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user: 4. 中国致密气开发关键技术 针对中国致密气的地质和开发特征，经过几十年的探索和技术攻关，自主研发和创新形成了致密气开发关键技术，使得致密气开发成本不断降低、开发规模快速增长；并随着致密气发现和开发类型的不断增多，技术不断发展和丰富。 4.1. 气藏精细描述技术 1) “甜点”预测技术 “甜点”预测是致密气规模有效开发的前提之一，致密气储层薄、砂体交错叠置、非均质性强、孔隙度低，加之煤层屏蔽、盐岩塑性变形等导致地球物理储层预测精度较低，经过多年摸索，建立了相控储层预测思路，实现了地质、地震、测井一体化、处理反演一体化，正演反演一体化，从定性到定量的预测 [ 7 ] (表1)。首先建立了复杂孔隙形态介质的岩石物理模型，系统揭示了碎屑岩储层岩性、物性、含气性测井及地震响应特征，提高横波预测和岩石物理分析精度，为地球物理参数反演和储层参数预测奠定可靠的基础；其次研发集成了面向储层的成像技术系列，进一步提高了资料的信噪比及分辨率；同时形成了不同储层多参数地震随机模拟反演技术，使得地震反演识别砂体的能力由常规的20米提高至5米，细化了单砂体分布特征，使其几何形态和厚度的预测更加精确，实现了致密薄层砂岩储层定量预测，预测的成功率达90%；形成了基于岩石物理模型的流体因子反演技术，有效提高流体识别能力，预测符合率大于90%。 Table 1 Reservoir prediction technology for the three major sedimentary systems of the upper paleozoic in Daniudi gas fiel 层位 沉积体系 沉积有利相带预测技术 含气性预测技术 储层参数定量预测技术 盒3 冲积平原——辨状河体系 1) 振幅属性分析 2) 神经网络波形分类 3) 神经网络多属性优化岩性指示曲线反演技术 1) 瞬时频率分析 2) 吸收衰减系数分析 3) 叠前道集优化处理技术 4) 地震沉积学三参数AVO分析 1) 岩性、孔隙度、电阻率曲线深域随机模拟反演技术 2) 岩石物理分析技术 3) 岩性及含气性叠前弹性参数反演 盒2 冲积平原——辨状河体系 1) 神经网络波形分类 2) 相位属性 + 振幅属性分析 3) 多属性神经网络优化岩性指示曲线反演技术 1) 瞬时频率分析 1) 岩性、孔隙度、电阻率曲线深域随机模拟反演技术 2) 岩石物理分析技术 3) 岩性及含气性叠前弹性参数反演 盒1 1) 神经网络多属性优化含气指示曲线反演技术 2) 子波分解与重构分频技术 3) 叠前道集优化处理技术 4) 地震沉积学三参数AVO分析 5) 频变AVO(频散) 6) 分频吸收衰减 1) 岩性指示曲线、孔隙度、含气指示曲线深域随机模拟反演技术 2) 岩石物理分析技术 3) 岩性及含气性叠前弹性参数反演 山2 三角洲(平原)体系 山1 1) 反射强度斜率分析 2) 匹配追踪去煤技术 1) 瞬时谐波频谱特征(HFC) 1) 岩性线、孔隙度、煤层遮挡含气指示曲线、砂岩电阻率曲线深度域随机模拟反演 太2 障壁海岸——潮坪体系 1) 以振幅属性为主的分析技术 2) 匹配追踪去煤技术 1) 瞬时频率分析 2) 速度异常分析 3) 瞬时谐波频谱特征(HFC) 太1 1) 振幅属性分析 1) 分频吸收衰减技术 表1. 大牛地气田上古生界三大沉积体系储层预测技术 2) 河道砂岩储层精细刻画技术 川西侏罗系致密气储渗单元为单河道，单河道和单砂体构成多个独立的子气藏，河道砂岩储层预测及刻画制约着开发目标评价及井网部署。采用从宏观到微观、从定性到定量、从外形精细刻画至内幕非均质性评价逐步逼近的综合研究思路：在井–震一体化河道沉积层序识别和小层精细对比研究的基础上，开展河道砂体叠置样式正演，分析河道砂体叠置情况下的地震反射特征，优选出敏感属性参数；其后综合采用属性分析、波形分类、体分频像素成像和三维可视化等技术确定河道砂体内部叠加样式和空间展布特征；最后采用递进反演相控储层定量描述技术实现河道砂岩储层定量预测。该技术突破了川西致密气藏河道砂岩精细刻画和定量预测技术瓶颈，实现了水平段储层关键参数的实时优化，确保水平段储层深度预测误差控制在5 m以内，极大提高了井轨迹控制精度和水平段储层钻遇率，促进了叠置河道高效开发 [ 8 ]。 3) 三维定量表征技术 致密气藏储层厚度小、非均质性强、多层叠置的特点，以建立精细等时地层格架为基础，以精细刻画单砂体空间展布、建立储层构型及地质知识库为关键，利用多点地质统计学建模方法建立三维地质模型。在单井沉积微相解释基础上，结合地震岩性反演体，综合砂体剖面对比图，统计河道宽度、厚度等参数，建立河道砂体构型地质知识库(图3)。提出“井间二次约束的储层建模方法”，首先建立地震资料约束下的岩相模型，然后按照不同相带中孔隙度、渗透率、饱和度的统计规律，建立相控条件下的孔渗饱三维属性模型；对于采用水平井开发的气藏，利用岩心及地球物理信息，通过有限元方法，建立三维地应力场模型。采用该技术可精细刻画出单砂体、隔夹层(泥岩隔层、煤层)及储层物性参数的空间展布，为井位部署、井轨迹优化设计及压裂优化选层选段提供可靠依据(图4)。 4) 有利目标区定量评价和优选技术 致密气储层物性差、气层厚度薄、非均质性强、产能低、经济有效动用难度大，提出了集储层预测、地质建模、产能预测和经济评价于一体、动静结合的定量选区评价思路和方法，地质、气藏工程、工艺参数的有机结合，形成了以无阻流量为主要评价指标的致密低渗气藏有利开发区定量评价技术(图5)。通过单因素相关分析研究气层无阻流量与储层参数、工艺参数的关系，应用多元回归分析方法建立无阻流量与气层厚度、物性、含气性、加砂量等关系式，在地质模型的基础上得到无阻流量三维分布图，结合经济评价界限(表2)，在产能预测图上优选出经济有效开发区 [ 9 ] [ 10 ]。 图3. 大牛地气田盒一段河道砂体构型 图4. 致密砂岩气藏三维地质模型 图5. 致密气有利目标区优选流程图 Table 2 Evaluation criteria for tight gas development zone 评价类别 无阻流量，万方/日 目标区类别 I类区 >10 高产富集区 II类区 5~10 可动用区 III类区 1~5 潜在可动用区 IV类区 <1 经济无效区 表2. 致密气开发区评价标准 4.2. 气藏工程与开发优化技术 1) 气井产能评价技术 致密气储层渗透率低，压裂返排后需要长时间关井压力才能恢复稳定，常规试气需要放空大量天然气，加之开发井数多，不可能口口井都进行常规试气，因此提出了快速产能评价方法，在基本保证测试精度的前提下，通过简化试气流程，缩短测试时间。具体步骤为：新井射孔压裂后，当入井液返排率达到90%以上，只有少量的雾化水随气体喷出时，把井口压力控制在4~8 MPa的某个相对稳定的值，然后把地面流程导入测试管线，让气流通过智能旋进漩涡流量计进行测试求产。该方法既简化了测试过程，又避免了气体放空浪费，同时准确评价气井产能 [ 11 ]。 气井合理产量的确定是气藏高效开发的基础，综合考虑提高储量动用程度、合理利用地层能量和提升经济效益等因素，形成了渗流特征法、不稳定流动分析、系统优化法、采气曲线法和数值模拟等多方法集成的气井合理配产技术，综合确定气井初期配产，在保证气田开发效益的同时，延长气井生命周期，提高气藏采出程度 [ 9 ]。 2) 多层系多井型井网优化技术 开发井网优化以储层展布特征、单井控制储量和经济效益等为依据，在尽可能提高气田采收率的同时又能实现良好的经济效益。针对致密气储层有效砂体规模小、叠置关系复杂的强非均质性特点，通过评价多层系储层空间展布特征，考虑到不同井型、工程工艺提高单井产量的效果，结合不同储层发育区储层物性、有效砂体叠置形式、井间连通性、储量丰度等的差异，从提高气藏储量动用程度、获取较高采收率和单井产量的角度出发，开展多井型多层位立体开发井网优化。 在砂体规模精细刻画、压裂改造有效范围及气井泄气半径研究的基础上，优化井距；通过砂体几何形态评价、地应力方位研究明确井网几何形态；经济评价和气井开采模式相结合论证不同储量丰度区块的经济极限井网密度和合理井网密度 [ 12 ]；针对储层类型和分布特征，形成了直井单层开发、直井多层开发、水平井开发、直井水平井混合开发等立体开发模式，不断提高储量动用程度。目前在单砂体精细刻画和三维定量表征的基础上，进行井轨迹优化设计和混合井型井网的整体部署(图6)。 图6. 致密气藏井位部署图 4.3. 钻完井及增产改造技术 1) 水平井优快钻井技术 根据致密气藏地层特点，以气田效益开发为目的，在机理分析、室内实验、现场试验的基础上，形成了以五级分支井、径向钻孔深穿透、鱼骨状水平井、旋钻导向钻井等技术为核心的提高泄流面积钻井技术；研制出MWD系统、近钻头井斜角及方位角伽马测量仪以及井下微流量测量装置，提高了薄互层的储层钻遇率和井眼轨迹控制精度；形成了以井身结构优化、PDC钻头复合钻井提高钻速、气体钻井等技术集成的低成本快速钻井技术，机械钻速不断提高，钻井周期不断缩短，PDC钻头的钻速是同井段牙轮钻头机械钻速的2~3倍，大幅度缩短了钻井周期，直井由平均45 d缩短到15 d左右，水平井钻井周期由202 d缩短到71 d左右 [ 13 ]。 2) 增产改造技术 对于纵向上多层发育的致密砂岩气藏，以实现多层动用为目标，形成了机械封隔和套管滑套两大直井多层段有效改造技术，机械封隔分层压裂技术运用“大通径分隔器、多孔球座、多层应力剖面设计”，从分压3层提高至11层，压裂周期由2~3天降至1天，成本节约25%；套管滑套分层压裂技术通过运用“可开关套管滑套、可溶球、定压滑套、变径胶囊”，有限级最高分压11层，工具价格为国外同类产品的50%。在水平井方面，立足不同储层特点，形成多级滑套水力喷砂、裸眼封隔器两大水平井分段压裂技术，初期产量达到直井产量的3倍，使单井控制储量和单井产量大幅度提高，提升了气田的开发效益 [ 14 ]。 4.4. 采气工艺技术 1) 排水采气技术 针对致密气单井产量低、携液能力差的特点，形成了以“泡沫排水采气为主，速度管柱、柱塞气举、压缩机气举、合理工作制度为辅”的排水采气技术系列，确保了气田平稳生产。开发了多种系列起泡剂和消泡剂，形成了不同类型气井配套成熟的加注工艺及加注参数。泡沫排水采气是针对产水气田开发而研究的一项助采工艺技术，具有施工容易、收效快、成本低、不影响日常生产等优点，在出水气井中得到广泛应用。同时，针对致密气藏的特点，开展了速度管柱、柱塞气举、压缩机气举等多项攻关试验。对于产气量大于5000 m 3 /d、积液不严重的连续生产井，可采用泡沫排水；对于产气量大于5000 m 3 /d、积液较严重的气井，可采用速度管柱；对于产气量大于2000 m 3 /d的间歇生产井，可采用柱塞气举；对于产气量小于2000 m 3 /d的间歇生产井，可采用合理工作制度实现间歇开井；对于水淹停产井，可使用压缩机气举 [ 15 ]。 2) 井下节流技术 井下节流是指在气井井筒中下入节流器实现井筒节流降压的技术，目的是防止天然气水合物的形成而造成井筒和地面管线的堵塞。该技术取代了传统的集气站或井口加热装置，是简化优化地面流程的关键技术，该技术的优点是：a) 可以大幅度降低地面管线运行压力，有效防止水合物形成，提高开井时率；b) 不需要建设注醇系统，气井生产时不需要井口加热炉，在较大范围内实现地面压力系统自动调配，简化了地面流程；c) 提高气井携液能力。井下节流使井筒压力从高压瞬间降为低压，气体体积发生膨胀，气体的压能转变成动能，促使气流速度增大，从而提高了气体的携液能力；d) 降低了建设投资与运行成本。 在井下节流基础上，苏里格气田形成了“井口不加热、不注醇、中低压集气、带液计量、井间串接、常温分离、二级增压、集中处理”的中低压集气模式，井口到集气站的集输系统得到有效简化，优化了集气工艺，简化了集气流程，大幅度降低了地面投资 [ 16 ]。