Mine Engineering 矿山工程, 2021, 9(1), 36-45
Published Online January 2021 in Hans. /journal/me
/10.12677/me.2021.91006
严谨，史云清
中国石化石油勘探开发研究院，北京
收稿日期：2020年12月12日；录用日期：2021年1月12日；发布日期：2021年1月20日
摘要
近年来，随着地质理论和开发技术的不断进步，中国致密气勘探开发取得了显著进展，已成为天然气增储上产的重要领域。针对中国致密气埋藏深度大、气层厚度小、非均质性强、含气饱和度低、气水关系复杂、开发具有“三低一快一长”的特点，以提高单井产量、降低开发成本为技术目标，经过几十年的探索和攻关，形成了储层“甜点”预测及有利区定量优选技术、多层系多井型井网优化技术、直井多层压裂和水平井分段压裂、排水采气及井下节流等开发关键技术，推动了致密气的规模化开发。中国致密砂岩气发展前景广阔，但仍面临资源品质差、稳产能力弱、采收率低的挑战，建议进一步攻关提高单井产量采收率技术以及大数据优化与智能化开采技术，不断提升致密砂岩储量动用规模及开发效益。 关键词
Development and Prospect of Tight Gas
in China
Jin Yan, Yunqing Shi
Petroleum Exploration and Production Research Institute, Sinopec, Beijing
Received: Dec. 12th, 2020; accepted: Jan. 12th, 2021; published: Jan. 20th, 2021
Abstract
In recent years, along with the advance of geological theory and the development of technology, tight gas exploration and development in China has made significant progress, has become an im-portant field of gas increase in reserve and production. Tight gas in China has the characteristics of deep buried depth, small gas layer thickness, strong heterogeneity, low gas saturation, complex gas-water relationship, and “three low one quick one long” in production, in order to improve the single well production and reduce the development cost. After decades of exploration and re-
严谨，史云清
search , key development technologies such as reservoir “dessert” prediction and favorable area quantitative optimization technology, multi-layer system and multi-well pattern optimization technology, multi-layer fracturing in vertical Wells and multi-stage fracturing in horizontal Wells, drainage gas recovery and downhole throttling have been formed, which have promoted the large-scale development of tight gas. In China, tight gas has a broad development, but it is still faced with challenges such as poor resource quality, weak stable production capacity and low re-covery rate. T全息打印
herefore, it is suggested to further explore technologies for improving single well production recovery rate, big data optimization and intelligent mining, so as to continuously im-prove the scale of exploitation and development benefits of tight sandstone reserves.
Keywords
Tight Gas, Gas Reservoir Description, Development Optimization, Gas Production Process
Copyright © 2021 by author(s) and Hans Publishers Inc.
This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0).
/licenses/by/4.0/
巧克力工艺品1. 引言
致密气在全球分布广泛，资源丰富。美国联邦地质调查局研究认为，目前已发现或推测发育致密气的盆地有70个左右，资源量约209.7 × 1012 m 3。全球各国都很重视致密气开发，致密气的产量在天然气产量中的比重逐年上升，已成为全球天然气资源结构中的主要组成部分。中国致密气技术可采资源量为12.3 × 1012 m 3，2019年致密气产量425 × 108 m 3，约占全国天然气总产量的24.5%，已成为全球致密气生产大国。
2. 中国致密气勘探开发现状
中国致密气广泛分布于鄂尔多斯、四川、塔里木、渤海湾、松辽和准噶尔等多个盆地，资源丰富，截至2019年底，致密气累计探明储量5.3 × 1012 m 3，占全国天然气探明储量的33.42%，其中千亿方以上大气田11个(图1)，已展现出巨大的开发潜力和良好的发展前景。
Figure 1. Distribution map of major tight sandstone gas fields in China (According to Dai Jinxing, 2012) 图1. 中国主要致密砂岩气田分布图(据戴金星，2012)
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严谨，史云清
早在上世纪60年代中国就在四川盆地川西地区发现致密气，受地质认识、开发技术和开采成本限制，发展相对缓慢。近年来，随着地质基础理论的发展以及储层改造技术的不断进步，致密气勘探开发取得了重大进展，形成了鄂尔多斯盆地、四川盆地、塔里木盆地三大致密气区，已成为我国天然气增储上产的主要现实领域。我国致密气勘探开发大致可分为三个阶段(图2)。
2000年以前，早期开发阶段，由于受构造气藏勘探理论和工程工艺技术的限制，储量、产量徘徊不前，主要在四川盆地八角场、新场等气田开展小规模开发。主要优选储层物性较好、裂缝较为发育的富集区块进行开发，采用直井射孔完井、小规模压裂投入生产，后期采用排水采气保持气井生产[1]。
2001~2005年，初步发展阶段，随着致密气概念的引入，促使基础地质理论和地质评价标准研究有了巨大进步。按照大型岩性气藏勘探思路，先后发现了苏里格、大牛地等大型致密气田，储量快速增长，年均新增探明储量1500亿方；但由于单井产量低、经济性差，无法开发动用，产量增长缓慢。通过技术攻关和现场试验，实现了岩性气藏储层及流体预测、富集区及“甜点”优选、欠平衡钻井、直井单层大型压裂等技术的突破，2005年大牛地气田建成10亿方生产能力，实现了致密气商业规模开发，2005年全国致密气产量52亿方。
2006年以来，快速发展阶段，随着开发技术的日趋成熟和完善、管理模式的不断创新，形成了薄砂体(10 m 以下)储层及流体预测技术、有利目标区定量评价和优选技术、直井多层大规模压裂技术、水平一体化化粪池
井分段压裂开发技术、优快钻井技术以及低成本开发管理技术，实现了苏里格、大牛地、成都、广安等气田大规模效益开发；同时随着深层多断块致密气藏勘探开发配套技术的发展，使得克深–大北气田大规模上产。这一阶段，年均新增探明储量2500亿方，天然气产量快速增长，2015年致密气产量突破300亿方。
Figure 2. China’s tight gas exploration and development process map 图2. 中国致密气勘探开发历程图
3. 中国致密气地质及开发特征
3.1. 致密气地质特征
根据中国陆相坳陷盆地的地质条件，致密气具有以下地质特征[1]-[6]：1) 均为煤成气，组分中烷烃气(C 1-4)占绝对优势，甲烷含量最高，烷烃气具正碳同位素系列，非烃气(主要是CO 2和N 2)含量低；煤系烃源灶广覆发育、源储紧邻、近距离垂向运移成藏；大面积“立体”含气，局部富集；2) 岩性气藏为主，鄂尔多斯盆地上古生界气藏和四川盆地须家河组气藏构造对气藏的控制作用不明显，产量受裂缝和储层物性控制；但塔里木盆地库车深层为构造–岩性气藏，构造、有利储层和裂缝控制高产富集区；3) 储层物性差、非均质性强；主要为陆相与海陆过渡相沉积，孔隙度、渗透率均比较低。平均孔隙度4%~12%
，
严谨，史云清
覆压下渗透率多小于0.1 mD；4) 含气井段长，纵向上发育多套气层，单层厚度薄且横向变化快，有效砂体呈不连续的透镜状展布，在纵向上呈叠置状分布，气藏局部富集；5) 气水关系复杂，受储层非均质性和构造作用等影响，表现出气水倒置、气水间互和气水界面不明的多样性与复杂性；含气饱和度低，含气饱和度一般为40%~65%；6) 埋藏深度偏大，鄂尔多斯盆地上古生界、四川盆地须家河组埋深一般在2000~5200米左右，准噶尔、塔里木盆地埋深一般在3800~7000米左右，塔里木盆地库车坳陷埋深达8000米左右；7) 地层压力异常，四川盆地、库车前陆盆地为异常高压，压力系数为1.5~1.8；鄂尔多斯盆地为低压，平均压力系数为0.85~0.95。总体上看，中国致密气具有埋藏深度大、气层薄、含水饱和度高、有效储层非均质性强、气藏压力异常、气水关系复杂等特点，对开发技术和经济性提出了更大挑战。
3.2. 致密气开发特征
目前中国已在鄂尔多斯盆地的石炭–二叠系、四川盆地三叠系的须家河组和库车坳陷的侏罗系实现了致密气的规模效益开发，致密气开发具有“三低一快一长”的特点：1) 气井无自然产能或自然产能低，需要压裂改造才能获得工业产能；2) 气井初期产量低，累产气量不高，直井平均产量0.2~1.2万方/天，
累积采气量一般1000~6000万方；水平井平均产量1.5~8万方/天，累积采气量2000~20000万方；3) 气藏采气速度和采收率均较低，采气速度一般小于3%，采收率一般低于30%；4) 气井稳产期短，初期递减快，后期趋于稳定；一般气井稳产期小于三年，气井早期递减率20%~40%，采用井间接替的方式保持气田稳产；5) 气井生产周期长，具有较长的低产、低压开采期，一般为30年以上。
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 field 表1.大牛地气田上古生界三大沉积体系储层预测技术
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
严谨，史云清
无烟抛光剂Continued
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
在线销售系统障壁海岸—
—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
2) 河道砂岩储层精细刻画技术41478网络电视
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
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