常压页岩气是中国页岩气勘探开发的主要类型之一,资源潜力大,发展前景广阔。近年来,中国石化华东油气分公司持续在渝东南盆缘构造复杂带南川—武隆地区开展常压页岩气勘探开发实践,在常压页岩气基础地质理论研究、低成本工程工艺技术攻关、绿色矿山建设等方面取得积极进展,建立了常压页岩气“三因素控气”富集高产地质理论、页岩储层分类评价标准和目标评价体系,创新低密度三维地震勘探、“二开制”井身结构完井、“投球转向、连续加砂”、“三阶梯”压裂加砂、电动压裂、高效排水采气6项常压页岩气低成本工程工艺技术,初步形成常压页岩气开发技术策略,探索一体化绿色勘探开发模式,实现常压页岩气勘探多点突破和高效开发,常压页岩气展现良好的勘探开发前景。但中国常压页岩气勘探开发尚处于起步和探索阶段,仍面临理论创新、技术突破、效益开发等诸多挑战,因此,对中国常压页岩气产业发展提出了5点对策：①深化页岩气富集高产主控因素研究,强化目标评价;②加快优快钻完井配套技术攻关研究,进一步提速、提效;③加强高效压裂改造工艺技术研究,增产、降本、增效;④加强常压页岩气生产规律研究,制定效益开发技术策略;⑤全面推行页岩气地质工程最优化决策体系建设,管理提质创效。以期加快推动我国常压页岩气产业发展。

以常压页岩气藏勘探开发中的几个地质问题为研究对象,探索进行了常压页岩气藏分类,着重分析泥页岩的有机碳含量变化、热演化程度与孔隙度的关系。在此基础上,进一步研究含气量与这几个地质因素相互间的制约及其与初始产量的关系,同时对照国内外典型页岩气藏实例,探讨不同压力梯度页岩气运移对气藏初始产量的控制作用。明确指出,盆（内）缘过渡型常压页岩气藏和盆外残留型常压页岩气藏,页岩气的运移补充能量存在差异。虽然存在散失,但由于盆内页岩分布面积大,页岩气的运移补充充足,盆（内）缘过渡型常压气藏具有较高的初始产量和较好的商业效益;盆外残留型常压气藏,页岩分布面积有限,运移补充不充分,属于偏低常压,初始产量较低。要实现商业开发,还需要大力攻关增产与降本技术。

湖北宜昌深层山地页岩气区块位于中扬子地块的江汉盆地北缘,具有龙马溪组页岩气目的层埋深大、地质条件复杂、水平应力差大等特征。开展地质力学研究有助于深化区块复杂构造、断层及天然裂缝系统对地应力场影响的认识,为页岩气水平井的井壁稳定性分析、钻进风险预测、压裂设计优化及压后评估提供基础数据。三维地质力学模型的建立依赖于精细化的构造解释、页岩气地质及多尺度天然裂缝模型,针对宜昌探区建立了全区和开发平台尺度三维地质力学模型,平台尺度模型具有更精细的分辨率,能精确刻画井周的地应力场,更好地服务于钻井与压裂优化设计。研究表明,宜昌探区应力机制以挤压走滑型为主,水平两向应力差值大于四川盆地页岩气区,天然裂缝激活风险较大,而且钻井液安全窗口较窄、井壁稳定性较差,水平井分级压裂受到水平应力差大、天然裂缝激活风险大等特征影响而出现水力裂缝缝网较简单的问题。基于平台模型开展了压后四维地质力学模拟,分析压后地应力场变化,研究成果表明,压裂后缝网周围的最小主应力明显增加,应力机制向逆冲型过渡,应力阴影影响范围在20~40 m。充分利用地质力学成果对于提高钻探工程效率和开发效益有重要作用,该研究是国内首次针对四川盆地外的复杂构造区深层山地页岩气建立的精细化三维地质力学模型,研究成果对于深层页岩气大规模开发具有重要的示范引领与借鉴意义。

渝东南构造复杂区五峰组—龙马溪组页岩气勘探开发取得了积极进展。为了进一步深化该区页岩气成藏认识,在前期研究成果基础上,利用实验分析、物探、钻井、压裂、试气等资料,从控制页岩气富集和高产的关键因素方面入手,通过典型目标解剖和机理分析,总结了页岩气富集高产规律,提出了页岩气富集高产受沉积相带、保存条件、地应力场三因素控制,即深水陆棚相控制资源规模,保存条件控制页岩气富集程度,地应力场影响压裂改造效果、控制单井产量。复杂构造区开展页岩气甜点目标优选和井位部署,首先,评价控制页岩气富集的资源基础,即深水陆棚相优质页岩发育程度及指标;其次,评价构造作用强度,以明确页岩气保存条件及富集程度;最后,优选地应力适中的中等曲率带部署实施页岩气井,利于获得高产稳产。研究结果对复杂构造区页岩气勘探开发具有重要的指导和借鉴意义。

通过全岩光片有机显微组分和扫描电镜观察,对彭水及邻区典型取心井上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组黑色页岩成烃生物系统进行镜下观察、分类和研究。结果表明,彭水及邻区五峰—龙马溪组页岩主要成烃生物类型有藻类体（浮游藻、疑源类、底栖藻等）、动物碎屑（笔石、放射虫、几丁虫和有孔虫）和细菌等。其中五峰—龙马溪组富有机质页岩（TOC≥2.0 %）主要成烃生物类型有浮游藻、疑源类、细菌、笔石等,富有机质页岩段成烃生物具有较高的丰度和分异度。成烃生物不仅仅是油气的主要来源,而且其经过复杂热演化作用后生成的有机孔还是页岩气赋存的主要载体。因此,在五峰—龙马溪组富有机质页岩段,存在较好的源储耦合关系,是最佳的地质甜点层。

孔隙连通关系影响着页岩气的渗流及产出程度,但对页岩连通关系的研究还相对薄弱。以彭水地区五峰—龙马溪组页岩气层为例,通过多种实验手段刻画页岩的连通孔隙组合类型,分析孔喉连通关系。研究发现,页岩储层发育有机孔相互连通、有机孔—微裂缝连通、有机孔—黏土孔连通和黏土孔—晶间孔连通4类组合关系。以有机孔相互连通组合为主的富有机质页岩,符合短导管状孔喉组合模式,孔喉比最小;而以有机孔—黏土孔相互连通组合为主的中、贫有机质页岩,为短导管和树形孔隙复合模式,孔喉比较大。当TOC（有机碳含量）/黏土矿物含量比值减小时,树形孔隙比例增多,孔喉比也会变小。小孔喉比和高含量的有机孔相互连通孔隙组合,有利于减弱压裂液滞留产生的水锁伤害。

页岩气的产出是跨越多种尺度,历经多种传质方式的复杂过程。每一个路径的应力敏感性都会对页岩气的传质过程产生重要影响。尤其是当巨量压裂液滞留在页岩储层中,水—岩作用必然会对页岩应力敏感性产生影响。以渝东南地区龙马溪组页岩为研究对象,开展了水—岩作用前后页岩应力敏感性评价实验,表征了应力敏感实验前后裂缝面性质变化特征,分析了水—岩作用对裂缝面的作用机理。页岩初始缝宽越宽,应力敏感性越强。页岩发生水—岩作用后其应力敏感程度从高到低依次为：碱敏>矿化度降低的盐敏>水敏。矿化度降低的盐敏和水敏过程中,黏土矿物水化膨胀,并发生了微粒运移,裂缝表面更加光滑;而碱敏过程流体不仅与裂缝表面发生了水化作用,而且发生了碱液侵蚀,加剧了页岩应力敏感程度。含支撑剂的裂缝页岩应力敏感程度减弱,支撑剂的嵌入和破碎是产生应力敏感性的主要原因,支撑剂优选和合理铺置是降低应力敏感程度的关键。

常规气藏气井的产能主要用无阻流量作为衡量指标,通过试气、试采资料确定无阻流量,评价气井产能。页岩气由于地质特征和渗流机理的特殊性,用什么指标表征页岩气井的产能存在争议。结合国内实际页岩气井的测试与生产资料,提出不同开发阶段页岩气井的产能可以用无阻流量、可采储量和产气量三类指标进行表征。用无阻流量表征页岩气井产能时,建立了涪陵主体区“一点法”经验公式,产能系数α值为0.25。针对多工作制度的产能测试,多流量法在涪陵具有较好的适应性。用可采储量表征页岩气井产能时,在页岩气井进入递减阶段之前选用页岩气压裂水平井非稳态产能评价方法,进入递减阶段后采用经验递减法预测页岩气井的可采储量。对于定产生产的页岩气井,可以优选相同油嘴下的试气产量表征页岩气井产能。研究成果为页岩气井生产动态分析及开发技术政策制定奠定了基础。

页岩气开发是中国石化天然气大发展战略的重要领域,而数值模拟技术则是开发技术政策及方案优化、气井生产动态预测、开采规律研究、气田开发跟踪优化的一项重要技术手段。传统页岩气开发数值模拟方法采用等效介质模型,无法刻画压后裂缝网络分布,不能准确预测分层储量动用,无法满足现场需求。因此,提出基于嵌入式离散裂缝（EDFM）模拟涪陵页岩气田多段压裂水平井产能的方法。该方法分为四个流程：①建立地质构造模型;②基于微地震数据刻画压裂缝网裂缝特征,并将其嵌入地质模型背景网格中计算传导率;③拟合生产数据,调整裂缝参数;④预测分析多段压裂水平井产能和储层储量动用情况。该方法应用于涪陵页岩气田某三口分段压裂水平井平台,分析了井间储量的动用情况,为该平台下一步调整方案提供技术支持。

随着能源需求量的不断增加,页岩气作为一种新型的非常规天然气资源,越来越受到关注。现阶段我国高压页岩气藏已成功实现了商业开发,但是深层页岩及常压页岩的高效开发技术仍处在探索阶段。我国的常压页岩储层主要位于盆外残留向斜,构造变形程度较强,地层压力系数为0.9~1.3,埋深普遍较浅,地层能量不足,单井压后日产量为（1~5）×10 ⁴m ³,至今未形成商业突破。高压页岩气藏的压裂工艺措施在常压页岩改造过程中收效甚微,基于常压页岩气井改造中的难题,从射孔方式、人工裂缝控制及支撑技术、现场施工工艺及压裂材料等多方面进行优化,研究探索了配套的高密度缝网压裂工艺方案,初步实现了多簇裂缝均衡延展及多尺度人工裂缝网络。该方案在渝东南某页岩气区块一口常压页岩气井中进行了试验,压后取得了良好的改造效果。

岩石抗钻特性参数是制定钻井方案,实施优快钻井的重要基础参数。通过岩石抗钻特性参数测试建立了岩石抗压强度、岩石可钻性级值、岩石硬度等岩石抗钻特性参数的计算模型,再结合测井数据和地质数据,绘制了南川页岩气井各地层岩石抗钻特性参数随井深变化的剖面图,分析了南川地区各地层岩石抗钻特性参数的分布规律,并据此进行了钻头选型。研究表明,南川页岩气区块梁山组以上地层各特征参数波动较大,说明地层非均质性明显;下部地层变化较为平缓,但从龙马溪组底部开始有逐渐抬升的趋势。依据地层岩石抗钻特性参数,在设计钻头时应选择具有较好耐磨性、5 ~ 6刀翼、13 ~ 16 mm的高布齿密度的钻头,现场应用表明,所推荐的钻头使用效果良好,机械钻速明显提高。