 为了实现中国南方海相页岩气的经济有效开发，必须探索、实践和发展适合其独特性的、以地质—工程一体化为核心的高效开发之路。 1、地质—工程一体化理念 在地质—工程一体化理念中，“地质”是泛指以油气藏为中心的地质—油藏表征、地质建模、地质力学、油气藏工程评价等综合研究，而不是特指学科意义上的地质学科；“工程”是指在勘探开发过程中，对钻井到生产等一系列钻探及开发生产工程技术及解决方案进行针对性的筛选、优化并指导作业实施。对于页岩气这种连续型非常规储层来说，常规意义上的“藏”通常是指页岩气核心区或“甜点”区。 地质—工程一体化，就是围绕提高单井产量这个关键问题，以三维模型为核心、以地质—储层综合研究为基础，在丛式水平井平台工厂化开发方案实施过程中，针对遇到的关键性挑战，开展具有前瞻性、针对性、预测性、指导性、实效性和时效性的动态研究和及时应用。 配合高效的组织管理和作业实施，对钻井、固井、压裂、试采和生产等多学科知识和工程作业经验进行系统性、针对性和快速的积累和丰富，对钻井、压裂等工程技术方案进行不断调整和完善，在区块、平台和单井3种尺度，分层次、动态地优化工程效率与开发效益，实现经济开发和效益开发。 针对南方海相页岩气的特点，在页岩气开发地质—工程一体化理念中，首次提出了“钻井品质”概念，形成了“品质三角形”（储层品质、钻井品质和完井品质），并围绕品质三角形，提出了与工厂化钻完井作业相适应的页岩气开发地质—工程一体化技术路线。 2、钻井品质 由于地面和地下条件多种复杂性的综合制约，中国页岩气水平井的钻井工程技术难度、技术复杂程度以及由此带来的相关费用都比较高。以蜀南龙马溪组页岩气开发为例，面临主要的钻井挑战概括起来有： 碳酸盐岩地层裸露地表，地面工程难度大； 地质构造复杂，钻井过程中地质设计与实钻地层差异较大； 多套孔隙压力体系并存，井壁稳定难度大； 井壁掉块垮塌、漏、涌、喷、遇阻遇卡频发，部分层位或井段存在恶性漏失； 纵向上，岩性复杂，矿物成分变化大，多种岩性交错互层发育，存在坚硬地层，可钻性差，机械钻速低； 浅表层存在地层出水、流沙层等浅层地质灾害，钻井提速困难； 部分地层含气较发育，易气窜，固井质量较难保证； 地层倾角较大，直井段防斜难度大； 在造斜段，志留系石牛栏组可钻性差，龙马溪组上部易漏易垮、井下复杂事件多，下部页岩层段水平井造斜难度大； 平台选址受限，目的层地层倾角大，由于地表和地下条件的限制，水平井井眼轨迹多为复杂三维轨迹，井下钻具组合摩阻扭矩高，目的层复杂事件多，井眼轨迹控制难度大，套管下入有困难、易偏心、居中度较差，保证固井质量难度大、固井过程中存在井漏。 针对中国页岩气钻井工程上的复杂性和特殊性，首次提出“钻井品质”概念。钻井品质可以定义为：对钻井工程有重要影响的地质、储层、地质力学、工程等相关的参数或属性。 它应从5个方面或者层次去分析： ①钻井安全。首先必须保证安全钻井。 ②钻井效率。在保证钻井安全的基础上，充分提高钻井时效。 ③井身结构及三维井眼轨迹。通过井身结构优化及三维井眼轨迹优化进一步保障安全、提高钻井效率。 ④产能导向的水平井井眼轨迹。紧扣单井产能这个核心，确保水平段在有利于压裂改造的最佳方向、位置及优化的水平段长度，保障优质页岩段的钻遇率，从而保障最大化的有效改造体积、获得最大化或最优化产能的储层品质和完井品质基础。 ⑤井生命周期的井筒完整性。保障下入完井套管和固井的顺利、高效、高质量工程施工，保障压裂改造工程有利井筒条件及中长期生产安全，确保井筒在其生命周期的完整性。因此，钻井工程应该是一个以单井产气量、压裂改造、生产优化为终极目的的系统性工程，是一个正向分析、逆向设计、产能导向、综合平衡的过程。 下表总结了四川盆地及周缘地区页岩气钻井品质主要参数，实践和研究表明，复杂的原地应力状态和发育的多尺度天然裂缝系统是龙马溪组页岩关键的钻井品质参数。 3、品质三角形 根据前文提出的钻井品质概念，与北美多年页岩气开发实践中形成的储层品质和完井品质概念相结合，提出了适用于中国页岩气开发特点的“品质三角形”（下图）。 良好的储层品质，是实现页岩气成功开发的地质基础和前提，是“中心”；而钻井品质和完井品质决定了钻完井技术和工程实施的难度、技术方向和综合成本，是实现页岩气开发突破和开发效益的基本支撑，是能否充分挖掘储层品质“产能潜力”的制约或促进因素，是“两个基本点”；为了最大化产能，井眼轨迹需要布置在最有利的完井品质、最有利于储层改造的位置，这又对钻井品质提出了要求和挑战。 实践研究表明，在资源基础或者储层品质有保障的条件下，只有首先做好了钻井优化，才可能为更好的完井优化创造条件；只有同时做好了钻井优化和完井优化，才能从源头上真正有效控制单井建井成本、提高单井产能。因此，这个品质三角形，也可以形象地称之为：“一个中心、两个基本点”，较完整地体现了为了实现中国页岩气工程效率和开发效益并重的高效开发模式，储层品质、钻井品质、完井品质三者之间相辅相成的相互作用。 4、地质—工程一体化技术路线 针对中国南方海相页岩气的开发特点，提出了地质—工程一体化的技术路线（下图），该技术路线对于中国其他非常规油气资源的规模效益开发，应该也具有一定的普适性和借鉴意义。在工厂化开发实施过程中，该地质—工程一体化技术路线将部分水平井平台的工厂化钻完井工程实施分为两步进行。 第一步：根据开发方案实施计划，在有控制性作用或者存在潜在地质工程风险的平台，先打一口导眼井、一口水平评价井或者对称的两口水平评价井，通过系统的录井、测井综合评价，进行精细的储层品质、钻井品质和完井品质评价，并更新平台的地质和物性模型，最终形成平台的三维储层品质、钻井品质和完井品质模型。结合平台导眼井和第一口（或两口）水平评价井的钻完井工程实践，形成后续开发井标准的钻完井方案，用于后续工厂化钻完井作业。在此基础上，通过虚拟井技术对后续开发井进行钻井和布井优化，并评估潜在的地质工程挑战、风险或不确定性。 第二步：以形成的标准钻完井方案为基础，对平台其他开发井实施工厂化作业。鉴于中国的页岩气开发还处在起步阶段，需要积累大量的知识和数据，这对生产动态跟踪分析、落实高产富集机理非常重要。在工厂化实施阶段，根据潜在的挑战、风险或不确定性，可以对少量开发井选择高效费比的测井系列，进行进一步针对性的测井数据采集和评价，重点围绕压裂优化实施单井快速优化，并对部分开发井实施必要的压裂后评估。而其他各生产井，依托不断动态更新的平台三维综合模型，进行压裂工艺设计、压裂施工作业指导、井中微地震实时监测压裂效果及实时调整和压裂后评估分析。 地质—工程一体化技术路线强调钻井工程和完井工程并重优化，强调钻探工程效率和开发效益协调发展。在中国，页岩气开发控制单井成本很重要，但提高单井产气量可能更为重要，因为只有获得足够的产气量，才能有效收回成本、充分把资源转化为利润。所以，在目前页岩气开发的初期探索阶段，还不宜过度强调工厂化作业效率、过度控制与地质工程相关而且必要的评价研究成本和新技术应用成本，否则会导致页岩气产量产能迟迟无法获得突破、页岩气井的中长期产能无法获得有效保障。 地质—工程一体化的综合研究是该技术路线的核心任务之一，建立精细的三维地质模型和三维地质力学模型，清楚认识页岩气的“品质三角形”，是高效成功开发页岩气的重要基础。图4展示了围绕品质三角形（储层品质、钻井品质、完井品质），对页岩强非均质性和各向异性评价、三维建模、钻完井工程优化和标准化等关键研究内容的基本流程。为满足总体开发方案部署和钻完井工程逐井优化的不同目的和要求，区块和平台模型具有不同的分辨率、精度和可靠性，同时根据工厂化钻完井作业的进程，不断动态更新。 5、地质—工程一体化组织实施 北美工厂化非常规开发的经验表明，高效的组织管理对降低成本、提高效益，其意义不亚于优化的技术解决方案。 地质—工程一体化技术上涉及众多学科（地震勘探、测井、地质录井、岩石矿物学、构造地质、储层评价、地质力学、油气工程等）及众多工程技术应用领域（钻井、固井、压裂、井下作业、投产测试等），作业上涉及建设方、作业方和服务方众多部门，实施上涉及多学科研究团队与多部门的互动与管理协调，同时还要兼顾整体与局部、中长期与短期等技术及经济费用问题的平衡及优化，地质—工程一体化项目研究和组织实施的难度、复杂性都非常高。 建立和保持强有力的领导机制和高效决策体制，建立和保持高效率的协调协同机制，保持双向畅通的成果及时应用及信息反馈机制，是能够成功实施地质—工程一体化的必要条件。而地质—工程一体化技术路线（上图），为地质—工程一体化项目组织、管理提供了一个基本的技术框架。（原载《中国石油勘探》） |
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