崇山峻岭觅“气龙”
—— 国家科技重大专项“彭水地区常压页岩气勘探开发示范工程”攻关侧记
2021年6月22日，由油气田牵头承担的国家科技重大专项“彭水地区常压页岩气勘探开发示范工程”顺利通过国家能源局验收。该示范工程创建了常压页岩气地质理论，形成了一系列勘探开发关键技术，研制了一批特色装备和工具，起到了示范引领作用。
我国常压页岩气资源丰富，与涪陵、长宁、威远等已实现大规模商业开发的高压页岩气相比，具有优质页岩厚度减薄、构造变形强烈、孔隙变小、吸附气占比高、应力差异系数大、地温梯度低六大地质特点，实现规模商业开发面临单井产量和最终可采储量低、投资成本高、经济效益差等诸多挑战。
“十三五”期间，为加快推进常压页岩气勘探开发进程，国家设立科技重大专项《彭水地区常压页岩气勘探开发示范工程》，旨在形成常压页岩气勘探开发关键技术，建成勘探开发示范区，以带动全国其他地区常压页岩气的勘探开发，释放常压页岩气万亿资源，促进中国页岩气资源的开发利用和国家能源结构的调整、优化。
该示范工程“十三五”的总体目标是以彭水、南川、武隆等地区为研究重点，开展页岩气藏富集主控因素研究，形成常压页岩气综合评价技术，指出勘探开发的靶区，以实现常压页岩气效益开发。
2016-2020年，油气田联合中石化石油勘探开发研究院、石油工程技术研究院、中国石油大学（华东）等10家单位开展《彭水地区常压页岩气勘探开发示范工程》攻关，针对常压页岩气富集影响因素多而复杂的难题，科研团队以构造改造研究为主线，揭示了常压页岩气形成机理，提出了常压页岩气“沉积相带控烃、保存条件控富、地应力场控产”的“三因素控藏”地质理论，建立了页岩气定量化甜点目标评价体系及标准，构建了背斜型、单斜型、反向逆断层遮挡型、残留向斜型等4种成藏模式，在四川盆地东南缘落实五个千亿方增储区带，发现并建成国内首个大型常压页岩气田，提交探明储量近2000亿方，已建产能15.6亿方，销售页岩气22.62亿方，新增销售收入32亿元，有效促进了长江经济带经济社会发展和绿色低碳能源体系升级，荣获中国地质学会2020年度十大地质找矿成果。
南川页岩气田脱颖而出
从零起步、从无到有，南川页岩气田创造了一年销售、两年建成平桥南区、四年建成国内首个年产十亿立方米常压页岩气田的“华东速度”和“华东质量”。2020年，南川气田生产页岩气10.7亿立方米，已累计产气25.3亿立方米，获“中国石化‘十三五’高效开发气田”称号。
重庆地区七成以上的页岩气资源属于商业开发难度更大的常压页岩气，需要找到储量最好、最容易开发的那部分，就像找到“最鲜嫩的竹笋”，才能实现效益开发。“我们不断创新工艺，逐步总结出一套完整的、适合本区块的常压页岩气高效开发技术体系，在崇山峻岭间挖出了‘嫩笋’。”重庆页岩气有限公司工程技术中心主任姜政华说。
科研团队持续攻关，逐步形成一套全电力开发技术体系。到2017年，区域内所有平台使用网电进行钻井和采气生产；到2020年，全电动压裂工艺成功应用。目前，页岩气开发所有施工环节都完成了从油到电的动力能源替代，在国内首次实现页岩气开发全过程采用电力施工。
钻井方面，科研团队创新形成中型+大型钻机组合型工厂模式，同井段成本比单一钻机节约18%；焦页194-4HF井三开一趟钻单只钻头进尺2556米，创集团公司纪录；创新应用“钻通刮一体化”技术，单井平均节约完井时间3.5天，节省作业费用25万元。
压裂方面，科研团队攻关趾端滑套技术，在8口井成功应用，既省工期又省费用；试验无限级滑套工艺，实现连续压裂，隆页1-2HF井单日压裂8段，创行业施工纪录；可溶桥塞应用20口井318支，降本显著；在两口井应用投球暂堵技术，缝网复杂程度增加，均获高产。
科研团队对页岩气井全生命周期生产特性进行研究和动态分析，统筹钻井、采气、地面工程，形成了一系列页岩气建设成套技术，平桥南区集输站场建设周期缩短28%，投资成本有效降低。
盆外常压页岩气是高难度“赛段”
武隆地区火炉次凹新区带页岩气勘探重大突破获中国石化集团公司2020年度油气勘探突破一等奖，这增加了科研团队坚定了复杂构造区常压页岩气勘探开发的信心
“离武隆不远的地方就是中国石化高压页岩气产区。但高压页岩气资源规模有限，保证国家能源安全，常压页岩气是我们看好的‘新蓝海’。”油气田副总地质师何希鹏说，“成本是决定页岩气能否规模效益开发的关键。常压页岩气投资成本更高、产出更低，必须在控制成本上下足功夫。”
“一看到武隆地区的地质资料就感到非常棘手，地貌以山地为主，地面沟壑纵横、地下地层陡峭。”研究院物探专家蓝加达说，“当初决定在这里部署3口探井也冒了非常大的风险。”
隆页1井、隆页2井分别位于武隆向斜的南翼和北翼，这两口井勘探过程并不顺利，单井投资较大、产量较低，不能满足效益开发的要求，但通过这两口井施工，科研人员总结了常压页岩气富集规律，建立了残留向斜页岩气聚散模式，明确了“向核更甜”的地质认识——向斜核部是残留向斜页岩气的甜点区，就像西瓜最甜的中心部位。
“我们通过页岩气成藏条件研究和二维地震精细解释，发现火炉次凹核部具有更好的页岩气富集条件，决定部署实施隆页3井。”隆页3井钻井地质设计负责人张培先说，“事实证明，我们成功把西瓜最甜的地方挖出来了！”
落实常压页岩气甜点区，需要高信噪比地震资料，然而武隆地区山高水深、悬崖密布，地震资料采集异常困难、成本高昂。
武隆向斜构造宽缓且断裂不发育，具备开展低密度三维地震采集的条件，但低密度三维地震用于页岩气，国内尚无先例。
“没有先例，那我们就来当这个先例！”物探技术组在山野大川中见惯了风雨，面对困难从不退缩。
既要高精度，又要低成本，难度显而易见。
“本想将最难的环节作为突破口，结果发现方案、施工、处理每个环节都十分困难，都要下大功夫。”物探技术组负责人薛野说。
探区地表条件复杂，目的层埋深横向变化大，观测系统不够精细，他们重新建立基于起伏地表的三维正演模型，让观测系统能根据地表起伏进行调整，始终聚焦目的层，最终使覆盖次数降至60次、炮道密度下降69%，减少50%的激发点和22%的排列收放工作，采集成本降低近一半，实现源头降本。
探区表层条件复杂，影响地震激发效果，他们一方面采用高清航测影像、“双复杂”模型正演、“全局寻优”等技术逐点设计激发点；另一方面建立9个100%定量安全、质量管理措施，配套数字化监督手段，实现野外施工点、线、面、体全方位管理监控。武隆三维单炮一级品率较前期提高10%以上，实现管理增效。
处理过程中存在资料信噪比低、各向异性强等问题，他们加强处理攻关，集成创新形成低密度三维地震资料成像技术系列，取得较高品质的地震资料，实钻与地震资料误差率在0.3%~0.7%，实现技术提质。
“大家不抛弃、不放弃，在武隆工区驻扎了这么长时间，攻克了一系列难题，沾了一身火药味，还会说重庆话了，大有收获！”施工结束，薛野为队友点赞。
水平段“日进一里”
除了物探成本，后续钻井与压裂成本也必须控制住。
2020年10月6日，隆页1-2HF井顺利完井，完井周期26.33天，较设计缩短60%，全井平均机械钻速达到17.58米/时，两项指标均刷新重庆工区纪录。
隆页1平台是提速提效试验平台。油气田成立钻完井提速提效实施小组，组织多专业综合专家团队驻井攻关。
他们将三开制井身结构优化为二开制，保证直井段提速和应对地层漏失复杂情况；在上部地层突破常规思维，应用激进钻井参数配合大扭矩螺杆，机械钻速提高55%；采用“高效PDC钻头+常规螺杆+随钻测井+水力振荡器”水平段钻具组合，应用激进钻井参数，机械钻速提高15%，实现优快钻井的同时，大幅降低了导向费用。
工程院现场负责人贺庆说：“隆页1平台应用‘高效配套工具+激进参数’提速提效技术，平均机械钻速较目标提高30%，实现水平段‘日进一里’目标，钻井周期由前期的60~70天缩短为22.2~25.2天。”
2020年11月，隆页1-2HF井采用全电动泵压裂和井下无限级压裂滑套分段加砂压裂技术，单日完成8段压裂施工，创系统内施工新纪录，成本较传统模式降低30%。武隆地区常压页岩气的勘探突破，是践行低成本理念、通过扎实基础地质研究与创新工程工艺实现的，初步落实资源规模近5000亿立方米，对我国南方数十万亿立方米常压页岩气资源效益动用具有重要示范意义。
常压页岩气示范工程 实现可复制 可推广
五年来，油气田建立专项管理体系，成立专项管理组织机构，制定项目、财务、档案等管理细则，明确职责分工，保证项目有序实施。探索构建国家级项目质量管理组织运行体系，形成了技术、财务、审计、档案等多专业大兵团联合作战模式，建立定期督导机制，抓严经费执行与档案管理，实行任务定期有检查、课题半年有交流、项目年度有考核，严格奖惩考核，提升项目运行质量和效率。
五年来，申请国家发明专利99件，登记软件著作权6件，出版专著3部，发表论文130篇（其中SCI 42篇、EI 14篇），制订标准规范24项（其中国标3项、行标2项、企标19项）。注重产学研用结合，建立了一支高水平的常压页岩气勘探开发技术攻关团队，培养中国石化集团公司首席、高级专家2人；分公司首席、高级专家16人；博士研究生58人，硕士研究生106人。
沈志军 臧素华