中國(guó)低滲透砂巖氣藏開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀及發(fā)展方向

摘 要

摘要：低滲透砂巖氣藏地質(zhì)條件復(fù)雜，開(kāi)發(fā)難度大。針對(duì)塊狀、層狀和透鏡狀3類(lèi)低滲透砂巖氣藏的不同開(kāi)發(fā)特征，國(guó)內(nèi)初步形成了3類(lèi)低滲透砂巖氣藏開(kāi)發(fā)模式：①塊狀：底部避射控制底水、長(zhǎng)
摘要：低滲透砂巖氣藏地質(zhì)條件復(fù)雜，開(kāi)發(fā)難度大。針對(duì)塊狀、層狀和透鏡狀3類(lèi)低滲透砂巖氣藏的不同開(kāi)發(fā)特征，國(guó)內(nèi)初步形成了3類(lèi)低滲透砂巖氣藏開(kāi)發(fā)模式：①塊狀：底部避射控制底水、長(zhǎng)井段壓裂改造和中后期加密調(diào)整；②層狀：雙分支水平井、定壓生產(chǎn)，單井初期高產(chǎn)、井間接替，或直井壓裂、定產(chǎn)生產(chǎn)；③透鏡狀：加密井網(wǎng)、滾動(dòng)開(kāi)發(fā)。但現(xiàn)在仍面臨單井產(chǎn)量低、經(jīng)濟(jì)效益差等挑戰(zhàn)。為實(shí)現(xiàn)該類(lèi)氣藏規(guī)模有效開(kāi)發(fā)，針對(duì)低滲透砂巖氣藏開(kāi)發(fā)提出了幾點(diǎn)建議：①根據(jù)氣藏地質(zhì)條件優(yōu)選相應(yīng)技術(shù)系列；②加強(qiáng)滲流理論研究、深入認(rèn)識(shí)氣藏開(kāi)發(fā)機(jī)理；③進(jìn)一步加強(qiáng)壓裂技術(shù)攻關(guān)；④加快小井眼技術(shù)的配套完善。
關(guān)鍵詞：中國(guó)；低滲透砂巖氣藏；開(kāi)發(fā)模式；發(fā)展方向；技術(shù)配套；建議
0 引言
    2000年以來(lái)，國(guó)內(nèi)低滲透砂巖氣藏儲(chǔ)量和產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，尤其是產(chǎn)量所占比重越來(lái)越大，預(yù)計(jì)2020年低滲透砂巖天然氣年產(chǎn)量將占中石油天然氣年總產(chǎn)量的30%。因此，低滲透砂巖氣藏是我國(guó)天然氣未來(lái)增儲(chǔ)上產(chǎn)最重要的領(lǐng)域之一。提高低滲透砂巖氣藏開(kāi)發(fā)水平，實(shí)現(xiàn)規(guī)模有效開(kāi)發(fā)，是落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀的具體舉措，也是實(shí)現(xiàn)天然氣業(yè)務(wù)持續(xù)有效協(xié)調(diào)發(fā)展的重要保障。
1 中國(guó)低滲透砂巖氣藏開(kāi)發(fā)特征
    我國(guó)低滲透砂巖氣藏主要分布在四川、鄂爾多斯和塔里木三大盆地，松遼和渤海灣等盆地也有所發(fā)現(xiàn)。依據(jù)儲(chǔ)層產(chǎn)狀可以將其劃分為塊狀、層狀和透鏡狀3種氣藏類(lèi)型，不同類(lèi)型氣藏地質(zhì)與開(kāi)發(fā)特征存在明顯差異。
1.1 塊狀低滲透砂巖氣藏
    天然氣聚集在厚度幾十米至上百米的儲(chǔ)層中，氣層呈塊狀連續(xù)分布，氣層厚度大，縱向連續(xù)性好，一般有底水分布。塔里木盆地大北1氣田屬于此種氣藏類(lèi)型，產(chǎn)氣層白堊系巴什基奇克組砂巖厚度大，主塊氣層厚度100～160m；發(fā)育細(xì)-中砂巖為主的孔隙-裂縫型儲(chǔ)層，物性較差，巖心孔隙度3.5%～9.0%，平均5.15%，滲透率(0.1～1)×10-3μm2，平均0.13×10-3μm2，儲(chǔ)層中裂縫較發(fā)育。
1.2 層狀低滲透砂巖氣藏
    氣層厚度一般幾米至十幾米，呈層狀連續(xù)分布，是比較常見(jiàn)的一種氣藏類(lèi)型，常有邊水分布。長(zhǎng)慶榆林氣田屬于此種氣藏類(lèi)型，儲(chǔ)層呈層狀連續(xù)分布，有效厚度為5～15m，儲(chǔ)量豐度為(1～2)×108m3/km2。
1.3 透鏡狀低滲透砂巖氣藏
    透鏡狀低滲透砂巖氣藏是一種儲(chǔ)層物性相對(duì)較好的局部區(qū)域被周?chē)镄韵鄬?duì)較差的地層所包圍的巖性氣藏，天然氣主要聚集在由于沉積環(huán)境或成巖作用變化而形成的透鏡狀砂巖儲(chǔ)層中。鄂爾多斯盆地蘇里格氣田是典型的河流相透鏡狀低滲透砂巖氣藏，砂體多期疊置并復(fù)合連片，儲(chǔ)層含氣性橫向變化大，非均質(zhì)性強(qiáng)，大面積含氣，局部相對(duì)富集，低滲透[滲透率(0.06～2)×10-3μm2]、低壓(壓力系數(shù)0.87)、低豐度[(1.1～2)×108m3/km2]，在生產(chǎn)動(dòng)態(tài)中表現(xiàn)為氣井初期產(chǎn)量遞減快，中后期產(chǎn)量遞減慢，在較低井底流壓下，氣井表現(xiàn)出一定的穩(wěn)產(chǎn)能力[1]。
    塊狀低滲透砂巖氣藏相對(duì)較少，主要有塔里木盆地大北1氣田、四川盆地邛西氣田和中原文23氣田等，儲(chǔ)量比例約占5%；層狀低滲透砂巖氣藏包括鄂爾多斯盆地榆林氣田、塔里木盆地迪那氣田、四川盆地須家河組氣藏等，儲(chǔ)量比例約占23%；目前低滲透砂巖氣藏主要以透鏡狀氣藏為主體，探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量超過(guò)萬(wàn)億立方米。
2 中國(guó)低滲透砂巖氣藏開(kāi)發(fā)模式
    低滲透砂巖氣藏地質(zhì)條件較復(fù)雜，儲(chǔ)層物性差，開(kāi)發(fā)過(guò)程中主要表現(xiàn)出生產(chǎn)壓差大、氣藏產(chǎn)能分布不均衡、氣井穩(wěn)產(chǎn)水平低等特點(diǎn)，通常需要壓裂改造方式投產(chǎn)，邊底水一般不太活躍。通過(guò)多年探索，我國(guó)初步形成了塊狀、層狀和透鏡狀3種低滲透砂巖氣藏的開(kāi)發(fā)模式。
2.1 塊狀低滲透砂巖氣藏開(kāi)發(fā)模式
    該類(lèi)氣藏儲(chǔ)量豐度高，但氣藏產(chǎn)能分布不均衡，生產(chǎn)壓差大；長(zhǎng)井段多層合采時(shí)層間干擾不突出，整體壓裂效果較好。以文23氣田為例，初步形成“底部避射控制底水、長(zhǎng)井段壓裂改造和中后期加密調(diào)整”開(kāi)發(fā)模式。
2.2 層狀低滲透砂巖氣藏開(kāi)發(fā)模式
    該類(lèi)氣藏儲(chǔ)層連續(xù)性較好，非均質(zhì)性較強(qiáng)，產(chǎn)量差異較大。在榆林氣田開(kāi)發(fā)實(shí)踐中，長(zhǎng)北區(qū)塊采用“雙分支水平井、定壓生產(chǎn)，單井初期高產(chǎn)、井間接替”的開(kāi)發(fā)模式；榆林南區(qū)塊采用“直井壓裂、定產(chǎn)生產(chǎn)”的開(kāi)發(fā)模式，均取得了良好的開(kāi)發(fā)效果。
2.3 透鏡狀低滲透砂巖氣藏開(kāi)發(fā)模式
    該類(lèi)氣藏儲(chǔ)層物性差，非均質(zhì)性強(qiáng)，初期試采氣井壓力下降快，單井控制儲(chǔ)量少，有效砂體分布不連續(xù)，氣井穩(wěn)產(chǎn)能力差。受氣藏地質(zhì)復(fù)雜性的制約，該類(lèi)氣藏主要采取“滾動(dòng)開(kāi)發(fā)”的模式，開(kāi)發(fā)初期規(guī)模不宜過(guò)大，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的開(kāi)發(fā)實(shí)踐后，隨著對(duì)氣藏地質(zhì)認(rèn)識(shí)的逐步加深，采取鉆加密井的方式擴(kuò)大其規(guī)模，提高天然氣的采收率。
3 低滲透砂巖氣藏開(kāi)發(fā)面臨的挑戰(zhàn)
    盡管低滲透砂巖氣藏開(kāi)發(fā)模式已初步形成，上產(chǎn)速度也在加快，但低滲透砂巖氣藏仍處于開(kāi)發(fā)早期階段，仍面臨許多挑戰(zhàn)，主要包括單井產(chǎn)量低、穩(wěn)產(chǎn)能力差，氣藏采收率低，開(kāi)發(fā)成本相對(duì)較高，經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)較差等。
3.1 塊狀低滲透砂巖氣藏
    以塔里木盆地大北1氣田為例，面臨的難題主要包括地理與地質(zhì)條件復(fù)雜，地震資料品質(zhì)差，構(gòu)造落實(shí)難度大；儲(chǔ)層埋藏深、天然裂縫發(fā)育，施工風(fēng)險(xiǎn)高、改造難度大；目前由于動(dòng)態(tài)資料有限，合理配產(chǎn)難以確定、穩(wěn)產(chǎn)能力認(rèn)識(shí)不清。
3.2 層狀低滲透砂巖氣藏
    四川盆地須家河組氣藏以層狀、透鏡狀為主，面臨的主要難題有平面差異明顯、層間差異較大，氣水關(guān)系復(fù)雜，地質(zhì)認(rèn)識(shí)有待深化；多層，氣水層交互，增產(chǎn)改造容易壓穿水層；有效儲(chǔ)層識(shí)別預(yù)測(cè)難度大。
3.3 透鏡狀低滲透砂巖氣藏
蘇里格氣田為典型的低滲透透鏡狀砂巖氣藏，開(kāi)發(fā)中存在的主要問(wèn)題為儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，連通性差，有效儲(chǔ)層難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，合理的井網(wǎng)密度難以確定，井位優(yōu)選風(fēng)險(xiǎn)大；低壓、多薄層、砂體發(fā)育與地應(yīng)力方位匹配不利，增產(chǎn)改造難度大；需要進(jìn)一步探索降低成本的技術(shù)途徑；大規(guī)模鉆井面臨環(huán)境保護(hù)的巨大壓力。
4 對(duì)低滲透砂巖氣藏開(kāi)發(fā)的建議
    針對(duì)我國(guó)低滲透砂巖氣藏地質(zhì)與開(kāi)發(fā)特征，借鑒美國(guó)致密天然氣開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)[2～5]，提出以下幾點(diǎn)建議。
4.1 根據(jù)氣藏地質(zhì)條件優(yōu)選技術(shù)系列
    透鏡狀、層狀、塊狀3類(lèi)氣藏地質(zhì)特征明顯不同，即使同類(lèi)氣藏也會(huì)存在一定差異，所以，需要根據(jù)具體氣藏地質(zhì)條件制訂合理的開(kāi)發(fā)技術(shù)政策，優(yōu)化工藝技術(shù)系列。
4.1.1 針對(duì)大北氣田的地質(zhì)條件和開(kāi)發(fā)難點(diǎn)
    為此建議：①重點(diǎn)研究構(gòu)造成像、裂縫發(fā)育以及儲(chǔ)層非均質(zhì)性等問(wèn)題；②對(duì)于裂縫發(fā)育的地層采取分層解堵酸化或適度規(guī)模壓裂，對(duì)于裂縫不發(fā)育地層，采取分段壓裂技術(shù)，深度改造；③開(kāi)展長(zhǎng)期試采工作，評(píng)價(jià)垂向連通性，確定單井合理配產(chǎn)及其穩(wěn)產(chǎn)能力，進(jìn)而優(yōu)選井位，提高經(jīng)濟(jì)效益。
4.1.2 針對(duì)須家河組氣藏的地質(zhì)條件和開(kāi)發(fā)難點(diǎn)
    建議：①綜合利用地震、地質(zhì)跟蹤分析、動(dòng)態(tài)分析等多種方法，開(kāi)展有效儲(chǔ)層分布、裂縫發(fā)育、氣水關(guān)系、水體能量等專(zhuān)題研究，為開(kāi)發(fā)主體技術(shù)優(yōu)選提供地質(zhì)依據(jù)；②研究不同區(qū)塊的產(chǎn)能特征、合理采氣速度、單井配產(chǎn)等，確定不同區(qū)塊的產(chǎn)能接替方式和穩(wěn)產(chǎn)期；③開(kāi)展提高單井產(chǎn)量措施、排水采氣工藝技術(shù)等研究，為須家河組氣藏全面開(kāi)發(fā)做技術(shù)準(zhǔn)備。
4.1.3 針對(duì)蘇里格氣田的地質(zhì)條件和開(kāi)發(fā)難點(diǎn)
    建議：①優(yōu)選富集區(qū)，開(kāi)展三維地震工作，進(jìn)行典型區(qū)塊解剖研究，提高鉆井成功率；②深化氣藏動(dòng)態(tài)描述，研究主滲區(qū)帶的分布及滲流方向，確定合理的井網(wǎng)密度，優(yōu)化井位部署；③采用封隔器分層壓裂或水力噴射壓裂技術(shù)；④積極推進(jìn)叢式井的規(guī)模應(yīng)用，合理降低投資，節(jié)約用地，保護(hù)環(huán)境。
4.2 加強(qiáng)滲流理論研究，深入認(rèn)識(shí)氣藏開(kāi)發(fā)機(jī)理
    低滲透砂巖氣藏儲(chǔ)層孔喉細(xì)小，孔滲低，存在明顯的非線性滲流特征，雷諾數(shù)與摩阻系數(shù)之間的關(guān)系也不同于常規(guī)氣藏。建議加強(qiáng)研究不同流態(tài)數(shù)學(xué)描述與適用界限，深化研究低滲透儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性及其對(duì)氣井產(chǎn)能的影響，深入認(rèn)識(shí)低滲透氣藏開(kāi)發(fā)機(jī)理，完善氣水兩相滲流基礎(chǔ)理論。
4.3 進(jìn)一步加強(qiáng)壓裂技術(shù)攻關(guān)
    低滲透砂巖氣藏普遍存在單井產(chǎn)量低的特點(diǎn)，目前，提高氣藏單井產(chǎn)量的主要措施是進(jìn)行壓裂增產(chǎn)改造。從目前技術(shù)發(fā)展來(lái)看，還需要進(jìn)一步加強(qiáng)壓前儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)和儲(chǔ)層改造基礎(chǔ)研究，加速低傷害新材料研發(fā)及推廣應(yīng)用，加快壓裂配套工具的研制，強(qiáng)化應(yīng)用測(cè)斜儀及微地震波等裂縫診斷技術(shù)。
4.4 加快小井眼技術(shù)的配套完善
    小井眼可降低鉆井綜合成本，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀，但要實(shí)現(xiàn)降低成本的目標(biāo)，必須要解決因井眼尺寸減小帶來(lái)的一系列技術(shù)難題[6]。
    為此建議：建立設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，加快小井眼鉆機(jī)、高轉(zhuǎn)速小井眼鉆頭的改進(jìn)與研制，加強(qiáng)多系列小井眼鉆采一體化配套工具的研發(fā)，加大科研投入力度，使小井眼井控技術(shù)、完井技術(shù)、采油氣技術(shù)與小井眼鉆井同步并協(xié)調(diào)發(fā)展，積極探索小井眼技術(shù)在低滲透氣田中的推廣應(yīng)用。
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(本文作者：雷群 李熙喆 萬(wàn)玉金 陳建軍 楊依超 中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院廊坊分院)