中國低滲透砂巖氣藏開發現狀及發展方向

摘 要

摘要：低滲透砂巖氣藏地質條件復雜，開發難度大。針對塊狀、層狀和透鏡狀3類低滲透砂巖氣藏的不同開發特征，國內初步形成了3類低滲透砂巖氣藏開發模式：①塊狀：底部避射控制底水、長
摘要：低滲透砂巖氣藏地質條件復雜，開發難度大。針對塊狀、層狀和透鏡狀3類低滲透砂巖氣藏的不同開發特征，國內初步形成了3類低滲透砂巖氣藏開發模式：①塊狀：底部避射控制底水、長井段壓裂改造和中后期加密調整；②層狀：雙分支水平井、定壓生產，單井初期高產、井間接替，或直井壓裂、定產生產；③透鏡狀：加密井網、滾動開發。但現在仍面臨單井產量低、經濟效益差等挑戰。為實現該類氣藏規模有效開發，針對低滲透砂巖氣藏開發提出了幾點建議：①根據氣藏地質條件優選相應技術系列；②加強滲流理論研究、深入認識氣藏開發機理；③進一步加強壓裂技術攻關；④加快小井眼技術的配套完善。
關鍵詞：中國；低滲透砂巖氣藏；開發模式；發展方向；技術配套；建議
0 引言
    2000年以來，國內低滲透砂巖氣藏儲量和產量快速增長，尤其是產量所占比重越來越大，預計2020年低滲透砂巖天然氣年產量將占中石油天然氣年總產量的30%。因此，低滲透砂巖氣藏是我國天然氣未來增儲上產最重要的領域之一。提高低滲透砂巖氣藏開發水平，實現規模有效開發，是落實科學發展觀的具體舉措，也是實現天然氣業務持續有效協調發展的重要保障。
1 中國低滲透砂巖氣藏開發特征
    我國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現。依據儲層產狀可以將其劃分為塊狀、層狀和透鏡狀3種氣藏類型，不同類型氣藏地質與開發特征存在明顯差異。
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層中，氣層呈塊狀連續分布，氣層厚度大，縱向連續性好，一般有底水分布。塔里木盆地大北1氣田屬于此種氣藏類型，產氣層白堊系巴什基奇克組砂巖厚度大，主塊氣層厚度100～160m；發育細-中砂巖為主的孔隙-裂縫型儲層，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，儲層中裂縫較發育。
1.2 層狀低滲透砂巖氣藏
    氣層厚度一般幾米至十幾米，呈層狀連續分布，是比較常見的一種氣藏類型，常有邊水分布。長慶榆林氣田屬于此種氣藏類型，儲層呈層狀連續分布，有效厚度為5～15m，儲量豐度為(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層物性相對較好的局部區域被周圍物性相對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境或成巖作用變化而形成的透鏡狀砂巖儲層中。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，砂體多期疊置并復合連片，儲層含氣性橫向變化大，非均質性強，大面積含氣，局部相對富集，低滲透[滲透率(0.06～2)×10-3μm2]、低壓(壓力系數0.87)、低豐度[(1.1～2)×108m3/km2]，在生產動態中表現為氣井初期產量遞減快，中后期產量遞減慢，在較低井底流壓下，氣井表現出一定的穩產能力[1]。
    塊狀低滲透砂巖氣藏相對較少，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，探明天然氣地質儲量超過萬億立方米。
2 中國低滲透砂巖氣藏開發模式
    低滲透砂巖氣藏地質條件較復雜，儲層物性差，開發過程中主要表現出生產壓差大、氣藏產能分布不均衡、氣井穩產水平低等特點，通常需要壓裂改造方式投產，邊底水一般不太活躍。通過多年探索，我國初步形成了塊狀、層狀和透鏡狀3種低滲透砂巖氣藏的開發模式。
2.1 塊狀低滲透砂巖氣藏開發模式
    該類氣藏儲量豐度高，但氣藏產能分布不均衡，生產壓差大；長井段多層合采時層間干擾不突出，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、長井段壓裂改造和中后期加密調整”開發模式。
2.2 層狀低滲透砂巖氣藏開發模式
    該類氣藏儲層連續性較好，非均質性較強，產量差異較大。在榆林氣田開發實踐中，長北區塊采用“雙分支水平井、定壓生產，單井初期高產、井間接替”的開發模式；榆林南區塊采用“直井壓裂、定產生產”的開發模式，均取得了良好的開發效果。
2.3 透鏡狀低滲透砂巖氣藏開發模式
    該類氣藏儲層物性差，非均質性強，初期試采氣井壓力下降快，單井控制儲量少，有效砂體分布不連續，氣井穩產能力差。受氣藏地質復雜性的制約，該類氣藏主要采取“滾動開發”的模式，開發初期規模不宜過大，經過一定時間的開發實踐后，隨著對氣藏地質認識的逐步加深，采取鉆加密井的方式擴大其規模，提高天然氣的采收率。
3 低滲透砂巖氣藏開發面臨的挑戰
    盡管低滲透砂巖氣藏開發模式已初步形成，上產速度也在加快，但低滲透砂巖氣藏仍處于開發早期階段，仍面臨許多挑戰，主要包括單井產量低、穩產能力差，氣藏采收率低，開發成本相對較高，經濟效益相對較差等。
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條件復雜，地震資料品質差，構造落實難度大；儲層埋藏深、天然裂縫發育，施工風險高、改造難度大；目前由于動態資料有限，合理配產難以確定、穩產能力認識不清。
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，氣水關系復雜，地質認識有待深化；多層，氣水層交互，增產改造容易壓穿水層；有效儲層識別預測難度大。
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，開發中存在的主要問題為儲層非均質性強，連通性差，有效儲層難以準確預測，合理的井網密度難以確定，井位優選風險大；低壓、多薄層、砂體發育與地應力方位匹配不利，增產改造難度大；需要進一步探索降低成本的技術途徑；大規模鉆井面臨環境保護的巨大壓力。
4 對低滲透砂巖氣藏開發的建議
    針對我國低滲透砂巖氣藏地質與開發特征，借鑒美國致密天然氣開發經驗[2～5]，提出以下幾點建議。
4.1 根據氣藏地質條件優選技術系列
    透鏡狀、層狀、塊狀3類氣藏地質特征明顯不同，即使同類氣藏也會存在一定差異，所以，需要根據具體氣藏地質條件制訂合理的開發技術政策，優化工藝技術系列。
4.1.1 針對大北氣田的地質條件和開發難點
    為此建議：①重點研究構造成像、裂縫發育以及儲層非均質性等問題；②對于裂縫發育的地層采取分層解堵酸化或適度規模壓裂，對于裂縫不發育地層，采取分段壓裂技術，深度改造；③開展長期試采工作，評價垂向連通性，確定單井合理配產及其穩產能力，進而優選井位，提高經濟效益。
4.1.2 針對須家河組氣藏的地質條件和開發難點
    建議：①綜合利用地震、地質跟蹤分析、動態分析等多種方法，開展有效儲層分布、裂縫發育、氣水關系、水體能量等專題研究，為開發主體技術優選提供地質依據；②研究不同區塊的產能特征、合理采氣速度、單井配產等，確定不同區塊的產能接替方式和穩產期；③開展提高單井產量措施、排水采氣工藝技術等研究，為須家河組氣藏全面開發做技術準備。
4.1.3 針對蘇里格氣田的地質條件和開發難點
    建議：①優選富集區，開展三維地震工作，進行典型區塊解剖研究，提高鉆井成功率；②深化氣藏動態描述，研究主滲區帶的分布及滲流方向，確定合理的井網密度，優化井位部署；③采用封隔器分層壓裂或水力噴射壓裂技術；④積極推進叢式井的規模應用，合理降低投資，節約用地，保護環境。
4.2 加強滲流理論研究，深入認識氣藏開發機理
    低滲透砂巖氣藏儲層孔喉細小，孔滲低，存在明顯的非線性滲流特征，雷諾數與摩阻系數之間的關系也不同于常規氣藏。建議加強研究不同流態數學描述與適用界限，深化研究低滲透儲層應力敏感性及其對氣井產能的影響，深入認識低滲透氣藏開發機理，完善氣水兩相滲流基礎理論。
4.3 進一步加強壓裂技術攻關
    低滲透砂巖氣藏普遍存在單井產量低的特點，目前，提高氣藏單井產量的主要措施是進行壓裂增產改造。從目前技術發展來看，還需要進一步加強壓前儲層綜合評價和儲層改造基礎研究，加速低傷害新材料研發及推廣應用，加快壓裂配套工具的研制，強化應用測斜儀及微地震波等裂縫診斷技術。
4.4 加快小井眼技術的配套完善
    小井眼可降低鉆井綜合成本，經濟效益十分可觀，但要實現降低成本的目標，必須要解決因井眼尺寸減小帶來的一系列技術難題[6]。
    為此建議：建立設計規范和標準，加快小井眼鉆機、高轉速小井眼鉆頭的改進與研制，加強多系列小井眼鉆采一體化配套工具的研發，加大科研投入力度，使小井眼井控技術、完井技術、采油氣技術與小井眼鉆井同步并協調發展，積極探索小井眼技術在低滲透氣田中的推廣應用。
參考文獻
[1] 冉新權，李安琪.蘇里格氣田開發論[M].北京：石油工業出版社，2008.
[2] REEVES JAMES J. Advancing 3D seismic interpretation methods to find the sweet spots in tight gas reservoirs [C]∥Society of Exploration Geophysicists，New Orleans 2006 Annual Meeting. [S.l.]：[s.n.]，2006.
[3] LAWRENCE W TEUFEL. Optimization of infill drilling in naturally-fractured low permeability gas sandstone reservoirs [J/OL]. Gas Tips，Spring 2004：20-24[2008-12].http：∥media. godashboard. Com/gti/4Reports Pubs/4_7Gas Tips/Sprin904/.
[4] SURJAATMADJA JIM B，MCDANIEL B W，HERBEL STEPHEN R.Effective stimulation of multilateral completions in the James Lime formation achieved by controlled individual placement of numerous hydraulic fractures [C]∥SPE 82212-MS.Hague：SPE，2003.
[5] 張寧生.低滲透氣藏開發的關鍵性技術與發展趨勢[J].天然氣工業，2006，26(12)：38-41.
[6] 孫寧，蘇義腦.鉆井工程技術進展[M].北京：石油工業出版社，2006.
　
(本文作者：雷群 李熙喆 萬玉金 陳建軍 楊依超 中國石油勘探開發研究院廊坊分院)