天然氣高效開發技術的研究與展望

賀健(延長氣田采氣五廠，陜西 延安 716000)

0 引言

在近年來的能源消費和供給中，由于生態環境污染、全球氣候變暖、能源消費需求增大以及石油價格上漲等多種因素的影響，使得作為一種重要清潔能源的天然氣受到了日益廣泛關注和重視。由于天然氣在低碳環保以及綠色潔凈和低污染等方面具有的顯著優勢，使天然氣已經成為了非常重要的一種能源。從實際的經濟效益和社會效益來看，天然氣的廣泛使用在社會經濟、環境保護等方面都顯示了重大意義，因而目前在全球范圍內已經掀起了開發和利用天然氣的熱潮[1]。我國擁有非常豐富的天然氣資源，在天然氣的開發和利用方面具有很大的發展潛力和廣闊的前景。在這種情況下，近年來我國天然氣的開發量也呈現出了逐年上漲的良好發展態勢。從充分滿足社會經濟發展的能源需求和人民大眾日常能源消費需求的角度來講，為了更好地保障天然氣的穩定和不間斷供應，不斷推進天然氣的高效開發已經刻不容緩。同時，隨著天然氣在社會資源中應用比重的不斷提升，我國天然氣開發技術也在不斷實現提升和取得突破[2]。通過不斷推動當前天然氣開發技術發展創新和優化升級，來不斷提升天然氣的開發效率和降低天然氣的開發成本，日益成為當前和今后天然氣開發利用的重要發展方向。

1 當前主要的天然氣開發技術

作為存在于自然界當中的一種天然性氣體，天然氣是儲藏于地層中的烴類和非烴類的氣體混合物。從我國天然氣開發技術的發展歷程來看，主要形成了以碳酸鹽巖氣藏開發、高含硫氣藏開發、致密砂巖氣藏開發、低滲透氣藏開發為代表的一系列開發技術，這些技術均在一定條件下天然氣的開發中發揮了重要作用[3]。

1.1 碳酸鹽巖氣藏開發技術

早在20世紀五六十年代的時候，我國就已經開始了對三疊系和二疊系小型氣田的開發工作。到了20世紀70年代左右，一些中型和大型的油田也逐步開始進行開發，在此帶動下我國的天然氣產量在2004年突破100億立方米。碳酸巖石裂縫性氣藏開發配套技術，就是在這個長期的天然氣開發開采過程中形成的。在碳酸鹽氣藏開發過程中，其天然氣開發技術的應用是通過兩個方面實現的：首先是基于對地下碳酸鹽分布情況的充分勘察，從而實現對地下天然氣的開采和綜合利用；其次是借助進行碳酸鹽層的局部覆蓋調節，來實現對地下天然氣層的開發利用[4]。

1.2 高含硫氣藏開發技術

我國高含硫氣藏資源的儲量是非常豐富的，目前在這方面已經探明的高含硫天然氣儲量累計已經超過10 000 億立方米。從2000年開始，我國圍繞四川盆地川東北地區羅家寨、龍崗等高含硫氣田以及海外阿姆河右岸高含硫氣藏的開發，在技術研發平臺建設以及技術攻關和實踐生產等方面進行了大量工作，并于2010年建成了國內首個高含硫氣藏開采先導試驗基地，該基地的建設達到了國際先進水平[5]。在隨后的2013年，我國又組建了國家能源高含硫氣藏開采研發中心，進一步發展和完善了我國高含硫氣藏開發配套的技術系列。從我國高含硫氣藏開發技術的發展歷程來看，它是在四川盆地多年開發中低含硫氣田技術集成和經驗的基礎上，通過學習和借鑒國外對高含硫氣藏開發的先進技術，并通過不斷的生產實踐和持續的技術攻關而逐漸發展起來的，基本形成了能夠充分滿足我國高含硫氣藏開發需要的氣藏工程技術、鉆完井工程技術、采氣工程技術以及天然氣凈化技術和安全環保技術等開發配套技術系列。

1.3 致密砂巖氣藏開發技術

目前，在我國天然氣的總年產量中，致密砂巖氣藏天然氣的產量已經占到了20%左右?？梢哉f，在我國的天然氣供應中，致密砂巖氣藏天然氣已經成為一支重要力量，并將繼續成為我國今后天然氣儲量和產量增長的重要亮點。而且從目前探明的儲量和現有技術實力來說，致密砂巖氣藏也是今后我國最具開發意義和現實價值的非常規天然氣領域[6]。在川西坳陷致密砂巖氣藏的開發中，在鉆井、完井中采取有效的措施保護天然裂縫，以屏蔽式暫堵技術思想為指導對地下裂縫參數變化規律進行研究，并在此基礎上建立了適用于裂縫性儲集層特點的鉆井、完井保護技術方案，促進了川西深層致密砂巖氣藏、鄂爾多斯盆地大牛地氣田的天然氣開發，在實踐運用中取得了非常顯著的經濟效益和社會效益。

1.4 低滲透氣藏開發技術

在對低滲透類天然氣部分進行開發的過程中，主要需要關注的是要注重結合低層氣體滲透的實際狀況，將地下蘊藏的天然氣通過使用大傾斜井下開發技術進行開發開采[7]。然后對所獲得的天然氣，再運用逐層運輸的方法將之運輸到地面上來。這是在低滲透氣藏天然氣實際開發和應用過程中，比較便捷和得到廣泛應用的一種天然氣開發技術。通過這方面的技術的成功應用，我國相繼實現了以靖邊氣田為代表的低滲透碳酸鹽巖氣藏，以及以榆林氣田為代表的低滲透砂巖氣藏的開發。近年來，相關技術部門通過不斷轉變發展方式和著力推進技術攻關，不斷推動鄂爾多斯盆地低滲透氣藏開發水平的發展提升。

2 天然氣高效開發技術的發展方向探析

對于天然氣的開發來說，需要針對不同的天然氣藏具體特征和實際條件，選擇使用適合的開采技術進行開發，才能夠真正實現對天然氣的高效開發[8]。因此，在天然氣實際開發中需要對氣藏的具體狀況有充分的認識，在此基礎上采用適合的高效開發技術才能夠更好地實現天然氣開發的高產。從目前天然氣高效開發技術的發展情況來看，根據不同的天然氣藏而發展起來的注入二氧化碳技術、天然氣噴射引流技術以及水平井改造技術，將成為今后實現天然氣高效開發的技術發展方向。

2.1 注入二氧化碳提高天然氣采收率的技術

在天然氣藏中注入二氧化碳，并通過封存二氧化碳來對氣藏中的天然氣進行采收的技術，被稱為注入二氧化碳技術。注入二氧化碳技術的主要工作原理，首先就是將發電廠或者工廠氣體排放煙道中的CO2氣體進行壓縮后，然后將壓縮后的CO2氣體輸入到天然氣田注入到氣藏之中，這樣既能夠達到封存CO2的目的，也能夠達到提升氣藏中地層壓力的效果，從而以此來驅動其中的天然氣而實現開發利用，這樣可以在很大程度上提高天然氣的采收率。從天然氣藏的開發程度方面來說，驅動天然氣氣藏的方式通常主要有自然應力驅動和水驅動兩種驅動方式。其中，對于使用水驅動天然氣藏的方式來說，能夠通過保持一定的氣藏壓力實現天然氣產量的穩定，而且還可以有效控制底水和邊水的入侵。但是對于臨近衰竭的氣藏來說，由于它相比于油藏有更大的儲存空間，因而能夠通過注入二氧化碳技術的應用存儲更多的CO2氣體。這是因為天然氣氣藏具有較為完整的地質結構以及圈閉，這使得它能夠很好地阻止CO2氣體的外溢。同時，由于這樣的氣藏通常具有較完整的天然氣生產記錄，所以其在表征和理解地質儲層結構方面也具有一定的優勢，這都為注入二氧化碳提高天然氣采收率提供了很好的使用條件。

2.2 低壓天然氣井的噴射引流提高天然氣采收率的技術

通過天然氣田的高壓氣井來帶動低壓氣井，以不利用外界能源的方式實現天然氣生產的技術，被稱為天然氣井噴射引流技術。從這項技術的運行原理來看，在高壓氣井的作用下低壓天然氣會被吸入到混合段，低壓天然氣和高壓天然氣混合到一起之后會具有一定的運動速度而能夠產生流動，最后在進入擴壓段完成升壓之后實現天然氣的生產運輸作業[9]。由于在低壓天然氣井的噴射引流技術運作過程中不需要由外界提高動力，因此在這些技術運行過程中不需要動力裝置，所以其噴射裝置也比較穩定，整體上的結構比較簡單，整個過程操作起來也非常方便，而且加工成本也比較低，因而在實踐運用上具有很大的可行性。從大量的現場實踐生產中的實際應用證明，利用天然氣噴射裝置所實現的低壓天然氣井噴射引流技術，能夠利用高壓井的自身能量實現低壓井的生產，這個技術方案具有現實可行性。這項技術具有成本較低和綜合效益較好的顯著優勢，在實踐生產中具有很好的推廣應用價值。

2.3 水平井改造提高天然氣采收率的技術

在儲集層中呈水平狀態軌跡的井通常被稱為水平井。在水平井技術實施的過程中，主要采用鉆井地質導向追蹤法，并在對儲集層進行預測的基礎上，根據地層構造和相關隨鉆資料對施工區域情況有一個全面的認識。然后，對水平井井眼軌跡通過準確計算進行密切監控，定向方案和施工措施根據檢測信息進行及時調整和優化，最終達到天然氣生產量的高效開發。對于適合用進行水平井開發的天然氣氣田，可以采用水平井改造技術來實現對天然氣進行高效開發的目的。為了確保儲層鉆遇率，在水平井技術的實施過程中，可以采用鉆井地質導向跟蹤的方法。同時，在技術應用中對天然氣儲層以及儲量分布情況，可以通過應用三維地震資料來進行準確的刻畫，從而在此基礎上能夠進一步實現對水平井井位、入靶點以及水平井段長度和軌跡長度等方面的優化設計[10]。在水平井技術的規模應用過程中，通過以上這些優化措施能夠在很大程度上實現天然氣水平井產量的提升，從而達到對天然氣實現高效開發的目的。

3 天然氣高效開發技術進展與展望

當前，社會發展對于天然氣需求持續旺盛，逐步呈現出以發電氣、工業燃料氣、城市燃氣及交通運輸氣為主體的消費結構多元化。在這種背景和天然氣高效開發的需求下，深層碳酸鹽巖氣藏開發技術、深層致密砂巖氣藏群開發技術、大面積低豐度氣藏開發井網優化技術、致密氣藏提高采收率配套技術等技術不斷取得進展。在深層碳酸鹽巖氣藏開發技術發展方面，目前針對四川盆地龍王廟組、燈影組氣藏巖溶儲層非均質性強、氣水分布復雜的特點，形成了高產井布井技術、裂縫-孔洞型有水氣藏開發優化技術、大斜度井/水平井叢式井組開發技術等多項主體開發技術。在深層致密砂巖氣藏群開發技術發展方面，針對塔里木盆地大北—克深多斷塊氣藏儲層，發展了以構造建模為核心的氣藏描述技術、以垂直鉆井系統國產化為核心的快速鉆井技術、以縫網壓裂為核心的儲層改造技術、以超高壓壓力測試為核心的開發優化技術、突破超高壓氣井投撈式壓力測試技術等多項主體開發技術。在致密氣藏提高天然氣采收率的配套技術發展方面，目前結合地質條件、氣藏工程和改造工藝形成了一系列配套技術，可以將天然氣的采收率在井網優化的基礎上進一步提升5%～8%。

從目前我國天然氣開發現狀來看，隨著新增探明儲量結構的變化導致開發的難度不斷加大。同時，隨著主力氣田相繼進入穩產期，技術攻關的一個主要方向將是穩產和提高采收率，也就是要不斷追求實現天然氣的高效開發。因此，相關人員在開展天然氣開發工作的過程中，要重視加強技術研發和攻關來不斷進行開發技術的優化升級，不斷提高天然氣開發質量實現天然氣的高效開發。