Haynesville深層高溫高壓頁(yè)巖氣藏開發(fā)模式及啟示

于榮澤，常程，張曉偉，胡志明，孫玉平，郭為，端祥剛，王玫珠，李俏靜，劉鈺洋

(1.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院， 北京 100083； 2.國(guó)家能源頁(yè)巖氣研發(fā)(實(shí)驗(yàn))中心， 河北 廊坊 065007；3.中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司非常規(guī)油氣重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 河北 廊坊 065007；4.中國(guó)石油西南油氣田公司頁(yè)巖氣研究院， 四川 成都 610051)

0 引言

世界油氣工業(yè)的勘探開發(fā)領(lǐng)域，正持續(xù)從占油氣資源總量20%的常規(guī)油氣，向占油氣資源總量80%的非常規(guī)油氣延伸(鄒才能等，2002，2008)。常規(guī)油氣在全球油氣產(chǎn)量中的作用和地位不斷加強(qiáng)，繼油砂、致密氣和煤層氣之后，近年來(lái)“頁(yè)巖氣革命”實(shí)現(xiàn)了頁(yè)巖氣的商業(yè)開發(fā)(金之鈞等，2019；鄒才能等，2020)。水平井鉆完井和多級(jí)分段水力壓裂技術(shù)及“工廠化”作業(yè)模式的規(guī)模應(yīng)用，使得北美率先在Appalachian、ArklaTex、Fort Worth、Gulf Coast等多個(gè)盆地實(shí)現(xiàn)了頁(yè)巖氣商業(yè)性開采(Curtis and Montgomery, 2002；EIA，2011)。2019年美國(guó)頁(yè)巖氣產(chǎn)量7195×108m3，同比增長(zhǎng)16.1%，頁(yè)巖氣年產(chǎn)量占天然氣總產(chǎn)量75%。中國(guó)頁(yè)巖氣經(jīng)過(guò)近十年探索和攻關(guān)，在四川盆地及周緣上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組海相頁(yè)巖成功實(shí)現(xiàn)了埋深3500 m以淺頁(yè)巖氣資源的規(guī)模開發(fā)(謝軍，2017；馬新華，2018；董大忠等2018；姜振學(xué)等，2020)，2019年頁(yè)巖氣產(chǎn)量達(dá)到153×108m3。頁(yè)巖氣產(chǎn)量主要來(lái)自埋深2000～3500 m超壓儲(chǔ)層，目前正在探索瀘州和渝西等區(qū)塊埋深3500～4000 m的深層高溫高壓頁(yè)巖氣資源的有效開發(fā)技術(shù)(李慶輝等，2012；韓超等2017；楊洪志等，2019；何治亮等，2020；馬新華等，2020)。

圖1 Haynesville頁(yè)巖平面沉積圖及典型地層剖面圖

北美已開發(fā)深層頁(yè)巖氣藏主要包括Haynesville、Eagle Ford和Cana Woodford，其中Haynesville為一典型高溫高壓高產(chǎn)深層頁(yè)巖氣藏(范琳沛等，2014；徐慧，2014)。Haynesville頁(yè)巖地層及氣藏以位于Louisiana州Claiborne縣的Haynesville鎮(zhèn)命名，地質(zhì)學(xué)家于60年前率先在小鎮(zhèn)將Haynesville地層確定為晚侏羅紀(jì)時(shí)期形成的地層(圖1)。Haynesville頁(yè)巖氣藏位于ArkLaTex盆地和Sabine 隆起，總面積約2.4×104km2，地層溫度145～188 ℃，地層壓力69～80 MPa，主體埋深3000～4500 m(朱彤等，2014；王淑芳等，2015；王治法等，2016)。儲(chǔ)層超壓、高含氣量、高TOC、高孔隙度、發(fā)育穩(wěn)定、構(gòu)造簡(jiǎn)單等氣藏特征使得Haynesville頁(yè)巖氣藏在2007年規(guī)模開發(fā)后迅速成為北美高產(chǎn)頁(yè)巖氣藏之一(房大志等，2015；陳作和曾義金，2016；郭克強(qiáng)等，2016；羅佐縣，2016；喬李華等，2019)。

作為北美實(shí)現(xiàn)規(guī)模開發(fā)的典型深層高溫高壓頁(yè)巖氣藏，Haynesville頁(yè)巖氣藏特征開發(fā)歷史較長(zhǎng)，產(chǎn)量數(shù)據(jù)相對(duì)完善，具備一定的代表性(喬李華等，2020)。四川盆地及周緣埋深3500 m以淺五峰組—龍馬溪組海相超壓頁(yè)巖氣已實(shí)現(xiàn)規(guī)模開發(fā)，目前正在探索埋深3500～4000 m深層高溫高壓頁(yè)巖氣藏有效開發(fā)技術(shù)。Haynesville頁(yè)巖氣藏與四川盆地五峰組—龍馬溪組海相超壓頁(yè)巖氣藏特征存在相似之處。Haynesville頁(yè)巖氣藏目前完鉆氣井垂深主體分布在3000～4500 m，其開發(fā)技術(shù)政策不僅可為已實(shí)現(xiàn)規(guī)模開發(fā)的3500 m以淺頁(yè)巖氣資源的高效開發(fā)提供參考，也可為目前正在探索的埋深3500～4000 m深層頁(yè)巖氣資源規(guī)模開發(fā)提供借鑒。本文依托頁(yè)巖氣云數(shù)據(jù)智慧平臺(tái)對(duì)Haynesville頁(yè)巖氣藏2009～2019年4800口頁(yè)巖氣井的鉆完井、壓裂、生產(chǎn)和成本參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)分析了該氣藏井型、井深構(gòu)成、水平段長(zhǎng)、鉆井周期、鉆速、壓裂段數(shù)、段間距、加砂強(qiáng)度、用液強(qiáng)度、建井周期、首年平均日產(chǎn)氣、產(chǎn)量遞減率、百米段長(zhǎng)EUR、千方液量EUR及單井成本。通過(guò)總結(jié)Haynesville頁(yè)巖氣藏開發(fā)的啟示，對(duì)四川盆地中深層和深層頁(yè)巖氣開發(fā)提出了部分建議。

1 氣藏特征

晚侏羅紀(jì)Haynesville頁(yè)巖是一套在相對(duì)半封閉沉積環(huán)境下發(fā)育的黑色富有機(jī)質(zhì)高碳泥頁(yè)巖，與下伏地層Smackover碳酸鹽巖呈不整合接觸，與上覆Bossier頁(yè)巖呈整合接觸，含氣頁(yè)巖厚度15～135 m(Thompson et al., 2010；Gülen et al., 2015)。有利相帶沉積背景下發(fā)育的Haynesville儲(chǔ)層具備高溫、高壓、高含氣量等特征。頁(yè)巖儲(chǔ)層TOC含量2%～6%，平均3%；鏡質(zhì)體反射率Ro為2.2%～3.2%，平均2.8%；巖芯測(cè)試孔隙度4%～11%，測(cè)井孔隙度8%～10%，平均8%。儲(chǔ)層含有大量碳酸鹽礦物，鈣質(zhì)硅質(zhì)含量大于60%，黏土礦物含量25%～35%，方解石5%～30%。頁(yè)巖楊氏模量6900～24000 MPa，泊松比0.21～0.3，與其它頁(yè)巖相比偏軟。儲(chǔ)層埋深普遍超過(guò)3000 m，主體位于3000～4500 m。儲(chǔ)層超壓，地層壓力系數(shù)1.8～2.0，地層壓力69～80 MPa，地層溫度145～200 ℃。頁(yè)巖儲(chǔ)層含氣量2.8～9.4 m3/t，平均游離氣含量占比80%，吸附氣含量占比20%。儲(chǔ)層厚度45～107 m，含氣飽和度80%～85%，含水飽和度15%～20%。氣藏儲(chǔ)量豐度(16.4～27.3)×1012m3/km2，估算預(yù)期采收率25%～30%(Guo et al., 2012；Thorkelson et al., 2013；Lowe et al., 2013)。表1給出了Haynesville頁(yè)巖與四川盆地川南和涪陵地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖儲(chǔ)層參數(shù)統(tǒng)計(jì)表。Haynesville頁(yè)巖與目前四川盆地已規(guī)模開發(fā)的五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖具備相似的埋深、沉積環(huán)境、熱成熟度、孔隙類型、游離氣比例及地層壓力系數(shù)特征。四川盆地目前正在探索的五峰組—龍馬溪組深層頁(yè)巖氣區(qū)壓力系數(shù)普遍介于1.8～2.1之間，與Haynesville頁(yè)巖氣藏特征更為接近，兩者具備一定的可對(duì)比性。

表1 Haynesville與四川盆地五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖儲(chǔ)層參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

2 開發(fā)歷程

2004年，Haynesville頁(yè)巖氣藏通過(guò)直井鉆探評(píng)價(jià)為優(yōu)質(zhì)高含氣儲(chǔ)層。2005～2007年間，多個(gè)油氣作業(yè)公司分別在該區(qū)域?qū)嵤┝酥本@探和評(píng)價(jià)分析(Saneifar et al., 2013；Barone and Mrinal, 2015)。2007年底，Haynesville頁(yè)巖氣藏完鉆第一口水平井SLRT#2井，經(jīng)分段壓裂測(cè)試獲7.4×104m3/d 日產(chǎn)氣量。隨后該氣藏進(jìn)入規(guī)模開發(fā)階段，水平井?dāng)?shù)量大幅增加，北美“頁(yè)巖氣革命”的提法大致為這一時(shí)期(Ramirez et al., 2011；Mabadeje and Rouzbeh, 2019)。2011年，Haynesville頁(yè)巖氣藏年產(chǎn)量達(dá)到682億 m3，同年產(chǎn)量超越Barnett頁(yè)巖氣藏成為北美最高產(chǎn)頁(yè)巖氣藏。2012年產(chǎn)量到達(dá)第一個(gè)高峰，年產(chǎn)氣量716億 m3。2013年，Haynesville頁(yè)巖氣藏產(chǎn)量開始下降，2016年產(chǎn)量下降至386億 m3。2017～2019年迎來(lái)第二次產(chǎn)量增勢(shì)，2019年頁(yè)巖氣產(chǎn)量915億 m3，完鉆水平井570口(Cadotte et al., 2017；Warren et al., 2017；Johnston and Nick, 2018；Gupta et al., 2019)。

目前Haynesville頁(yè)巖氣藏油氣作業(yè)公司數(shù)量已達(dá)172家，BP為頁(yè)巖氣產(chǎn)量最高的作業(yè)公司，XTO擁有最多的礦權(quán)面積。2020年已生產(chǎn)頁(yè)巖氣806億 m3，預(yù)測(cè)年產(chǎn)量963億 m3，即將成為千億 m3年產(chǎn)規(guī)模的大型頁(yè)巖氣藏。圖2a和圖2b分別給出了Haynesville頁(yè)巖氣藏2009～2020年產(chǎn)量及近5年月度完鉆頁(yè)巖氣水平井?dāng)?shù)量。截至2020年10月底，Haynesville頁(yè)巖氣藏月完鉆井?dāng)?shù)保持在45口左右，歷年累計(jì)開采頁(yè)巖氣6800億 m3，累計(jì)完鉆氣井近6000口。

3 技術(shù)政策

3.1 井型

自1821年美國(guó)完鉆第一口頁(yè)巖氣直井以來(lái)，頁(yè)巖氣鉆完井由直井發(fā)展至單一水平井和叢式水平井組?！肮S化”作業(yè)模式將平臺(tái)作為一個(gè)聯(lián)合作業(yè)單元，將鉆井、固井、射孔、多級(jí)壓裂等施工視為逐個(gè)流水作業(yè)工序，在同一平臺(tái)可連續(xù)完成多口井不同作業(yè)，大幅提高了作業(yè)效率。水平井成為頁(yè)巖氣藏開發(fā)的主要井型，以平臺(tái)為單元的叢式水平井組成為首選布井模式。本次針對(duì)Haynesville頁(yè)巖氣藏2009～2019年完鉆4800口頁(yè)巖氣井進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，包括直井/定向井37口、非平臺(tái)水平井1604口和平臺(tái)鉆水平井2769口。

圖3給出了該氣藏完鉆頁(yè)巖氣水平井垂深與水平段長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)關(guān)系及不同類型氣井歷年完鉆數(shù)量。垂深與水平段長(zhǎng)分布圖顯示目前完鉆水平井垂深主體位于3000～4500 m，累計(jì)完鉆井?dāng)?shù)4338口，占比99.2%。4500 m以深完鉆水平井35口，最大完鉆氣井垂深已突破5000 m。完鉆水平段長(zhǎng)主體位于1000～3000 m，完鉆最大水平段長(zhǎng)已突破4000 m。歷年完鉆不同類型氣井?dāng)?shù)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示非平臺(tái)水平井?dāng)?shù)量及占比逐年下降，平臺(tái)鉆水平井已成為Haynesville頁(yè)巖氣藏主要布井模式。平臺(tái)鉆水平井?dāng)?shù)量占比由2009年的33%快速上升至80%以上，2014年平臺(tái)鉆水平井占比高達(dá)94%。近五年平臺(tái)鉆水平井占比在81%～89%，表明叢式水平井組是Haynesville頁(yè)巖氣藏主要布井模式。

3.2 水平段長(zhǎng)

水平段長(zhǎng)是頁(yè)巖氣藏開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)政策，合理水平段長(zhǎng)能夠有效控制成本并充分發(fā)揮鉆完井和壓裂施工效率獲取高產(chǎn)。四川盆地已實(shí)現(xiàn)埋深2000～3500 m超壓頁(yè)巖氣資源的規(guī)模開發(fā)，以平臺(tái)為單元的叢式水平井組是主要布井模式。除此之外，目前正在探索埋深3500～4000 m深層超壓頁(yè)巖氣資源的有效開發(fā)技術(shù)。因此，重點(diǎn)針對(duì)Haynesville頁(yè)巖氣藏埋深3000～3500 m和3500～4000 m平臺(tái)鉆水平井進(jìn)行單獨(dú)統(tǒng)計(jì)分析，以為國(guó)內(nèi)規(guī)模開發(fā)區(qū)和深層探索區(qū)提供參考借鑒。

圖2 Haynesville頁(yè)巖氣藏歷年產(chǎn)量及完鉆井?dāng)?shù)

圖3 Haynesville頁(yè)巖氣藏埋深與水平段長(zhǎng)及不同類型氣井?dāng)?shù)量統(tǒng)計(jì)

圖4給出了Haynesville頁(yè)巖氣藏不同埋深井深構(gòu)成和鉆井周期變化趨勢(shì)。埋深3000～3500 m平臺(tái)鉆水平井平均水平段長(zhǎng)逐年增加，由2009年1438 m增加至2019年的2804 m。分年度平均鉆井周期32.3～41.0 d。2019年完鉆水平井平均測(cè)深6306 m，平均鉆井周期35.0 d。埋深3500～4000 m平臺(tái)鉆水平井平均水平段長(zhǎng)同樣呈逐年增加趨勢(shì)，由2009年1310 m增加至2019年的2385 m。分年度平均鉆井周期28.0～44.6 d。2019年完鉆水平井平均測(cè)深6257 m，平均鉆井周期28.0 d。不同埋深井深構(gòu)成對(duì)比顯示Haynesville頁(yè)巖氣藏埋深3500～4000 m頁(yè)巖氣資源開發(fā)依然在不斷探索，以2019年為例平均水平段長(zhǎng)僅2385 m，遠(yuǎn)低于埋深3000～3500 m完鉆氣井平均水平段長(zhǎng)的2804 m。

3.3 壓裂參數(shù)

除水平井鉆完井技術(shù)外，大規(guī)模分段體積壓裂技術(shù)是頁(yè)巖氣得以有效開發(fā)的另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。隨完鉆水平段長(zhǎng)不斷增加，頁(yè)巖氣水平井壓裂規(guī)模不斷加大。為了提高橫向可對(duì)比和參考性，重點(diǎn)針對(duì)Haynesville頁(yè)巖氣藏不同埋深氣井單井壓裂段數(shù)、平均段間距、用液強(qiáng)度(單位段長(zhǎng)壓裂液量)和加砂強(qiáng)度(單位段長(zhǎng)支撐劑量)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

圖5給出了Haynesville頁(yè)巖氣藏2009～2019年平臺(tái)鉆水平井平均單井壓裂段數(shù)、段間距、加砂強(qiáng)度和用液強(qiáng)度變化趨勢(shì)。單井壓裂段數(shù)逐年增加，平均段間距準(zhǔn)年縮小、加砂和用液強(qiáng)度逐年增加。埋深3000～3500 m氣井壓裂段數(shù)由最小12.9段增加至2019年的66.8段，平均段間距由最大113.9 m縮小至2019年的42.0 m，用液強(qiáng)度由初期最小20 m3/m增加至2019年的57.2 m3/m，加砂強(qiáng)度由初期最小2.3 t/m增加至2019年的6.1 t/m。埋深3500～4000 m氣井壓裂段數(shù)由最小12.9段增加至2019年的56.8段，平均段間距由最大117.0 m縮小至2019年的42.0 m，用液強(qiáng)度由初期最小16.3 m3/m增加至2019年的51.1 m3/m，加砂強(qiáng)度由初期最小1.6 t/m增加至2019年的5.8 t/m。不同埋深氣井平均壓裂段間距穩(wěn)定在42.0 m，埋深3500～4000 m深層氣井用液和加砂強(qiáng)度均低于埋深3000～3500 m氣井。

圖4 Haynesville頁(yè)巖氣藏完鉆水平井井深構(gòu)成和鉆井周期

圖5 Haynesville頁(yè)巖氣藏水平井壓裂段數(shù)、段間距、加砂強(qiáng)度和用液強(qiáng)度

4 開發(fā)指標(biāo)

國(guó)內(nèi)目前普遍將頁(yè)巖氣水平井首年平均日產(chǎn)氣量、產(chǎn)量遞減率和EUR作為頁(yè)巖氣水平井關(guān)鍵開發(fā)指標(biāo)。首年平均日產(chǎn)氣量作為氣井產(chǎn)能關(guān)鍵指標(biāo)，直接與EUR存在線性統(tǒng)計(jì)關(guān)系。圖6分別給出了Haynesville頁(yè)巖氣藏2009～2019年投產(chǎn)氣井首年平均日產(chǎn)氣與EUR統(tǒng)計(jì)關(guān)系、井均首年平均日產(chǎn)氣和百米段長(zhǎng)首年平均日產(chǎn)氣、井均EUR和百米段長(zhǎng)EUR、年產(chǎn)量遞減率變化趨勢(shì)圖。

圖6 Haynesville頁(yè)巖氣藏2009～2019年氣井首年平均日產(chǎn)氣、EUR及遞減率

Haynesville頁(yè)巖氣藏氣井首年平均日產(chǎn)氣和EUR存在線性相關(guān)關(guān)系，線性回歸相關(guān)系數(shù)達(dá)0.83。首年平均日產(chǎn)氣可作為氣井產(chǎn)能評(píng)價(jià)和分類的關(guān)鍵指標(biāo)。水平井首年平均日產(chǎn)氣(氣井峰值產(chǎn)量開始計(jì)算365天平均日產(chǎn)氣量)0.5～40.0×104m3/d，主體位于5.0×104～25.0×104m3/d。水平井EUR分布在0.5×108～6.0×108m3，主體位于0.5×108～2.5×108m3。由于水平段長(zhǎng)增加和技術(shù)進(jìn)步，不同年度投產(chǎn)氣井首年平均日產(chǎn)氣量逐年增加，由2009年的11.9×104m3/d增加至2019年的27.4×104m3/d。百米段長(zhǎng)首年平均日產(chǎn)氣呈穩(wěn)定增加趨勢(shì)，不同埋深氣井差異較小，由2009年的0.9×104m3/(d·100 m)增加至2019年的 1.15×104m3/(d·100 m)。百米段長(zhǎng)首年平均日產(chǎn)氣量變化趨勢(shì)表明工程技術(shù)穩(wěn)定，并未因水平段大幅增加而影響壓裂改造效果，合理技術(shù)水平段長(zhǎng)并未迎來(lái)拐點(diǎn)。

由于埋深3000～3500 m和3500～4000 m氣井遞減規(guī)律相近，對(duì)所有氣井分年度統(tǒng)計(jì)氣井年對(duì)年產(chǎn)量遞減率。由于氣井首年產(chǎn)量從峰值產(chǎn)量開始截取計(jì)算，年產(chǎn)量遞減率與國(guó)內(nèi)統(tǒng)計(jì)方法存在差異，國(guó)內(nèi)首年平均日產(chǎn)氣普遍截取氣井投產(chǎn)日期開始計(jì)算。因此，同等條件下北美氣井第二年產(chǎn)量遞減率略高于國(guó)內(nèi)統(tǒng)計(jì)方法，統(tǒng)計(jì)結(jié)果僅供參考借鑒。2009～2019年投產(chǎn)氣井年產(chǎn)量遞減率統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示氣井第二年產(chǎn)量遞減率50.5%～70.6%，年產(chǎn)量遞減率逐年呈下降趨勢(shì)。氣井投產(chǎn)15年后，年產(chǎn)量遞減率穩(wěn)定在7%～8%。值得借鑒的是，第二年產(chǎn)量遞減率整體逐年呈下降趨勢(shì)，由2009年的70.6%下降至50.6%，表明Haynesville頁(yè)巖氣藏各個(gè)作業(yè)公司也開始控制氣井初期遞減率。

歷年頁(yè)巖氣水平井平均單井EUR和百米段長(zhǎng)EUR統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，Haynesville頁(yè)巖氣藏單井EUR整體呈逐年增加趨勢(shì)。埋深3000～3500 m氣井平均EUR由2009年1.64×108m3增加至2019年的2.91×108m3，百米段長(zhǎng)EUR穩(wěn)定在1000×108～1200×108m3，2019年百米段長(zhǎng)EUR為1038×108m3。埋深3500～4000 m氣井平均EUR由2009年1.69×108m3增加至2019年的3.16×108m3，百米段長(zhǎng)EUR穩(wěn)定在1000×108～1300×108m3，2019年百米段長(zhǎng)EUR為1324×108m3。百米段長(zhǎng)EUR變化趨勢(shì)表明工程技術(shù)穩(wěn)定，并未因水平段大幅增加而影響壓裂改造效果，合理技術(shù)水平段長(zhǎng)并未迎來(lái)拐點(diǎn)。

5 成本及作業(yè)效率

Haynesville頁(yè)巖氣藏單井總成本由鉆井成本、固井成本、水成本、支撐劑成本、泵送成本和其它成本構(gòu)成。圖7給出了2019年不同埋深范圍頁(yè)巖氣水平井平均單井成本及建井周期。埋深3000～3500 m氣井(平均測(cè)深6306 m，水平段長(zhǎng)2804 m)單井總成本893×104USD，其中鉆完井(鉆井+固井)成本319×104USD，占比35.7%，壓裂成本(水+支撐劑+泵送+其它)574×104USD，占比64.3%。埋深3500～4000 m氣井(平均測(cè)深 6257 m，水平段長(zhǎng)2385 m)單井總成本906×104USD，其中鉆完井(鉆井+固井)成本363×104USD，占比40.0%，壓裂成本(水+支撐劑+泵送+其它)543×104USD，占比60.0%。隨埋深增加，鉆完井和壓裂成本呈上升趨勢(shì)。

圖7 Haynesville頁(yè)巖氣藏2019年單井成本及建井周期

建井周期直接反映了鉆完井、壓裂和工廠化施工效率，是指一口頁(yè)巖氣水平井從開鉆到投產(chǎn)所需的時(shí)間。Haynesville頁(yè)巖氣藏不同埋深范圍2009～2019年平均單井建井周期統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示埋深3000～3500 m氣井平均建井周期主體位于140～170 d，2019年平均單井建井周期159 d。埋深3500～4000 m氣井建井周期主體位于150～200 d，2019年平均單井建井周期201 d。隨埋深增加，單井建井周期呈顯著增加趨勢(shì)。

6 討論

叢式水平井組是頁(yè)巖氣的主要開發(fā)布井方式，合理水平段長(zhǎng)一直是行業(yè)探索的關(guān)鍵問(wèn)題。合理水平段長(zhǎng)受氣藏特征、工程技術(shù)、施工條件等多重因素影響。從技術(shù)角度出發(fā)，當(dāng)單位段長(zhǎng)EUR隨水平段長(zhǎng)增加而出拐點(diǎn)時(shí)即為合理技術(shù)水平段長(zhǎng)。從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，當(dāng)水平段長(zhǎng)增加對(duì)應(yīng)的EUR增量與成本增量平衡時(shí)或單位投入產(chǎn)出氣量出現(xiàn)拐點(diǎn)時(shí)即為合理經(jīng)濟(jì)水平段長(zhǎng)。圖8給出了Haynesville頁(yè)巖氣藏2009～2019年氣井平均單位鉆壓成本產(chǎn)氣量和百米段長(zhǎng)EUR與水平段長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)關(guān)系及第二年產(chǎn)量遞減率變化趨勢(shì)，其中單位鉆壓成本產(chǎn)氣量為氣井EUR與單井總成本比值。埋深3000～3500 m 氣井單位鉆壓成本產(chǎn)氣量整體呈逐年增加趨勢(shì)，由2009年水平段長(zhǎng)1438 m對(duì)應(yīng)的單位鉆壓成本產(chǎn)氣量17.8 m3/USD上升至2019年2804 m水平段長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的30.7 m3/USD。埋深3500～4000 m氣井單位鉆壓成本產(chǎn)氣量整體呈逐年增加趨勢(shì)，由2012年水平段長(zhǎng)1662 m對(duì)應(yīng)的單位鉆壓成本產(chǎn)氣量17.2 m3/USD上升至2019年2385 m水平段長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的34.8 m3/USD。不同埋深范圍氣井百米段長(zhǎng)EUR穩(wěn)定在1000×104～1300×104m3。Haynesville頁(yè)巖氣藏百米段長(zhǎng)EUR及單位鉆壓成本產(chǎn)氣量變化趨勢(shì)表明氣井水平段長(zhǎng)為迎來(lái)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)拐點(diǎn)，存在繼續(xù)加長(zhǎng)的空間。

表2給出了Haynesville頁(yè)巖氣藏中深層與深層頁(yè)巖氣水平井關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)比統(tǒng)計(jì)表，深層頁(yè)巖氣水平井水平段長(zhǎng)整體低于中深層氣井，深層頁(yè)巖氣水平井測(cè)深、壓裂段間距及加砂強(qiáng)度與中深層氣井相當(dāng)，深層頁(yè)巖氣水平井百米段長(zhǎng)EUR、建井周期及單位鉆壓成本產(chǎn)氣量整體高于中深層氣井。

隨著四川盆地超壓頁(yè)巖氣藏規(guī)模開發(fā)，開發(fā)優(yōu)選不斷精細(xì)化，氣井生產(chǎn)制度是頁(yè)巖氣藏開發(fā)優(yōu)化的另一關(guān)鍵問(wèn)題，即氣井采用“放壓”還是“控壓”生產(chǎn)方式?！胺艍骸鄙a(chǎn)方式能夠提高采氣速度同時(shí)最大程度發(fā)揮吸附氣潛力，“控壓”生產(chǎn)方式能夠減緩應(yīng)力敏感效應(yīng)充分發(fā)揮氣井產(chǎn)能，目前針對(duì)兩種生產(chǎn)方式存在一定的爭(zhēng)議。Haynesville頁(yè)巖氣藏第二年產(chǎn)量遞減率統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，井均第二年產(chǎn)量遞減率整體呈下降趨勢(shì)，由2009年的70.6%下降至2019年的50.6%，初步顯示各個(gè)作業(yè)公司也開始采取“控壓”減緩遞減的生產(chǎn)方式。

表2 Haynesville頁(yè)巖氣藏中深層與深層頁(yè)巖氣水平井關(guān)鍵指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

圖8 Haynesville頁(yè)巖氣藏2009～2019年單位鉆壓成本產(chǎn)氣量及第二年平均年產(chǎn)量遞減率

7 結(jié)論及啟示

Haynesville頁(yè)巖氣藏為北美典型深層高溫高壓頁(yè)巖氣藏，2009～2019年埋深3000～4000 m完鉆氣井占比總井?dāng)?shù)90%，其開發(fā)技術(shù)政策不僅可為四川盆地已實(shí)現(xiàn)規(guī)模開發(fā)的3500 m以淺頁(yè)巖氣資源的高效開發(fā)提供參考，也可為目前正在探索的埋深3500～4000 m深層頁(yè)巖氣資源規(guī)模開發(fā)提供借鑒。本文通過(guò)分3000～3500 m和3500～4000 m埋深系統(tǒng)分析了Haynesville頁(yè)巖氣藏井型、井深構(gòu)成、水平段長(zhǎng)、鉆井周期、壓裂段間距、加砂強(qiáng)度、用液強(qiáng)度、首年平均日產(chǎn)氣、產(chǎn)量遞減率、百米段長(zhǎng)EUR、單井成本及建井周期。除此之外，根據(jù)單位段長(zhǎng)EUR、單位鉆壓成本產(chǎn)氣量及產(chǎn)量遞減率對(duì)合理水平段長(zhǎng)和控壓生產(chǎn)方式進(jìn)行了討論。研究主要獲得以下結(jié)論和啟示：

(1)水平段長(zhǎng)、用液強(qiáng)度、加砂強(qiáng)度逐年增加，平均段間距逐年縮小，百米段長(zhǎng)首年平均日產(chǎn)氣和EUR保持穩(wěn)定。

(2)2019年埋深3000～3500 m平臺(tái)完鉆水平井平均測(cè)深6306 m、水平段長(zhǎng)2804 m、鉆井周期35 d、段間距42 m、用液強(qiáng)度57.2 m3/m、加砂強(qiáng)度6.12 t/m、首年平均日產(chǎn)氣27.4×104m3/d、百米段長(zhǎng)首年平均日產(chǎn)氣1.01×104m3/d、單井EUR為2.91×108m3、百米段長(zhǎng)EUR為1038×104m3/100m、單井總成本893×104 USD、建井周期159 d，單位鉆壓成本產(chǎn)氣量30.7 m3/USD。

(3)2019年埋深3500～4000 m平臺(tái)完鉆水平井平均測(cè)深6257 m，水平段長(zhǎng)2385 m、鉆井周期28 d、段間距42 m、用液強(qiáng)度51.1 m3/m、加砂強(qiáng)度5.77 t/m、首年平均日產(chǎn)氣27.4×104m3/d、百米段長(zhǎng)首年平均日產(chǎn)氣1.15×104m3/d、單井EUR為3.16×108m3、百米段長(zhǎng)EUR為1324×104m3/100 m、單井總成本906×104USD、建井周期201 d，單位鉆壓成本產(chǎn)氣量34.8 m3/USD。

(4)隨水平段長(zhǎng)增加，百米段長(zhǎng)EUR穩(wěn)定在1000×104～1300×104m3，單位鉆壓成本產(chǎn)氣量成上升趨勢(shì)，水平段長(zhǎng)具備繼續(xù)增加空間。第二年產(chǎn)量遞減率由70.6%下降至目前50.6%，初步顯示為逐步采取了“控壓”減緩遞減的生產(chǎn)方式。

(5)借鑒Haynesville頁(yè)巖氣藏開發(fā)實(shí)踐，四川盆地埋深2000～3500 m規(guī)模開發(fā)區(qū)可繼續(xù)探索長(zhǎng)水平段氣井高產(chǎn)模式。Haynesville頁(yè)巖氣藏深層頁(yè)巖氣井開發(fā)指標(biāo)全面超過(guò)中深層，以深層頁(yè)巖氣為主的四川盆地五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖具備可觀的開發(fā)潛力。四川盆地深層頁(yè)巖氣開發(fā)初期可考慮適當(dāng)控制水平段長(zhǎng)以確保有效的鉆井壓裂施工效果。埋深2000～3500 m規(guī)模開發(fā)區(qū)和3500～4000 m 深層探索區(qū)均可參考采取“控壓”減緩遞減生產(chǎn)方式提高氣井最終可采儲(chǔ)量。