趙文智 賈愛林 王 坤 高 陽 位云生 黃福喜

（中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院）

國(guó)家高度重視天然氣發(fā)展，近年來相繼出臺(tái)政策引導(dǎo)，幾大油公司積極響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，持續(xù)保持天然氣勘探開發(fā)高投入，針對(duì)非常規(guī)、深層、碳酸鹽巖、前陸沖斷帶及火山巖等復(fù)雜勘探開發(fā)對(duì)象，不懈攻關(guān)，形成了適用配套的勘探開發(fā)理論和技術(shù)體系，使低品位、非常規(guī)天然氣資源得到規(guī)模效益開發(fā)?！笆濉逼陂g，累計(jì)新增探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量5.21×1012m3，年均新增1.04×1012m3；2020年中國(guó)天然氣產(chǎn)量為1925×108m3，“十三五”期間天然氣年均產(chǎn)量為1628×108m3，與過去10年平均水平相比增長(zhǎng)66%。天然氣新增地質(zhì)儲(chǔ)量和產(chǎn)量均展現(xiàn)出快速發(fā)展的勢(shì)頭。本文對(duì)“十三五”以來中國(guó)天然氣勘探開發(fā)理論技術(shù)進(jìn)展作了概要梳理，對(duì)未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望，以期為讀者了解中國(guó)天然氣總體發(fā)展形勢(shì)提供參考。

1 “十三五”天然氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀

中國(guó)天然氣資源十分豐富，但資源品質(zhì)總體偏差，表現(xiàn)為低豐度和低品位天然氣資源占比較高，氣藏相對(duì)復(fù)雜且埋深較大。據(jù)中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱中國(guó)石油）2016年第四次油氣資源評(píng)價(jià)結(jié)果，中國(guó)天然氣地質(zhì)資源量為363×1012m3，可采資源量為138×1012m3。其中，常規(guī)天然氣地質(zhì)資源量約為78×1012m3，非常規(guī)天然氣資源量為285×1012m3，是常規(guī)天然氣資源總量的3.6倍?！笆濉逼陂g，新增天然氣探明地質(zhì)儲(chǔ)量主要集中在低滲透致密砂巖、碳酸鹽巖和頁巖氣等領(lǐng)域，形成4個(gè)萬億立方米儲(chǔ)量區(qū)，包括鄂爾多斯盆地蘇里格、塔里木盆地庫(kù)車、四川盆地安岳和川南地區(qū)。其中，蘇里格氣區(qū)含氣面積超過1.5×104km2，累計(jì)探明地質(zhì)儲(chǔ)量超過2×1012m3，有效砂體疊合連片，呈現(xiàn)大面積連續(xù)成藏特征；庫(kù)車氣區(qū)含氣面積近700km2，克拉—克深構(gòu)造帶新發(fā)現(xiàn)氣藏6個(gè)，累計(jì)發(fā)現(xiàn)氣藏17個(gè)，累計(jì)探明地質(zhì)儲(chǔ)量1.06×1012m3；安岳地區(qū)震旦系燈二段、燈四段勘探持續(xù)突破，新增天然氣探明地質(zhì)儲(chǔ)量4893×108m3，累計(jì)探明地質(zhì)儲(chǔ)量1.15×1012m3；川南頁巖氣區(qū)在長(zhǎng)寧、威遠(yuǎn)、昭通3個(gè)區(qū)塊新增探明含氣面積1369km2，累計(jì)探明地質(zhì)儲(chǔ)量1.06×1012m3，資源呈垂向上甜點(diǎn)段集中、平面上大面積連續(xù)分布特點(diǎn)。

中國(guó)石油作為我國(guó)油氣最主要生產(chǎn)商，“十三五”期間天然氣產(chǎn)量保持快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，2020年天然氣產(chǎn)量達(dá)到1250×108m3，折合油當(dāng)量近1×108t。長(zhǎng)慶、西南、塔里木和青海4大氣區(qū)是產(chǎn)量增長(zhǎng)主體，2020年天然氣產(chǎn)量超過1100×108m3，占公司天然氣總產(chǎn)量的88%。中國(guó)石油化工集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱中國(guó)石化）堅(jiān)持多類型天然氣探索，呈現(xiàn)出海相常規(guī)氣快速發(fā)展、頁巖氣跨越式發(fā)展、致密氣優(yōu)化發(fā)展的良好態(tài)勢(shì)，“十三五”期間累計(jì)新增探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量1.02×1012m3，2020年天然氣產(chǎn)量為303×108m3，其中頁巖氣產(chǎn)量為84.6×108m3[1]。中國(guó)海洋石油集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱中國(guó)海油）堅(jiān)持尋找大中型油氣田勘探理念，發(fā)現(xiàn)了渤中19-6和渤中13-2兩個(gè)億噸級(jí)氣田（凝析氣田），2020年天然氣產(chǎn)量達(dá)到198.8×108m3[2]。

2 天然氣勘探理論與技術(shù)新進(jìn)展

中國(guó)天然氣勘探在70余年發(fā)展中經(jīng)歷了3個(gè)階段：1949—1969年為探索準(zhǔn)備階段，天然氣年均新增探明地質(zhì)儲(chǔ)量?jī)H為50×108m3左右；1970—1999年為起步發(fā)展階段，天然氣年均新增探明地質(zhì)儲(chǔ)量由300×108m3增加到1500×108m3；從2000年至今為快速增長(zhǎng)階段，天然氣年均新增探明地質(zhì)儲(chǔ)量由5000×108m3增加到1×1012m3以上（圖1）。

圖1 中國(guó)天然氣勘探地質(zhì)理論技術(shù)發(fā)展與天然氣新增探明地質(zhì)儲(chǔ)量增長(zhǎng)歷程圖

天然氣勘探地質(zhì)理論和技術(shù)在持續(xù)科技攻關(guān)和勘探實(shí)踐中得到不斷完善和發(fā)展。天然氣生烴理論實(shí)現(xiàn)了從油型氣理論、煤成氣理論到接力生氣理論和全過程生烴理論的持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展。煤成氣理論的出現(xiàn)，讓找氣勘探跳出油型氣與油共生的范圍，天然氣成藏理論獲得升華和完善；有機(jī)質(zhì)接力生氣理論推動(dòng)勘探領(lǐng)域從以往的“液態(tài)窗”黃金帶拓展到熱演化高成熟—過成熟層系，找氣范圍實(shí)現(xiàn)規(guī)模擴(kuò)展，奠定了中國(guó)海相天然氣勘探找氣的理論基礎(chǔ)；全過程生烴模式的提出，提升了深層天然氣勘探潛力。天然氣勘探地質(zhì)認(rèn)識(shí)圍繞背斜氣藏、地層巖性氣藏、致密砂巖氣藏、前陸沖斷帶復(fù)雜構(gòu)造氣藏、古老碳酸鹽巖氣藏與非常規(guī)氣藏等領(lǐng)域不斷創(chuàng)新，是有力推動(dòng)天然氣探明地質(zhì)儲(chǔ)量跨越式增長(zhǎng)的動(dòng)力?！笆濉逼陂g，創(chuàng)新形成的古老碳酸鹽巖“四古”控藏理論、前陸沖斷帶“被垛式富灶+構(gòu)造抽吸富集”天然氣成藏理論和頁巖氣“三高一保一適中”富集成藏理論，推動(dòng)了四川盆地安岳、塔里木盆地庫(kù)車和川南頁巖氣3個(gè)萬億立方米大氣區(qū)的發(fā)現(xiàn)和探明。

2.1 古老碳酸鹽巖“四古”控藏理論

深層和超深層古老碳酸鹽巖氣藏是中國(guó)天然氣勘探最重要的勘探領(lǐng)域，海相碳酸鹽巖地層在塔里木盆地、鄂爾多斯盆地和四川盆地廣泛分布。“十三五”期間，四川盆地安岳氣田累計(jì)探明地質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)萬億立方米以上，近期又在古隆起北部斜坡區(qū)取得了重大勘探突破。在此過程中，中國(guó)石油創(chuàng)新提出了古老碳酸鹽巖“四古”控藏理論，即“古裂陷槽控源、古臺(tái)緣帶控儲(chǔ)、古隆起控圈與古地理背景控規(guī)?！保瑸榘苍来髿馓锏某晒Πl(fā)現(xiàn)和古隆起北部斜坡區(qū)天然氣勘探獲得新突破提供了重要的理論支撐。

（1）裂陷槽內(nèi)發(fā)育有規(guī)模的高效烴源灶，確保了天然氣充注的充分性。震旦紀(jì)發(fā)生在上揚(yáng)子板塊的桐灣運(yùn)動(dòng)在早期表現(xiàn)為伸展構(gòu)造作用，在四川盆地發(fā)育大致呈南北向展布的裂陷槽地（圖2），槽內(nèi)表現(xiàn)為欠補(bǔ)償沉積，控制了其后寒武系筇竹寺組優(yōu)質(zhì)烴源巖分布。該套烴源巖巖性以黑色—深灰色泥巖、頁巖為主，厚度為150～ 500m，有機(jī)碳豐度高，TOC含量為0.5%～ 5.0%，平均值為1.98%[3]，為安岳寒武系龍王廟組大氣田的形成提供了充足氣源。

（2）古臺(tái)緣帶發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集體，確保了成藏的規(guī)模性。在古裂陷槽東西兩側(cè)高壘帶形成古臺(tái)緣，發(fā)育多套大面積分布的丘灘體和槽內(nèi)緣殘丘（圖2）。震旦系燈影組灘體以藻疊層云巖、藻凝塊云巖、藻砂屑云巖為主，寒武系龍王廟組灘體則以細(xì)—中晶顆粒白云巖為主。桐灣期和加里東期發(fā)生的溶蝕淋濾作用，形成了眾多不規(guī)則溶孔、溶洞及裂縫，為天然氣成藏提供了有效儲(chǔ)集空間。

圖2 四川盆地震旦系燈四段巖相古地理圖（據(jù)文獻(xiàn)[4-5]修改）

（3）古隆起控制油氣運(yùn)移和聚集，確保成藏的優(yōu)質(zhì)性。高石梯—磨溪地區(qū)構(gòu)造演化經(jīng)歷了3個(gè)主要階段，分別是桐灣運(yùn)動(dòng)克拉通內(nèi)裂陷形成期、震旦紀(jì)—寒武紀(jì)高石梯—磨溪古隆起形成與加強(qiáng)期，以及二疊紀(jì)—現(xiàn)今古隆起弱改造定型期。因此，高石梯—磨溪古隆起為桐灣期形成的繼承性古隆起，龍王廟組沉積前震旦系燈影組頂面最大閉合面積達(dá)到3×104km2，現(xiàn)今震旦系燈影組頂面最大閉合面積達(dá)7000km2，閉合高度為570m[6]，是一長(zhǎng)期繼承性發(fā)育的大型構(gòu)造—地層巖性圈閉，為長(zhǎng)期油氣運(yùn)移聚集提供了有利場(chǎng)所。

（4）古地理背景控制源—儲(chǔ)—圈大面積有效配置，確保了成藏范圍與規(guī)模。一是構(gòu)造背景控制盆地級(jí)裂陷槽分布，控制震旦系陡山沱組和寒武系筇竹寺組兩套烴源巖規(guī)模分布。天然氣源巖定年與混源比計(jì)算表明，除筇竹寺組作為主力烴源巖層外，陡山沱組烴源巖對(duì)川中古隆起天然氣的成藏富集也有較大貢獻(xiàn)。二是沉積背景控制臺(tái)緣帶展布，控制了規(guī)模儲(chǔ)層分布。震旦系發(fā)育海盆（海槽）—斜坡（陡坡）—臺(tái)緣—臺(tái)地完整沉積相序，臺(tái)緣帶沿古裂陷兩側(cè)規(guī)模分布，臺(tái)緣丘灘體儲(chǔ)層呈大面積展布，燈二段、燈四段臺(tái)緣有利分布面積接近2.1×104km2。三是構(gòu)造和沉積背景控制了復(fù)合型圈閉發(fā)育且大范圍分布，控制大規(guī)模成藏分布。安岳氣田目前已累計(jì)提交天然氣探明地質(zhì)儲(chǔ)量1×1012m3。古隆起北部斜坡區(qū)為構(gòu)造低部位，是臺(tái)緣丘灘相和灘間洼地主發(fā)育區(qū)，灘間洼地巖性致密，在丘灘體儲(chǔ)層上傾方向構(gòu)成遮擋，形成構(gòu)造—巖性和巖性圈閉（圖3），已被角探1井和蓬探1井的重大發(fā)現(xiàn)所證實(shí)，規(guī)模拓展了川中地區(qū)震旦系—寒武系天然氣勘探領(lǐng)域。

圖3 安岳氣田北部斜坡區(qū)臺(tái)緣帶沉積和圈閉發(fā)育模式圖

2.2 前陸沖斷帶“被垛式富灶+構(gòu)造抽吸富集”天然氣成藏理論

我國(guó)中西部地區(qū)發(fā)育多條大型前陸沖斷帶，油氣成藏潛力大，在我國(guó)陸上油氣勘探中占有重要地位[7]。近年在塔里木盆地庫(kù)車、準(zhǔn)噶爾盆地南緣與四川盆地川西北等地區(qū)勘探取得多項(xiàng)重大突破。庫(kù)車地區(qū)“十三五”期間勘探成果最為顯著：克拉—克深地區(qū)新發(fā)現(xiàn)氣藏6個(gè)，累計(jì)發(fā)現(xiàn)氣藏17個(gè)，探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)到萬億立方米；博孜—大北地區(qū)新發(fā)現(xiàn)氣藏12個(gè)，累計(jì)發(fā)現(xiàn)氣藏19個(gè)，有望形成萬億立方米氣區(qū)；秋里塔格構(gòu)造帶也取得突破，有望成為重要的戰(zhàn)略接替區(qū)帶。

前陸沖斷帶油氣成藏理論在實(shí)踐中不斷創(chuàng)新發(fā)展，并在推動(dòng)天然氣勘探發(fā)現(xiàn)中發(fā)揮了重要作用。綜合眾多專家學(xué)者認(rèn)識(shí)，本文把前陸沖斷帶油氣成藏理論概括為“被垛式富灶+構(gòu)造抽吸富集”，并以“三優(yōu)”條件會(huì)合控制天然藏分布[8-11]。被垛式富灶是指發(fā)育在前陸盆地陡帶的一系列疊瓦狀沖斷層把層狀分布的氣源巖切成若干斷片，然后在沖斷作用下，使烴源層發(fā)生被垛式堆疊，使氣源灶發(fā)生富集，大大增加了氣源巖厚度和生氣強(qiáng)度，有利于天然氣富集。如庫(kù)車地區(qū)侏羅系烴源巖經(jīng)“被垛式”疊置，厚度增至近千米，生烴強(qiáng)度達(dá)到（30～ 150）×108m3/km2，成為該地區(qū)最主要的烴源巖[8]。

所謂構(gòu)造抽吸富集，是指當(dāng)?shù)貙颖粯?gòu)造擠壓后，一部分較淺層的地層向上拱起形成背斜，同時(shí)另一部分深層地層呈向下彎曲狀變形，形成向斜。這樣，上下背向彎曲地層的中間就形成構(gòu)造空腔，在地下四維密閉環(huán)境下，空腔部位就會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓，將鄰近烴源巖地層中的天然氣抽吸到空腔內(nèi)，這是導(dǎo)致庫(kù)車前陸區(qū)天然氣超量富集的重要原因。此外，前陸沖斷構(gòu)造作用讓“三優(yōu)”成藏條件在空間上良好匹配，有效提升了氣源灶供烴的充分性，確保深層儲(chǔ)層的有效性與氣藏形成分布的規(guī)模性，也是庫(kù)車深層大油氣田形成的主要控因（圖4）。

圖4 塔里木盆地庫(kù)車前陸沖段帶天然氣成藏模式圖

“三優(yōu)”成藏條件包括：（1）“構(gòu)造橋”可以承載部分沉積負(fù)荷，形成“減重”效應(yīng)，大幅降低壓實(shí)作用強(qiáng)度，有效保護(hù)儲(chǔ)層，原生粒間孔、粒間溶孔和粒內(nèi)溶較發(fā)育（圖5），受風(fēng)成改造的沖積相儲(chǔ)層，不僅品質(zhì)改善，連續(xù)性也變好[12]，呈“席狀”規(guī)模分布；（2）古近系和新近系發(fā)育的膏鹽巖形成優(yōu)質(zhì)封蓋，使得前陸沖斷構(gòu)造復(fù)雜區(qū)仍然可以形成大氣田；（3）沖斷作用讓優(yōu)質(zhì)氣源灶、優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層、優(yōu)質(zhì)蓋層和大型構(gòu)造圈閉能在空間上會(huì)合，為大氣田形成創(chuàng)造最佳匹配。

圖5 塔里木盆地克深地區(qū)巴什基奇克組儲(chǔ)層孔隙類型

2.3 頁巖氣“三高一保一適中”富集成藏理論

中國(guó)頁巖氣資源包括海相、海陸過渡相和陸相3種類型。目前，海相頁巖氣已實(shí)現(xiàn)商業(yè)開發(fā)，是未來頁巖氣產(chǎn)量增長(zhǎng)主力；海陸過渡相頁巖氣發(fā)展形勢(shì)良好，已在鄂爾多斯盆地和四川盆地石炭系—二疊系有數(shù)口井獲得較高產(chǎn)量；陸相頁巖氣尚處于研究和探索階段，未來能否貢獻(xiàn)商業(yè)產(chǎn)量，還有待研究選區(qū)和實(shí)踐探索證實(shí)。目前中國(guó)頁巖氣富集理論主要以獲得勘探開發(fā)突破的海相頁巖氣總結(jié)為主，未來的理論發(fā)展和完善尚需海陸過渡相與陸相頁巖氣取得重大突破和研究深化以后才能到來。

中國(guó)海相頁巖氣形成時(shí)代古老，頁巖層系分布穩(wěn)定且厚度較大。雖然決定頁巖氣富集區(qū)形成的關(guān)鍵要素較多，但從控制改造型海相頁巖氣富集成礦分布的關(guān)鍵要素來看，可以把中國(guó)的海相頁巖氣富集成藏理論概括為“三高一保一適中”，這是決定頁巖氣富集段發(fā)育眾多要素中的關(guān)鍵。“三高”是指高有機(jī)質(zhì)豐度、高含氣量和高脆性?？碧綄?shí)踐表明，高孔隙度是高含氣量的一個(gè)重要因素，可通過含氣量來間接表征（當(dāng)然，含氣量還與地層壓力有關(guān)），這項(xiàng)指標(biāo)可以隱含在含氣量參數(shù)之內(nèi)。“一?！笔侵副４鏃l件。實(shí)踐表明，頁巖氣盡管具備連續(xù)分布的特點(diǎn)，但能否富集形成商業(yè)性頁巖氣與保存條件有很大關(guān)系，應(yīng)該納入頁巖氣富集成礦的理論總結(jié)中?！耙贿m中”是指熱演化程度，這也是決定頁巖氣能否經(jīng)濟(jì)成礦的重要因素。

有機(jī)質(zhì)“接力成氣”模式指出了成氣過程中生氣母質(zhì)轉(zhuǎn)換、生氣時(shí)機(jī)與貢獻(xiàn)的接替過程[13]，是常規(guī)油氣地質(zhì)理論的重要延展。頁巖氣是烴源巖內(nèi)部滯留液態(tài)烴在溫度進(jìn)一步升高以后發(fā)生裂解的產(chǎn)物，決定原油裂解氣在頁巖中滯留數(shù)量的多少，有多個(gè)因素，比如有機(jī)質(zhì)豐度與富有機(jī)質(zhì)頁巖集中段厚度決定頁巖中滯留液態(tài)烴數(shù)量，這是基礎(chǔ)。又如保存條件決定原油裂解以后能夠在頁巖超微小孔隙和微裂縫中以游離和吸附態(tài)保留頁巖氣的數(shù)量。此外，熱演化程度對(duì)頁巖中有機(jī)孔隙的保持與甲烷分子的活化能也有重要影響，直接影響頁巖中的含氣量。其中，有機(jī)質(zhì)豐度（TOC）需大于2%，最好為4%～ 5%；含氣量大于3m3/t，最好為4～ 5m3/t；脆性礦物含量大于40%，以保證具有良好的可壓裂性。保存條件好是指頁巖氣富集段頂板、底板具有良好的封閉性，以保證有足量的天然氣以吸附和游離態(tài)保存在頁巖層中。“一適中”是指熱演化程度介于1.1%～ 2.9%，這是頁巖氣生成和保存的最佳窗口（圖6）。

圖6 川南地區(qū)頁巖氣富集模式綜合柱狀圖

3 天然氣開發(fā)技術(shù)新進(jìn)展

隨著天然氣開發(fā)的不斷深入，近年天然氣開發(fā)形勢(shì)發(fā)生了較大變化[14]，主要表現(xiàn)為：天然氣新增探明地質(zhì)儲(chǔ)量中低品位儲(chǔ)量逐年增加，深層超深層、致密氣、頁巖氣成為開發(fā)主體，開發(fā)難度不斷加大；主力氣田相繼進(jìn)入穩(wěn)產(chǎn)期，提高采收率成為開發(fā)攻關(guān)的主要方向；非常規(guī)天然氣開發(fā)規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)，對(duì)工程技術(shù)提出了更高要求。在新的開發(fā)形勢(shì)下，天然氣開發(fā)技術(shù)不斷進(jìn)步，支撐了中國(guó)天然氣產(chǎn)量持續(xù)快速增長(zhǎng)。

3.1 致密砂巖氣藏開發(fā)技術(shù)

“十三五”期間，重點(diǎn)開展了經(jīng)濟(jì)效益儲(chǔ)量分類評(píng)價(jià)、多層系大平臺(tái)多井型立體開發(fā)、致密氣提高采收率技術(shù)等攻關(guān)研究，支撐致密氣2020年上產(chǎn)420×108m3。

（1）致密砂巖氣藏效益儲(chǔ)量評(píng)價(jià)與分類開發(fā)技術(shù)。鄂爾多斯盆地作為中國(guó)最大的天然氣生產(chǎn)基地，在致密氣開發(fā)方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)[15]。蘇里格氣田探明（含基本探明）地質(zhì)儲(chǔ)量為4.66×1012m3，不同區(qū)域儲(chǔ)量品質(zhì)和開發(fā)效益差異較大，故需要對(duì)蘇里格氣田儲(chǔ)量進(jìn)行分類評(píng)價(jià)，并將內(nèi)部收益率作為儲(chǔ)量分類的核心參數(shù)[16]，以內(nèi)部收益率12%和8%為界限，將蘇里格氣田儲(chǔ)量區(qū)劃分為富集區(qū)、低豐度Ⅰ類區(qū)、低豐度Ⅱ類區(qū)、富水區(qū)4類。以內(nèi)部收益率為目標(biāo)函數(shù)，優(yōu)選儲(chǔ)量屬性、開發(fā)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及社會(huì)環(huán)境4類15個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)，建立儲(chǔ)量分類評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，從而建立儲(chǔ)量動(dòng)用接替序列（圖7），支撐氣區(qū)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃。

（2）致密氣藏提高采收率技術(shù)。致密氣提高采收率包含井網(wǎng)加密優(yōu)化提高井間剩余儲(chǔ)量動(dòng)用程度主體技術(shù)，以及老井挖潛、排水采氣、降低廢棄壓力等配套技術(shù)[17]。井網(wǎng)加密主要是通過定量地質(zhì)模型法、動(dòng)態(tài)泄氣范圍法、產(chǎn)量干擾法、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)法等確定最佳井網(wǎng)密度，實(shí)現(xiàn)采收率與經(jīng)濟(jì)效益最大化，預(yù)計(jì)可提高采收率15%～ 20%；老井挖潛技術(shù)包括查層補(bǔ)孔、重復(fù)改造及老井側(cè)鉆水平井3種，可提高采收率3%～ 5%；針對(duì)高含水致密氣井，普遍井筒積液導(dǎo)致生產(chǎn)受阻，累計(jì)采氣量下降，排水采氣技術(shù)可提高采收率1%～ 2%；降低廢棄壓力則主要通過不同級(jí)次的地面增壓，可提高采收率1%～ 2%。

3.2 碳酸鹽巖氣藏開發(fā)技術(shù)

“十三五”期間，重點(diǎn)開展了震旦系巖溶儲(chǔ)層描述與高產(chǎn)井培育、安岳氣田龍王廟組氣藏整體治水、靖邊氣田滾動(dòng)挖潛、塔中Ⅰ號(hào)氣田儲(chǔ)層與流體識(shí)別等攻關(guān)研究，推動(dòng)了新上產(chǎn)氣田快速建產(chǎn)、已開發(fā)氣田穩(wěn)產(chǎn)與提高采收率，形成了系列開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，支撐碳酸鹽巖氣藏產(chǎn)量快速上升，2020年生產(chǎn)天然氣380×108m3。

（1）古老巖溶型碳酸鹽巖氣藏描述與開發(fā)優(yōu)化技術(shù)。四川盆地高石梯—磨溪地區(qū)震旦系燈影組氣藏為巖溶風(fēng)化殼型白云巖氣藏，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的形成與沉積環(huán)境和巖溶作用密切相關(guān)[18]，在平面上表現(xiàn)出極大的非均質(zhì)性，從而需要進(jìn)行開發(fā)建產(chǎn)區(qū)優(yōu)選和高產(chǎn)井位部署。主要形成了3項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：①創(chuàng)新“雙界面”巖溶古地貌恢復(fù)及定量表征方法[19]，恢復(fù)震旦系頂部巖溶古地貌，建立4級(jí)分類命名及劃分標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)不同微地貌單元的定量化；②創(chuàng)建高產(chǎn)井部署模式，從巖溶儲(chǔ)層成因機(jī)理出發(fā)，建立“層溶體”和“縫溶體”兩類巖溶儲(chǔ)層發(fā)育模式，明確兩類儲(chǔ)層的地震響應(yīng)特征，建立燈四段高產(chǎn)井綜合部署模式（圖8）；③創(chuàng)立強(qiáng)非均質(zhì)性氣井指標(biāo)優(yōu)化與氣藏規(guī)模論證方法。綜合論證產(chǎn)能等開發(fā)指標(biāo)，技術(shù)與經(jīng)濟(jì)效益相結(jié)合，最終形成強(qiáng)非均質(zhì)性氣藏單井指標(biāo)論證與氣藏建產(chǎn)規(guī)模確定技術(shù)，確定氣井開發(fā)指標(biāo)和整個(gè)氣藏開發(fā)規(guī)模。通過持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新，安岳氣田震旦系氣藏實(shí)現(xiàn)了從無效到有效再到高效的轉(zhuǎn)變，成為國(guó)內(nèi)常規(guī)天然氣上產(chǎn)的主戰(zhàn)場(chǎng)之一，以方案批復(fù)36×108m3的產(chǎn)能投資建成生產(chǎn)能力為63×108m3的大氣田，氣藏開發(fā)實(shí)現(xiàn)提產(chǎn)增效。

圖8 安岳氣田震旦系燈四段高產(chǎn)井綜合部署模式

（2）大型低幅超壓強(qiáng)水侵碳酸鹽巖氣藏整體治水技術(shù)。安岳氣田龍王廟組氣藏是迄今我國(guó)發(fā)現(xiàn)的最大單體整裝碳酸鹽巖氣藏，發(fā)育邊底水，具有低構(gòu)造幅度、低孔隙度、超高壓、強(qiáng)非均質(zhì)性特征，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)顯示氣藏地層水活躍特征明顯，氣藏水侵風(fēng)險(xiǎn)大。針對(duì)大型低幅超壓強(qiáng)水侵碳酸鹽巖氣藏強(qiáng)水侵風(fēng)險(xiǎn)特征，創(chuàng)建了“早防、中控、晚治”的遞進(jìn)式高效控水開發(fā)模式。開發(fā)評(píng)價(jià)階段，防水為重點(diǎn)，精細(xì)刻畫氣水分布特征，實(shí)現(xiàn)氣藏儲(chǔ)量均衡動(dòng)用；建產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)階段，控水為重點(diǎn)，控制氣田水侵速度，盡量延長(zhǎng)氣田無水采氣期；開發(fā)中后期階段，綜合治水為重點(diǎn)，針對(duì)不同特征水體，刻畫水侵程度，開展堵水、排水與綜合挖潛等措施，通過實(shí)施差異化治水對(duì)策，可提高采收率2%。通過對(duì)安岳氣田龍王廟組氣藏實(shí)施遞進(jìn)式高效控水開發(fā)模式，考慮儲(chǔ)量均衡動(dòng)用和水侵風(fēng)險(xiǎn)，逐步降低主體區(qū)產(chǎn)量。預(yù)計(jì)2025年產(chǎn)量將達(dá)到66×108m3，開發(fā)期20年內(nèi)可多采氣120×108m3，采出程度將由64%提高至71%。

（3）風(fēng)化殼型碳酸鹽巖氣藏開發(fā)中后期挖潛技術(shù)。靖邊氣田屬于地層—巖性復(fù)合圈閉的定容氣藏，氣藏具有低滲透、低豐度特征。由于氣藏儲(chǔ)層巖溶規(guī)模和發(fā)育程度存在較大差異，儲(chǔ)層平面及縱向上非均質(zhì)性強(qiáng)，目前面臨儲(chǔ)量動(dòng)用不均衡、低滲透區(qū)動(dòng)用程度低、低產(chǎn)低效井增多、穩(wěn)產(chǎn)難度大等問題。風(fēng)化殼型碳酸鹽巖氣藏開發(fā)中后期挖潛重點(diǎn)包括3項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：①剩余儲(chǔ)量評(píng)價(jià)技術(shù)。通過巖溶古地貌精細(xì)刻畫、巖溶儲(chǔ)層綜合表征、地質(zhì)模型建立、剩余儲(chǔ)量評(píng)價(jià)等關(guān)鍵技術(shù)，明確剩余儲(chǔ)量類型、成因及分布規(guī)律，為氣藏挖潛提供基礎(chǔ)。②增壓開采技術(shù)。靖邊氣田采取以區(qū)域增壓為主、集氣站增壓為輔的混合增壓開采方式，以適應(yīng)氣藏非均衡開采現(xiàn)狀，最大限度發(fā)揮氣井生產(chǎn)能力。③薄層水平井開發(fā)技術(shù)。針對(duì)靖邊氣田碳酸鹽巖儲(chǔ)層厚度薄、小幅度構(gòu)造復(fù)雜等地質(zhì)難點(diǎn)，加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)和質(zhì)量控制，初步形成水平井鉆井及儲(chǔ)層改造等配套技術(shù)，完鉆井一次入靶成功率為97.2%。

3.3 深層高壓氣藏開發(fā)技術(shù)

“十三五”期間，重點(diǎn)開展了克深、大北超深層新區(qū)構(gòu)造與儲(chǔ)層預(yù)測(cè)、鉆井提速和壓裂改造，以及克拉2和迪那2老氣田動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與均衡開發(fā)等攻關(guān)研究，創(chuàng)新發(fā)展了兩項(xiàng)主體開發(fā)技術(shù)。

（1）高密度寬方位三維地震精細(xì)成像及構(gòu)造解釋技術(shù)。塔里木深層氣田地表、地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，地表多為山地和戈壁，相對(duì)高差大，地下發(fā)育巨厚塑性膏鹽層，構(gòu)造結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造成地震資料信噪比低，偏移歸位難度大，成像精度低，層位追蹤對(duì)比困難。高密度寬方位三維地震精細(xì)成像及構(gòu)造解釋技術(shù)包括：應(yīng)用寬方位、高覆蓋、高密度的地震采集技術(shù)和TTI各向異性疊前深度偏移處理技術(shù)提高地震資料品質(zhì)；在擠壓型鹽相關(guān)構(gòu)造理論指導(dǎo)下，開展山地三維高精度地震正演技術(shù)攻關(guān)，對(duì)比優(yōu)選最佳構(gòu)造模型，提高圈閉落實(shí)精度；開展深層復(fù)雜構(gòu)造斷裂解釋與評(píng)價(jià)研究，對(duì)構(gòu)造和斷裂進(jìn)行精細(xì)刻畫。應(yīng)用該技術(shù)大幅度提高了深層斷層及構(gòu)造形態(tài)解釋精度，鉆井誤差率不斷降低。庫(kù)車山前開發(fā)井鉆井成功率近5年持續(xù)保持100%，目的層深度誤差由初期100m降低至25m以內(nèi)。

（2）超深層鉆井綜合提速和分層改造技術(shù)。庫(kù)車鹽上地層傾角大，一般為30°～ 80°，防斜打快難度高，巨厚鹽層發(fā)育，使用水基鉆井液時(shí)惡性卡鉆和工程復(fù)雜事故頻發(fā)，礫石層和目的層可鉆性差。針對(duì)鹽上、鹽層及鹽下不同地層的技術(shù)難點(diǎn)，通過持續(xù)鉆井提速攻關(guān)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，形成超深層鉆井綜合提速技術(shù)系列。以博孜—大北超深層鉆井為例，應(yīng)用上述技術(shù)定型博孜—大北鹽上精細(xì)化提速模版，2020年平均鉆井周期為281天，同比下降17.6%。庫(kù)車山前深層儲(chǔ)層厚度較大，現(xiàn)有壓裂技術(shù)僅能實(shí)現(xiàn)層內(nèi)3段改造，由于排量低，限制了儲(chǔ)層縱向打開程度，已射開層裂縫延伸距離短，儲(chǔ)量動(dòng)用有限。針對(duì)該問題研發(fā)形成了“暫堵分層”改造技術(shù)，實(shí)施“機(jī)械+暫堵”復(fù)合分層改造，提升厚儲(chǔ)層縱向動(dòng)用程度，解決了深層大跨度、天然裂縫發(fā)育儲(chǔ)層的均勻改造。以大北207井為例，采用轉(zhuǎn)向球+大顆粒縱向暫堵分段和小顆粒+纖維縫內(nèi)轉(zhuǎn)向技術(shù)，壓裂前日產(chǎn)氣20×104m3，壓裂后日產(chǎn)氣85×104m3，產(chǎn)量提高4倍。

3.4 頁巖氣一體化開發(fā)技術(shù)

頁巖氣的規(guī)模效益開發(fā)得益于水平井鉆完井及分段壓裂等技術(shù)的進(jìn)步和推廣。目前，我國(guó)四川盆地及周緣3500m以淺的海相頁巖氣開發(fā)技術(shù)基本成熟[20]，頁巖氣產(chǎn)量迅速攀升，2020年頁巖氣年產(chǎn)量突破200×108m3[21]，形成并發(fā)展了兩項(xiàng)主體開發(fā)技術(shù)。

（1）頁巖氣開發(fā)評(píng)價(jià)及儲(chǔ)層改造技術(shù)。開發(fā)實(shí)踐表明，水平井開發(fā)效果與靶體位置密切相關(guān)[22]，形成了頁巖氣水平井測(cè)井評(píng)價(jià)及小層對(duì)比技術(shù)，將縱向上研究尺度精細(xì)到米級(jí)，不斷優(yōu)化靶體位置。長(zhǎng)寧區(qū)塊最佳靶體位置為龍一11小層至龍一12小層下部，威遠(yuǎn)區(qū)塊整體為龍一11小層中下部，水平井開發(fā)效果得到明顯提升[23]。壓裂改造是頁巖氣井獲得工業(yè)產(chǎn)能的關(guān)鍵手段，經(jīng)過多年攻關(guān)和試驗(yàn)，目前已經(jīng)形成了以“小簇間距+大排量造縫+高加砂強(qiáng)度”為核心的體積改造技術(shù)。昭通壓裂改造試驗(yàn)結(jié)果表明，相同地質(zhì)條件和生產(chǎn)制度下，氣井測(cè)試產(chǎn)量由17.1×104m3/d提高到30.7×104m3/d，增產(chǎn)效果顯著。

（2）產(chǎn)能評(píng)價(jià)及開發(fā)技術(shù)政策優(yōu)化技術(shù)?！笆濉逼陂g，圍繞提高頁巖氣采收率這一目標(biāo)，建立了以裂縫—井距聯(lián)合優(yōu)化、立體井網(wǎng)部署、單井生產(chǎn)制度優(yōu)化為核心的頁巖氣開發(fā)技術(shù)政策優(yōu)化方法體系（圖9）。平面上，將布井與壓裂有機(jī)整合，建立了以壓裂規(guī)模為內(nèi)部約束條件、以經(jīng)濟(jì)效益為外部約束條件的“嵌套式”壓裂參數(shù)的開發(fā)井距全局優(yōu)化方法[24]。“十三五”期間，水平井井距由開發(fā)初期的400～ 500m逐步縮小至目前的300m，井間儲(chǔ)量得到有效動(dòng)用，采收率提高10%；垂向上，基于川南頁巖氣在五峰組—龍馬溪組存在雙甜點(diǎn)的特征及“星形”水力裂縫形態(tài)新認(rèn)識(shí)，提出了“W”形立體井網(wǎng)部署思路[25]，在龍一11小層和龍一13小層交錯(cuò)部署立體水平井網(wǎng)，充分動(dòng)用縱向儲(chǔ)量；在壓裂改造體積（SRV）內(nèi)，基于頁巖儲(chǔ)層特殊的地層結(jié)構(gòu)及強(qiáng)應(yīng)力敏感性，建立了以瞬時(shí)流入動(dòng)態(tài)（IPR）曲線極值點(diǎn)求解為核心的氣井生產(chǎn)制度優(yōu)化技術(shù)，通過全程精細(xì)配產(chǎn)有效抑制儲(chǔ)層傷害，提高SRV控制儲(chǔ)量的采出程度。

圖9 頁巖氣開發(fā)技術(shù)政策優(yōu)化模式

4 天然氣勘探開發(fā)前景展望

4.1 天然氣資源基礎(chǔ)

截至2019年，全國(guó)天然氣（不含頁巖氣與煤層氣）累計(jì)探明地質(zhì)儲(chǔ)量15.8×1012m3，資源探明率僅為20.3%，剩余資源主要分布在陸上4大盆地和南海地區(qū)，其中，四川盆地、塔里木盆地、柴達(dá)木盆地、鄂爾多斯盆地剩余地質(zhì)資源量分別為10.3×1012m3、10×1012m3、2.8×1012m3、1.68×1012m3，南海地區(qū)剩余地質(zhì)資源量為24×1012m3；致密氣具備持續(xù)規(guī)?？碧角熬?，剩余地質(zhì)資源量為14×1012m3，集中分布在陸上兩大盆地，鄂爾多斯盆地和四川盆地剩余地質(zhì)資源量分別為7.3×1012m3和2.7×1012m3。截至2019年，我國(guó)頁巖氣累計(jì)探明地質(zhì)儲(chǔ)量1.81×1012m3，資源探明率不足3%。頁巖氣具備快速發(fā)展的資源基礎(chǔ)，其中海相頁巖氣剩余地質(zhì)資源量為44×1012m3，四川盆地海相頁巖氣最具勘探開發(fā)前景，剩余地質(zhì)資源量為25×1012m3。

四川盆地、鄂爾多斯盆地和塔里木盆地仍是未來中國(guó)陸上天然氣勘探的重點(diǎn)，四川盆地常規(guī)氣和頁巖氣、塔里盆地常規(guī)氣、鄂爾多斯盆地致密氣將是天然氣探明地質(zhì)儲(chǔ)量增長(zhǎng)的主體，海域天然氣資源豐富，南海地區(qū)是重大潛在勘探領(lǐng)域。中國(guó)非常規(guī)氣資源量大、探明率低（圖10），隨著非常規(guī)天然氣勘探開發(fā)理論、技術(shù)、機(jī)制的不斷創(chuàng)新，預(yù)計(jì)未來非常規(guī)氣可供上產(chǎn)的探明地質(zhì)儲(chǔ)量將超過常規(guī)氣。

圖10 我國(guó)常規(guī)與非常規(guī)天然氣資源探明情況

4.2 天然氣產(chǎn)量發(fā)展趨勢(shì)與地位

從資源基礎(chǔ)來看，通過常規(guī)氣穩(wěn)步上產(chǎn)和非常規(guī)氣快速規(guī)模上產(chǎn)，我國(guó)天然氣產(chǎn)量有望在2035年前后實(shí)現(xiàn)倍增。屆時(shí)我國(guó)天然氣年產(chǎn)量將達(dá)到2700×108m3（圖11），其中，常規(guī)氣產(chǎn)量為1300×108m3，致密氣產(chǎn)量為680×108m3，頁巖氣產(chǎn)量為580×108m3，煤層氣產(chǎn)量為140×108m3。天然氣的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變化，由過去的以常規(guī)氣藏開發(fā)為主，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槌Ｒ?guī)和非常規(guī)并重的發(fā)展格局。

圖11 2015—2035年中國(guó)常規(guī)氣與非常規(guī)氣產(chǎn)量及未來趨勢(shì)預(yù)測(cè)

目前中國(guó)正處于從以化石能源為主向非化石能源過渡的時(shí)代，“雙碳”目標(biāo)下迫切需要大力發(fā)展清潔低碳能源。天然氣作為最清潔的化石能源，是化石能源向可再生能源過渡的橋梁，預(yù)計(jì)2035年天然氣需求將達(dá)到（6500～ 7000）×108m3，占中國(guó)一次能源消費(fèi)比例有望超過15%，對(duì)外依存度將達(dá)到60%左右。

與旺盛的天然氣需求相比，中國(guó)天然氣資源逐漸向常規(guī)深層超深層及非常規(guī)轉(zhuǎn)變，儲(chǔ)量品位更低，地表?xiàng)l件更復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)效益開發(fā)面臨挑戰(zhàn)。需要加強(qiáng)新領(lǐng)域勘探超前部署及風(fēng)險(xiǎn)目標(biāo)評(píng)價(jià)，不斷增加可開發(fā)儲(chǔ)量；加快關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，釋放常規(guī)低品位及非常規(guī)氣的潛在產(chǎn)能。另外，政府也需要加大天然氣開發(fā)的扶持力度，加強(qiáng)未動(dòng)用儲(chǔ)量和尾礦利用的政策支持，實(shí)行差別化稅費(fèi)政策，加大對(duì)深層超深層、深水天然氣資源開發(fā)利用的財(cái)稅優(yōu)惠力度，延續(xù)頁巖氣和煤層氣開發(fā)補(bǔ)貼政策，完善致密氣增量階梯補(bǔ)貼政策，合理切割天然氣產(chǎn)、運(yùn)、銷產(chǎn)業(yè)鏈中的利潤(rùn)分配關(guān)系，提高天然氣勘探開發(fā)的積極性。

5 結(jié)論

“十三五”期間，中國(guó)天然氣勘探理論取得重要?jiǎng)?chuàng)新成果，有效指導(dǎo)了四川安岳、塔里木庫(kù)車和川南頁巖氣等多個(gè)萬億立方米氣區(qū)的發(fā)現(xiàn)和建設(shè)，為天然氣年新增探明地質(zhì)儲(chǔ)量邁上萬億立方米臺(tái)階提供了理論支撐。

低滲透—致密砂巖氣藏開發(fā)技術(shù)顯著提升了致密氣單井產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)性；碳酸鹽巖氣藏開發(fā)技術(shù)有力保障了已開發(fā)氣田實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)和提高采收率，并推動(dòng)新氣田快速建產(chǎn)；地震、儲(chǔ)層改造和產(chǎn)能優(yōu)化3項(xiàng)主體技術(shù)的進(jìn)步，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)深層新井提產(chǎn)和老氣田最大限度控制遞減；頁巖氣一體化開發(fā)技術(shù)獲重要突破，推動(dòng)儲(chǔ)量和產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)跨越式增長(zhǎng)。多項(xiàng)技術(shù)的創(chuàng)新與進(jìn)步，將共同推動(dòng)天然氣產(chǎn)量邁上2000×108m3新臺(tái)階。

中國(guó)陸上3大氣區(qū)剩余天然氣資源基礎(chǔ)雄厚，是未來天然氣儲(chǔ)量和產(chǎn)量增長(zhǎng)的主體，海域是天然氣儲(chǔ)產(chǎn)量增長(zhǎng)的重要潛在領(lǐng)域。未來天然氣儲(chǔ)量仍將保持高峰增長(zhǎng)，產(chǎn)量具備倍增前景。常規(guī)氣需要不斷提高已開發(fā)氣藏開發(fā)效果和采收率，以穩(wěn)產(chǎn)為基礎(chǔ)，努力小幅上產(chǎn)；非常規(guī)氣通過攻克若干瓶頸技術(shù)，有望實(shí)現(xiàn)快速上產(chǎn)。