張明祿 吳正 樊友宏 史松群

中國石油長慶油田公司

鄂爾多斯盆地低滲透氣藏開發(fā)技術(shù)及開發(fā)前景

張明祿 吳正 樊友宏 史松群

中國石油長慶油田公司

鄂爾多斯盆地?fù)碛胸S富的天然氣資源,但是儲層隱蔽性強(qiáng)、非均質(zhì)性強(qiáng),開發(fā)難度極大。“十一五”期間,中國石油長慶油田公司通過不斷轉(zhuǎn)變發(fā)展方式,著力推進(jìn)技術(shù)攻關(guān),探索形成了低滲透氣藏效益開發(fā)建設(shè)模式,突破了水平井、致密儲層改造等提高單井產(chǎn)量的關(guān)鍵技術(shù),建成了年產(chǎn)天然氣200×108m3以上的生產(chǎn)能力,實(shí)現(xiàn)了鄂爾多斯盆地低滲透氣藏的經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)。目前長慶油田未動(dòng)用天然氣儲量規(guī)模達(dá)數(shù)萬億立方米,仍具有相當(dāng)大的開發(fā)潛力,但是這些未動(dòng)用儲量主要賦存于多薄層致密砂巖儲層中且氣水關(guān)系復(fù)雜。為了實(shí)現(xiàn)對此類儲量的經(jīng)濟(jì)有效開發(fā),提出以提高單井產(chǎn)量、提高采收率、降低開發(fā)成本為目標(biāo),并加強(qiáng)以下5個(gè)方面技術(shù)攻關(guān)的工作思路:多薄層儲層預(yù)測技術(shù)、氣水層綜合判識技術(shù)、水平井快速鉆井及分段改造技術(shù)、直井多層改造技術(shù)、提高采收率技術(shù)。還展望了該盆地的天然氣開發(fā)前景。

鄂爾多斯盆地 低滲透氣藏 經(jīng)濟(jì)有效開發(fā) 關(guān)鍵技術(shù) 提高單井產(chǎn)量 前景展望 中國石油長慶油田公司

鄂爾多斯盆地?fù)碛胸S富的天然氣資源,但是具有典型的“三低”特征(低滲透率、低壓力、低豐度),儲層隱蔽性強(qiáng),非均質(zhì)性強(qiáng),開發(fā)難度極大?！笆晃濉逼陂g,中國石油長慶油田公司(以下簡稱公司)通過不斷轉(zhuǎn)變發(fā)展方式,積極探索現(xiàn)代管理方法,著力推進(jìn)技術(shù)攻關(guān),形成了以“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、模塊化建設(shè)、數(shù)字化管理、市場化運(yùn)作”為核心的低滲透氣藏效益開發(fā)建設(shè)模式[1],突破了水平井、致密儲層改造等提高單井產(chǎn)量的關(guān)鍵技術(shù),建成了年產(chǎn)天然氣200×108m3以上的生產(chǎn)能力,并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益,實(shí)現(xiàn)了鄂爾多斯盆地低滲透氣藏的經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)。2010年公司年產(chǎn)氣量達(dá)到211×108m3,長慶氣區(qū)已經(jīng)成為我國重要的天然氣生產(chǎn)基地[2]。

1 “十一五”期間天然氣開發(fā)主要做法與成果

1.1 地球物理勘探技術(shù)不斷進(jìn)步,為氣田開發(fā)提供了有力支撐

1.1.1 儲層預(yù)測技術(shù)

對于靖邊氣田下古生界碳酸鹽巖氣藏,通過地震正演建立預(yù)測模型,利用大量的二維地震資料定性預(yù)測全區(qū)奧陶系頂部古地貌。在水平井部署區(qū),應(yīng)用三維地震拓頻及相干技術(shù),定量解釋奧陶系頂部侵蝕量,準(zhǔn)確地描述奧陶系古地貌和微構(gòu)造的空間形態(tài),為水平井部署提供依據(jù)。

對于榆林、子洲氣田下二疊統(tǒng)山西組山2段砂巖,通過已知井建立波形特征識別模式,對全區(qū)目標(biāo)砂巖進(jìn)行定性預(yù)測。在具有一定井控程度的開發(fā)區(qū)內(nèi),通過井約束地震反演,定量預(yù)測山2段砂巖厚度。在砂巖預(yù)測的基礎(chǔ)上,根據(jù)山2段砂巖與圍巖的組合特點(diǎn),將其定性為第Ⅰ類(高阻抗砂巖)AVO響應(yīng)。實(shí)際應(yīng)用中,利用地震道集中目標(biāo)反射振幅隨偏移距增大而減小來定性預(yù)測儲層的含氣性。

對于蘇里格氣田下二疊統(tǒng)下石盒子組盒8段致密砂巖,從地震資料采集、處理、解釋3個(gè)方面入手,經(jīng)過不斷探索和努力,實(shí)現(xiàn)了“模擬到數(shù)字、二維到三維、疊后到疊前、砂層到氣層”的4大轉(zhuǎn)變。①資料采集實(shí)現(xiàn)了從模擬到全數(shù)字的轉(zhuǎn)變,得到了包含完整AVO信息的地震資料;②資料處理以最大限度保持疊前動(dòng)力學(xué)信息為目的的高保真去噪處理,得到了寬頻、保真、全面的地震資料;③資料解釋從疊后阻抗反演向疊前多參數(shù)反演的轉(zhuǎn)變,實(shí)現(xiàn)了從砂體預(yù)測到氣層預(yù)測的轉(zhuǎn)變[3](圖1)。在水平井開發(fā)區(qū),進(jìn)一步開展高密度全數(shù)字三維地震,并充分發(fā)揮三維地震的優(yōu)勢,采取疊前、疊后預(yù)測相結(jié)合的思路,準(zhǔn)確預(yù)測盒8段儲層的微構(gòu)造特征并全方位描述該儲層的空間展布。在此基礎(chǔ)上,充分運(yùn)用三維可視化技術(shù)和手段,進(jìn)行水平井設(shè)計(jì)和叢式井部署,大幅度提高了三維區(qū)叢式井鉆井成功率和水平井的儲層鉆遇率。

圖1 05KF6178測線疊前反演泊松比剖面預(yù)測盒8段氣層圖

1.1.2 儲層識別技術(shù)

以高精度數(shù)控和成像、核磁測井為基礎(chǔ),以孔隙結(jié)構(gòu)和含氣性定量評價(jià)為核心,形成了致密砂巖有效儲層識別、氣水層快速判識、儲層參數(shù)精確計(jì)算、測井產(chǎn)能分級預(yù)測等技術(shù)系列,為蘇里格氣田快速上產(chǎn)提供了有力的技術(shù)支持。

①針對蘇里格氣田存在高阻產(chǎn)水、低阻出氣、氣水關(guān)系復(fù)雜的情況,綜合采用測井、氣測信息,準(zhǔn)確識別流體性質(zhì),精細(xì)解釋氣水層,為科學(xué)制訂試氣方案提供了依據(jù)[4];②針對蘇里格地區(qū)盒8段、山1段儲層孔隙類型普遍呈現(xiàn)粒間溶孔(中孔為主)、晶間孔(微孔為主)并存的雙孔隙結(jié)構(gòu)特點(diǎn),巖電關(guān)系與常規(guī)的粒間孔隙儲層存在明顯差異,提出了雙孔隙類型測井含氣飽和度解釋模型,提高了含氣飽和度解釋精度(圖2);③針對致密砂巖成巖作用強(qiáng)、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn),形成了以核磁測井為基礎(chǔ)的孔隙結(jié)構(gòu)定量評價(jià)技術(shù),為低滲透致密砂巖有效儲層劃分提供了可靠依據(jù)。

圖2 計(jì)算含水飽和度與密閉取心含水飽和度的關(guān)系圖

1.2 鉆井提速助推了氣田大規(guī)模開發(fā)

1.2.1 直井和叢式井快速鉆井技術(shù)

通過強(qiáng)化井身剖面優(yōu)化、軌跡控制及PDC鉆頭個(gè)性化設(shè)計(jì)等技術(shù)攻關(guān)研究,大幅度縮短了鉆井周期,井深3 500 m左右的直井由平均45 d縮短到15 d左右,叢式井由平均35 d降到20 d左右。

1.2.2 水平井快速鉆井技術(shù)

①優(yōu)化井身結(jié)構(gòu),取消了導(dǎo)眼,為水平井快速鉆井奠定基礎(chǔ);②優(yōu)化合理的靶前距,將剖面類型從中短半徑轉(zhuǎn)變?yōu)殚L半徑,靶前距從350 m增加到500 m,復(fù)合鉆井段達(dá)到70%以上;③從鉆頭冠狀結(jié)構(gòu)、裙部長度和刀翼數(shù)量3個(gè)方面改進(jìn),優(yōu)選出了適合地層特點(diǎn)、滿足工藝需求的優(yōu)質(zhì)高效PDC鉆頭;④不斷完善鉆井液體系,斜井段采用雙鉀鹽聚磺鉆井液體系,抑制了“雙石層”的坍塌,減少了井下復(fù)雜,克服了PDC鉆頭泥包、粘卡等難題,水平段采用無土相低傷害暫堵鉆(完)井液體系,有效地保護(hù)了儲層[5]。通過井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化、選擇合理靶前距,優(yōu)選鉆頭及不斷完善鉆井液體系等技術(shù)手段,大大縮短了鉆井周期,為水平井規(guī)模應(yīng)用提供了技術(shù)保障。

1.3 水平井技術(shù)有效地提高了“三低”氣藏單井產(chǎn)量

1.3.1 井位優(yōu)選及軌跡優(yōu)化技術(shù)

針對蘇里格氣田有效儲層較薄、連續(xù)性差的特征,充分利用三維地震資料,做好“六圖一表”(地震剖面、砂體厚度、氣層厚度、氣層頂面、底面構(gòu)造和氣藏剖面圖及靶點(diǎn)預(yù)測表),優(yōu)化水平井靶點(diǎn)設(shè)計(jì)(圖3);鉆井過程中,通過充分應(yīng)用現(xiàn)場錄井資料,對巖性、粒度、顏色實(shí)時(shí)觀察,對鉆時(shí)、氣測隨鉆分析對比等手段,精細(xì)調(diào)整井身軌跡[6]。

1.3.2 水平井儲層改造技術(shù)

針對水平井改造面臨的難題,近年來公司以提高單井產(chǎn)量和作業(yè)效率為目標(biāo),深化室內(nèi)基礎(chǔ)研究、優(yōu)化分段改造工藝、實(shí)現(xiàn)工具系列化,初步形成了以水力噴砂壓裂為主體的水平井多段壓裂改造技術(shù)體系。

1.3.2.1 研發(fā)形成了具有長慶特色的水力噴射分段壓裂技術(shù)[7]

該技術(shù)通過高速水射流射開套管和地層并形成一定深度的噴孔,流體動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓能,在噴孔附近產(chǎn)生水力裂縫,實(shí)現(xiàn)壓裂作業(yè)。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了射孔、壓裂、隔離一體化,具有適用多種完井方式(裸眼、套管、篩管)、不同儲層類型(砂巖、碳酸鹽巖)、井下管柱簡單、作業(yè)效率高等特點(diǎn)。2008年在長慶氣區(qū)第一口水平井壓裂試驗(yàn)獲得成功,壓后增產(chǎn)5倍,堅(jiān)定了蘇里格水平井開發(fā)試驗(yàn)的信心,由此引領(lǐng)了水平井分段壓裂的強(qiáng)力攻關(guān)與試驗(yàn)。但該技術(shù)在初期采用油管拖動(dòng)水力噴射多段壓裂工藝,存在壓裂段數(shù)少、井控風(fēng)險(xiǎn)大等不足,2009年又創(chuàng)新提出了水力噴砂+多級滑套實(shí)現(xiàn)不動(dòng)管柱多段壓裂的技術(shù)思路,形成了氣田不動(dòng)管柱水力噴射分段壓裂技術(shù),實(shí)現(xiàn)了從`114.3 mm套管一次壓裂3段到5段再到7段的跨越(圖4),并在`152.4mm裸眼實(shí)現(xiàn)一次壓裂10段的重大突破,2010年實(shí)施井平均壓裂7段,平均無阻流量達(dá)57.3×104m3/d,取得了較好效果。

圖3 蘇14-7-41H2井區(qū)盒8段氣層剖面及軌跡設(shè)計(jì)示意圖

圖4 不動(dòng)管柱水力噴射分段壓裂施工管串示意圖

1.3.2.2 裸眼封隔器分段壓裂技術(shù)[8-9]

為進(jìn)一步探索水平井分段壓裂技術(shù),積極開展對外合作,引進(jìn)了裸眼封隔器分段壓裂技術(shù),通過消化、吸收,自主研發(fā)了裸眼封隔器分段壓裂工具。2010年,在蘇里格氣田規(guī)模應(yīng)用裸眼封隔器分段壓裂井平均試氣井口產(chǎn)量11.2×104m3/d,總體實(shí)施效果較好。

截至2010年底,蘇里格氣田完鉆水平井平均水平段長929 m,砂巖鉆遇率為82.3%,有效儲層鉆遇率為60.5%。投產(chǎn)井初期產(chǎn)量達(dá)7.8×104m3/d,預(yù)測單井配產(chǎn)5.0×104m3/d可以穩(wěn)產(chǎn)3年,最終累計(jì)采氣量7 000×104m3以上。

1.4 不斷完善不同類型氣藏地面集輸模式

根據(jù)不同氣藏的儲層物性特征、氣井生產(chǎn)特點(diǎn)、氣質(zhì)狀況和開發(fā)區(qū)域地形、地貌特點(diǎn),優(yōu)化、簡化了地面工藝流程。形成了以靖邊、榆林、蘇里格氣田為代表的3種地面集輸模式[10]:①靖邊氣田采用以多井高壓集氣、集中注醇等“三多三簡”的開發(fā)地面配套工藝技術(shù);②榆林氣田采用以“節(jié)流制冷、低溫分離、高效聚結(jié)、小站脫烴”為主體技術(shù)的地面集輸工藝;③蘇里格氣田是以“井下節(jié)流、井口不加熱、不注醇、中低壓集氣、井間串接”等為核心技術(shù)的“中低壓集氣模式”。近年來,又創(chuàng)新發(fā)展了蘇里格氣田數(shù)字化集氣站管理新模式,實(shí)現(xiàn)了中心站少量值班人員管理多座無人值守?cái)?shù)字化集氣站,達(dá)到了“三減少、兩提高”的目的。三減少:減少站場生產(chǎn)定員50%以上,集氣站面積減少20%,減少水、電、氣消耗,降低運(yùn)行成本;兩提高:一是由中心管理站對集氣站集中監(jiān)視、控制,提高管理、調(diào)度的效率,二是提高氣田管理水平和生產(chǎn)運(yùn)行安全保障能力。

1.5 深化氣田生產(chǎn)管理,夯實(shí)調(diào)峰供氣基礎(chǔ)

然而,蠕蟲狀鏈模型也存在一些不足.由于蠕蟲狀鏈用投影長度來表示分子鏈尺寸,看上去沒有用到統(tǒng)計(jì)單元數(shù)的統(tǒng)計(jì)關(guān)系,統(tǒng)計(jì)單元的多寡僅影響其投影的長度,不影響計(jì)算結(jié)果,因此可用于描述那些因統(tǒng)計(jì)單元數(shù)不足而無法用等效自由結(jié)合鏈來處理的分子鏈.但實(shí)際上,不斷投影取最后的投影長度的方法也是統(tǒng)計(jì)的結(jié)果.這種暗含式的統(tǒng)計(jì)處理方法很隱蔽,使人們在將其運(yùn)用到剛性鏈時(shí)沒有覺得有什么不妥.

氣田生產(chǎn)受下游用戶需求變化的影響極大,在目前儲氣庫建設(shè)滯后的情況下,公司以“保民生、保穩(wěn)定”為宗旨,采取以下措施,初步構(gòu)建了應(yīng)急調(diào)峰機(jī)制,確保了安全平穩(wěn)供氣。

①努力推進(jìn)天然氣一體化系統(tǒng)工程。對蘇里格氣田穩(wěn)定生產(chǎn)、穩(wěn)定供氣,靖邊、榆林氣田高產(chǎn)井在夏季實(shí)施保護(hù)性開采,確保其調(diào)峰能力;加快靖邊南區(qū)產(chǎn)能建設(shè),建設(shè)一定規(guī)模的調(diào)峰產(chǎn)能。②加大氣藏、氣井管理力度,降低氣藏非均衡開采程度。以氣藏開發(fā)單元管理為基礎(chǔ)[2],進(jìn)一步完善氣田開發(fā)動(dòng)態(tài)監(jiān)測體系,研究井間、層間、區(qū)塊間連通關(guān)系和不同區(qū)域動(dòng)態(tài)儲量規(guī)模,掌握氣藏剩余儲量的分布規(guī)律和可動(dòng)用性,不斷修正和完善氣藏動(dòng)態(tài)地質(zhì)模型,及時(shí)提出調(diào)整挖潛措施。與此同時(shí),通過排水采氣、噴射引流等手段提高低壓、低產(chǎn)氣井的開井時(shí)率,降低中、高產(chǎn)井的生產(chǎn)負(fù)荷,保護(hù)氣井調(diào)峰產(chǎn)能。③開展氣田生產(chǎn)大調(diào)查工作,科學(xué)安排生產(chǎn)計(jì)劃。分新井和老井兩個(gè)層面逐井落實(shí)生產(chǎn)能力。對于新井,按月編制投產(chǎn)運(yùn)行大表,逐井落實(shí)投產(chǎn)時(shí)間,在實(shí)施過程中,優(yōu)先考慮能進(jìn)系統(tǒng)的井,最大限度地發(fā)揮新井作用;對于老井,采用多種氣藏工程方法核實(shí)氣井產(chǎn)能。同時(shí)調(diào)查氣田采氣、集輸、凈化處理系統(tǒng),尋找制約氣井產(chǎn)能發(fā)揮的主要因素。④充分利用數(shù)字化管理的優(yōu)勢,加強(qiáng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)主要參數(shù)的監(jiān)控,對重點(diǎn)氣井及集輸管線系統(tǒng)實(shí)行全天候監(jiān)控,及時(shí)調(diào)整氣井、集氣站、處理廠、管線的生產(chǎn)運(yùn)行狀況。

2 開發(fā)前景展望

目前長慶氣區(qū)未動(dòng)用儲量規(guī)模達(dá)數(shù)萬億立方米,仍具有相當(dāng)大的開發(fā)潛力,但是這些未動(dòng)用儲量主要賦存于多薄層致密砂巖儲層中且氣水關(guān)系復(fù)雜,開發(fā)難度將會進(jìn)一步加大。為確?！笆濉逼陂g建成年產(chǎn)350×108m3的生產(chǎn)能力,下一步必須以提高單井產(chǎn)量、提高采收率、降低開發(fā)成本為目標(biāo),重點(diǎn)開展以下科研工作:

1)拓展高密度、寬方位三維地震技術(shù)和多方位井中地震技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。進(jìn)一步開展巨厚低降速帶區(qū)和流沙區(qū)的地震采集方法攻關(guān),優(yōu)化現(xiàn)有采集參數(shù),提高地震子波一致性,拓寬地震原始資料頻帶,提高主頻。加強(qiáng)地表一致性處理、疊前多域高保真去噪方面的處理方法研究,最大限度地提高地震資料目標(biāo)層附近的成像質(zhì)量。繼續(xù)以有效儲層預(yù)測為目的,完善現(xiàn)有儲層預(yù)測技術(shù)系列,采用疊前與疊后預(yù)測相結(jié)合的思路,深化三維地震微構(gòu)造形態(tài)和儲層空間展布的研究,為水平井部署和設(shè)計(jì)提供更準(zhǔn)確和更直接的依據(jù)。

2)優(yōu)選測井系列組合,加強(qiáng)氣水層綜合判識技術(shù)聯(lián)合攻關(guān),在氣層分類的基礎(chǔ)上,深化加權(quán)儲能系數(shù)的產(chǎn)能預(yù)測方法,建立不同地區(qū)氣井分類標(biāo)準(zhǔn),提高測井解釋精度。

3)開展大斜度井段及水平段PDC鉆頭試驗(yàn)、長泥巖段鉆井工藝技術(shù),進(jìn)一步縮短水平井鉆井周期;加強(qiáng)儲層認(rèn)識,深化壓裂液傷害機(jī)理、多層系裂縫壓裂擴(kuò)展規(guī)律等基礎(chǔ)理論研究,完善不動(dòng)管柱水力噴砂及裸眼封隔器分壓工藝,實(shí)現(xiàn)10段以上水平井壓裂目標(biāo),引進(jìn)水力橋塞+射孔分段壓裂技術(shù);加強(qiáng)分支水平井、長水平段井等特殊工藝井試驗(yàn),進(jìn)一步提高儲量動(dòng)用程度,提高采收率。

5)強(qiáng)化氣藏精細(xì)描述,查明剩余儲量分布狀況,以經(jīng)濟(jì)合理為目標(biāo),優(yōu)化開發(fā)井網(wǎng);加強(qiáng)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)跟蹤分析,針對不同生產(chǎn)階段的氣井,確立合適的生產(chǎn)制度及有效的排水采氣工藝;不斷探索新方法以降低氣井廢棄條件。

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Technologiesand prospects of the development of low-permeability gas reservoirs in the Ordos Basin

Zhang M inglu,W u Zheng,Fan Youhong,Shi Songqun
(Changqing Oilf ield Com pany,PetroChina,Xi’an,Shaanxi 710021,China)

NATUR.GAS IND.VOLUM E 31,ISSUE 7,pp.1-4,7/25/2011.(ISSN 1000-0976;In Chinese)

There is rich natural gas resources in the O rdos Basin,w here the concealed reservoirs w ith strong heterogeneity w ill be a great challenge for the gas development.During the"Eleventh Five-Year Plan"of the PetroChina Changqing Oilfield Company,the development pattern has been adjusted acco rdingly;technical difficulties have been tackled;cost-effective exp loitation of low-permeability gas reservoirs hasachieved success,and the key technical bottlenecks have been eased in imp roving the per-well p roductivity by horizontal well technology and stimulationmeasures fo r tight gas reservoirs.As a result,the Changqing gas zone hasobtained its annual gas p roduction capacity of over 20 billion m3,w hich realizes the economic and highly effective development of low-permeability gas reservoirs in the O rdos Basin.However,the Changqing Oilfield Company hasmore than one trillion m3of non-p roducing gas reserves to be exp loited in tight sand reservoirs w ith multip le thin layers and w ith a comp lex gas-water relationship.To achieve the cost-effective development of such difficult-to-p roduce gas reserves,we p resent our main goals of enhancing the EOR and per-well p roductivity and reducing the development cost and also pointout that technical p roblems should be solved in five aspects:fo recastof gas reservoirsw ith multip le thin beds,comp rehensive identification between gas and water layers,the ROP imp rovement in horizontal wells and multi-stage fracture treatment,multi-layer reservoir stimulation by vertical wells,and EOR enhancement.

O rdos Basin,low-permeability gas reservoir,development technology,p rospect fo recast,PetroChina,Changqing

張明祿等.鄂爾多斯盆地低滲透氣藏開發(fā)技術(shù)及開發(fā)前景.天然氣工業(yè),2011,31(7):1-4.

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2011.07.001

張明祿,1963年生,教授級高級工程師,博士;1984年畢業(yè)于原華東石油學(xué)院,2004年獲西北大學(xué)博士學(xué)位;主要從事油氣田開發(fā)研究和管理工作,現(xiàn)任中國石油長慶油田公司總地質(zhì)師。地址:(710021)陜西省西安市長慶興隆園小區(qū)。電話: (029)86591593。E-mail:zm l_cq@petrochina.com.cn

2011-05-09 編輯 趙 勤)

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2011.07.001

Zhang M inglu,p rofesso r of senior engineer,bo rn in 1963,graduated from East China Petroleum Institute in 1984,and obtained his Ph.D degree from No rtheast China University in 2004.He ismainly engaged in research and management of oilfield development.

Add:Xinglongyuan Residential A rea,Xi’an,Shaanxi 710021,P.R.China

Tel:+86-29-8659 1593 E-mail:zm l_cq@petrochina.com.cn