郭旭升 胡德高 舒志國(guó) 李宇平 鄭愛維 魏祥峰 倪 凱 趙培榮

1.中國(guó)石化油田勘探開發(fā)事業(yè)部 2.中國(guó)石化江漢油田分公司 3.中國(guó)石化勘探分公司

0 引言

我國(guó)頁巖氣資源豐富，全國(guó)頁巖氣地質(zhì)資源量達(dá)134.42×1012m3，勘探開發(fā)潛力大。中國(guó)石油化工股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱中國(guó)石化）高度重視頁巖氣勘探開發(fā)工作。2006年，中國(guó)石化啟動(dòng)了“中國(guó)頁巖氣早期資源潛力分析”研究項(xiàng)目，基于對(duì)美國(guó)典型頁巖氣盆地頁巖氣形成、富集、開發(fā)的系統(tǒng)調(diào)研，對(duì)比分析了國(guó)內(nèi)外頁巖氣的形成條件，探討了中國(guó)頁巖氣資源前景。2009年，中國(guó)石化成立了非常規(guī)能源專業(yè)管理機(jī)構(gòu)與勘探開發(fā)隊(duì)伍，借鑒北美經(jīng)驗(yàn)，明確頁巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)參數(shù)，開展了南方海相頁巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)工作，先后部署實(shí)施了宣頁1井、河頁1和黃頁1井。2011年以來，中國(guó)石化將南方海相頁巖氣勘探重點(diǎn)向四川盆地及其周緣聚集，優(yōu)選出重慶涪陵焦石壩地區(qū)的龍馬溪組為最有利勘探目標(biāo)，實(shí)施了焦頁1井。2012年11月，焦頁1HF井測(cè)試日產(chǎn)氣20.3×104m3，發(fā)現(xiàn)了涪陵頁巖氣田。

2013年9月，國(guó)家能源局批準(zhǔn)設(shè)立“重慶涪陵國(guó)家級(jí)頁巖氣示范區(qū)”（以下簡(jiǎn)稱涪陵國(guó)家級(jí)頁巖氣示范區(qū)）。建設(shè)初期，面對(duì)涪陵頁巖氣田地表?xiàng)l件復(fù)雜構(gòu)造變形強(qiáng)、埋藏深大、沒有可借鑒的經(jīng)驗(yàn)等難題，中國(guó)石化堅(jiān)持難中求進(jìn)、大膽探索，在勘探開發(fā)理論、組織生產(chǎn)模式及綠色開發(fā)等方面不斷取得重大突破，高水平、高速度、高質(zhì)量建成了涪陵國(guó)家級(jí)頁巖氣示范區(qū)，使我國(guó)成為繼美國(guó)、加拿大之后，第三個(gè)形成頁巖氣規(guī)?；_發(fā)的國(guó)家。涪陵國(guó)家級(jí)頁巖氣示范區(qū)的建設(shè)有助于推進(jìn)頁巖氣規(guī)模增儲(chǔ)和效益建產(chǎn)，引領(lǐng)長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)、昭通、延安等國(guó)家級(jí)頁巖氣示范區(qū)的高質(zhì)量建設(shè)，對(duì)加快頁巖氣產(chǎn)業(yè)化速度，發(fā)展頁巖氣等清潔能源，推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)，保障國(guó)家能源安全起著重要的作用[1-2]。

1 示范區(qū)建設(shè)歷程

示范區(qū)建設(shè)歷程可分為3個(gè)主要階段（圖1）。

圖1 涪陵國(guó)家級(jí)頁巖氣示范區(qū)建設(shè)歷程圖

1.1 勘探評(píng)價(jià)階段

該階段處于2009—2012年。通過與北美典型頁巖氣形成條件的對(duì)比，明確頁巖厚度、有機(jī)質(zhì)豐度、熱演化程度、埋藏深度和礦物含量為海相頁巖氣主要評(píng)價(jià)參數(shù)，在焦石壩構(gòu)造部署實(shí)施了焦頁1HF井。2012年11月焦頁1HF井測(cè)試日產(chǎn)氣20.3×104m3，發(fā)現(xiàn)了涪陵頁巖氣田。

1.2 一、二期建設(shè)階段

該階段處于2013—2017年。2013年按照勘探開發(fā)一體化的思路，部署三維地震594.5 km2，落實(shí)焦石壩背斜構(gòu)造細(xì)節(jié)和龍馬溪組頁巖展布特征，同時(shí)部署焦頁2、3、4三口探井并相繼獲得高產(chǎn)氣流，實(shí)現(xiàn)焦石壩背斜主體的整體控制。在開發(fā)方面，焦頁1HF轉(zhuǎn)入試采，評(píng)價(jià)單井產(chǎn)能，同時(shí)啟動(dòng)試驗(yàn)井組評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)當(dāng)年開發(fā)、當(dāng)年投產(chǎn)、當(dāng)年見效，新建產(chǎn)能5.0×108m3/a。2014年，啟動(dòng)一期50×108m3/a產(chǎn)能建設(shè)，同年7月10日，涪陵頁巖氣田提交國(guó)內(nèi)首個(gè)頁巖氣探明地質(zhì)儲(chǔ)量，新增探明地質(zhì)儲(chǔ)量1 067.5×108m3；2015年12月，涪陵頁巖氣田累計(jì)建成產(chǎn)能50×108m3/a，累計(jì)探明地質(zhì)儲(chǔ)量3 806×108m3，涪陵國(guó)家級(jí)頁巖氣示范區(qū)建設(shè)項(xiàng)目通過國(guó)家能源局驗(yàn)收。

在焦石壩背斜主體開展評(píng)價(jià)同時(shí)，針對(duì)焦石壩背斜外圍復(fù)雜構(gòu)造區(qū)部署實(shí)施探井4口、三維地震550 km2。焦頁8井鉆獲20.9×104m3/d的高產(chǎn)頁巖氣流，實(shí)現(xiàn)涪陵二期平橋背斜頁巖氣勘探重大突破。2016年1月，啟動(dòng)涪陵頁巖氣田江東、平橋區(qū)塊二期50×108m3/a產(chǎn)能建設(shè)。2017年3月，涪陵頁巖氣田累計(jì)產(chǎn)量突破100×108m3。2017年12月，涪陵頁巖氣勘查開發(fā)示范基地圓滿完成建設(shè)任務(wù)。

1.3 立體開發(fā)調(diào)整建設(shè)階段

該階段處于2018年至今。2018年5月，涪陵頁巖氣田啟動(dòng)焦石壩區(qū)塊開發(fā)調(diào)整試驗(yàn)，編制整體開發(fā)調(diào)整方案，共部署開發(fā)調(diào)整井244口。同時(shí)加大外圍常壓頁巖氣區(qū)勘探和低成本技術(shù)攻關(guān)，在國(guó)內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)常壓頁巖氣規(guī)模探明，東勝—平橋西、白馬區(qū)塊新增探明地質(zhì)儲(chǔ)量2 967×108m3。

截至2021年12月，涪陵國(guó)家級(jí)頁巖氣示范區(qū)開井 650口，累計(jì)探明頁巖氣儲(chǔ)量8 975×108m3，累計(jì)新建產(chǎn)能148×108m3/a，累計(jì)產(chǎn)氣量達(dá)416.6×108m3，成為國(guó)內(nèi)頁巖氣產(chǎn)量增長(zhǎng)的主力軍。

2 涪陵頁巖氣田勘探開發(fā)理論認(rèn)識(shí)

與北美相比，涪陵頁巖氣田具有地層時(shí)代老、熱演化程度高、構(gòu)造變形強(qiáng)、埋藏深度大、地表?xiàng)l件復(fù)雜等特征，有效動(dòng)用難度較大[3]。針對(duì)涪陵地區(qū)五峰組—龍馬溪組海相頁巖特點(diǎn)，中國(guó)石化立足自主創(chuàng)新，采用理論與實(shí)踐、室內(nèi)研究與礦場(chǎng)應(yīng)用相結(jié)合的方法，形成了海相頁巖氣“二元富集”理論和頁巖氣高效開發(fā)氣藏工程評(píng)價(jià)方法。

2.1 基本地質(zhì)特征

涪陵頁巖氣田位于四川盆地川東隔擋式褶皺帶南段石柱復(fù)向斜、方斗山復(fù)背斜和萬縣復(fù)向斜等多個(gè)構(gòu)造單元的結(jié)合部，開發(fā)層系為五峰組—龍馬溪組一段，縱向上分布連續(xù)、無明顯夾層；其中五峰組—龍馬溪組一段一亞段深水陸棚相優(yōu)質(zhì)頁巖儲(chǔ)層厚度介于30～45 m，TOC含量平均為3.5%，平均孔隙度介于4.4%～6.2%，硅質(zhì)礦物含量平均達(dá)45.7%，整體表現(xiàn)出“高碳、高孔、高硅”的“三高”特征[4-6]。

氣田五峰組—龍馬溪組一段具有大面積層狀分布、整體含氣的特點(diǎn)，計(jì)算出五峰組—龍馬溪組一段頁巖氣層中滯留油裂解氣約占70%，干酪根裂解氣約占30%，揭示氣田頁巖氣具有“源儲(chǔ)一體、原位滯留”的特征[7-8]。氣藏埋深介于1 800～4 500 m，地層壓力系數(shù)介于1.05～1.58，地溫梯度介于2.36～2.62 ℃/100 m，屬于中深層—深層、正常地溫、常壓—高壓頁巖氣氣藏。氣藏天然氣相對(duì)密度介于0.559～0.601，甲烷平均含量98.49%，二氧化碳平均含量0.5%，氦氣平均含量0.045%，為不含H2S的優(yōu)質(zhì)天然氣。

2.2 海相頁巖氣“二元富集”理論

2.2.1 深水陸棚相優(yōu)質(zhì)頁巖發(fā)育是頁巖氣“成烴控儲(chǔ)”基礎(chǔ)

通過對(duì)中國(guó)南方主要頁巖沉積、地球化學(xué)特征分析及成因模式研究，發(fā)現(xiàn)深水陸棚相頁巖不僅有機(jī)碳含量和內(nèi)生硅質(zhì)礦物含量高，而且二者具有良好正相關(guān)耦合規(guī)律；其有機(jī)碳含量與生烴量、孔體積呈正相關(guān)，且脆性好，有利于頁巖氣生成、儲(chǔ)集和壓裂改造[9-11]。

2.2.2 良好的保存條件是頁巖氣“成藏控產(chǎn)”關(guān)鍵

頁巖頂?shù)装逋黄茐毫^高的地層組合，從頁巖生烴開始就能有效阻止烴類縱向散失，利于液態(tài)烴的滯留、相態(tài)轉(zhuǎn)化及流體壓力的保持。通過三軸物理模擬實(shí)驗(yàn)和滲透率的壓力敏感性分析，發(fā)現(xiàn)隨埋深變淺頁巖自身封閉性變差，揭示了頁巖氣“早期滯留，晚期改造”的動(dòng)態(tài)保存機(jī)理，建立了頁巖氣保存—逸散模型，認(rèn)為頂?shù)装搴?、埋深適中、遠(yuǎn)離剝蝕露頭區(qū)和開啟斷裂的地區(qū)，保存條件好，有利于頁巖氣富集[12-16]。

2.3 頁巖氣高效開發(fā)氣藏工程理論

2.3.1 頁巖多尺度介質(zhì)流動(dòng)機(jī)理

頁巖地層條件下多尺度孔隙介質(zhì)、多相態(tài)流體賦存及其耦合關(guān)系復(fù)雜，當(dāng)時(shí)對(duì)頁巖氣流動(dòng)機(jī)理以及規(guī)律認(rèn)識(shí)尚不清楚，通過研發(fā)適合頁巖儲(chǔ)層特點(diǎn)的孔滲飽測(cè)試、開采模擬等多種實(shí)驗(yàn)設(shè)備和測(cè)試方法，建立了模擬儲(chǔ)層條件和開發(fā)過程的頁巖氣多相多機(jī)制流動(dòng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，揭示了涪陵示范區(qū)頁巖氣開發(fā)過程中的解吸、擴(kuò)散、滲流規(guī)律。頁巖氣降壓開采過程中，產(chǎn)出氣初期以游離氣為主，吸附氣的貢獻(xiàn)逐漸增加[17-20]。在龍馬溪組頁巖儲(chǔ)層溫度壓力條件下（82 ℃、37.7 MPa），大于100 nm孔中以達(dá)西滲流為主，20～100 nm孔中以滑脫流為主，1～20 nm孔中為滑脫流及過渡流。

2.3.2 頁巖氣井產(chǎn)能評(píng)價(jià)及動(dòng)態(tài)分析預(yù)測(cè)

當(dāng)時(shí)頁巖氣開采規(guī)律缺少成熟動(dòng)態(tài)分析方法，常規(guī)方法難以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)頁巖氣井產(chǎn)能。通過分析，明確涪陵示范區(qū)頁巖氣井生產(chǎn)包括穩(wěn)產(chǎn)降壓、定壓遞減和增壓開采3個(gè)階段（圖2），其中穩(wěn)產(chǎn)降壓階段表現(xiàn)為不穩(wěn)定線性流特征，規(guī)整化產(chǎn)量—物質(zhì)平衡時(shí)間在雙對(duì)數(shù)圖板上呈現(xiàn)明顯的1/2直線段；定壓遞減階段總體符合調(diào)和遞減[21]，測(cè)算不同地區(qū)第一年遞減率介于56.1%～66.8%，平均60.5%。

圖2 涪陵氣田頁巖氣分段壓裂水平井生產(chǎn)模式示意圖

3 涪陵頁巖氣田工程工藝技術(shù)進(jìn)展

以涪陵頁巖氣示范區(qū)生產(chǎn)中存在的突出問題為導(dǎo)向，采取自主攻關(guān)與引進(jìn)吸收相結(jié)合、科技攻關(guān)與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合的方式，創(chuàng)新形成了具有涪陵頁巖氣特色的四大配套技術(shù)體系：頁巖氣叢式水平井組優(yōu)快鉆井技術(shù)、不同地質(zhì)條件頁巖儲(chǔ)層差異化縫網(wǎng)壓裂技術(shù)、頁巖氣高效采氣集輸技術(shù)、巖溶山地頁巖氣綠色開發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵裝備和配套工具國(guó)產(chǎn)化。

3.1 頁巖氣叢式水平井組優(yōu)快鉆井技術(shù)

涪陵頁巖氣田為典型的山地地形，淺表喀斯特地貌漏失風(fēng)險(xiǎn)高、井場(chǎng)選址受地形限制、叢式井組偏移距大[22-24]，通過室內(nèi)試驗(yàn)、關(guān)鍵工具研發(fā)等方面攻關(guān)，構(gòu)建了山地環(huán)境叢式水平井組井工廠高效鉆井系列技術(shù)，大幅降低鉆井周期，4 500 m井深平均鉆井周期降至49天，最短鉆井周期25.69天。

3.1.1 涪陵頁巖氣水平井鉆井優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

應(yīng)用測(cè)井資料、巖心力學(xué)參數(shù)修正的地層巖石物理參數(shù)模型，建立了示范區(qū)頁巖地層“三壓力”剖面，明確了考慮層理產(chǎn)狀、流體侵入等因素作用下井眼軌跡坍塌壓力特征，為井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)；結(jié)合儲(chǔ)層改造機(jī)理，模擬老井壓裂后地層壓力及坍塌壓力變化規(guī)律，指導(dǎo)新井復(fù)雜井網(wǎng)安全鉆井液密度設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化復(fù)雜構(gòu)造區(qū)“導(dǎo)管+三開”井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)推廣“導(dǎo)管+二開”結(jié)構(gòu)，推進(jìn)鉆井提速降本。建立了以最短周期和最小進(jìn)尺為目標(biāo)函數(shù)的軌道優(yōu)選方法，提出了“五點(diǎn)六段式”“雙二維”等軌道模型，創(chuàng)新“交叉式布井+魚鉤型剖面”設(shè)計(jì)方式，鉆井過程中盲區(qū)面積減少85.7%，實(shí)現(xiàn)資源有效動(dòng)用。

3.1.2 復(fù)雜山地環(huán)境頁巖氣“井工廠”高效鉆井模式

通過“井工廠”作業(yè)流程、工序優(yōu)化，建立了山地環(huán)境井工廠鉆井作業(yè)技術(shù)規(guī)范，實(shí)現(xiàn)高效鉆井及鉆井液重復(fù)利用，推廣應(yīng)用“學(xué)習(xí)曲線”[25-27]，平均鉆井周期較初期縮短32%，鉆井成本降低33.8%。研發(fā)了大尺寸PDC、定向PDC、混合鉆頭、頁巖水平段鉆頭等高效鉆頭序列，研制了水力振蕩器、扭力沖擊器等關(guān)鍵工具，建立了“上部清水強(qiáng)鉆”“定向PDC/混合鉆頭+ MWD +等壁厚螺桿”復(fù)合鉆進(jìn)、“低成本國(guó)產(chǎn)油基鉆井液+國(guó)產(chǎn)LWD +耐油長(zhǎng)壽命螺桿”復(fù)合鉆為核心的“1411”鉆井提速模板及井眼軌跡精細(xì)控制技術(shù)（表1），水平段一趟鉆比例達(dá)40%，常規(guī)導(dǎo)向工具現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用270余口，導(dǎo)向成本節(jié)約65%，實(shí)現(xiàn)了頁巖氣鉆井關(guān)鍵工具、裝備全面國(guó)產(chǎn)化。

表1 涪陵頁巖氣田一趟鉆技術(shù)模板表

3.1.3 長(zhǎng)水平段水平井固井技術(shù)

通過水泥環(huán)失效機(jī)制研究，優(yōu)選固井水泥漿添加劑，評(píng)價(jià)水泥石長(zhǎng)效密封、抗交變載荷等性能，研發(fā)了彈韌性膠乳固井水泥漿體系；基于油基潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)評(píng)價(jià)，優(yōu)化增溶擴(kuò)溶型高效沖洗劑分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，優(yōu)選加重材料，研制了油基鉆井液固井沖洗液、清洗液體系；開發(fā)了頁巖氣專用氣密封高強(qiáng)度套管、樹脂扶正器、自旋轉(zhuǎn)引鞋、趾端滑套等完井關(guān)鍵工具，形成了“井眼準(zhǔn)備+套管下入+扶正居中+高效頂替”為核心的長(zhǎng)水平井預(yù)應(yīng)力固井技術(shù)，固井質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)率100%，壓后環(huán)空帶壓下降至8.6%。

3.2 不同地質(zhì)條件頁巖儲(chǔ)層差異化縫網(wǎng)壓裂技術(shù)

與北美頁巖相比，涪陵頁巖氣藏地質(zhì)條件復(fù)雜，埋深、構(gòu)造形態(tài)復(fù)雜、地應(yīng)力條件及裂縫分布差異大。針對(duì)氣田不同地質(zhì)特征存在較大差異的難點(diǎn)，形成了復(fù)雜頁巖儲(chǔ)層差異化縫網(wǎng)壓裂工藝、頁巖氣水平井重復(fù)壓裂工藝、壓后多方法綜合評(píng)估三大核心技術(shù)，指導(dǎo)方案設(shè)計(jì)及施工600余井，壓裂工藝成功率98%、有效率97%。

3.2.1 分區(qū)分層差異化壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

考慮涪陵頁巖氣田平面及縱向儲(chǔ)層特征變化，通過室內(nèi)多因素壓裂物模試驗(yàn)，揭示了不同脆性、頁理發(fā)育程度頁巖的裂縫起裂延伸機(jī)理，為頁巖氣井針對(duì)性、精細(xì)化方案設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

結(jié)合涪陵氣田不同區(qū)塊地質(zhì)關(guān)鍵影響因素，開展以“平面精細(xì)設(shè)計(jì)+縱向精準(zhǔn)改造”為特色的差異化壓裂工藝設(shè)計(jì)。平面上，以SRV最大化和縫網(wǎng)復(fù)雜化為目標(biāo)，建立了“混合壓裂、組合加砂”為核心的主體改造模式，制定了不同類型儲(chǔ)層針對(duì)性改造對(duì)策（表2）；縱向上，考慮各小層儲(chǔ)層特征及裂縫延伸規(guī)律，建立“六參數(shù)”三大類施工參數(shù)設(shè)計(jì)方法，形成了不同區(qū)域、小層差異化縫網(wǎng)壓裂工藝技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用平均單井測(cè)試氣量達(dá)26×104m3/d，該技術(shù)有力支撐了涪陵氣田一期、二期百億立方米產(chǎn)能建設(shè)。

表2 涪陵頁巖氣田不同類型儲(chǔ)層差異化壓裂工藝措施表

綜合考慮開發(fā)調(diào)整井儲(chǔ)層特征、井網(wǎng)井距、老井誘導(dǎo)及經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)等多方面需求和配置關(guān)系，以井組整體有效動(dòng)用為目標(biāo)，提出以“增大接觸面積、井組協(xié)同優(yōu)化”為核心的改造理念，形成了以“細(xì)密布縫+均衡改造+高強(qiáng)加砂”為特色的壓裂工藝技術(shù)，通過推廣應(yīng)用立體開發(fā)調(diào)整井精準(zhǔn)壓裂技術(shù)，關(guān)鍵核心參數(shù)指標(biāo)得以提升，下部加密井和上部氣層井平均測(cè)試產(chǎn)氣量分別提高至22.6×104m3/d和17.4×104m3/d。

3.2.2 頁巖氣水平井重復(fù)壓裂工藝技術(shù)

針對(duì)采收率偏低、水平井段內(nèi)改造效果存在差異等情況，研究了頁巖氣井生產(chǎn)應(yīng)力場(chǎng)變化規(guī)律、重復(fù)壓裂裂縫起裂延伸規(guī)律，明確重復(fù)壓裂時(shí)機(jī)及選井方法，率先在國(guó)內(nèi)探索了頁巖氣水平井重復(fù)壓裂工藝試驗(yàn)，形成了短水平井段“暫堵轉(zhuǎn)向”和長(zhǎng)水平井段“重建井筒”兩種重復(fù)壓裂技術(shù)體系。

暫堵轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂以“疏通老縫、開啟新縫”為目標(biāo)，采用“簇間封堵+縫內(nèi)轉(zhuǎn)向”復(fù)合暫堵方式，將開啟壓力基本一致的射孔簇劃分為一級(jí)，采用“擠注提壓+分級(jí)主壓”的施工模式。該工藝在焦頁9-2HF井短水平井段（＜500 m）重壓取得成功，壓后累計(jì)采氣量1 072×104m3。重建井筒分段壓裂[28]工藝主要針對(duì)長(zhǎng)水平井段簇間改造不充分的情況，即在?139.7 mm套管中下入?88.9 mm小套管重新固井建立新井筒（圖3），采用分段射孔壓裂方式，尋找段、簇間剩余儲(chǔ)量，精準(zhǔn)改造剩余潛力井段。在焦頁4HF井成功開展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，測(cè)試產(chǎn)氣量達(dá)18.1×104m3/d，為老區(qū)高效開發(fā)提供了新的技術(shù)途徑，具有較好的推廣示范作用。

圖3 涪陵頁巖氣田重建井筒重復(fù)壓裂工藝示意圖

3.2.3 頁巖氣井壓后多方法綜合評(píng)估技術(shù)

針對(duì)頁巖氣壓裂裂縫形態(tài)復(fù)雜多變效果評(píng)估尚無系統(tǒng)方法等難題，首次創(chuàng)建了涪陵頁巖氣井壓裂動(dòng)態(tài)分析與效果評(píng)估的裂縫定量化描述技術(shù)[29-31]。以壓裂裂縫形態(tài)、擴(kuò)展演化機(jī)制診斷分析為核心，形成了壓裂施工曲線變化量化評(píng)價(jià)方法，明確了沿不同裂縫延伸狀態(tài)下地面壓力響應(yīng)規(guī)律；利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色關(guān)聯(lián)、層次分析等大數(shù)據(jù)分析方法,明確不同區(qū)域單井產(chǎn)能影響主控地質(zhì)、工程因素及權(quán)重排序。集成應(yīng)用多種分析方法（表3），實(shí)現(xiàn)了定量化評(píng)價(jià)縫網(wǎng)壓裂改造效果，目前已在氣田全面推廣應(yīng)用。

表3 涪陵頁巖氣田氣井壓后多方法綜合評(píng)估技術(shù)表

3.3 頁巖氣高效采氣集輸技術(shù)

3.3.1 頁巖氣井全生命周期采氣工藝技術(shù)

針對(duì)頁巖氣井井筒積液預(yù)測(cè)難度大、采氣工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)復(fù)雜等難題，創(chuàng)新形成了涪陵頁巖氣井全生命周期采氣工藝技術(shù)。以氣井生產(chǎn)規(guī)律為基礎(chǔ)，以節(jié)點(diǎn)分析法為核心，攻關(guān)形成了頁巖氣井氣藏—井筒一體化采氣工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，制定了涪陵采氣工藝分類、分階段優(yōu)化方案；針對(duì)涪陵頁巖氣井特殊的井筒、井口結(jié)構(gòu)，研發(fā)配套了投撈式氣舉閥排采、連續(xù)管完井、同心管完井、智能柱塞、“增壓+泡排”等一系列排采工藝技術(shù)，為氣田高效開采提供了技術(shù)手段。

3.3.2 復(fù)雜山地特征的地面集輸及配套工藝技術(shù)

按照“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、模塊化建設(shè)、標(biāo)準(zhǔn)化采購(gòu)、信息化提升”的總體思路，根據(jù)涪陵地區(qū)地表特征，形成了“環(huán)狀管網(wǎng)、兩級(jí)布站、濕氣集輸、兩級(jí)脫水”的地面集輸及配套工藝技術(shù)。焦石壩區(qū)塊共部署集氣站與采氣平臺(tái)合建63個(gè)，土地節(jié)約率達(dá)57%。

3.3.3 建成了數(shù)字化頁巖氣示范區(qū)

通過通信及安防系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)和信息平臺(tái)的建設(shè)，建成了一個(gè)具備高度自動(dòng)化、可視化、集成化、流程化為特征的數(shù)字化氣田。采氣、集輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集率達(dá)到100%，實(shí)現(xiàn)了集氣站無人值守、異常情況下的氣井主動(dòng)關(guān)停，保障生產(chǎn)安全。

3.4 巖溶山地頁巖氣綠色開發(fā)技術(shù)

3.4.1 頁巖氣產(chǎn)出水達(dá)標(biāo)處理技術(shù)

系統(tǒng)開展了產(chǎn)出水達(dá)標(biāo)處理工藝研究，研發(fā)了撬裝式產(chǎn)出水處理設(shè)備，形成了“預(yù)處理—雙膜脫鹽—結(jié)晶蒸發(fā)”核心處理工藝（圖4），建成了大型頁巖氣產(chǎn)出水處理站，處理后的外排水水質(zhì)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》III類標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 涪陵頁巖氣田產(chǎn)出水處理站工藝流程圖

3.4.2 固體廢棄物無害化處理技術(shù)

研發(fā)了水基、油基鉆屑不落地、無害化處理裝置及配套技術(shù)，對(duì)收集、轉(zhuǎn)運(yùn)、存放到無害化處理的全過程實(shí)施監(jiān)管。研制了間歇式與連續(xù)式兩套模塊化熱解處理裝置，處理后的熱解灰渣中石油類含量?jī)H0.02%，優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)利用灰渣研制了免燒磚、壓裂支撐劑等，實(shí)現(xiàn)油基鉆屑100%無害化處理。

3.4.3 巖溶山地頁巖氣開發(fā)土地集約化利用技術(shù)

涪陵頁巖氣田勘探開發(fā)過程平臺(tái)土地復(fù)墾不僅缺乏系統(tǒng)的工程技術(shù)，也缺少可以借鑒的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)[32-34]。針對(duì)喀斯特巖溶地貌特征，實(shí)踐總結(jié)出了一整套土地復(fù)墾技術(shù)，有效恢復(fù)和提高了土地生產(chǎn)力，技術(shù)流程包括：確定復(fù)墾范圍、劃分復(fù)墾單元、確定復(fù)墾種類和后評(píng)價(jià)方式等。

3.4.4 頁巖氣開發(fā)碳減排綜合技術(shù)

通過研究與應(yīng)用試采一體化、網(wǎng)電鉆機(jī)、全電驅(qū)高效壓裂、井下節(jié)流技術(shù)及方法，減少氣體排放，節(jié)約資源，單井平均減少頁巖氣放噴量43×104m3。

3.5 示范區(qū)高效開發(fā)關(guān)鍵裝備及材料

涪陵頁巖氣示范區(qū)利用中國(guó)石化產(chǎn)業(yè)鏈完整的優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)裝備工具研發(fā)攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)了“井工廠”鉆井、壓裂關(guān)鍵裝備和配套工具的全部國(guó)產(chǎn)，有效打破國(guó)外壟斷，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。

創(chuàng)新研制了全方位整體移運(yùn)自走式鉆機(jī)，最大移運(yùn)重量達(dá)1 000 t，井間定位精度小于10 mm，井間搬遷從72 h縮短至4 h。研制了模塊化、自動(dòng)化程度高、適應(yīng)山地作業(yè)環(huán)境的步進(jìn)式、軌道式整體運(yùn)移鉆機(jī)；研制了耐油長(zhǎng)壽命螺桿鉆具和降摩減阻工具等，為頁巖氣開發(fā)提供鉆井成套裝備及工具解決方案。創(chuàng)新研制世界首臺(tái)3000型壓裂泵車、連續(xù)油管作業(yè)車、高壓管匯等配套裝備，形成頁巖氣開發(fā)成套裝備解決方案，有力保障了山地環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間、高壓力、大功率壓裂施工；研發(fā)了5 000馬力（1馬力=745.699 9 W）電動(dòng)壓裂泵。

創(chuàng)新研制8 kN測(cè)井牽引器、專用PDC鉆頭和耐油螺桿、耐高溫高壓易鉆橋塞、140 MPa多級(jí)射孔工具串等關(guān)鍵工具，降低了生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用。創(chuàng)新研制了油基泥漿體系、高效壓裂減阻液體系，技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，成本較國(guó)外同類產(chǎn)品低30%以上。

4 未來展望及下步攻關(guān)方向

根據(jù)四川盆地頁巖氣地質(zhì)特點(diǎn)、資源潛力、不同類型大型氣田發(fā)現(xiàn)規(guī)律，制定了中國(guó)石化“十四五”頁巖氣發(fā)展規(guī)劃。深入貫徹大力提升國(guó)內(nèi)油氣勘探開發(fā)力度的指示精神，踐行綠色開發(fā)、效益開發(fā)理念，加大基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，攻關(guān)突破川南深層4 000～5 000 m志留系、盆緣復(fù)雜構(gòu)造帶常壓志留系，實(shí)現(xiàn)多類型頁巖氣商業(yè)突破，勘探上培育形成涪陵萬億立方米規(guī)模儲(chǔ)量，開發(fā)上持續(xù)探索頁巖氣提高采收率技術(shù)，實(shí)現(xiàn)涪陵頁巖氣示范區(qū)百億立方米產(chǎn)量上產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)[35-40]。

4.1 加快推進(jìn)深層、常壓頁巖氣發(fā)展

涪陵頁巖氣示范區(qū)實(shí)現(xiàn)了3 500 m以淺超壓頁巖氣藏高效開發(fā)、3 500～4 000 m有效開發(fā)，但深層頁巖儲(chǔ)層埋藏深、施工壓力高、施工排量受限，對(duì)長(zhǎng)水平井壓裂技術(shù)和裝備的要求更高；常壓頁巖氣富集保存機(jī)理及評(píng)價(jià)技術(shù)體系目前尚不明確，常壓區(qū)低成本優(yōu)快鉆井技術(shù)、高效壓裂技術(shù)尚未配套。未來將結(jié)合已有的技術(shù)體系持續(xù)優(yōu)化與攻關(guān)，建立4 000 m以深和常壓頁巖氣開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，打造區(qū)域差異化開發(fā)模式。

4.2 持續(xù)攻關(guān)頁巖氣提高采收率技術(shù)

焦石壩區(qū)塊經(jīng)過井網(wǎng)加密開發(fā)調(diào)整后，采收率從12.6%提高到23.3%，立體開發(fā)調(diào)整區(qū)采收率達(dá)到39.2%。但對(duì)于江東、平橋復(fù)雜構(gòu)造區(qū)、白馬深層新區(qū)，開發(fā)調(diào)整潛力及實(shí)施效果仍有待落實(shí)。因此，下步應(yīng)積極攻關(guān)地模數(shù)模一體化技術(shù)，建立以頁巖氣天然裂縫與人工縫耦合的地?！獢?shù)模一體化儲(chǔ)量動(dòng)用評(píng)價(jià)、基于復(fù)雜應(yīng)力場(chǎng)的復(fù)雜縫網(wǎng)高效體積壓裂、復(fù)雜山地條件下立體開發(fā)提高采收率技術(shù)，實(shí)現(xiàn)頁巖氣資源的充分動(dòng)用。

4.3 積極推廣新技術(shù)新方法現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

結(jié)合智能化及大數(shù)據(jù)應(yīng)用趨勢(shì)，持續(xù)優(yōu)化攻關(guān)示范區(qū)高效開發(fā)技術(shù)體系和裝備。①?gòu)?qiáng)化頁巖氣氣藏地質(zhì)、氣藏工程理論研究，進(jìn)一步探尋氣藏機(jī)理與生產(chǎn)規(guī)律；②突破工程工藝技術(shù)瓶頸，鉆、試、地面工程提速提質(zhì)降本，開發(fā)調(diào)整工藝體系不斷完善；③持續(xù)提高氣藏的“甜點(diǎn)”識(shí)別和單井產(chǎn)能，降低開采成本，提高氣田產(chǎn)量。

4.4 著力強(qiáng)化綠色頁巖氣示范區(qū)建設(shè)

堅(jiān)持減量化—再利用—再循環(huán)的經(jīng)濟(jì)模式，嚴(yán)格實(shí)行廢水循環(huán)用、廢氣減排放、廢渣嚴(yán)處理，促進(jìn)節(jié)能、降耗、減污、增效的勘探開發(fā)全過程清潔生產(chǎn)，切實(shí)保障資源開發(fā)與環(huán)境保護(hù)并重。

5 結(jié)論

1）涪陵國(guó)家級(jí)頁巖氣示范區(qū)建設(shè)歷經(jīng)了勘探評(píng)價(jià)、一期二期建設(shè)、立體開發(fā)調(diào)整建設(shè)三個(gè)階段，累計(jì)產(chǎn)氣量超400×108m3，成為國(guó)內(nèi)頁巖氣產(chǎn)量增長(zhǎng)的主力軍。

2）涪陵國(guó)家級(jí)頁巖氣示范區(qū)建設(shè)過程中形成了海相頁巖氣“二元富集”理論和頁巖氣高效開發(fā)氣藏工程理論，形成了四大配套技術(shù)體系：頁巖氣叢式水平井組優(yōu)快鉆井技術(shù)、不同地質(zhì)條件頁巖儲(chǔ)層差異化縫網(wǎng)壓裂技術(shù)、頁巖氣高效采氣集輸技術(shù)、巖溶山地頁巖氣綠色開發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵裝備和配套工具國(guó)產(chǎn)化。

3）涪陵國(guó)家級(jí)頁巖氣示范區(qū)下步將持續(xù)攻關(guān)深層、常壓頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)，勘探上培育形成涪陵萬億立方米規(guī)模儲(chǔ)量，開發(fā)上持續(xù)探索頁巖氣提高采收率技術(shù)，實(shí)現(xiàn)涪陵頁巖氣示范區(qū)百億立方米產(chǎn)量上產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。