新時代能源政策理念[1]。經(jīng)過十余年勘探開發(fā)研究和實踐[2-4]，頁巖氣已經(jīng)成為我國天然氣領(lǐng)域增儲上產(chǎn)的主力資源[5]。四川盆地已經(jīng)并將繼續(xù)成為我國頁巖氣勘探開發(fā)的主戰(zhàn)場。面對全球新冠肺炎疫情蔓延、北美頁巖氣行業(yè)“破產(chǎn)潮”[3]、國內(nèi)“碳達峰”“碳中和”目標[1]等國際國內(nèi)最新形勢，及時解剖四川盆地頁巖氣勘探開發(fā)進展、挑戰(zhàn)，研究應對挑戰(zhàn)的攻關(guān)策略，對于推動我國頁巖氣大規(guī)模高效益開發(fā)具有極其重要的示范意義。

1 四川盆地頁巖氣勘探開發(fā)進展

四川盆地頁巖氣，特別是川南頁巖氣先后經(jīng)歷了評層選區(qū)（2006—2009年）、先導試驗（2009—2014年）、示范建設(shè)（2014—2016年）和規(guī)模開采（2017年至今）四個階段[6]。現(xiàn)已掌握埋深3 500 m以淺的頁巖氣勘探開發(fā)核心技術(shù)，正在攻關(guān)深層頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)，已建產(chǎn)涪陵、長寧、威遠、昭通、綦江、威榮、太陽等7個重點勘探開發(fā)區(qū)。但四川盆地或者全國大規(guī)模有效開發(fā)形勢尚未形成，目前僅有長寧—威遠國家級頁巖氣示范區(qū)年產(chǎn)量突破了100×108m3，實現(xiàn)了規(guī)模有效開發(fā)。

1.1 勘探理論與技術(shù)進展

四川盆地頁巖氣勘探理論與技術(shù)獲得長足進步，主要體現(xiàn)在地震、測井、地質(zhì)綜合評價等方面。

1）形成了寬方位角度地震勘探、各向異性地震勘探、疊前成像、全波形反演、三維和四維地震勘探、全數(shù)字精細地震采集、高密度地震采集、人工智能與地震勘探結(jié)合、多震源采集以及多波多分量地震等新技術(shù)[7-10]，集成了一套基于地震反演為主的頁巖氣甜點預測手段[11]。

2）自主研發(fā)了存儲式陣列感應測井儀、自然伽馬能譜儀、交叉偶極聲波儀等儀器，配套完善了頁巖氣國產(chǎn)化測井采集儀器，形成了川南地區(qū)海相頁巖氣水平井國產(chǎn)測井采集技術(shù)系列，并在此基礎(chǔ)上開展了以“七性關(guān)系”為核心的頁巖有機碳含量、孔隙度、飽和度、含氣量、脆性指數(shù)和巖石力學等6項關(guān)鍵地質(zhì)工程參數(shù)的精細評價，使得頁巖氣儲層測井綜合解釋的符合率超過92%。

3）在“二元富集”[12]“四大因素控制”[13]等頁巖氣富集高產(chǎn)理論基礎(chǔ)上，揭示了“沉積—成巖作用控儲、保存條件控藏、I類儲層連續(xù)厚度控產(chǎn)”的“三因素控制”海相頁巖氣富集高產(chǎn)規(guī)律，明確了長寧—威遠區(qū)塊頁巖氣示范區(qū)上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣富集控制因素，建立了適應于川南地區(qū)頁巖氣的富集高產(chǎn)模式，創(chuàng)建了多期構(gòu)造演化、高過成熟頁巖氣地質(zhì)綜合評價技術(shù)，基本落實了川南地區(qū)下古生界海相頁巖氣有利分布區(qū)及資源規(guī)模。

4）綜合考慮成藏地質(zhì)條件、開發(fā)利用條件、經(jīng)濟效益、地理環(huán)境等因素，建立了埋深3 500 m以淺頁巖地質(zhì)和資源評價方法，集成了3 500 m以淺低緩構(gòu)造頁巖氣地質(zhì)工程一體化建模手段，打造了多個“透明頁巖氣藏”。

1.2 氣藏工程理論與方法進展

經(jīng)過十余年的技術(shù)攻關(guān)，四川盆地頁巖氣的氣藏工程理論和方法取得了顯著進展。特別是頁巖裂縫特征和頁巖氣復雜流動規(guī)律表征、壓裂后產(chǎn)能評價、氣藏數(shù)值模擬等方面進展突出。

1）針對四川盆地頁巖儲層特征，采用多重連續(xù)介質(zhì)—離散裂縫耦合模型構(gòu)建了頁巖氣藏三維、兩相綜合滲流數(shù)學模型，實現(xiàn)了對裂縫產(chǎn)狀、分布特征的科學表征和頁巖氣藏多尺度復雜流動規(guī)律的聯(lián)合表征。

2）針對四川盆地頁巖氣流動特點，引入“擬多重孔隙介質(zhì)模型”刻畫頁巖氣的跨尺度流動效應，同時引入多區(qū)復合模型表征體積壓裂改造后多重滲流區(qū)域的耦合流動特征[14]，建立了頁巖氣井全生命周期滲流生產(chǎn)模型，形成了頁巖氣藏壓裂水平井壓后參數(shù)快速解釋和動態(tài)產(chǎn)能評價技術(shù)。

3）形成了四川盆地頁巖氣藏數(shù)值模擬的二維、三維非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格快速生成技術(shù)，實現(xiàn)了三維、多層頁巖儲層和復雜縫網(wǎng)體積壓裂水平井空間網(wǎng)格離散，顯著提高了頁巖氣藏數(shù)值模擬的適應能力、求解精度和計算效率，為頁巖氣藏井網(wǎng)部署、開發(fā)制度優(yōu)化提供了有效技術(shù)支撐。

1.3 鉆采工程技術(shù)進展

1.3.1 鉆井技術(shù)進展

“十二五”以來，四川盆地頁巖氣水平井鉆井技術(shù)飛速發(fā)展。已形成油基鉆井液、長水平段叢式水平井高效鉆井完井技術(shù)、一趟鉆鉆井技術(shù)、個性化鉆頭、地質(zhì)導向鉆井等代表性的鉆井技術(shù)體系，形成了井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化、充氣鉆井、叢式井防斜打快、鉆頭優(yōu)選、頁巖氣油基水泥漿、長水平段軌跡控制等鉆井提速配套技術(shù)[15]。特別是針對頁巖長段水平井的鉆井技術(shù)難題，創(chuàng)新開發(fā)了山地環(huán)境、大偏移距頁巖氣三維水平井設(shè)計技術(shù)和“三高兩大”（高鉆壓、高轉(zhuǎn)速、高泵壓、大排量、大扭矩）提速方法[16]，研發(fā)并大規(guī)模應用了國產(chǎn)旋轉(zhuǎn)導向技術(shù)（中國石油川慶鉆探工程有限公司威遠頁巖氣區(qū)塊國產(chǎn)旋轉(zhuǎn)導向技術(shù)使用占比達53%），采用膨脹套管封閉局部低壓、惡性漏失層段，實現(xiàn)了高效快速鉆進。截至2021年5月，四川盆地中深層頁巖氣最短鉆井周期已低于30 d，深層頁巖氣最短鉆井周期已低于70 d，頁巖氣井最深完鉆井深已達7 318 m，頁巖氣最長水平段達3 150 m。

1.3.2 壓裂技術(shù)進展

四川盆地頁巖氣壓裂理論和技術(shù)都取得了明顯進展，其中不乏重要創(chuàng)新。

1）建立了縫網(wǎng)可壓性綜合評價方法[17]。該方法引入發(fā)育縫網(wǎng)概率指數(shù)和改造體積概率指數(shù)對縫網(wǎng)可壓性進行定量分級。突破Rickman等[18]僅依據(jù)脆性指數(shù)而忽略天然裂縫特征來判別頁巖可壓性的局限。

2）研發(fā)出新一代變黏滑溜水壓裂液體系[19]。該壓裂液體系通過調(diào)整多功能降阻劑濃度實現(xiàn)滑溜水、線性膠、交聯(lián)液在線轉(zhuǎn)換，在中深層頁巖氣井中得到了推廣應用。

3）形成了新一代水平井壓裂工藝。四川盆地頁巖氣開發(fā)初期，主要借鑒北美頁巖氣壓裂的經(jīng)驗，采用多段少簇的布縫模式，以大排量、大液量、低砂比方式造縫。隨著相關(guān)理論和配套技術(shù)的進步，逐漸形成了旨在降本增效的新一代水平井壓裂工藝。該工藝采用少段多簇、密集切割的布縫方式，通過暫堵調(diào)壓、控液提砂方式造縫。截至2021年5月，川南地區(qū)頁巖氣水平井單井最高加砂強度已超過5.3 t/m，單井最大總液量已超過8.4×104m3，最小平均簇間距已小于6.5 m。寧209井區(qū)采用新一代壓裂工藝的水平井折算測試產(chǎn)量比采用傳統(tǒng)壓裂工藝的鄰井提升了103%[20]。太陽氣田淺層頁巖氣井通過采用多簇密切割布縫，單段射孔簇數(shù)由 3 簇增加為5～11 簇，簇間距由 18～25 m 減小為7～11 m，在保證水平段改造效果和單井產(chǎn)量的同時，單井壓裂施工費用降低 200×104～ 300×104元[21]。

1.3.3 排液采氣技術(shù)進展

針對頁巖氣井“低壓、低產(chǎn)為主，氣、液產(chǎn)量較低，生產(chǎn)周期長”等生產(chǎn)特點，形成了以優(yōu)選管柱、柱塞氣舉、泡排、井口增壓和氣舉為核心的采氣工藝技術(shù)。深入研究了井筒流動規(guī)律，改進了水平井攜液臨界流量模型，為優(yōu)化油管下入時機提供依據(jù)[22]；優(yōu)化了柱塞氣舉裝置及運行參數(shù)，柱塞氣舉工作筒已突破70°井斜角[23]；已建成平臺整體橇裝化遠程控制起泡劑和消泡劑自動加注裝置，形成了適用于長寧區(qū)塊頁巖氣平臺井的整體泡排工藝技術(shù)[24]；采用了平臺增壓和集中增壓兩種方式進行增壓開采，有效降低了油管壓力[25]；對水淹氣井采用了車載式氣舉，在低壓低產(chǎn)的頁巖氣平臺對氣井進行輪換氣舉，有效地維持了頁巖氣井生產(chǎn)[26]。

1.3.4 綠色開發(fā)與工廠化作業(yè)技術(shù)進展

綠色開發(fā)方面，嚴格按照國家法律法規(guī)標準要求，嚴格保護頁巖氣開采區(qū)塊的地表水、地下水、土壤和植被；同時加強壓裂返排液和鉆井固廢的資源化利用，加強逸散氣體排放管控；推廣電驅(qū)動壓裂泵，改善了因為噪聲污染影響周圍居民生活的情況。工廠化作業(yè)方面，實現(xiàn)了鉆井、壓裂、排采多工種交叉作業(yè)、各工序無縫銜接、資源共享，有效解決了復雜山地地形條件下場地受限、大規(guī)模、多工序、多單位同時作業(yè)效率較低的難題。

1.4 產(chǎn)業(yè)規(guī)制改革進展

產(chǎn)業(yè)規(guī)制是指政府或社會為實現(xiàn)某些社會經(jīng)濟目標而對市場經(jīng)濟中的經(jīng)濟主體作出各種直接和間接的具有法律約束力或準法律約束力的限制、約束、規(guī)范，以及由此引出的政府或社會為督促產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟主體活動符合這些限制、約束、規(guī)范而采取的行動和措施[27]。產(chǎn)業(yè)規(guī)制屬于影響產(chǎn)業(yè)發(fā)展的非技術(shù)要素，良好的產(chǎn)業(yè)規(guī)制對產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展具有重要作用。

我國頁巖氣產(chǎn)業(yè)規(guī)制以政府規(guī)制為主，正在逐步加強行業(yè)規(guī)制和社會規(guī)制。過去十多年，我國頁巖氣產(chǎn)業(yè)規(guī)制建設(shè)的主線有兩條，一是放寬進入規(guī)制以實現(xiàn)公平的市場競爭，引導各類主體公平進入頁巖氣產(chǎn)業(yè)的上游市場；二是進一步強化市場公平、環(huán)境保護以及能源安全方面的規(guī)制。我國不同時期頁巖氣產(chǎn)業(yè)規(guī)制或重要事件如表1～3所示。

1）“十一五”期間，針對頁巖氣調(diào)查研究初步制定了政府規(guī)制，通過加強國際合作、加大科技研發(fā)扶持、放寬產(chǎn)業(yè)進入限制等，摸清資源量，盡量吸納更多市場主體來參與頁巖氣開發(fā)，儲備頁巖氣勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)（表1）。

表1 我國“十一五”（2006—2010年）期間頁巖氣產(chǎn)業(yè)規(guī)制與重要事件表

2）“十二五”期間，打破了中石油、中石化等大型國企獨立從事勘探開發(fā)的局面，更多類型的資本進入頁巖氣開發(fā)。開始制定頁巖氣價格、補貼等經(jīng)濟方面和技術(shù)標準、規(guī)范開發(fā)活動等質(zhì)量方面的行業(yè)規(guī)制（表2）。

表2 我國“十二五”（2011—2015年）期間頁巖氣產(chǎn)業(yè)規(guī)制與重要事件表

3）“十三五”期間，國家層面制定了第二個頁巖氣發(fā)展五年規(guī)劃，地方政府也根據(jù)頁巖氣開發(fā)情況出臺了一系列產(chǎn)業(yè)支持計劃，政府規(guī)制進一步落實，行業(yè)規(guī)制逐漸完備。財稅補貼方式由產(chǎn)量補貼變化為增量補貼，獲得減征資源稅的稅收優(yōu)惠，進一步激勵頁巖氣開發(fā)企業(yè)。成立國家油氣管網(wǎng)集團公司，打破頁巖氣管輸環(huán)節(jié)壟斷，放開了中游環(huán)節(jié)的進入規(guī)制，頁巖氣全產(chǎn)業(yè)鏈的進入管制均已放開。同時，政府加強了對頁巖氣產(chǎn)業(yè)的社會規(guī)制，對環(huán)境的保護以及對礦區(qū)群眾的安全、健康給予了更多的關(guān)注（表3）。

表3 我國“十三五”（2016—2020年）期間頁巖氣產(chǎn)業(yè)規(guī)制與重要事件表

2 四川盆地頁巖氣勘探開發(fā)挑戰(zhàn)

2.1 勘探理論與技術(shù)的挑戰(zhàn)

四川盆地是我國頁巖氣主要勘探開發(fā)區(qū)域，中淺層已實現(xiàn)有效開發(fā)，深層頁巖氣資源潛力很大[28]，但勘探難度很大。四川盆地下寒武統(tǒng)筇竹寺組、五峰組—龍馬溪組2套深層頁巖氣儲層的熱演化程度普遍很高，其中筇竹寺組在川南—昭通、川東、中揚子等地區(qū)出現(xiàn)大面積碳化[29]，基本處于生氣衰竭階段。五峰組—龍馬溪組頁巖Ro值為介于1.5%～3.5%，平均為2.5%，整體處于高成熟階段，目前在天宮堂、宜202、宜203等井區(qū)五峰組—龍馬溪組出現(xiàn)低阻與高碳化等現(xiàn)象，嚴重影響儲層品質(zhì)。概括起來，深層頁巖氣勘探理論與技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)有以下幾方面：①深部頁巖經(jīng)歷了多幕構(gòu)造演化，地應力場—裂縫演化關(guān)系尚不清楚，裂縫預測、驗證難度極大；②深部頁巖在高溫高壓條件下，各向異性明顯強于淺層，地球物理分辨率極低，淺層甜點評價及預測手段難以適用；③深層地震信號弱，井間預測精度低，潛力目標優(yōu)選難度大；④高溫高壓下吸附氣、游離氣賦存機制與變化規(guī)律[30-31]缺乏系統(tǒng)的實驗攻關(guān)，未能科學揭示熱效應對天然氣賦存狀態(tài)的影響規(guī)律。

2.2 氣藏工程理論與方法的挑戰(zhàn)

中淺層大規(guī)模高效益開發(fā)和深層頁巖氣規(guī)模有效開發(fā)，對氣藏工程提出了諸多挑戰(zhàn)。主要包括：①深層、高溫、高壓條件下（壓力普遍高于70 MPa、平均地層溫度普遍超過130 ℃），頁巖儲層孔隙中CH4的賦存狀態(tài)及不同賦存狀態(tài)間轉(zhuǎn)換規(guī)律尚不明確。隨著孔徑減小和溫度、壓力的增大，CH4在納米級空間內(nèi)的賦存狀態(tài)、熱力學參數(shù)、吸附—解吸特征等也會發(fā)生變化，而目前無論是室內(nèi)等溫吸附實驗還是分子模擬，都無法同時有效考慮頁巖真實孔喉結(jié)構(gòu)與高溫、高壓儲層原地條件。②深層頁巖儲層高溫高壓跨尺度氣—水兩相流動機理仍有待探索。不同大小孔隙內(nèi)的頁巖氣—水兩相流動規(guī)律存在差異，深層高溫高壓環(huán)境下限域效應和真實氣體效應對頁巖氣流動規(guī)律的影響并不明確，頁巖氣井壓裂后燜井過程中壓裂液和頁巖氣置換的機理以及高溫、高壓條件下深層頁巖變形對頁巖孔隙結(jié)構(gòu)、縫網(wǎng)形態(tài)和滲流特征的影響機理還需繼續(xù)研究。③深層頁巖氣合理開發(fā)技術(shù)政策優(yōu)化路徑尚不明確。頁巖氣井開發(fā)效果受地質(zhì)、地質(zhì)力學、壓裂、開發(fā)方式等多因素影響。地質(zhì)、工程、開發(fā)、經(jīng)濟等多因素非線性機制下的開發(fā)政策優(yōu)化是頁巖氣開發(fā)面臨的重大挑戰(zhàn)。

2.3 鉆采工程技術(shù)挑戰(zhàn)

2.3.1 鉆井技術(shù)方面挑戰(zhàn)

水平井油基鉆井液漏失的有效防治，卡鉆、埋鉆具事故的有效消除技術(shù)。川南頁巖儲層水平井經(jīng)常發(fā)生漏失，油基鉆井液特別是高密度油基鉆井液堵漏材料種類少，有效堵漏手段有限；因井壁坍塌、掉塊、井眼凈化差，引起長水平段鉆柱摩阻扭矩大，嚴重時導致埋鉆具事故。

長水平段一趟鉆鉆井技術(shù)。2019年長寧區(qū)塊、威遠202井、威遠204井區(qū)等平均需要3～5趟鉆，而美國水平段長度從2 500 m增至2 860 m的情況下，機械鉆速介于37～89 m/h，平均機械鉆速為60 m/h，基本實現(xiàn)一趟鉆完成。

降低或者消除水平段套損技術(shù)。水平井壓裂套損井數(shù)量極高，單井套管變形點為1～3個；起下鉆作業(yè)遇阻、遇卡現(xiàn)象時有發(fā)生，嚴重影響壓裂效果，制約頁巖氣長期高效開發(fā)。

2.3.2 壓裂技術(shù)方面挑戰(zhàn)

現(xiàn)有理論體系難以滿足壓裂工程實踐需要。壓裂中的造縫輸砂、壓裂后的排液采氣屬于復雜的物理化學過程，背后蘊藏著諸多尚待解決的科學問題，以致工程實踐常出現(xiàn)現(xiàn)有理論難以解釋的現(xiàn)象。例如，經(jīng)典理論從縫間應力干擾機理出發(fā)，可得出避免縫間應力干擾和滲流干擾的最小裂縫間距（簇間距），進而提出多段、少簇、大間距的布縫方式。新一代壓裂工藝，采用少段、多簇、密切割布縫，簇間距已明顯小于經(jīng)典理論推薦的簇間距下限，卻取得了更好的壓后測試效果。這就需要更科學地揭示應力干擾與滲流干擾機理。

現(xiàn)有工藝模式難以滿足深層頁巖縫網(wǎng)改造需要。現(xiàn)有的壓裂均是通過提高縫內(nèi)凈壓力來實現(xiàn)更大的改造體積，最常用的方法是大排量和縫內(nèi)暫堵憋壓。較之中淺層頁巖，深層頁巖閉合壓力高，水平應力差更大，若按照現(xiàn)有工藝模式則要則需要更大的排量、更精準的暫堵憋壓，這就對施工設(shè)備和固井質(zhì)量提出了相當苛刻的要求。

現(xiàn)有配套工藝難以滿足淺層、中淺層頁巖壓裂持續(xù)降本增效需要。目前，少段多簇、石英砂替代陶粒、連續(xù)加砂替代段塞式加砂等工藝已顯現(xiàn)出明顯的降本作用。但是如何進一步提高頁巖氣產(chǎn)量還需要持續(xù)攻關(guān)。特別是淺層頁巖氣中吸附氣占比較高，現(xiàn)有配套工藝罕有考慮提高吸附氣的持續(xù)動用。

2.3.3 高效排采與綠色開發(fā)方面挑戰(zhàn)

深層頁巖氣井兩種以上排采方法的復合排采理論與智能管理系統(tǒng)亟待研發(fā)。

山地丘陵地貌，土地征用與復墾難度大。按照現(xiàn)有的工廠化作業(yè)模式，單個頁巖氣平臺建設(shè)期約占地50畝（1 畝=666.67 m2），進入采氣投產(chǎn)后占地約10畝。四川盆地頁巖氣主產(chǎn)區(qū)人均耕地少，基本農(nóng)田占用比大。頁巖氣鉆采征地用地，協(xié)調(diào)難度大。

頁巖氣單井壓裂平均耗水量超過4×104m3，即使返排液完全回用，但在溝壑縱橫的四川盆地頁巖氣主產(chǎn)區(qū)，大規(guī)模產(chǎn)能建設(shè)帶來的壓裂取水難題也非常棘手。

大規(guī)模頁巖氣開發(fā)過程還需控制CH4泄漏，以減小甲烷氣體逸散帶來的安全隱患和溫室效應。

2.4 產(chǎn)業(yè)規(guī)制改革挑戰(zhàn)

盡管頁巖氣已被國家設(shè)立為獨立礦種，但還未形成針對頁巖氣這一獨立礦種的完備高效的規(guī)制體系。目前我國對頁巖氣規(guī)制主要參照天然氣規(guī)制，僅有少量專門針對頁巖氣產(chǎn)業(yè)的規(guī)制，分布零散且層級較低。四川盆地頁巖氣產(chǎn)業(yè)規(guī)制改革主要面臨三個方面挑戰(zhàn)：①規(guī)制系統(tǒng)政策尚不完善。缺乏針對頁巖氣勘探開發(fā)特點的相關(guān)法律法規(guī)。特別是針對頁巖氣開發(fā)過程出現(xiàn)的水資源保護、廢棄物處置等難題，存在多口監(jiān)管但監(jiān)管能力尚不能完全覆蓋的問題。②規(guī)制政策有效性不足。規(guī)制政策不夠穩(wěn)定，如財政補貼政策不穩(wěn)定、要求高，補貼總額難以預計；準入規(guī)制對市場主體吸引力并不大，部分企業(yè)已向自然資源部退回或延期了全部或部分頁巖氣區(qū)塊礦權(quán)[32]，甚至部分外資退出了合作；減免探礦權(quán)使用費、采礦權(quán)使用費以及進口設(shè)備關(guān)稅的作用有限；頁巖氣定價機制還不能真實反映市場供需關(guān)系和資源稀缺程度。③規(guī)制運行機制有缺陷。規(guī)制機構(gòu)多且職能交叉分散，帶來規(guī)制概念不清晰、規(guī)制邊界模糊、規(guī)制程序不確定等問題。

3 四川盆地頁巖氣大規(guī)模高效開發(fā)對策

從我國頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢看，四川盆地頁巖氣大規(guī)模高效開發(fā)面臨兩大核心任務，即中淺層頁巖氣持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)和深層頁巖氣規(guī)模建產(chǎn)。與北美地區(qū)相比，四川盆地頁巖氣勘探開發(fā)在地理環(huán)境、地質(zhì)條件、鉆采技術(shù)、產(chǎn)業(yè)規(guī)制等方面有自身特點，很難采用北美大規(guī)模、高密度、連片化布井的開發(fā)模式[33]。因此，需要立足“少井高產(chǎn)”策略[14]，一方面在頁巖氣井全生命周期，繼續(xù)堅持采用地質(zhì)工程一體化技術(shù)開展“一體化研究、一體化設(shè)計、一體化實施和一體化迭代”[34]，另一方面，以問題為導向，從地質(zhì)評價、開發(fā)政策、工程技術(shù)、產(chǎn)業(yè)規(guī)制等方面開展持續(xù)攻關(guān)。

3.1 完善地質(zhì)評價理論與技術(shù)

3.1.1 科學揭示深層頁巖孔隙特征與賦存機制

深層頁巖微納米孔隙體系中成巖礦物成因機理、成巖—有機與無機孔隙差異演化路徑重構(gòu)、含水頁巖吸附氣與游離氣占比隨溫壓變化規(guī)律及控制因素等研究尚屬空白，可考慮在成巖礦物元素遷移識別、礦物—有機質(zhì)—熱演化控制下的成巖—孔隙演化過程重構(gòu)及差異發(fā)育機理、溫壓環(huán)境含水頁巖吸附氣游離氣分配機制與定量表征等方面重點突破。

3.1.2 創(chuàng)新研發(fā)深層頁巖氣地質(zhì)—工程甜點精準預測技術(shù)

建議開展構(gòu)造變形三維數(shù)值模擬，深層頁巖礦物、有機質(zhì)、含氣量、裂縫、可壓裂性等關(guān)鍵要素綜合評價，建立深層頁巖地質(zhì)—工程甜點預測指標體系及高精度表征方法，重點突破復雜變形區(qū)構(gòu)造裂縫識別與預測技術(shù)、地質(zhì)—工程甜點預測的大數(shù)據(jù)深度學習技術(shù)和地質(zhì)—地球物理一體化儲層建模技術(shù)。

3.2 創(chuàng)新氣藏工程理論與方法

3.2.1 科學揭示壓裂水平井頁巖氣產(chǎn)出機制

開展原地溫度、壓力環(huán)境下，壓裂燜井、壓后生產(chǎn)階段頁巖孔隙結(jié)構(gòu)的變化特征和CH4流動機理研究，揭示氣水共存條件下頁巖氣解吸、擴散、滲流主控因素和支撐劑充填裂縫、自支撐裂縫的全域?qū)Я髂芰﹂L期變化規(guī)律。

3.2.2 加快建立“地質(zhì)—工程—開發(fā)—經(jīng)濟”一體化的頁巖氣開發(fā)優(yōu)化方法[35]

建立頁巖壓裂水平井（組）跨尺度滲流—多相管流模型，研制耦合頁巖基質(zhì)、壓裂縫網(wǎng)、采氣管柱的跨尺度流動壓后生產(chǎn)動態(tài)數(shù)值模擬器，為開發(fā)政策制定奠定理論和方法基礎(chǔ)。基于頁巖氣甜點區(qū)“體積開發(fā)”理念[36]，結(jié)合數(shù)值模擬和礦場試驗，以經(jīng)濟指標為目標量[37]，考慮地質(zhì)、工程、環(huán)境和經(jīng)濟成本約束，優(yōu)化井網(wǎng)參數(shù)、壓裂裂縫參數(shù)、排采控制參數(shù)等影響產(chǎn)量和經(jīng)濟效益的人為可控參數(shù)。考慮淺層頁巖直井開發(fā)、中淺層頁巖水平井開發(fā)、中淺層頁巖水平井—直井組合開發(fā)、深層頁巖水平井單層平面開發(fā)、深層頁巖水平井多層立體開發(fā)等不同的開發(fā)模式，分類開展井網(wǎng)參數(shù)優(yōu)化、裂縫布局優(yōu)化、排采制度優(yōu)化[38]。以此為基礎(chǔ)，可進一步優(yōu)化鉆井工程參數(shù)、壓裂工程參數(shù)和排采工程參數(shù)。

3.3 研發(fā)降本增效工程技術(shù)

頁巖氣降本增效開發(fā)的關(guān)鍵在于不斷優(yōu)化鉆井、壓裂等各個環(huán)節(jié)的周期與成本，雖不過于追求“豪華與頂尖”的技術(shù)，但需致力于技術(shù)的持續(xù)改進與升級換代[39]。

3.3.1 研發(fā)安全、智慧的優(yōu)快建井技術(shù)

攻關(guān)長水平段一趟鉆鉆井配套技術(shù)，特別是環(huán)保型防塌鉆井液、超輕減阻鉆具、井眼高效凈化技術(shù)和智能錄井技術(shù)，在高鉆壓、高轉(zhuǎn)速、高泵壓、大排量、大扭矩環(huán)境下，進一步提高機械鉆速，減少鉆井事故，縮短鉆井周期。攻關(guān)深層頁巖水平井全生命周期的井筒完整性管理理論和技術(shù)，提升深層頁巖長水平井井身質(zhì)量，降低或者消除水平段套損，為大規(guī)模、長時間的儲層改造（特別是重復壓裂）和壓后生產(chǎn)提供井筒保障。

3.3.2 研發(fā)物理—化學復合的儲層改造技術(shù)

革新現(xiàn)有水平井壓裂破巖、輸砂、導流理論，為不同類型頁巖儲層優(yōu)化布縫方式、壓裂液、支撐劑規(guī)模和泵注程序提供科學依據(jù)。在此基礎(chǔ)上，開展海相頁巖超臨界二氧化碳壓裂技術(shù)[40]研究，突破超臨界二氧化碳減阻、增粘瓶頸，研發(fā)與之配套的超低密度、低成本支撐劑，利用二氧化碳的物理—化學雙重作用，在充分造縫的同時提高吸附氣的動用程度。探索深層頁巖氧化致裂、液氮致裂工藝，進而建立從頁巖納微孔隙到填砂裂縫的跨尺度導流通道。此外，建議挖掘壓裂施工數(shù)據(jù)，建立基于施工數(shù)據(jù)反演壓裂裂縫參數(shù)的理論和方法，豐富裂縫監(jiān)測和評價手段，降低壓裂監(jiān)測成本。在老井挖潛方面，建議加強頁巖氣水平井重復壓裂選井選層和造縫工藝等方面的研究[41]，為恢復和提高老井產(chǎn)量奠定基礎(chǔ)。

3.3.3 研發(fā)深層長水平井高效排采技術(shù)

研發(fā)高性價比的水平井流入剖面測試技術(shù)、井下積液監(jiān)測技術(shù)，揭示壓后水平井不同階段的井底流入動態(tài)和水平段氣液兩相流動規(guī)律，在此基礎(chǔ)上，考慮水平段井眼軌跡結(jié)構(gòu)優(yōu)化油管下深，發(fā)展平臺壓縮機整體氣舉、泡排輔助氣舉或氣舉輔助柱塞等復合工藝技術(shù)。

3.3.4 研發(fā)環(huán)保、安全的鉆井、壓裂配套技術(shù)

攻克油基鉆屑制備壓裂支撐劑的技術(shù)和經(jīng)濟瓶頸，構(gòu)建從地面到地下的油基鉆屑資源化利用新途徑。研發(fā)適合高山深谷環(huán)境下的輕量化、模塊化、智能化鉆井、壓裂裝備（系統(tǒng)），減少鉆井、壓裂對自然和人居環(huán)境的不利影響；研發(fā)基于遠程實時信息傳輸?shù)你@井、壓裂大數(shù)據(jù)集中控制系統(tǒng)，為工程施工優(yōu)化和應急事件及時處置提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。

3.4 健全頁巖氣產(chǎn)業(yè)規(guī)制

政府是頁巖氣產(chǎn)業(yè)規(guī)制的主體，必須通過深化產(chǎn)業(yè)規(guī)制改革提升其服務產(chǎn)業(yè)建設(shè)和發(fā)展的能力，同時應注重調(diào)動和發(fā)揮行業(yè)規(guī)制、社會規(guī)制對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的積極作用。

深化規(guī)制機構(gòu)改革。集中分散的規(guī)制權(quán)力，簡化行政審批流程，提高配套政策適用性。

繼續(xù)完善頁巖氣開發(fā)的相關(guān)法律法規(guī)。以環(huán)境保護為例，應該根據(jù)頁巖氣開發(fā)的特點制定排污權(quán)建議、水資源保護、油基泥漿無害化處理等法律法規(guī)，提高企業(yè)環(huán)境違法成本。

繼續(xù)優(yōu)化頁巖氣開發(fā)的經(jīng)濟性規(guī)制。進一步推進天然氣產(chǎn)業(yè)價格市場化改革，放開氣源準入和出廠價格，由政府定價向市場發(fā)揮價格決定作用過渡；加大財政補貼和稅收減免對企業(yè)開發(fā)新區(qū)塊的支持力度，鼓勵技術(shù)創(chuàng)新。

完善頁巖氣勘探開發(fā)信息強制披露和數(shù)據(jù)共享制度。特別對有重大環(huán)境風險的信息必須強制披露；構(gòu)建勘探開發(fā)共享數(shù)據(jù)平臺，提升開發(fā)效率和減少重復成本。

建立公眾參與制度。不斷加大頁巖氣科普宣傳工作力度，通過普及頁巖氣的能源安全戰(zhàn)略意義以及頁巖氣開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護等相關(guān)知識，引導公眾正確對待頁巖氣開發(fā)。增強公眾的環(huán)保意識和風險識別能力，以便有效處理和規(guī)避。

4 結(jié)束語

四川盆地已經(jīng)并將繼續(xù)成為中國頁巖氣勘探開發(fā)的主戰(zhàn)場。未來5～10年，四川盆地頁巖氣將從規(guī)模開采階段發(fā)展到大規(guī)模高效開發(fā)階段。大規(guī)模高效開發(fā)必須以中淺層頁巖氣持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)和深層頁巖氣規(guī)模建產(chǎn)為基礎(chǔ)。針對勘探開發(fā)理論技術(shù)和產(chǎn)業(yè)規(guī)制方面的挑戰(zhàn)，為實現(xiàn)大規(guī)模高效開發(fā)，需要堅持頁巖氣甜點區(qū)“體積開發(fā)”理念，攻克深層頁巖氣地質(zhì)—工程甜點精準預測技術(shù)，建立“地質(zhì)—工程—開發(fā)—經(jīng)濟”一體化的頁巖氣開發(fā)優(yōu)化方法，研發(fā)降本增效的鉆井、壓裂和排采工程技術(shù)，構(gòu)建政府規(guī)制、社會規(guī)制、行業(yè)規(guī)制和間接規(guī)制有機協(xié)調(diào)的產(chǎn)業(yè)規(guī)制體系，實現(xiàn)技術(shù)要素與非技術(shù)要素對產(chǎn)業(yè)的協(xié)同促進。

致謝：本文選題和謀篇布局期間得到了在四川盆地從事頁巖氣勘探開發(fā)的相關(guān)企業(yè)和頁巖氣資源地基層政府大力支持，在撰寫過程中得到了西南石油大學劉永輝、劉宇程等的幫助，在此一并致謝。