為了實(shí)現(xiàn)中國南方海相頁巖氣的經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)，必須探索、實(shí)踐和發(fā)展適合其獨(dú)特性的、以地質(zhì)—工程一體化為核心的高效開發(fā)之路。

1、地質(zhì)—工程一體化理念

在地質(zhì)—工程一體化理念中，“地質(zhì)”是泛指以油氣藏為中心的地質(zhì)—油藏表征、地質(zhì)建模、地質(zhì)力學(xué)、油氣藏工程評價(jià)等綜合研究，而不是特指學(xué)科意義上的地質(zhì)學(xué)科；“工程”是指在勘探開發(fā)過程中，對鉆井到生產(chǎn)等一系列鉆探及開發(fā)生產(chǎn)工程技術(shù)及解決方案進(jìn)行針對性的篩選、優(yōu)化并指導(dǎo)作業(yè)實(shí)施。對于頁巖氣這種連續(xù)型非常規(guī)儲層來說，常規(guī)意義上的“藏”通常是指頁巖氣核心區(qū)或“甜點(diǎn)”區(qū)。

地質(zhì)—工程一體化，就是圍繞提高單井產(chǎn)量這個(gè)關(guān)鍵問題，以三維模型為核心、以地質(zhì)—儲層綜合研究為基礎(chǔ)，在叢式水平井平臺工廠化開發(fā)方案實(shí)施過程中，針對遇到的關(guān)鍵性挑戰(zhàn)，開展具有前瞻性、針對性、預(yù)測性、指導(dǎo)性、實(shí)效性和時(shí)效性的動(dòng)態(tài)研究和及時(shí)應(yīng)用。

配合高效的組織管理和作業(yè)實(shí)施，對鉆井、固井、壓裂、試采和生產(chǎn)等多學(xué)科知識和工程作業(yè)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行系統(tǒng)性、針對性和快速的積累和豐富，對鉆井、壓裂等工程技術(shù)方案進(jìn)行不斷調(diào)整和完善，在區(qū)塊、平臺和單井3種尺度，分層次、動(dòng)態(tài)地優(yōu)化工程效率與開發(fā)效益，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)開發(fā)和效益開發(fā)。

針對南方海相頁巖氣的特點(diǎn)，在頁巖氣開發(fā)地質(zhì)—工程一體化理念中，首次提出了“鉆井品質(zhì)”概念，形成了“品質(zhì)三角形”（儲層品質(zhì)、鉆井品質(zhì)和完井品質(zhì)），并圍繞品質(zhì)三角形，提出了與工廠化鉆完井作業(yè)相適應(yīng)的頁巖氣開發(fā)地質(zhì)—工程一體化技術(shù)路線。

2、鉆井品質(zhì)

由于地面和地下條件多種復(fù)雜性的綜合制約，中國頁巖氣水平井的鉆井工程技術(shù)難度、技術(shù)復(fù)雜程度以及由此帶來的相關(guān)費(fèi)用都比較高。以蜀南龍馬溪組頁巖氣開發(fā)為例，面臨主要的鉆井挑戰(zhàn)概括起來有：

碳酸鹽巖地層裸露地表，地面工程難度大；

地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，鉆井過程中地質(zhì)設(shè)計(jì)與實(shí)鉆地層差異較大；

多套孔隙壓力體系并存，井壁穩(wěn)定難度大；

井壁掉塊垮塌、漏、涌、噴、遇阻遇卡頻發(fā)，部分層位或井段存在惡性漏失；

縱向上，巖性復(fù)雜，礦物成分變化大，多種巖性交錯(cuò)互層發(fā)育，存在堅(jiān)硬地層，可鉆性差，機(jī)械鉆速低；

淺表層存在地層出水、流沙層等淺層地質(zhì)災(zāi)害，鉆井提速困難；

部分地層含氣較發(fā)育，易氣竄，固井質(zhì)量較難保證；

地層傾角較大，直井段防斜難度大；

在造斜段，志留系石牛欄組可鉆性差，龍馬溪組上部易漏易垮、井下復(fù)雜事件多，下部頁巖層段水平井造斜難度大；

平臺選址受限，目的層地層傾角大，由于地表和地下條件的限制，水平井井眼軌跡多為復(fù)雜三維軌跡，井下鉆具組合摩阻扭矩高，目的層復(fù)雜事件多，井眼軌跡控制難度大，套管下入有困難、易偏心、居中度較差，保證固井質(zhì)量難度大、固井過程中存在井漏。

針對中國頁巖氣鉆井工程上的復(fù)雜性和特殊性，首次提出“鉆井品質(zhì)”概念。鉆井品質(zhì)可以定義為：對鉆井工程有重要影響的地質(zhì)、儲層、地質(zhì)力學(xué)、工程等相關(guān)的參數(shù)或?qū)傩浴?/span>

它應(yīng)從5個(gè)方面或者層次去分析：

①鉆井安全。首先必須保證安全鉆井。

②鉆井效率。在保證鉆井安全的基礎(chǔ)上，充分提高鉆井時(shí)效。

③井身結(jié)構(gòu)及三維井眼軌跡。通過井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化及三維井眼軌跡優(yōu)化進(jìn)一步保障安全、提高鉆井效率。

④產(chǎn)能導(dǎo)向的水平井井眼軌跡。緊扣單井產(chǎn)能這個(gè)核心，確保水平段在有利于壓裂改造的最佳方向、位置及優(yōu)化的水平段長度，保障優(yōu)質(zhì)頁巖段的鉆遇率，從而保障最大化的有效改造體積、獲得最大化或最優(yōu)化產(chǎn)能的儲層品質(zhì)和完井品質(zhì)基礎(chǔ)。

⑤井生命周期的井筒完整性。保障下入完井套管和固井的順利、高效、高質(zhì)量工程施工，保障壓裂改造工程有利井筒條件及中長期生產(chǎn)安全，確保井筒在其生命周期的完整性。因此，鉆井工程應(yīng)該是一個(gè)以單井產(chǎn)氣量、壓裂改造、生產(chǎn)優(yōu)化為終極目的的系統(tǒng)性工程，是一個(gè)正向分析、逆向設(shè)計(jì)、產(chǎn)能導(dǎo)向、綜合平衡的過程。

下表總結(jié)了四川盆地及周緣地區(qū)頁巖氣鉆井品質(zhì)主要參數(shù)，實(shí)踐和研究表明，復(fù)雜的原地應(yīng)力狀態(tài)和發(fā)育的多尺度天然裂縫系統(tǒng)是龍馬溪組頁巖關(guān)鍵的鉆井品質(zhì)參數(shù)。

3、品質(zhì)三角形

根據(jù)前文提出的鉆井品質(zhì)概念，與北美多年頁巖氣開發(fā)實(shí)踐中形成的儲層品質(zhì)和完井品質(zhì)概念相結(jié)合，提出了適用于中國頁巖氣開發(fā)特點(diǎn)的“品質(zhì)三角形”（下圖）。

良好的儲層品質(zhì)，是實(shí)現(xiàn)頁巖氣成功開發(fā)的地質(zhì)基礎(chǔ)和前提，是“中心”；而鉆井品質(zhì)和完井品質(zhì)決定了鉆完井技術(shù)和工程實(shí)施的難度、技術(shù)方向和綜合成本，是實(shí)現(xiàn)頁巖氣開發(fā)突破和開發(fā)效益的基本支撐，是能否充分挖掘儲層品質(zhì)“產(chǎn)能潛力”的制約或促進(jìn)因素，是“兩個(gè)基本點(diǎn)”；為了最大化產(chǎn)能，井眼軌跡需要布置在最有利的完井品質(zhì)、最有利于儲層改造的位置，這又對鉆井品質(zhì)提出了要求和挑戰(zhàn)。

實(shí)踐研究表明，在資源基礎(chǔ)或者儲層品質(zhì)有保障的條件下，只有首先做好了鉆井優(yōu)化，才可能為更好的完井優(yōu)化創(chuàng)造條件；只有同時(shí)做好了鉆井優(yōu)化和完井優(yōu)化，才能從源頭上真正有效控制單井建井成本、提高單井產(chǎn)能。因此，這個(gè)品質(zhì)三角形，也可以形象地稱之為：“一個(gè)中心、兩個(gè)基本點(diǎn)”，較完整地體現(xiàn)了為了實(shí)現(xiàn)中國頁巖氣工程效率和開發(fā)效益并重的高效開發(fā)模式，儲層品質(zhì)、鉆井品質(zhì)、完井品質(zhì)三者之間相輔相成的相互作用。

4、地質(zhì)—工程一體化技術(shù)路線

針對中國南方海相頁巖氣的開發(fā)特點(diǎn)，提出了地質(zhì)—工程一體化的技術(shù)路線（下圖），該技術(shù)路線對于中國其他非常規(guī)油氣資源的規(guī)模效益開發(fā)，應(yīng)該也具有一定的普適性和借鑒意義。在工廠化開發(fā)實(shí)施過程中，該地質(zhì)—工程一體化技術(shù)路線將部分水平井平臺的工廠化鉆完井工程實(shí)施分為兩步進(jìn)行。

第一步：根據(jù)開發(fā)方案實(shí)施計(jì)劃，在有控制性作用或者存在潛在地質(zhì)工程風(fēng)險(xiǎn)的平臺，先打一口導(dǎo)眼井、一口水平評價(jià)井或者對稱的兩口水平評價(jià)井，通過系統(tǒng)的錄井、測井綜合評價(jià)，進(jìn)行精細(xì)的儲層品質(zhì)、鉆井品質(zhì)和完井品質(zhì)評價(jià)，并更新平臺的地質(zhì)和物性模型，最終形成平臺的三維儲層品質(zhì)、鉆井品質(zhì)和完井品質(zhì)模型。結(jié)合平臺導(dǎo)眼井和第一口（或兩口）水平評價(jià)井的鉆完井工程實(shí)踐，形成后續(xù)開發(fā)井標(biāo)準(zhǔn)的鉆完井方案，用于后續(xù)工廠化鉆完井作業(yè)。在此基礎(chǔ)上，通過虛擬井技術(shù)對后續(xù)開發(fā)井進(jìn)行鉆井和布井優(yōu)化，并評估潛在的地質(zhì)工程挑戰(zhàn)、風(fēng)險(xiǎn)或不確定性。

第二步：以形成的標(biāo)準(zhǔn)鉆完井方案為基礎(chǔ)，對平臺其他開發(fā)井實(shí)施工廠化作業(yè)。鑒于中國的頁巖氣開發(fā)還處在起步階段，需要積累大量的知識和數(shù)據(jù)，這對生產(chǎn)動(dòng)態(tài)跟蹤分析、落實(shí)高產(chǎn)富集機(jī)理非常重要。在工廠化實(shí)施階段，根據(jù)潛在的挑戰(zhàn)、風(fēng)險(xiǎn)或不確定性，可以對少量開發(fā)井選擇高效費(fèi)比的測井系列，進(jìn)行進(jìn)一步針對性的測井?dāng)?shù)據(jù)采集和評價(jià)，重點(diǎn)圍繞壓裂優(yōu)化實(shí)施單井快速優(yōu)化，并對部分開發(fā)井實(shí)施必要的壓裂后評估。而其他各生產(chǎn)井，依托不斷動(dòng)態(tài)更新的平臺三維綜合模型，進(jìn)行壓裂工藝設(shè)計(jì)、壓裂施工作業(yè)指導(dǎo)、井中微地震實(shí)時(shí)監(jiān)測壓裂效果及實(shí)時(shí)調(diào)整和壓裂后評估分析。

地質(zhì)—工程一體化技術(shù)路線強(qiáng)調(diào)鉆井工程和完井工程并重優(yōu)化，強(qiáng)調(diào)鉆探工程效率和開發(fā)效益協(xié)調(diào)發(fā)展。在中國，頁巖氣開發(fā)控制單井成本很重要，但提高單井產(chǎn)氣量可能更為重要，因?yàn)橹挥蝎@得足夠的產(chǎn)氣量，才能有效收回成本、充分把資源轉(zhuǎn)化為利潤。所以，在目前頁巖氣開發(fā)的初期探索階段，還不宜過度強(qiáng)調(diào)工廠化作業(yè)效率、過度控制與地質(zhì)工程相關(guān)而且必要的評價(jià)研究成本和新技術(shù)應(yīng)用成本，否則會導(dǎo)致頁巖氣產(chǎn)量產(chǎn)能遲遲無法獲得突破、頁巖氣井的中長期產(chǎn)能無法獲得有效保障。

地質(zhì)—工程一體化的綜合研究是該技術(shù)路線的核心任務(wù)之一，建立精細(xì)的三維地質(zhì)模型和三維地質(zhì)力學(xué)模型，清楚認(rèn)識頁巖氣的“品質(zhì)三角形”，是高效成功開發(fā)頁巖氣的重要基礎(chǔ)。圖4展示了圍繞品質(zhì)三角形（儲層品質(zhì)、鉆井品質(zhì)、完井品質(zhì)），對頁巖強(qiáng)非均質(zhì)性和各向異性評價(jià)、三維建模、鉆完井工程優(yōu)化和標(biāo)準(zhǔn)化等關(guān)鍵研究內(nèi)容的基本流程。為滿足總體開發(fā)方案部署和鉆完井工程逐井優(yōu)化的不同目的和要求，區(qū)塊和平臺模型具有不同的分辨率、精度和可靠性，同時(shí)根據(jù)工廠化鉆完井作業(yè)的進(jìn)程，不斷動(dòng)態(tài)更新。

5、地質(zhì)—工程一體化組織實(shí)施

北美工廠化非常規(guī)開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)表明，高效的組織管理對降低成本、提高效益，其意義不亞于優(yōu)化的技術(shù)解決方案。

地質(zhì)—工程一體化技術(shù)上涉及眾多學(xué)科（地震勘探、測井、地質(zhì)錄井、巖石礦物學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)、儲層評價(jià)、地質(zhì)力學(xué)、油氣工程等）及眾多工程技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域（鉆井、固井、壓裂、井下作業(yè)、投產(chǎn)測試等），作業(yè)上涉及建設(shè)方、作業(yè)方和服務(wù)方眾多部門，實(shí)施上涉及多學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)與多部門的互動(dòng)與管理協(xié)調(diào)，同時(shí)還要兼顧整體與局部、中長期與短期等技術(shù)及經(jīng)濟(jì)費(fèi)用問題的平衡及優(yōu)化，地質(zhì)—工程一體化項(xiàng)目研究和組織實(shí)施的難度、復(fù)雜性都非常高。

建立和保持強(qiáng)有力的領(lǐng)導(dǎo)機(jī)制和高效決策體制，建立和保持高效率的協(xié)調(diào)協(xié)同機(jī)制，保持雙向暢通的成果及時(shí)應(yīng)用及信息反饋機(jī)制，是能夠成功實(shí)施地質(zhì)—工程一體化的必要條件。而地質(zhì)—工程一體化技術(shù)路線（上圖），為地質(zhì)—工程一體化項(xiàng)目組織、管理提供了一個(gè)基本的技術(shù)框架。（原載《中國石油勘探》）