四川長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)國(guó)家級(jí)頁(yè)巖氣示范區(qū)效益開(kāi)發(fā)技術(shù)與啟示

雍 銳 陳更生 楊學(xué)鋒 黃 山 李 博 鄭馬嘉 劉文平 何益萍

1.中國(guó)石油西南油氣田公司 2.中國(guó)石油西南油氣田公司頁(yè)巖氣研究院 3.中國(guó)石油川渝頁(yè)巖氣前線指揮部

0 引言

中國(guó)頁(yè)巖氣資源豐富，大力發(fā)展頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)，對(duì)降低能源對(duì)外依存度，保障國(guó)家安全，實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略具有重大意義[1-5]。隨著近年來(lái)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的持續(xù)快速推進(jìn)，2021年我國(guó)頁(yè)巖氣年產(chǎn)量已達(dá)230×108m3，占全國(guó)天然氣產(chǎn)量的11.2%。四川盆地作為我國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的重要地區(qū)，自2012年3月國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)與國(guó)家能源局批復(fù)設(shè)立“四川長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)和滇黔北昭通國(guó)家級(jí)頁(yè)巖氣示范區(qū)”以來(lái)，中國(guó)石油已累計(jì)在長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)和昭通頁(yè)巖氣示范區(qū)提交探明地質(zhì)儲(chǔ)量1.06×1012m3，2020年頁(yè)巖氣年產(chǎn)量達(dá)116.36×108m3，建成了國(guó)內(nèi)首個(gè)“萬(wàn)億立方米儲(chǔ)量、百億立方米產(chǎn)量”頁(yè)巖氣大氣田。目前，四川長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)國(guó)家級(jí)頁(yè)巖氣示范區(qū)（以下簡(jiǎn)稱長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)示范區(qū)）建成集規(guī)模、技術(shù)、管理、綠色為一體的頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)化示范基地，正全面引領(lǐng)國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣規(guī)模效益開(kāi)發(fā)。及時(shí)總結(jié)長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)示范區(qū)頁(yè)巖氣效益開(kāi)發(fā)技術(shù)方法與成功經(jīng)驗(yàn)，可為我國(guó)其他地區(qū)的頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)提供重要參考，同時(shí)也為中國(guó)頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

筆者首先對(duì)中國(guó)石油西南油氣田公司（以下簡(jiǎn)稱西南油氣田）在“十三五”期間創(chuàng)新形成的頁(yè)巖氣“三控”富集高產(chǎn)理論和頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)“六大”主體技術(shù)進(jìn)行了回顧，并介紹了依托于新理論與新技術(shù)所取得的實(shí)施成效。然后，重點(diǎn)對(duì)示范區(qū)建設(shè)過(guò)程中形成的地質(zhì)工程一體化高產(chǎn)井培育方法、四川盆地南部（以下簡(jiǎn)稱川南）中深層頁(yè)巖氣效益開(kāi)發(fā)模式以及穩(wěn)產(chǎn)優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行了全面的梳理與總結(jié)。最后，針對(duì)川南中深層頁(yè)巖氣長(zhǎng)期效益穩(wěn)產(chǎn)所面臨的問(wèn)題與挑戰(zhàn)，提出了解決對(duì)策。

1 長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)國(guó)家級(jí)頁(yè)巖氣示范區(qū)概況

1.1 示范區(qū)地質(zhì)特征

長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)示范區(qū)地理位置處于四川省宜賓市—威遠(yuǎn)市—自貢市境內(nèi)，工區(qū)地貌以中—低山地和丘陵為主，地面海拔200～1 300 m，區(qū)內(nèi)水系豐富。構(gòu)造位置上，長(zhǎng)寧區(qū)塊位于川南低陡構(gòu)造帶和婁山褶皺帶交界處，威遠(yuǎn)區(qū)塊則主要位于川西南低褶構(gòu)造帶。示范區(qū)主力目的層為上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組龍一1亞段，其整體屬于深水陸棚相沉積，儲(chǔ)層以薄層暗色富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖為主，孔隙度介于4.0%～8.0%，脆性礦物含量介于57%～86%，含氣量介于2.0～7.5 m3/t，有效頁(yè)巖厚度介于25～48 m，埋深普遍小于3 500 m，頁(yè)巖氣資源豐富[6-9]。

與國(guó)外及國(guó)內(nèi)其他頁(yè)巖氣區(qū)相比，長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)示范區(qū)頁(yè)巖儲(chǔ)層具有儲(chǔ)層厚度薄、水平應(yīng)力差大、構(gòu)造條件復(fù)雜等特點(diǎn)。其有效頁(yè)巖厚度介于20～48 m，TOC介于2.7%～4.5%。相比而言，北美頁(yè)巖氣區(qū)塊儲(chǔ)層條件更優(yōu)，如Marcellus頁(yè)巖氣田有效頁(yè)巖厚度介于18～83 m，TOC介于4.4%～9.7%，孔隙度介于9.0%～11.0%，均高于長(zhǎng)寧、威遠(yuǎn)區(qū)塊。由于四川盆地經(jīng)歷多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)示范區(qū)發(fā)育多級(jí)斷裂及天然裂縫且分布較為復(fù)雜，水平應(yīng)力差較大（12～18 MPa），而北美Marcellus頁(yè)巖氣田與四川盆地焦石壩頁(yè)巖氣田構(gòu)造則均相對(duì)簡(jiǎn)單，其中Marcellus頁(yè)巖氣田水平應(yīng)力差介于7～10 MPa，焦石壩頁(yè)巖氣田平均約為5 MPa，其工程難度相對(duì)較小，而長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)示范區(qū)復(fù)雜的構(gòu)造條件及較高的水平應(yīng)力差給鉆井與壓裂施工帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。此外，示范區(qū)內(nèi)人口稠密、山高坡陡，生態(tài)環(huán)境敏感，在勘探開(kāi)發(fā)難度上遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于北美與其他頁(yè)巖氣區(qū)[10-14]（表1）。

表1 北美Marcellus、焦石壩頁(yè)巖氣田與示范區(qū)地質(zhì)工程參數(shù)對(duì)比表

1.2 示范區(qū)建設(shè)歷程

西南油氣田作為中國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的先行者，在國(guó)內(nèi)對(duì)頁(yè)巖氣研究缺乏核心技術(shù)與關(guān)鍵工具的條件下，通過(guò)開(kāi)展盆地專(zhuān)層取心、野外露頭觀察、老井資料復(fù)查處理等工作，獲取盆地頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)的關(guān)鍵參數(shù)，建立了資源評(píng)價(jià)和選區(qū)選層的技術(shù)方法，并優(yōu)選出長(zhǎng)寧、威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)有利區(qū)[15]。隨后，為有效動(dòng)用資源，先后實(shí)施鉆井壓裂主體工藝技術(shù)試驗(yàn)、水平井組鉆井壓裂工廠化作業(yè)先導(dǎo)試驗(yàn)、開(kāi)發(fā)技術(shù)優(yōu)化試驗(yàn)等一系列試驗(yàn)，鉆獲國(guó)內(nèi)首口頁(yè)巖氣井和首口具有商業(yè)價(jià)值的水平井，突破了水平井鉆井壓裂技術(shù)瓶頸，打破了國(guó)外的技術(shù)封鎖，堅(jiān)定了頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的信心。2012年3月，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)與國(guó)家能源局批復(fù)設(shè)立長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)示范區(qū)，經(jīng)過(guò)10余年的不懈努力，歷經(jīng)“評(píng)層選區(qū)階段”“先導(dǎo)試驗(yàn)階段”“示范區(qū)建設(shè)階段”以及“工業(yè)化開(kāi)采階段”4個(gè)主要階段[16]（圖1），創(chuàng)造了國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)多項(xiàng)第一，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)多項(xiàng)技術(shù)與理論空白。長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)示范區(qū)累計(jì)提交探明儲(chǔ)量7 615.65×108m3，2020年頁(yè)巖氣年產(chǎn)量突破100×108m3，成為我國(guó)產(chǎn)氣規(guī)模最大的頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)示范區(qū)，展現(xiàn)出四川盆地良好的頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)前景。截至目前，長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)示范區(qū)累計(jì)投產(chǎn)頁(yè)巖氣井926口，日產(chǎn)氣量超過(guò)3 000×104m3，累計(jì)產(chǎn)氣已突破400×108m3，帶動(dòng)地區(qū)GDP增加3 444億元，累產(chǎn)氣量折算替代標(biāo)準(zhǔn)煤5 324×104t、減排二氧化碳5 304×104t，經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益巨大，充分發(fā)揮了示范引領(lǐng)作用。

圖1 長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)國(guó)家級(jí)頁(yè)巖氣示范區(qū)勘探開(kāi)發(fā)歷程圖

2 長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)示范區(qū)效益開(kāi)發(fā)技術(shù)

“十三五”以來(lái)，西南油氣田通過(guò)自主攻關(guān)，創(chuàng)建了頁(yè)巖氣“三控”富集高產(chǎn)理論，形成了適用于川南地區(qū)“強(qiáng)改造、高—過(guò)成熟、復(fù)雜地應(yīng)力”的“六大”主體技術(shù)，建立了地質(zhì)工程一體化高產(chǎn)井培育方法，在長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)示范區(qū)建成100×108m3產(chǎn)能規(guī)模，實(shí)現(xiàn)了中深層頁(yè)巖氣的效益建產(chǎn)。示范區(qū)建成后，通過(guò)持續(xù)探索與實(shí)踐，創(chuàng)新建立了川南頁(yè)巖氣高效開(kāi)發(fā)管理模式，并逐步形成了以“控制遞減、增加動(dòng)用、拓展外圍”為核心的穩(wěn)產(chǎn)優(yōu)化技術(shù)，中深層100×108m3實(shí)現(xiàn)了接替穩(wěn)產(chǎn)。

2.1 頁(yè)巖氣“三控”富集高產(chǎn)理論

經(jīng)過(guò)多輪技術(shù)攻關(guān)，首次提出沉積—成巖、保存條件以及Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層連續(xù)厚度是影響長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣藏富集高產(chǎn)的主要控制因素，并創(chuàng)新建立頁(yè)巖氣“三控”富集高產(chǎn)理論[16-20]：①沉積—成巖控儲(chǔ)。通過(guò)U、Th、V、Cr、Mo、Sr等微量元素測(cè)試分析結(jié)果，明確了五峰組—龍一1亞段沉積處于強(qiáng)還原厭氧環(huán)境，生烴條件優(yōu)越；而長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)地區(qū)成巖演化達(dá)到中成巖—晚成巖階段，儲(chǔ)集空間以有機(jī)孔為主且發(fā)育程度高，有利于氣體賦存。②保存條件控藏。四川盆地為多期構(gòu)造疊合盆地，構(gòu)造特征復(fù)雜，在長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)核心建產(chǎn)區(qū)內(nèi)，無(wú)深大斷裂發(fā)育且距剝蝕線多大于10 km，地層壓力系數(shù)介于1.8～2.0，顯示出示范區(qū)主體部位頁(yè)巖氣保存條件良好。③Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層連續(xù)厚度控產(chǎn)。測(cè)試產(chǎn)量與Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層連續(xù)厚度相關(guān)分析結(jié)果表明，Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層厚度越大，其鉆遇率越高，在相似工程施工參數(shù)下，氣井初期獲得的產(chǎn)氣量越高?；陧?yè)巖氣“三控”富集高產(chǎn)理論，進(jìn)一步形成了本土化的評(píng)層選區(qū)指標(biāo)體系（表2），優(yōu)選了埋深4 500 m以淺一類(lèi)區(qū)面積0.8×104km2，資源量 4.8×1012m3。

表2 長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)示范區(qū)頁(yè)巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)參數(shù)表

2.2 頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)“六大”主體技術(shù)

通過(guò)引進(jìn)、消化吸收、自主創(chuàng)新，建立了適合我國(guó)南方海相頁(yè)巖氣的本土化的勘探開(kāi)發(fā)“六大”主體技術(shù)[15-17]（圖2），進(jìn)行了工業(yè)化規(guī)模應(yīng)用，在實(shí)施過(guò)程中不斷優(yōu)化、不斷完善，技術(shù)指標(biāo)不斷提升，支撐了中深層的效益開(kāi)發(fā)。長(zhǎng)寧、威遠(yuǎn)區(qū)塊建產(chǎn)初期井均測(cè)試日產(chǎn)氣量?jī)H11×104m3，預(yù)測(cè)最終可采儲(chǔ)量（Estimated Ultimate Recovery，EUR）僅 0.5×108m3，遠(yuǎn)低于方案設(shè)計(jì)。結(jié)合實(shí)施效果分析，確定“Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層鉆遇率低、井筒完整性差、儲(chǔ)層改造效果差”是導(dǎo)致“低產(chǎn)”的三個(gè)主要因素。針對(duì)上述三個(gè)問(wèn)題，采用“六大”主體技術(shù)，實(shí)施了三輪針對(duì)性的優(yōu)化調(diào)整，長(zhǎng)寧區(qū)塊首年井均日產(chǎn)氣量由4.7×104m3提高至11.18×104m3，EUR由0.53×108m3提高至1.24×108m3，威遠(yuǎn)區(qū)塊首年井均日產(chǎn)氣量由3.8×104m3提高至9.24×104m3，EUR由0.41×108m3提高至1.09×108m3，關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)和產(chǎn)量大幅提升。

圖2 頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)“六大”主體技術(shù)圖

2.3 地質(zhì)工程一體化高產(chǎn)井培育方法

川南頁(yè)巖氣地質(zhì)工程條件復(fù)雜，呈現(xiàn)“一薄、兩低、三高、四發(fā)育”的特征（表3），規(guī)模效益開(kāi)發(fā)面臨挑戰(zhàn)。地質(zhì)工程一體化是實(shí)現(xiàn)非常規(guī)油氣高效開(kāi)發(fā)的唯一途徑，也是提高單井產(chǎn)量的最重要手段[21]。西南油氣田通過(guò)多年不斷探索實(shí)踐，創(chuàng)新建立了地質(zhì)工程一體化協(xié)同工作模式，構(gòu)建了地質(zhì)工程一體化建模與模擬技術(shù)，逐漸形成了地質(zhì)工程一體化高產(chǎn)井培育方法并成功實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用[22-25]。

表3 川南中深層頁(yè)巖氣地質(zhì)工程條件表

2.3.1 地質(zhì)工程一體化協(xié)同工作模式

針對(duì)川南頁(yè)巖氣復(fù)雜地質(zhì)工程特征導(dǎo)致的部署設(shè)計(jì)難度大、提高優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層鉆遇率難度大、形成復(fù)雜縫網(wǎng)難度大等挑戰(zhàn)，西南油氣田始終貫徹地質(zhì)工程一體化的理念，搭建了行業(yè)先進(jìn)的地質(zhì)工程一體化平臺(tái)，組建了包括地震、測(cè)井、地質(zhì)、地質(zhì)力學(xué)、鉆井、壓裂、產(chǎn)能、返排等8個(gè)專(zhuān)業(yè)方向的地質(zhì)工程一體化團(tuán)隊(duì)，通過(guò)實(shí)施一體化管理，實(shí)現(xiàn)了多專(zhuān)業(yè)的深度融合和多團(tuán)隊(duì)的高效協(xié)同[26-27]。在地質(zhì)工程一體化攻關(guān)與實(shí)踐基礎(chǔ)上，形成并發(fā)布了首個(gè)頁(yè)巖氣地質(zhì)工程一體化管理辦法，規(guī)范了頁(yè)巖氣地質(zhì)工程一體化的標(biāo)準(zhǔn)和流程。

在地質(zhì)導(dǎo)向方面，建立了“1＋N”地質(zhì)工程一體化精細(xì)導(dǎo)向工作模式，通過(guò)綜合對(duì)比首口實(shí)施井地震預(yù)測(cè)與實(shí)鉆資料的吻合程度，分析異常特征，在此基礎(chǔ)上，開(kāi)展基于多井約束的高精度TTI各向異性深度偏移和疊后提頻處理，提高微斷層、微撓曲識(shí)別精度，持續(xù)更新導(dǎo)向模型，進(jìn)一步優(yōu)化水平井軌跡，實(shí)現(xiàn)后續(xù)井鉑金靶體鉆遇率100%。

在平臺(tái)壓裂方面，建立了“1234”地質(zhì)工程一體化精細(xì)壓裂工作模式，通過(guò)刻畫(huà)一套三維模型，提供“室內(nèi)分析決策+現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)調(diào)整”兩種支撐，開(kāi)展施工過(guò)程、監(jiān)測(cè)結(jié)果和壓裂擬合三項(xiàng)分析，實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、施工組織、分段射孔和工藝參數(shù)四類(lèi)優(yōu)化，有效降低了“壓竄”“套變”的風(fēng)險(xiǎn)。特別是打造了頁(yè)巖氣壓裂遠(yuǎn)程智能指揮支撐系統(tǒng)（RIOC），實(shí)現(xiàn)了壓裂現(xiàn)場(chǎng)曲線實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程查看，壓裂施工指揮實(shí)時(shí)溝通，保障了室內(nèi)與現(xiàn)場(chǎng)的無(wú)縫銜接。

2.3.2 地質(zhì)工程一體化建模與模擬技術(shù)

在地質(zhì)建模方面，綜合應(yīng)用地震、測(cè)井、巖心、巖石物理和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等基礎(chǔ)資料，采用精細(xì)小層劃分、多尺度離散裂縫建模、有限元模擬等技術(shù)方法，對(duì)構(gòu)造細(xì)節(jié)、儲(chǔ)層屬性、天然裂縫和地應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行三維高分辨率定量表征，實(shí)現(xiàn)了示范區(qū)內(nèi)超過(guò)1 000 km2平臺(tái)和井區(qū)的三維模型精細(xì)刻畫(huà)，地質(zhì)模型的縱向小層建模精度達(dá)0.25 m，與實(shí)鉆效果吻合程度達(dá)到90%，天然裂縫模型和地質(zhì)力學(xué)模型與實(shí)測(cè)吻合度均超過(guò)80%。

在壓裂模擬方面，形成了基于Open T準(zhǔn)則的水力壓裂模擬技術(shù)，可準(zhǔn)確判定水力裂縫與天然裂縫相交時(shí)的穿過(guò)、滑移、轉(zhuǎn)向等力學(xué)行為，裂縫擴(kuò)展規(guī)律刻畫(huà)更加精細(xì)，結(jié)合壓裂施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、分段數(shù)據(jù)、微地震解釋數(shù)據(jù)等實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)開(kāi)展裂縫擬合，進(jìn)一步校正了縫長(zhǎng)、縫高等水力裂縫關(guān)鍵參數(shù)，模擬的復(fù)雜縫網(wǎng)與微地震、施工壓力等數(shù)據(jù)吻合度達(dá)80%。

在產(chǎn)能模擬方面，為解決傳統(tǒng)非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格計(jì)算效率低的問(wèn)題，研發(fā)了嵌入式離散裂縫模擬（EDFM）方法，通過(guò)直接將復(fù)雜裂縫嵌入基質(zhì)結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格系統(tǒng)中，避免了復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格剖分過(guò)程，其裂縫在三維空間下可任意角度、高度、長(zhǎng)度和寬度展布，同時(shí)還具有高效的運(yùn)算速度，在裂縫數(shù)量巨大的情況下，產(chǎn)能模擬效率提高10倍以上[28-31]。進(jìn)一步采用蒙特卡洛—馬爾科夫鏈（MCMC）算法，通過(guò)誤差函數(shù)判斷進(jìn)行自動(dòng)循環(huán)迭代，實(shí)現(xiàn)了歷史擬合的自動(dòng)化、智能化[32]。

通過(guò)搭建一體化平臺(tái)、組建一體化團(tuán)隊(duì)、實(shí)施一體化管理，在部署、鉆井、壓裂、生產(chǎn)等頁(yè)巖氣井全生命周期實(shí)施過(guò)程中，始終依托地質(zhì)工程一體化協(xié)同工作模式，采用地質(zhì)工程一體化技術(shù)體系開(kāi)展“一體化研究、一體化設(shè)計(jì)、一體化實(shí)施和一體化迭代”，系統(tǒng)考慮儲(chǔ)層品質(zhì)、鉆井品質(zhì)和完井品質(zhì)，最終創(chuàng)建了一套適用于不同區(qū)塊、不同埋深的頁(yè)巖氣地質(zhì)工程一體化高產(chǎn)井培育方法（圖3），已在長(zhǎng)寧、威遠(yuǎn)區(qū)塊全面推廣應(yīng)用超過(guò)200井次，培育了一批EUR超過(guò)1.6×108m3的高產(chǎn)井，實(shí)現(xiàn)了高產(chǎn)井批量復(fù)制[33]。

圖3 頁(yè)巖氣地質(zhì)工程一體化高產(chǎn)井培育方法圖

2.4 川南中深層頁(yè)巖氣效益開(kāi)發(fā)模式

在頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)實(shí)施過(guò)程中，推行以提高單井產(chǎn)量為核心，強(qiáng)化技術(shù)主導(dǎo)、深化精細(xì)管理，建立了三級(jí)管理機(jī)制，形成了四種作業(yè)機(jī)制，創(chuàng)建了“六化”管理模式，形成了成本管控措施，逐步建立了川南中深層頁(yè)巖氣效益開(kāi)發(fā)模式，全面提高產(chǎn)能建設(shè)效益和效率。

2.4.1 三級(jí)管理機(jī)制

為充分發(fā)揮中國(guó)石油在技術(shù)、管理和保障上的整體優(yōu)勢(shì)，形成了由中國(guó)石油頁(yè)巖氣業(yè)務(wù)發(fā)展領(lǐng)導(dǎo)小組、川渝頁(yè)巖氣前線指揮部、各實(shí)施主體組成的三級(jí)管理模式（圖4）。中國(guó)石油頁(yè)巖氣業(yè)務(wù)發(fā)展領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)實(shí)施決策、部署，川渝頁(yè)巖氣前線指揮部負(fù)責(zé)統(tǒng)一指揮、協(xié)調(diào)，現(xiàn)場(chǎng)指揮部及各實(shí)施主體組則負(fù)責(zé)具體組織、實(shí)施。通過(guò)集中調(diào)配中國(guó)石油內(nèi)部及外部鉆機(jī)、壓裂隊(duì)伍、研究團(tuán)隊(duì)等，高峰時(shí)期最高可配置到位鉆機(jī)169臺(tái)，壓裂車(chē)組35套，參戰(zhàn)人員超過(guò)萬(wàn)人，具備每年完成開(kāi)鉆500口井的生產(chǎn)組織能力，可以滿足川南頁(yè)巖氣每年上產(chǎn)30×108m3的生產(chǎn)建設(shè)需求。

圖4 三級(jí)管理機(jī)制構(gòu)成圖

2.4.2 四種作業(yè)機(jī)制

為整合各方資源和優(yōu)勢(shì)，打破油氣上游項(xiàng)目的傳統(tǒng)思維定式，加強(qiáng)國(guó)際國(guó)內(nèi)合作及混合所有制改革，建立了“國(guó)際合作、國(guó)內(nèi)合作、風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)、自營(yíng)開(kāi)發(fā)”四種作業(yè)機(jī)制。通過(guò)與殼牌、BP等國(guó)際油公司合作開(kāi)發(fā)，與資源地政府組建四川長(zhǎng)寧天然氣開(kāi)發(fā)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“長(zhǎng)寧公司”）等合資公司，引入川慶鉆探、長(zhǎng)城鉆探等開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)等，中國(guó)石油在頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)中投資壓力縮減1/3，同時(shí)也充分調(diào)動(dòng)了社會(huì)行業(yè)的積極性，大幅拉動(dòng)了資源地整體GDP，其中重慶市、內(nèi)江市、宜賓市、瀘州市等參股的地方政府大力支持頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)，地企協(xié)調(diào)效率顯著提升，最大限度降低了非技術(shù)因素的影響。

2.4.3 “六化”管理模式

為有效降低開(kāi)發(fā)成本，西南油氣田首次提出了頁(yè)巖氣 “六化”管理模式，分別是“井位部署平臺(tái)化、鉆井壓裂工廠化、工程服務(wù)市場(chǎng)化、采輸作業(yè)橇裝化、生產(chǎn)管理數(shù)字化、組織管理一體化”。示范區(qū)建設(shè)期間節(jié)約土地超過(guò)5 000畝（1畝＝666.67 m2），鉆井液重復(fù)利用率由60%提升至80%、壓裂作業(yè)效率提高80%，中深層井均地面配套建設(shè)投資從1 200萬(wàn)元降低至500萬(wàn)～700萬(wàn)元，優(yōu)化了人力資源配置，長(zhǎng)寧公司全員勞動(dòng)生產(chǎn)率4 580萬(wàn)元/人，長(zhǎng)寧區(qū)塊單位操作成本從0.22元/m3下降到0.19元/m3。

2.4.4 成本管控措施

為處理好“規(guī)模與效益”的關(guān)系，抓住投資成本全過(guò)程“嚴(yán)管控”和全業(yè)務(wù)“重統(tǒng)籌”兩條主線，系統(tǒng)提升分析決策、資源整合、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)、成本控制等綜合能力，形成了控成本、提效益與擴(kuò)區(qū)域、增規(guī)模的良性發(fā)展態(tài)勢(shì)。在投資成本全過(guò)程管控方面，及時(shí)下達(dá)開(kāi)發(fā)方案標(biāo)準(zhǔn)井工程投資切塊控制指標(biāo)，嚴(yán)格管理工程參數(shù)和鉆完井投資調(diào)控兩級(jí)審批程序，實(shí)行“總量控制、動(dòng)態(tài)跟蹤、分級(jí)預(yù)警”，并將投資成本效益指標(biāo)納入年度提質(zhì)增效工作專(zhuān)項(xiàng)考核，確保項(xiàng)目投資成本逐年下降、效益指標(biāo)穩(wěn)步上行。在投資成本全業(yè)務(wù)統(tǒng)籌方面，以高效協(xié)同、提質(zhì)增效為核心目標(biāo)，充分利用川渝頁(yè)巖氣集中采購(gòu)的規(guī)模資源和中國(guó)石油招標(biāo)中心西南分中心、川南頁(yè)巖氣物資共享中心統(tǒng)一采購(gòu)的市場(chǎng)資源，發(fā)揮專(zhuān)業(yè)化協(xié)同降本效應(yīng)；采用集中資格招標(biāo)、框架協(xié)議招標(biāo)和批量集中招標(biāo)三種組織模式，充分挖掘市場(chǎng)降本潛力，有效降低經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步增強(qiáng)市場(chǎng)吸引力和產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。中深層頁(yè)巖氣單位EUR建設(shè)投資控制在650元/(1 000 m3)以內(nèi)，為開(kāi)發(fā)區(qū)域擴(kuò)邊提產(chǎn)奠定效益基礎(chǔ)。

2.5 穩(wěn)產(chǎn)優(yōu)化技術(shù)

為解決氣井產(chǎn)量遞減快、區(qū)塊穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間短的問(wèn)題，攻關(guān)形成了中深層頁(yè)巖氣穩(wěn)產(chǎn)優(yōu)化技術(shù)，通過(guò)實(shí)施“控制遞減、增加動(dòng)用、拓展外圍”三項(xiàng)舉措，長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)國(guó)家級(jí)頁(yè)巖氣示范區(qū)100×108m3產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)了接替穩(wěn)產(chǎn)。

2.5.1 控制遞減

優(yōu)化生產(chǎn)制度、優(yōu)選采氣工藝是頁(yè)巖氣井控制產(chǎn)量遞減的重要手段。人工裂縫長(zhǎng)期導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)證實(shí)，大壓差返排會(huì)導(dǎo)致支撐劑回流、破碎和嵌入，對(duì)氣井生產(chǎn)效果產(chǎn)生不可逆的損害。通過(guò)開(kāi)展不同加砂工藝和生產(chǎn)制度下的頁(yè)巖人工裂縫應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)[34-35]，掌握了不同條件下人工裂縫內(nèi)支撐劑回流、破碎、嵌入特征與人工裂縫導(dǎo)能力變化規(guī)律（圖5、6），明確了不同區(qū)塊臨界生產(chǎn)壓差，首次提出了控壓生產(chǎn)的理念，結(jié)合地質(zhì)工程一體化數(shù)值模擬，確定了不同開(kāi)發(fā)單元差異化的控壓生產(chǎn)方案[36-38]，氣井投產(chǎn)初期日均井口壓降可控制在0.1～0.2 MPa。為進(jìn)一步優(yōu)化氣井不同生產(chǎn)階段采氣工藝措施，開(kāi)展了不同氣體流速、不同水平段井眼軌跡以及不同開(kāi)發(fā)階段水平井氣水兩相流動(dòng)實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬研究[39]，建立了頁(yè)巖氣水平井?dāng)y液臨界氣流速模型，掌握了水平段井眼軌跡對(duì)氣水兩相管流影響規(guī)律，形成了頁(yè)巖氣水平井井筒流型預(yù)測(cè)圖版，結(jié)合氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征分析，建立了以帶壓下油管、柱塞排水采氣和平臺(tái)整體加注泡沫排水采氣技術(shù)為主的頁(yè)巖氣全周期采氣工藝技術(shù)體系。示范區(qū)內(nèi)累計(jì)實(shí)施頁(yè)巖氣采氣工藝1 713井次，累計(jì)增產(chǎn)氣量37×108m3。通過(guò)全周期采氣工藝加強(qiáng)產(chǎn)能維護(hù)，2021年示范區(qū)產(chǎn)量綜合遞減率控制在20%以下。

圖5 不同有效應(yīng)力下支撐劑回流、破碎、嵌入比例圖

圖6 實(shí)驗(yàn)前后CT掃描支撐劑運(yùn)移情況圖

2.5.2 增加動(dòng)用

為掌握不同生產(chǎn)階段頁(yè)巖儲(chǔ)層動(dòng)用狀態(tài)，綜合采用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)[40]、分子模擬[41]以及數(shù)值模擬方法[42-43]，開(kāi)展頁(yè)巖儲(chǔ)層氣、水的賦存特征與動(dòng)用程度研究，確定了頁(yè)巖儲(chǔ)層高溫高壓含水條件下的真實(shí)吸附能力，實(shí)現(xiàn)了不同開(kāi)發(fā)階段吸附氣/游離氣產(chǎn)出比例定量評(píng)價(jià)[44-45]，確定了不同滲透率頁(yè)巖基質(zhì)極限動(dòng)用距離，結(jié)合已實(shí)施井效果評(píng)價(jià)與大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，掌握了不同地質(zhì)工程單元?jiǎng)佑貌沙鲆?guī)律及剩余儲(chǔ)量[46-49]。通過(guò)進(jìn)一步開(kāi)展儲(chǔ)層精細(xì)評(píng)價(jià)與四維地應(yīng)力精細(xì)表征（圖7），建立了重復(fù)壓裂、井網(wǎng)加密以及立體開(kāi)發(fā)的選井原則（表4），優(yōu)選了重復(fù)壓裂井2口、加密井34口、立體開(kāi)發(fā)井130口。通過(guò)在示范區(qū)內(nèi)施行“重復(fù)壓裂＋井網(wǎng)加密＋立體開(kāi)發(fā)”聯(lián)動(dòng)提高儲(chǔ)量動(dòng)用程度措施，儲(chǔ)量動(dòng)用率可提高7.98%。

表4 提高儲(chǔ)量動(dòng)用程度措施選井原則表

圖7 四維地應(yīng)力重構(gòu)圖

2.5.3 拓展外圍

針對(duì)長(zhǎng)寧北部常壓區(qū)和威遠(yuǎn)次核心區(qū)，通過(guò)實(shí)施加密評(píng)價(jià)，深化儲(chǔ)層精細(xì)描述，拓展了建產(chǎn)區(qū)外圍。（圖8）通過(guò)對(duì)比長(zhǎng)寧各井區(qū)Ⅰ類(lèi)連續(xù)儲(chǔ)層參數(shù)，明確長(zhǎng)寧建產(chǎn)區(qū)北部常壓區(qū)儲(chǔ)層品質(zhì)與主體區(qū)相當(dāng)，且研究發(fā)現(xiàn)含氣飽和度并未隨壓力系數(shù)的降低而降低。北部常壓區(qū)部署的4口投產(chǎn)井井均EUR為1.33×108m3，優(yōu)于方案設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)優(yōu)化，新增建產(chǎn)面積109 km2、資源量594×108m3，預(yù)計(jì)新增穩(wěn)產(chǎn)井64口，可延長(zhǎng)穩(wěn)產(chǎn)期2年左右。在威遠(yuǎn)次核心區(qū)，嚴(yán)格控制靶體在龍11小層中下部，完成的7口井井均EUR0.85×108m3，折算為1 800 m水平段長(zhǎng)后的EUR1.01×108m3，實(shí)現(xiàn)了效益開(kāi)發(fā)。建產(chǎn)區(qū)優(yōu)化后，新增建產(chǎn)面積30 km2、資源量150×108m3，預(yù)計(jì)新增穩(wěn)產(chǎn)井超過(guò)30口，可延長(zhǎng)穩(wěn)產(chǎn)期約1年。

圖8 長(zhǎng)寧北部常壓區(qū)和威遠(yuǎn)次核心區(qū)外圍拓展圖

3 啟示

1）深化儲(chǔ)層精細(xì)描述與復(fù)雜機(jī)理認(rèn)識(shí)，探索提高采收率技術(shù)與方法，是頁(yè)巖氣井長(zhǎng)效穩(wěn)產(chǎn)的必要條件。

四川盆地頁(yè)巖氣資源潛力巨大，盡管長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)示范區(qū)已全面建成100×108m3產(chǎn)能頁(yè)巖氣大氣田，率先實(shí)現(xiàn)對(duì)中深層海相頁(yè)巖氣的規(guī)模效益開(kāi)發(fā)，但面對(duì)多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)下的復(fù)雜地質(zhì)工程條件，長(zhǎng)效穩(wěn)產(chǎn)仍面臨挑戰(zhàn)[50]：①地質(zhì)評(píng)價(jià)方面，不同區(qū)塊地質(zhì)條件存在差異，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層展布規(guī)律及儲(chǔ)量分布特征需要進(jìn)一步精細(xì)刻畫(huà)；多期構(gòu)造演化下多尺度天然裂縫地球物理響應(yīng)特征尚未明確，多級(jí)斷裂預(yù)測(cè)及綜合表征技術(shù)也有待進(jìn)一步攻關(guān)。②開(kāi)發(fā)機(jī)理方面，高溫高壓條件下氣、水微觀產(chǎn)出機(jī)理仍然不清；不同開(kāi)發(fā)階段吸附氣/游離氣動(dòng)用規(guī)律認(rèn)識(shí)仍需深化；不同支撐條件裂縫導(dǎo)流能力變化規(guī)律及傷害機(jī)理還不清楚；儲(chǔ)層條件下多組分氣體競(jìng)爭(zhēng)吸附及解吸機(jī)理尚不明確；注氣提高頁(yè)巖氣井采收率工藝制度有待優(yōu)化。

針對(duì)上述問(wèn)題，需要持續(xù)加強(qiáng)頁(yè)巖儲(chǔ)層精細(xì)評(píng)價(jià)與復(fù)雜開(kāi)發(fā)機(jī)理研究：①針對(duì)頁(yè)巖強(qiáng)非均質(zhì)性特征，通過(guò)巖心實(shí)驗(yàn)、測(cè)井評(píng)價(jià)、地球物理預(yù)測(cè)以及大數(shù)據(jù)分析等多種手段，深入多尺度天然裂縫刻畫(huà)、優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層精細(xì)評(píng)價(jià)等研究，進(jìn)一步明確優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層展布規(guī)律；②綜合運(yùn)用“實(shí)驗(yàn)＋模擬”的方法，揭示儲(chǔ)層條件下頁(yè)巖多尺度孔隙中氣、水解吸產(chǎn)出機(jī)理，進(jìn)一步深化全生命周期儲(chǔ)層動(dòng)用規(guī)律認(rèn)識(shí)；③開(kāi)展支撐縫—未支撐縫—基質(zhì)耦合開(kāi)發(fā)規(guī)律研究，定量評(píng)價(jià)不同支撐裂縫應(yīng)力敏感特征及其對(duì)氣井產(chǎn)量的影響；④開(kāi)展高溫高壓條件下多組分氣體吸附—解吸規(guī)律研究，揭示高溫高壓條件下競(jìng)爭(zhēng)吸附機(jī)理，結(jié)合地質(zhì)工程一體化模擬，確定不同注氣介質(zhì)、注氣時(shí)機(jī)、悶井時(shí)間等條件下提高采收率效果，形成注氣提高采收率技術(shù)對(duì)策。

2）突出地質(zhì)工程深度融合下的精細(xì)壓裂設(shè)計(jì)與實(shí)施，持續(xù)提升壓裂縫網(wǎng)構(gòu)建質(zhì)量，是頁(yè)巖氣提高單井產(chǎn)量的重要路徑。

現(xiàn)有水平井體積壓裂技術(shù)雖在長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣示范區(qū)實(shí)現(xiàn)了效益開(kāi)發(fā)，但在局部地質(zhì)條件復(fù)雜區(qū)，高效壓裂難度大，尤以天然裂縫發(fā)育區(qū)和高應(yīng)力區(qū)最為顯著[51]。在水力壓裂期間天然裂縫對(duì)水力裂縫的捕獲常導(dǎo)致壓裂液濾失快、液體效率低、縫內(nèi)凈壓力不足、裂縫波及體積小、支撐劑加入量少等問(wèn)題，壓裂后易形成“單一條帶狀”裂縫，資源動(dòng)用程度低。同時(shí)，隨著大量流體進(jìn)入裂縫帶，裂縫帶上正應(yīng)力降低，易激活裂縫帶發(fā)生滑移，引起套管變形或井間壓竄。對(duì)于高應(yīng)力區(qū)儲(chǔ)層，頁(yè)巖破裂壓力及裂縫延伸壓力高，難以通過(guò)提升施工排量的方式提高裂縫復(fù)雜程度和波及面積，且高應(yīng)力條件下支撐劑的嵌入與擠壓破碎更為顯著，難以構(gòu)建并維持氣井長(zhǎng)期高效生產(chǎn)所需的高導(dǎo)流能力通道。

為此，亟需開(kāi)展天然裂縫與地應(yīng)力耦合模式下水力裂縫擴(kuò)展機(jī)理與精細(xì)壓裂工藝深化研究，通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)、數(shù)值模擬、礦場(chǎng)監(jiān)測(cè)與驗(yàn)證等多種方法，揭示水力裂縫擴(kuò)展機(jī)理，明確多期構(gòu)造復(fù)雜應(yīng)力場(chǎng)環(huán)境下影響水力壓裂裂縫擴(kuò)展主控因素及影響規(guī)律，形成提高縫網(wǎng)改造效果的壓裂工藝。同時(shí)，需要開(kāi)展全生命周期套管變形防控技術(shù)攻關(guān)，通過(guò)在井位部署、鉆完井工藝、壓裂設(shè)計(jì)與實(shí)施全過(guò)程系統(tǒng)攻關(guān)套管變形機(jī)理，建立套管變形預(yù)測(cè)與綜合防控方法。此外，還需開(kāi)展頁(yè)巖氣平臺(tái)井組壓竄防治技術(shù)攻關(guān)，通過(guò)分析壓竄主控因素與影響規(guī)律，明確不同地質(zhì)工程條件下井間壓竄機(jī)制，掌握不同壓竄模式下井間壓竄對(duì)氣井EUR的影響，進(jìn)一步優(yōu)化壓裂工藝參數(shù)。通過(guò)提高壓裂改造效果、套管變形防控、井間壓竄防治的系統(tǒng)攻關(guān)與協(xié)同優(yōu)化，形成兼顧提高單井產(chǎn)量與降低井下復(fù)雜的精細(xì)壓裂技術(shù)，支撐井均EUR提升。

3）持續(xù)推進(jìn)管理變革與創(chuàng)新，進(jìn)一步完善效益開(kāi)發(fā)模式，是川南頁(yè)巖氣低成本發(fā)展的必由之路。

川南頁(yè)巖氣與北美地區(qū)相比，存在資源稟賦差異大、地表?xiàng)l件復(fù)雜、市場(chǎng)培育成熟度不高等問(wèn)題，造成開(kāi)發(fā)成本高于常規(guī)天然氣（與美國(guó)相反），且執(zhí)行管制氣的統(tǒng)一氣價(jià)，客觀上降低了頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益，阻礙了頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展和良性循環(huán)。

為此，首先需進(jìn)一步加強(qiáng)全過(guò)程投資管控，促進(jìn)多環(huán)節(jié)復(fù)算優(yōu)化。堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)適用的效益倒逼原則，依托數(shù)字化平臺(tái)工具，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程設(shè)計(jì)、合同談判、物資采購(gòu)、工程結(jié)算等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的項(xiàng)目投資實(shí)時(shí)復(fù)算，實(shí)現(xiàn)單項(xiàng)、單井、平臺(tái)、方案投資成本和效益指標(biāo)同步復(fù)算的“四級(jí)動(dòng)態(tài)預(yù)警”，求證工程參數(shù)、單井EUR與投資成本的“最優(yōu)解”。其次，需進(jìn)一步加強(qiáng)全方位增收降本，促多業(yè)務(wù)協(xié)同創(chuàng)效：①跟蹤研判政策，合理配置年度產(chǎn)量和氣價(jià)，統(tǒng)籌補(bǔ)貼申報(bào)和市場(chǎng)定價(jià)機(jī)制落地；②增強(qiáng)納稅籌劃，切實(shí)發(fā)揮財(cái)稅政策的促進(jìn)作用，節(jié)約納稅成本；③改善資產(chǎn)結(jié)構(gòu)，持續(xù)推進(jìn)資產(chǎn)輕量化和閑置資產(chǎn)調(diào)劑利用，降低資產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本；④強(qiáng)化產(chǎn)融結(jié)合，深入挖掘金融資源，增強(qiáng)協(xié)同效應(yīng)；⑤深入分析集中采購(gòu)的規(guī)模和市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，拓展市場(chǎng)降本空間，持續(xù)提升管理效益。

4 結(jié)論

1）經(jīng)過(guò)數(shù)十年的探索與實(shí)踐，西南油氣田創(chuàng)新形成了頁(yè)巖氣“三控”富集高產(chǎn)理論，建立了本土化的頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)“六大”主體技術(shù)，形成了地質(zhì)工程一體化高產(chǎn)井培育方法，創(chuàng)新了川南頁(yè)巖氣效益開(kāi)發(fā)模式，形成了中深層頁(yè)巖氣穩(wěn)產(chǎn)優(yōu)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)示范區(qū)的規(guī)模效益開(kāi)發(fā)，建成了集規(guī)模、技術(shù)、管理、綠色為一體的頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)化示范基地，對(duì)國(guó)內(nèi)非常規(guī)油氣資源高效開(kāi)發(fā)具有重要借鑒意義。

2）面對(duì)日趨復(fù)雜的勘探開(kāi)發(fā)對(duì)象，為了保障示范區(qū)中深層頁(yè)巖氣長(zhǎng)效穩(wěn)產(chǎn)，仍需持續(xù)深化儲(chǔ)層精細(xì)描述與復(fù)雜機(jī)理認(rèn)識(shí)，探索提高采收率技術(shù)與方法，加強(qiáng)地質(zhì)工程的深度融合，持續(xù)提升壓裂縫網(wǎng)構(gòu)建質(zhì)量，推進(jìn)管理變革與創(chuàng)新，進(jìn)一步完善川南頁(yè)巖氣效益開(kāi)發(fā)模式。