安岳特大型氣田高效開發關鍵技術創新與實踐

謝 軍

中國石油西南油氣田公司

0 引言

四川盆地是世界上最早開發利用天然氣的地區，也是我國現代天然氣工業的搖籃。該盆地油氣資源量達38×1012m3，居全國第一，探明率尚不足10%，勘探開發潛力巨大，是中國最具潛力的含油氣盆地[1-3]。目前，四川盆地常規天然氣年產量超300×108m3，其中深層碳酸鹽巖氣藏天然氣年產量達250×108m3，占該盆地常規天然氣總產量80%，是四川盆地天然氣開發的壓艙石。自2011年起，四川盆地中部安岳氣田在震旦系燈影組和寒武系龍王廟組相繼獲得重大勘探突破，累計探明天然氣儲量9 450.43×108m3，三級儲量已達1.23×1012m3，成為我國已發現的最大的整裝碳酸鹽巖氣藏[4]。安岳氣田主要層系為寒武系龍王廟組和震旦系燈影組，埋深4 600～5 700 m，屬古老深層碳酸鹽巖氣藏，經歷了超長時間的地質演化，成巖、成藏過程復雜，儲層非均質性強，氣水關系復雜，地層水活躍，全球尚無同類型氣藏高效開發先例，要實現儲量向產量的快速轉化，實現氣藏整體高產穩產面臨巨大挑戰[5-8]。通過多輪攻關研究，創新關鍵技術，實現了安岳特大型氣田高效開發，僅用3年時間建成百億立方米大氣田，目前已建成天然氣年產能150×108m3。為此筆者重點剖析安岳特大型氣田高效開發的關鍵技術和開發管理新模式，以期為國內外特大型碳酸鹽巖氣藏高效開發提供參考和借鑒。

1 安岳氣田開發的基本特征

1.1 氣田基本概況

安岳氣田位于四川盆地中部，屬四川盆地川中古隆中斜平緩帶，樂山—龍女寺加里東古隆起東段。地理位置位于四川省遂寧市、資陽市及重慶市潼南區境內。

安岳大氣田的發現，就是一部勘探理論的創新史。建國初期，三上威遠，發現當時中國最大的整裝氣田威遠氣田（燈影組氣藏）。自20世紀70年代起，按照構造控藏思路，持續勘探大型地面構造，但始終未獲突破。2006年以來，通過強化疊合盆地古老碳酸鹽巖成藏理論攻關，勘探對象由構造圈閉轉向巖性—地層復合圈閉，由單一層系轉向多層系立體勘探，聚焦古隆起與現今構造疊合發育區，鎖定川中古隆起東段的高石梯—磨溪地區寒武系龍王廟組、震旦系燈影組，部署高石1井、磨溪8井終發現安岳特大型氣田，取得了古老碳酸鹽巖勘探的歷史性突破。

2012年9月龍王廟組氣藏發現后，高效推進開發前期評價，同年12月完成試采方案，2013年建成10×108m3試采規模，2014年初完成方案編制并投入規模開發，2015年底，龍王廟組氣藏高效建成天然氣年產能110×108m3；2019年，燈影組氣藏分兩期3年建成天然氣年產能40×108m3。目前安岳氣田天然氣年產量超100×108m3，已穩產4年。

1.2 氣田特點及開發挑戰

安岳氣田目標層位包括寒武系龍王廟組和震旦系燈影組。

寒武系龍王廟組氣藏為低孔—縫洞型有水碳酸鹽巖氣藏[9]，特點為：①儲層類型多、孔滲特征復雜。儲層受孔隙、裂縫、小尺度溶洞共同作用，組合類型多，微細裂縫發育。②儲層厚度薄，孔隙度低，主體區橫向連通性較好。儲層厚度一般僅40 m，平均孔隙度僅為4.3%。由于氣藏主體區普遍發育微細裂縫，儲層滲透能力大大提高，縱橫向連通性也較好。③氣藏高壓（壓力系數1.6），地層水活躍，存在多個活動水體。由于構造幅度低（地層傾角僅1°～3°），導致氣水關系復雜，邊底水和局部封存水并存。

震旦系燈影組氣藏為風化殼巖溶碳酸鹽巖氣藏[10]，特點為：①古老風化殼巖溶氣藏、儲層非均質性強烈。古老丘灘體經歷多期成巖作用，儲層縱橫向分布變化大，平面上連通性差。②儲層孔隙度低、滲透率低，氣井自然產能低。儲集空間以毫米至厘米級次生溶洞為主，孔隙度平均為3.87%，滲透率平均為0.51mD，直井自然產能一般低于10×104m3/d。

由于氣田地質特征極為復雜，控制因素多，地處人居稠密區，要實現氣田整體高效開發，主要面臨4大方面的技術挑戰：①氣田構造幅度低（1°～3°）、氣水交織，儲層縱橫向變化快，對氣藏描述的精度提出極高的要求；②氣田面積大、地表條件復雜，加大了地面建設的難度，如何通過技術創新實現降本增效和安全清潔開發面臨著挑戰；③傳統的管理運行模式已不適宜于特大型氣田的開發，如何順利實現管理轉型升級是亟待解決的難題；④水體活躍、儲層非均質性強導致氣藏穩產難度大、采收率低，如何抑制水侵危害和增加儲量動用率對氣藏優化開發至關重要。

2 安岳氣田開發的關鍵技術

2.1 特大型古老復雜碳酸鹽巖氣藏精細開發技術

2.1.1 低幅構造氣藏精細描述技術

創新形成：①全流程井控寬頻高保真地震處理技術，解決了深層巖性氣藏地震信號弱、頻率衰減快等技術難題[11-12]，將主頻從勘探初期的25～30 Hz提高到35～40 Hz，頻寬由10～60 Hz拓展到6～72 Hz；②層序格架約束與模型正演驅動下的全三維層位解釋技術，解決了龍王廟組頂界層位相位變化快、質控難度大等技術難題，大幅度提高了層位解釋精度；③基于井震VTI與空間趨勢校正的精細速度建模技術，有效消除了上覆膏巖速度異常體對于速度場的影響，準確落實了龍王廟組頂界深度域隆凹變化。

通過技術應用，實現了深層低幅構造細節精細刻畫，識別出閉合度20 m的微幅構造，37口井構造深度誤差控制在10 m以內，相對誤差小于0.5%（圖1）。

圖1 龍王廟組頂界局部構造細節刻畫對比圖

2.1.2 古老風化殼氣藏儲層精細描述技術

創新形成：①古老碳酸鹽巖層序地層分析與小層劃分對比技術，實現丘灘體空間展布的精細描述[13]，丘灘預測符合率由攻關前的65%提高到85%以上；②巖溶古地貌恢復技術，實現了殘丘、坡折帶等有利古地貌的精細刻畫，刻畫誤差總體在10 m以內；③古老風化殼氣藏儲層精細描述技術及多尺度縫洞體空間雕刻技術，實現了縫洞有利儲集體展布的精細識別，開發井縫洞儲層預測吻合率由60%提高到80%。

2.1.3 巖性—構造復合氣藏氣水關系精細刻畫技術

創新形成：①構造和巖性雙重因素控制下的氣水分布模式，突破了傳統單一的構造氣藏氣水分布模式的局限，掌握了受多因素控制下的巖性—構造氣藏氣水分布規律；②低幅構造氣水分布精細描述技術，解決了傳統氣水分布描述方法針對低幅構造氣水關系精細刻畫存在不適應性的技術難題，拓展了氣水關系描述的深度與廣度，將氣藏由內及外劃分為純氣區、過渡區與水區，進一步結合儲層滲透性能將水體劃分為高滲活躍水體和低滲不活躍水體。

通過技術應用，實現了低幅背景下巖性—構造復合氣藏氣水分布精細描述（圖2），發展了精細氣藏描述方法，刻畫出研究區內3種氣水不同接觸關系的氣水分布模式，精準鎖定338 km2純氣區和195 km2過渡區邊界與分布范圍，為后續開發井優化部署奠定基礎。

圖2 龍王廟組氣藏局部氣水分布認識變化圖

2.1.4 古老復雜碳酸鹽巖氣藏高產井培育技術

創新形成：①低孔隙度氣藏高產主控因素定量分析技術，解決了低孔隙度氣藏高產主控因素認識不清的困惑，揭示了成巖型微裂縫發育是龍王廟組氣藏低孔隙儲層能獲高產的根本原因，發現了小溶洞與微裂縫的內在關系，為低孔隙度氣藏尋找高產有利區提供理論基礎；②古老復雜碳酸鹽巖氣藏高產井部署模式（表1），解決了強非均質性導致的鉆井儲層鉆遇率偏低的難題[14]，通過優化設計井眼軌跡，儲層鉆遇率從50%提高到90%以上；③深層復雜碳酸鹽巖氣藏鉆完井及增產改造技術，解決了深層縫洞氣藏長水平段鉆井及酸化改造難題[15-19]，通過優化井身結構與井眼軌跡設計，優化布酸工藝、酸化施工參數設計，實現了平均完鉆井深由5 753 m提高至6 522 m（最深7 200 m），水平段長由620 m提高至1 018 m（最長1 610 m），鉆井周期由211 d縮短至179 d（最短118 d），同比縮短25.1%，改造后平均增產倍比達2～5倍。

表1 安岳氣田龍王廟組氣藏高產井部署模式表

技術創新實現了安岳氣田單井產量的大幅度提高，龍王廟組氣藏井均測試天然氣產量由探井的70×104m3/d提高到開發井的150×104m3/d，井均穩定產量由25×104m3/d提高到93×104m3/d，井均控制儲量達到45×108m3；燈影組氣藏井均無阻流量由探井的45×104m3/d 提高到開發井的126×104m3/d，井均產量由開發方案設計的13×104m3/d提高到23×104m3/d，產量提高幅度達70%。

2.2 大型氣田優快建設技術

2.2.1 地面高效建產技術

充分利用新一代數字化、虛擬化、智能化設計平臺推行全三維建模，采用“標準化設計、工廠化預制、模塊化安裝、規模化采購、信息化管理”的高效建產模式，實現凈化廠100%三維設計；推行數字化移交，實現凈化廠工程數字孿生，為全生命周期數字化智能化管理奠定基礎。通過采用以上先進工藝技術，不斷創新工程項目管理模式，大幅度縮短建設周期，億立方米產能投資比國內同類氣田低60%以上。

2.2.2 安全清潔生產技術

創新形成大型氣田安全清潔生產技術系列：①采用國內最高安全防護等級的井工程完井設計和完整性管理技術，氣井全生命周期安全受控；②發明了新型高效脫硫溶劑和催化劑，攻克了深度脫硫和高效回收的技術難題[20-21]，商品天然氣優于一類氣指標（總硫11.6 mg/m3），凈化廠SO2排放濃度為同類凈化廠最低（140 mg/m3）；③采用行業最先進的八級截斷（圖3）、三級放空（圖4）的工業控制系統，確保地面系統安全可靠；④集成電滲析和蒸發結晶工藝，形成了生產廢水低能耗綜合處理技術，國內首次實現凈化廠廢水零排放，氣田水全部回注，實現“零外排”“零污染”。

圖3 八級截斷示意圖

圖4 三級放空示意圖

2.3 特大型氣田開發智能管控技術

2.3.1 氣田高效現代化運行系統搭建技術

利用物聯網、大數據、人工智能、5G等先進信息技術，搭建了一系列氣田高效現代化運行系統，建成了最先進自控系統和超級物聯網。搭建高效現代化運行系統，使得“無人機＋機器人＋AR＋VR＋光纖預警＋次聲波監測”等新一代智能技術實現集成應用。實現了對設備狀態、周邊環境危害、工作流程標準與崗位角色等全要素相關相連、深度感知以及實時提示預警和防范[22]。

2.3.2 多專業跨地域實時協同平臺建設技術

創新形成：①基于復雜應用場景的“平臺＋油氣開采”技術，重塑業務流程，實現信息、業務、技術的共享優化集成[23]；②以數字化氣藏、數字化井筒、數字化地面為核心的全數字化系統，打造了作業區數字化管理平臺和開發生產管理平臺。實現了氣田全生命周期動靜態數據的同步孿生、集成共享、業務協同，生產由傳統線下“表單化填報”向實時在線“數字化辦公” 高效運行管理轉型（圖5）。

2.3.3 “氣藏—井筒—地面”一體化自適應分析技術

構建表征氣田生產管理特征的一體化仿真分析模型，實現了模型的靜、動態數據從獲取、傳輸、處理、加載到分析計算、成果輸出的全過程自動化運行，形成以敏感參數驅動、動態邊界條件約束的自動化運行、全局化分析、智能化管理的氣田開發一體化工作流。在此基礎上，構建自動配產工作流，實現模型的自動校正與優化、氣井產量的實時監測和自動調配，自動提出解決方案（圖6）。

2.4 特大型氣田整體優化開發技術

2.4.1 特大型高壓有水氣藏整體治水技術

創新形成：①非均勻水侵識別預判技術，定量揭示微觀—宏觀水侵機理，識別不同尺度水侵通道，氣井出水預判符合率超過90%，提前半年預報氣井出水[24]；②“跨尺度＋非結構化＋無粗化”的縫洞復雜網格精細建模數模一體化分析技術，計算速度提高10倍以上，在計算機集群系統上僅用2.5 h完成一個計算周期，相對誤差由8.34%降低至1.43%，大幅提升了開發動態預報水平；③以“整體治水、主動治水、早期治水”為原則的四維治水優化開發模式，針對不同時間階段、不同水侵模式分階段實施差異化治水措施（圖7），有效抑制水體突進[25-27]；④隔離式氣舉排水采氣工藝技術，研發4個系列5套排水采氣工具，在不動管柱條件下建立氣舉工藝通道，并保證井筒完整性，大幅度節約修井費用，同時滿足深井大水量排液要求和氣藏主動治水要求。

通過對氣藏實施整體治水技術，將開發技術對策有效率提升至80%以上，保障氣藏實現長期穩產，預計提高氣藏采收率15%。

2.4.2 強非均質性氣藏優化開發技術

圖5 數字化管理模式轉變圖

圖6 磨溪008-15-H1節點反算結果圖

創新形成：①開發部署優化設計技術，一次井網條件下開發區儲量動用率提升至90%以上，有效提升低滲透儲量動用程度；②強非均質氣藏井型優化技術，形成大斜度井＋水平井＋直井交叉布井模式（圖8），平均單井井控儲量提升50%以上，兼顧了縱向小層儲量的有效動用，提升了單井穩產能力；③單井優化配產技術，氣井產能預測符合率由60%提升至80%以上，確保氣藏科學合理配產。

通過優化開發關鍵技術指標，燈影組臺緣帶建產區動用儲量達2 400×108m3，開發規模達到60×108m3，兩項指標較方案設計提高了45%和50%，大幅度提高燈影組氣藏的開發效果。

3 安岳氣田開發下一步的攻關方向

3.1 龍王廟組氣藏長期穩產技術

針對龍王廟組氣藏，以實現長期穩產為核心目標，持續精準優化開發：①完善整體治水技術，持續提高水侵動態預報精度，跟蹤氣藏治水動態，適時優化調整治水對策，抑制水侵突進危害，確保主體區長期穩產并提高氣藏采收率；②攻關外圍區含瀝青強非均質薄儲層精細描述技術與水平井提高單井產量工藝技術，實現規模建產和補充接替，確保龍王廟組氣藏整體穩產10年以上，穩產期末累計產氣量超1 000×108m3。

圖7 龍王廟組氣藏水侵通道及不同井區治水對策示意圖

圖8 燈影組氣藏井軌跡設計圖

3.2 震旦系氣藏低滲區提高單井產量技術

在臺緣帶進一步提高低效區單井產量，實現氣藏均衡開發，提高儲量動用率：①完善古老風化殼氣藏儲層精細描述技術及多尺度縫洞體空間雕刻技術，結合動態資料分析，精細劃分氣藏滲流單元；②完善高產井培育技術，實現臺緣帶低效區高效開發。

在臺內，針對儲層明顯減薄，儲層預測難度增大的難題，加快白云巖薄儲層預測攻關研究，包括：①高保真寬頻地震處理攻關，進一步提高資料分辨率，奠定薄儲層預測資料基礎；②基于分方位資料的縫洞預測研究，明確裂縫發育方位，精細刻畫縫洞發育情況，為井軌跡設計提供依據。預計2020年底震旦系將建成年產60×108m3天然氣的規模。

3.3 外圍區域積極開拓

安岳氣田已發現古隆起北斜坡大型復合圈閉群（圖9），勘探潛力巨大，為實現該區域接替上產，急需攻關研究深層巖性圈閉識別和描述技術、單斜背景下的巖性圈閉有效性及成藏機制、超深層碳酸鹽巖氣藏鉆完井及采氣工程技術。

4 結論

1）發展氣藏精細描述技術，構建“透明氣藏”，精細刻畫了龍王廟組氣藏深層低幅構造細節，大幅提高縫洞儲層預測吻合率。創建了古老復雜碳酸鹽巖氣藏高產井培育技術，明確了成巖型微裂縫是低孔隙氣藏高產的主要因素，形成了高產井部署模式和配套技術，實現氣井產量大幅度提高。

2）創新“全三維建模、標準化設計、工廠化預制、模塊化安裝、數字化移交”的高效建產技術，大幅度縮短建設周期，優化簡化地面流程，提高工藝水平和安全等級，安全環保指標達到了行業最高水平。

圖9 安岳氣田震旦系氣藏勘探開發形勢圖

3）建立以智能工作流和一體化模型為核心的特大型氣田開發智能管控技術，準確預測氣田開發動態變化，助推氣田開發的自適應調節、自動化生產，實現開發模型的自動校正與優化、氣井產量的實時監測和自動調配。

4）創新特大型高壓有水氣藏整體治水技術和強非均質性氣藏優化開發技術，準確預報水侵動態，制定差異化治水措施，有效提高氣藏儲量動用率和采收率，確保安岳氣田長期穩產。