天然氣高效開(kāi)發(fā)技術(shù)的研究與展望

賀健(延長(zhǎng)氣田采氣五廠，陜西 延安 716000)

0 引言

在近年來(lái)的能源消費(fèi)和供給中，由于生態(tài)環(huán)境污染、全球氣候變暖、能源消費(fèi)需求增大以及石油價(jià)格上漲等多種因素的影響，使得作為一種重要清潔能源的天然氣受到了日益廣泛關(guān)注和重視。由于天然氣在低碳環(huán)保以及綠色潔凈和低污染等方面具有的顯著優(yōu)勢(shì)，使天然氣已經(jīng)成為了非常重要的一種能源。從實(shí)際的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益來(lái)看，天然氣的廣泛使用在社會(huì)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境保護(hù)等方面都顯示了重大意義，因而目前在全球范圍內(nèi)已經(jīng)掀起了開(kāi)發(fā)和利用天然氣的熱潮[1]。我國(guó)擁有非常豐富的天然氣資源，在天然氣的開(kāi)發(fā)和利用方面具有很大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的前景。在這種情況下，近年來(lái)我國(guó)天然氣的開(kāi)發(fā)量也呈現(xiàn)出了逐年上漲的良好發(fā)展態(tài)勢(shì)。從充分滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的能源需求和人民大眾日常能源消費(fèi)需求的角度來(lái)講，為了更好地保障天然氣的穩(wěn)定和不間斷供應(yīng)，不斷推進(jìn)天然氣的高效開(kāi)發(fā)已經(jīng)刻不容緩。同時(shí)，隨著天然氣在社會(huì)資源中應(yīng)用比重的不斷提升，我國(guó)天然氣開(kāi)發(fā)技術(shù)也在不斷實(shí)現(xiàn)提升和取得突破[2]。通過(guò)不斷推動(dòng)當(dāng)前天然氣開(kāi)發(fā)技術(shù)發(fā)展創(chuàng)新和優(yōu)化升級(jí)，來(lái)不斷提升天然氣的開(kāi)發(fā)效率和降低天然氣的開(kāi)發(fā)成本，日益成為當(dāng)前和今后天然氣開(kāi)發(fā)利用的重要發(fā)展方向。

1 當(dāng)前主要的天然氣開(kāi)發(fā)技術(shù)

作為存在于自然界當(dāng)中的一種天然性氣體，天然氣是儲(chǔ)藏于地層中的烴類(lèi)和非烴類(lèi)的氣體混合物。從我國(guó)天然氣開(kāi)發(fā)技術(shù)的發(fā)展歷程來(lái)看，主要形成了以碳酸鹽巖氣藏開(kāi)發(fā)、高含硫氣藏開(kāi)發(fā)、致密砂巖氣藏開(kāi)發(fā)、低滲透氣藏開(kāi)發(fā)為代表的一系列開(kāi)發(fā)技術(shù)，這些技術(shù)均在一定條件下天然氣的開(kāi)發(fā)中發(fā)揮了重要作用[3]。

1.1 碳酸鹽巖氣藏開(kāi)發(fā)技術(shù)

早在20世紀(jì)五六十年代的時(shí)候，我國(guó)就已經(jīng)開(kāi)始了對(duì)三疊系和二疊系小型氣田的開(kāi)發(fā)工作。到了20世紀(jì)70年代左右，一些中型和大型的油田也逐步開(kāi)始進(jìn)行開(kāi)發(fā)，在此帶動(dòng)下我國(guó)的天然氣產(chǎn)量在2004年突破100億立方米。碳酸巖石裂縫性氣藏開(kāi)發(fā)配套技術(shù)，就是在這個(gè)長(zhǎng)期的天然氣開(kāi)發(fā)開(kāi)采過(guò)程中形成的。在碳酸鹽氣藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中，其天然氣開(kāi)發(fā)技術(shù)的應(yīng)用是通過(guò)兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)的：首先是基于對(duì)地下碳酸鹽分布情況的充分勘察，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)地下天然氣的開(kāi)采和綜合利用；其次是借助進(jìn)行碳酸鹽層的局部覆蓋調(diào)節(jié)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)地下天然氣層的開(kāi)發(fā)利用[4]。

1.2 高含硫氣藏開(kāi)發(fā)技術(shù)

我國(guó)高含硫氣藏資源的儲(chǔ)量是非常豐富的，目前在這方面已經(jīng)探明的高含硫天然氣儲(chǔ)量累計(jì)已經(jīng)超過(guò)10 000 億立方米。從2000年開(kāi)始，我國(guó)圍繞四川盆地川東北地區(qū)羅家寨、龍崗等高含硫氣田以及海外阿姆河右岸高含硫氣藏的開(kāi)發(fā)，在技術(shù)研發(fā)平臺(tái)建設(shè)以及技術(shù)攻關(guān)和實(shí)踐生產(chǎn)等方面進(jìn)行了大量工作，并于2010年建成了國(guó)內(nèi)首個(gè)高含硫氣藏開(kāi)采先導(dǎo)試驗(yàn)基地，該基地的建設(shè)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平[5]。在隨后的2013年，我國(guó)又組建了國(guó)家能源高含硫氣藏開(kāi)采研發(fā)中心，進(jìn)一步發(fā)展和完善了我國(guó)高含硫氣藏開(kāi)發(fā)配套的技術(shù)系列。從我國(guó)高含硫氣藏開(kāi)發(fā)技術(shù)的發(fā)展歷程來(lái)看，它是在四川盆地多年開(kāi)發(fā)中低含硫氣田技術(shù)集成和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)學(xué)習(xí)和借鑒國(guó)外對(duì)高含硫氣藏開(kāi)發(fā)的先進(jìn)技術(shù)，并通過(guò)不斷的生產(chǎn)實(shí)踐和持續(xù)的技術(shù)攻關(guān)而逐漸發(fā)展起來(lái)的，基本形成了能夠充分滿足我國(guó)高含硫氣藏開(kāi)發(fā)需要的氣藏工程技術(shù)、鉆完井工程技術(shù)、采氣工程技術(shù)以及天然氣凈化技術(shù)和安全環(huán)保技術(shù)等開(kāi)發(fā)配套技術(shù)系列。

1.3 致密砂巖氣藏開(kāi)發(fā)技術(shù)

目前，在我國(guó)天然氣的總年產(chǎn)量中，致密砂巖氣藏天然氣的產(chǎn)量已經(jīng)占到了20%左右?？梢哉f(shuō)，在我國(guó)的天然氣供應(yīng)中，致密砂巖氣藏天然氣已經(jīng)成為一支重要力量，并將繼續(xù)成為我國(guó)今后天然氣儲(chǔ)量和產(chǎn)量增長(zhǎng)的重要亮點(diǎn)。而且從目前探明的儲(chǔ)量和現(xiàn)有技術(shù)實(shí)力來(lái)說(shuō)，致密砂巖氣藏也是今后我國(guó)最具開(kāi)發(fā)意義和現(xiàn)實(shí)價(jià)值的非常規(guī)天然氣領(lǐng)域[6]。在川西坳陷致密砂巖氣藏的開(kāi)發(fā)中，在鉆井、完井中采取有效的措施保護(hù)天然裂縫，以屏蔽式暫堵技術(shù)思想為指導(dǎo)對(duì)地下裂縫參數(shù)變化規(guī)律進(jìn)行研究，并在此基礎(chǔ)上建立了適用于裂縫性儲(chǔ)集層特點(diǎn)的鉆井、完井保護(hù)技術(shù)方案，促進(jìn)了川西深層致密砂巖氣藏、鄂爾多斯盆地大牛地氣田的天然氣開(kāi)發(fā)，在實(shí)踐運(yùn)用中取得了非常顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1.4 低滲透氣藏開(kāi)發(fā)技術(shù)

在對(duì)低滲透類(lèi)天然氣部分進(jìn)行開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，主要需要關(guān)注的是要注重結(jié)合低層氣體滲透的實(shí)際狀況，將地下蘊(yùn)藏的天然氣通過(guò)使用大傾斜井下開(kāi)發(fā)技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)開(kāi)采[7]。然后對(duì)所獲得的天然氣，再運(yùn)用逐層運(yùn)輸?shù)姆椒▽⒅\(yùn)輸?shù)降孛嫔蟻?lái)。這是在低滲透氣藏天然氣實(shí)際開(kāi)發(fā)和應(yīng)用過(guò)程中，比較便捷和得到廣泛應(yīng)用的一種天然氣開(kāi)發(fā)技術(shù)。通過(guò)這方面的技術(shù)的成功應(yīng)用，我國(guó)相繼實(shí)現(xiàn)了以靖邊氣田為代表的低滲透碳酸鹽巖氣藏，以及以榆林氣田為代表的低滲透砂巖氣藏的開(kāi)發(fā)。近年來(lái)，相關(guān)技術(shù)部門(mén)通過(guò)不斷轉(zhuǎn)變發(fā)展方式和著力推進(jìn)技術(shù)攻關(guān)，不斷推動(dòng)鄂爾多斯盆地低滲透氣藏開(kāi)發(fā)水平的發(fā)展提升。

2 天然氣高效開(kāi)發(fā)技術(shù)的發(fā)展方向探析

對(duì)于天然氣的開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，需要針對(duì)不同的天然氣藏具體特征和實(shí)際條件，選擇使用適合的開(kāi)采技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，才能夠真正實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣的高效開(kāi)發(fā)[8]。因此，在天然氣實(shí)際開(kāi)發(fā)中需要對(duì)氣藏的具體狀況有充分的認(rèn)識(shí)，在此基礎(chǔ)上采用適合的高效開(kāi)發(fā)技術(shù)才能夠更好地實(shí)現(xiàn)天然氣開(kāi)發(fā)的高產(chǎn)。從目前天然氣高效開(kāi)發(fā)技術(shù)的發(fā)展情況來(lái)看，根據(jù)不同的天然氣藏而發(fā)展起來(lái)的注入二氧化碳技術(shù)、天然氣噴射引流技術(shù)以及水平井改造技術(shù)，將成為今后實(shí)現(xiàn)天然氣高效開(kāi)發(fā)的技術(shù)發(fā)展方向。

2.1 注入二氧化碳提高天然氣采收率的技術(shù)

在天然氣藏中注入二氧化碳，并通過(guò)封存二氧化碳來(lái)對(duì)氣藏中的天然氣進(jìn)行采收的技術(shù)，被稱為注入二氧化碳技術(shù)。注入二氧化碳技術(shù)的主要工作原理，首先就是將發(fā)電廠或者工廠氣體排放煙道中的CO2氣體進(jìn)行壓縮后，然后將壓縮后的CO2氣體輸入到天然氣田注入到氣藏之中，這樣既能夠達(dá)到封存CO2的目的，也能夠達(dá)到提升氣藏中地層壓力的效果，從而以此來(lái)驅(qū)動(dòng)其中的天然氣而實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)利用，這樣可以在很大程度上提高天然氣的采收率。從天然氣藏的開(kāi)發(fā)程度方面來(lái)說(shuō)，驅(qū)動(dòng)天然氣氣藏的方式通常主要有自然應(yīng)力驅(qū)動(dòng)和水驅(qū)動(dòng)兩種驅(qū)動(dòng)方式。其中，對(duì)于使用水驅(qū)動(dòng)天然氣藏的方式來(lái)說(shuō)，能夠通過(guò)保持一定的氣藏壓力實(shí)現(xiàn)天然氣產(chǎn)量的穩(wěn)定，而且還可以有效控制底水和邊水的入侵。但是對(duì)于臨近衰竭的氣藏來(lái)說(shuō)，由于它相比于油藏有更大的儲(chǔ)存空間，因而能夠通過(guò)注入二氧化碳技術(shù)的應(yīng)用存儲(chǔ)更多的CO2氣體。這是因?yàn)樘烊粴鈿獠鼐哂休^為完整的地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及圈閉，這使得它能夠很好地阻止CO2氣體的外溢。同時(shí)，由于這樣的氣藏通常具有較完整的天然氣生產(chǎn)記錄，所以其在表征和理解地質(zhì)儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)方面也具有一定的優(yōu)勢(shì)，這都為注入二氧化碳提高天然氣采收率提供了很好的使用條件。

2.2 低壓天然氣井的噴射引流提高天然氣采收率的技術(shù)

通過(guò)天然氣田的高壓氣井來(lái)帶動(dòng)低壓氣井，以不利用外界能源的方式實(shí)現(xiàn)天然氣生產(chǎn)的技術(shù)，被稱為天然氣井噴射引流技術(shù)。從這項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)行原理來(lái)看，在高壓氣井的作用下低壓天然氣會(huì)被吸入到混合段，低壓天然氣和高壓天然氣混合到一起之后會(huì)具有一定的運(yùn)動(dòng)速度而能夠產(chǎn)生流動(dòng)，最后在進(jìn)入擴(kuò)壓段完成升壓之后實(shí)現(xiàn)天然氣的生產(chǎn)運(yùn)輸作業(yè)[9]。由于在低壓天然氣井的噴射引流技術(shù)運(yùn)作過(guò)程中不需要由外界提高動(dòng)力，因此在這些技術(shù)運(yùn)行過(guò)程中不需要?jiǎng)恿ρb置，所以其噴射裝置也比較穩(wěn)定，整體上的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，整個(gè)過(guò)程操作起來(lái)也非常方便，而且加工成本也比較低，因而在實(shí)踐運(yùn)用上具有很大的可行性。從大量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用證明，利用天然氣噴射裝置所實(shí)現(xiàn)的低壓天然氣井噴射引流技術(shù)，能夠利用高壓井的自身能量實(shí)現(xiàn)低壓井的生產(chǎn)，這個(gè)技術(shù)方案具有現(xiàn)實(shí)可行性。這項(xiàng)技術(shù)具有成本較低和綜合效益較好的顯著優(yōu)勢(shì)，在實(shí)踐生產(chǎn)中具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

2.3 水平井改造提高天然氣采收率的技術(shù)

在儲(chǔ)集層中呈水平狀態(tài)軌跡的井通常被稱為水平井。在水平井技術(shù)實(shí)施的過(guò)程中，主要采用鉆井地質(zhì)導(dǎo)向追蹤法，并在對(duì)儲(chǔ)集層進(jìn)行預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，根據(jù)地層構(gòu)造和相關(guān)隨鉆資料對(duì)施工區(qū)域情況有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)。然后，對(duì)水平井井眼軌跡通過(guò)準(zhǔn)確計(jì)算進(jìn)行密切監(jiān)控，定向方案和施工措施根據(jù)檢測(cè)信息進(jìn)行及時(shí)調(diào)整和優(yōu)化，最終達(dá)到天然氣生產(chǎn)量的高效開(kāi)發(fā)。對(duì)于適合用進(jìn)行水平井開(kāi)發(fā)的天然氣氣田，可以采用水平井改造技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣進(jìn)行高效開(kāi)發(fā)的目的。為了確保儲(chǔ)層鉆遇率，在水平井技術(shù)的實(shí)施過(guò)程中，可以采用鉆井地質(zhì)導(dǎo)向跟蹤的方法。同時(shí)，在技術(shù)應(yīng)用中對(duì)天然氣儲(chǔ)層以及儲(chǔ)量分布情況，可以通過(guò)應(yīng)用三維地震資料來(lái)進(jìn)行準(zhǔn)確的刻畫(huà)，從而在此基礎(chǔ)上能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)水平井井位、入靶點(diǎn)以及水平井段長(zhǎng)度和軌跡長(zhǎng)度等方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)[10]。在水平井技術(shù)的規(guī)模應(yīng)用過(guò)程中，通過(guò)以上這些優(yōu)化措施能夠在很大程度上實(shí)現(xiàn)天然氣水平井產(chǎn)量的提升，從而達(dá)到對(duì)天然氣實(shí)現(xiàn)高效開(kāi)發(fā)的目的。

3 天然氣高效開(kāi)發(fā)技術(shù)進(jìn)展與展望

當(dāng)前，社會(huì)發(fā)展對(duì)于天然氣需求持續(xù)旺盛，逐步呈現(xiàn)出以發(fā)電氣、工業(yè)燃料氣、城市燃?xì)饧敖煌ㄟ\(yùn)輸氣為主體的消費(fèi)結(jié)構(gòu)多元化。在這種背景和天然氣高效開(kāi)發(fā)的需求下，深層碳酸鹽巖氣藏開(kāi)發(fā)技術(shù)、深層致密砂巖氣藏群開(kāi)發(fā)技術(shù)、大面積低豐度氣藏開(kāi)發(fā)井網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)、致密氣藏提高采收率配套技術(shù)等技術(shù)不斷取得進(jìn)展。在深層碳酸鹽巖氣藏開(kāi)發(fā)技術(shù)發(fā)展方面，目前針對(duì)四川盆地龍王廟組、燈影組氣藏巖溶儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)、氣水分布復(fù)雜的特點(diǎn)，形成了高產(chǎn)井布井技術(shù)、裂縫-孔洞型有水氣藏開(kāi)發(fā)優(yōu)化技術(shù)、大斜度井/水平井叢式井組開(kāi)發(fā)技術(shù)等多項(xiàng)主體開(kāi)發(fā)技術(shù)。在深層致密砂巖氣藏群開(kāi)發(fā)技術(shù)發(fā)展方面，針對(duì)塔里木盆地大北—克深多斷塊氣藏儲(chǔ)層，發(fā)展了以構(gòu)造建模為核心的氣藏描述技術(shù)、以垂直鉆井系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化為核心的快速鉆井技術(shù)、以縫網(wǎng)壓裂為核心的儲(chǔ)層改造技術(shù)、以超高壓壓力測(cè)試為核心的開(kāi)發(fā)優(yōu)化技術(shù)、突破超高壓氣井投撈式壓力測(cè)試技術(shù)等多項(xiàng)主體開(kāi)發(fā)技術(shù)。在致密氣藏提高天然氣采收率的配套技術(shù)發(fā)展方面，目前結(jié)合地質(zhì)條件、氣藏工程和改造工藝形成了一系列配套技術(shù)，可以將天然氣的采收率在井網(wǎng)優(yōu)化的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升5%～8%。

從目前我國(guó)天然氣開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀來(lái)看，隨著新增探明儲(chǔ)量結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致開(kāi)發(fā)的難度不斷加大。同時(shí)，隨著主力氣田相繼進(jìn)入穩(wěn)產(chǎn)期，技術(shù)攻關(guān)的一個(gè)主要方向?qū)⑹欠€(wěn)產(chǎn)和提高采收率，也就是要不斷追求實(shí)現(xiàn)天然氣的高效開(kāi)發(fā)。因此，相關(guān)人員在開(kāi)展天然氣開(kāi)發(fā)工作的過(guò)程中，要重視加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)和攻關(guān)來(lái)不斷進(jìn)行開(kāi)發(fā)技術(shù)的優(yōu)化升級(jí)，不斷提高天然氣開(kāi)發(fā)質(zhì)量實(shí)現(xiàn)天然氣的高效開(kāi)發(fā)。