□薛 婧 張 玲 嚴煥榕
今年初，我國西南地區(qū)新添千億立方米級大氣田——位于四川盆地的合興場氣田1330.12億立方米探明地質(zhì)儲量通過自然資源部專家組審定。
西南油氣上下為之振奮，這可是他們苦苦求索了30余年的難動用儲量，如今一舉邁過“有效動用”的門檻，直接實現(xiàn)“高效建產(chǎn)”，獲集團公司2023年度規(guī)模儲量商業(yè)發(fā)現(xiàn)特等獎和高效新區(qū)產(chǎn)能建設項目特等獎。
“信心比黃金更重要！”提起打開難動用儲量效益開發(fā)之門的“金鑰匙”，西南油氣開發(fā)管理部高級專家葉泰然說，“堅定信心，求新求變。”
三十三載恍如夢
四川盆地致密砂巖氣資源量9.53萬億立方米，商業(yè)開發(fā)主要集中在侏羅系沙溪廟組、蓬萊鎮(zhèn)組，而分布廣、厚度大的三疊系須家河組資源量高達6.79萬億立方米，卻一直未能實現(xiàn)規(guī)模商業(yè)建產(chǎn)。
“照理說，一個千億立方米探明儲量大氣田，應該建成30億立方米/年產(chǎn)能。”葉泰然說。此前在四川盆地須家河組已發(fā)現(xiàn)廣安、安岳、合川、新場等多個探明儲量超千億立方米的大氣田，累計探明儲量0.94萬億立方米，但2022年總產(chǎn)量僅15.7億立方米，長期以來表現(xiàn)為“有儲量無產(chǎn)量、有氣無田”。
為什么會出現(xiàn)這樣的情況？這要從四川盆地獨特的地質(zhì)狀況說起。由地殼運動和構造演化形成的四川盆地是我國四大盆地之一，從高空俯瞰，整體呈橢圓形，看上去像一個隕石坑。
當?shù)貧ぐ鍓K發(fā)生碰撞時，彼此都會受到水平方向的擠壓力作用，大量巖石發(fā)生變形，地球表面產(chǎn)生“褶皺”，其中高高隆起的區(qū)域形成山脈。在造山運動中，地殼不同區(qū)域的抗擠壓能力不同，有些區(qū)域更容易隆起，有些區(qū)域卻幾乎不受影響，這種幾乎不受影響的區(qū)域被稱為“克拉通”。四川盆地所在的區(qū)域就是一個“克拉通”，周圍區(qū)域不斷隆起，久而久之，就形成了一個盆地。四川盆地地質(zhì)年代久遠，有幾億年歷史，雖然表面看起來頗為“平整”，但在盆緣區(qū)域，地下巖層被這些多方向、多期次的強力擠壓得密密實實。
“這里屬超深層特低孔致密砂巖氣藏，尚無規(guī)模效益開發(fā)先例，這條難路我們一走就是30多年，從沒想過放棄。”葉泰然說，“相比國內(nèi)外類似氣藏，位于四川盆地西緣的合興場氣田，埋藏深度在4500~5500米，平均孔隙度只有3.7%，平均滲透率0.07毫達西，砂體累計厚300~400米，氣水關系極為復雜。在油氣行業(yè)，大家普遍認為致密砂巖孔隙度小于5%就是氣藏效益開發(fā)的‘死亡線’，而且合興場氣田的滲透率甚至是全球同類氣藏最低的，實現(xiàn)效益開發(fā)挑戰(zhàn)空前。”
1988年，西南油氣部署的川合100井在須家河組二段測試獲得日產(chǎn)天然氣20多萬立方米，落實了川西坳陷中段由孝泉、新場、合興場、高廟子、豐谷等多個局部構造共同形成的一個大型隆起帶——新場構造帶，具有較大的勘探潛力。以該井為引領，為評價3個局部構造部署了6口評價井，先期3口井獲工業(yè)氣流，后續(xù)3口井失利，川西須二氣藏勘探摁下“暫停鍵”。
2000年，西南油氣重整旗鼓，在新場構造部署的新851井測試獲天然氣無阻流量超150萬立方米/日，日產(chǎn)天然氣38萬立方米。為整體評價新場構造，西南油氣先后部署了28口井，并于2009年探明了川西坳陷第一個整裝千億立方米致密砂巖大氣田——新場氣田。
2010~2013年，西南油氣復制“新場”模式，在合興場部署了7口井，卻始終無法突破效益關。
高產(chǎn)井旁打出多口低效井，目標到底在哪？實施44口井，有效井占比僅23%，效益建產(chǎn)目標不清、工程“甜點”預測技術缺乏、差異化開發(fā)技術對策缺乏、針對性壓裂改造技術缺乏……在巨大的質(zhì)疑聲中，川西須二氣藏勘探開發(fā)再次叫停。
但科研人員的基礎研究和系統(tǒng)攻關沒有止步。他們圍繞儲量有效動用的諸多挑戰(zhàn)，下決心逐個解開“枷鎖”。
柳暗花明又一村
“搞不清成藏富集規(guī)律，難以精準預測，導致效益建產(chǎn)目標不明確。”葉泰然說，“選好區(qū)、描好藏是攻關重點。”
當科研攻關遇到瓶頸時，往往暗示著應該換一條路徑翻越高峰。
西南油氣科研團隊走遍了龍門山前及周圍所有的須家河組露頭剖面，用手觸摸致密砂巖的紋理構造，用心體會獨特的沉積特征；梳理分析新場構造帶全部取芯井巖芯資料，用手中的放大鏡精細觀察著一塊塊“磨刀石”，從巖性組分、沉積構造、裂縫發(fā)育等方面開展精細到厘米級的描述，穿點成線及面，細細探究“磨刀石”的前生今世。
2021年，他們迎來了轉(zhuǎn)機。西南油氣執(zhí)行董事郭彤樓帶領科研團隊分析比對大量實驗資料，發(fā)現(xiàn)油氣的高速運移通道也能夠儲集規(guī)模巨大的天然氣，于是將常規(guī)氣與頁巖氣成藏理論、技術有機融合，創(chuàng)新提出了輸導體成藏理論。
何為輸導體？簡單來講，就是連接烴源巖和圈閉的橋梁。在強烈的地殼運動作用下，剛性地層破裂形成斷層，柔性地層形變產(chǎn)生褶皺，斷層和褶皺旁會出現(xiàn)無數(shù)裂縫——這些輸導要素在三維空間組合形成輸導體，成為油氣運移的通道。
在油氣生成的過程中，常會出現(xiàn)異常高壓，類似“水滿自溢”。這種天然驅(qū)動力，將油氣驅(qū)趕到斷層、微小裂縫中，就像在水杯里插入一根根吸管，油氣經(jīng)由“吸管”逐步向儲集層推進。隨著運移距離增加，驅(qū)動力逐漸降低，油氣受自封閉作用在“吸管”內(nèi)滯留。因此，由“斷層、不同尺度裂縫、高滲基質(zhì)儲集層”三位一體構成的天然氣儲集體，既是油氣運移的通道，也是天然氣儲集的主要場所。
科研團隊認為，在燕山運動（侏羅紀到白堊紀時期中國廣泛發(fā)生的地殼運動）早中期、新場構造帶巖石致密化前，中低熟油氣就進入了當時的構造高部位常規(guī)儲集層；歷經(jīng)億萬年滄海桑田，巖石逐漸致密后，晚期高熟天然氣又沿斷層、不同尺度裂縫及高滲基質(zhì)儲集層運移，并滯留其中。因此時空疊合下，在古今構造高部位、輸導體中上部，也就是新場構造帶東部——合興場地區(qū)，天然氣富集程度最高。
他們發(fā)現(xiàn)，雖然規(guī)?？p網(wǎng)體系中賦存大量天然氣，但像香腸一樣肥瘦不均，裂縫體展布具有強非均質(zhì)性，不同級別的斷裂對油氣富集控制作用不同：東西向斷裂形成于燕山運動期，其伴生的多數(shù)裂縫已被次生礦物充填，有效性較差；喜馬拉雅運動（中國境內(nèi)新生代的造山運動）期形成的南北向斷裂，因形成時間較晚，有效性較好，是天然氣優(yōu)勢運移通道。他們建立分類評價標準，以滲透率、孔隙度為基礎，以裂縫大小及類型、有效裂縫密度等為關鍵，將儲層分為四類，明確Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類“甜點”為攻關建產(chǎn)目標。
解決了儲層致密與成藏關系問題，落實了油氣富集區(qū)，科研團隊繼續(xù)深化地質(zhì)-地球物理-工程多學科一體化攻關，開展企校合作，采用先進的處理解釋技術，使地球物理老資料清晰成像，同時多維度呈現(xiàn)斷層、褶皺、裂縫儲集體的空間變化，分級評價、精細刻畫，創(chuàng)新形成了多屬性融合的斷褶裂縫體精細刻畫技術、分頻重構反演優(yōu)質(zhì)儲層預測技術，新井斷褶裂縫體鉆遇成功率高達100%，儲層厚度識別能力由20米精確至10米，儲層物性預測吻合率由75%提升至93%。
吹盡狂沙始到金
在地質(zhì)-地球物理-工程一體化攻關取得成功后，西南油氣勘探甩開探索、開發(fā)滾動建產(chǎn)，一體化部署實施鉆井15口。但在評價部署新盛201井時，科研人員犯了難——到底該沿著斷層面打，還是鉆穿斷層面？
“針對不同類型‘甜點’，需要匹配差異化開發(fā)技術對策，不能盲人摸象、以偏概全。”葉泰然說。此前，川西須家河組氣藏開發(fā)部署都循著“大斷層要躲、小斷層要靠，防止斷層成為地層水推進的高速通道”的思路進行，效益井占比一度只有25%。
隨著富集高產(chǎn)規(guī)律、氣水關系、裂縫發(fā)育等新認識逐漸深化，他們建立建模數(shù)模一體化模型，通過技術經(jīng)濟一體化確定不同“甜點”類型井型、井距、水平段長度及合理配產(chǎn)制度，形成了“大斷層要靠、小斷層要穿，充分動用斷褶縫體儲量”的差異化開發(fā)部署思路，采用直井、定向井多層兼顧，優(yōu)選地質(zhì)工程“雙甜點”，創(chuàng)新形成深層高應力致密砂巖氣藏鉆完井關鍵技術，鉆井成功率達100%。
新盛201井最終采取“近斷層面”模式鉆井，軌跡半徑控制在斷層上盤200米以內(nèi)，軌跡方向靠近斷層走向，在揭開須二砂頂時鉆遇裂縫型氣層，“甜點區(qū)”精準中靶，測試無阻流量高達288萬立方米/日，創(chuàng)川西陸相井產(chǎn)量新高。該井于2022年7月投產(chǎn)，已累計生產(chǎn)天然氣超2億立方米，一年多的累計產(chǎn)量已超過前期實施井新盛1井10年的產(chǎn)量。
“高產(chǎn)來之不易！”西南油氣工程技術研究院須家河壓裂技術團隊負責人王興文介紹，“川西須家河組氣藏埋藏深、儲層致密，天然氣就像被鎖在一個個又密又硬的細小巖石孔隙中，幾十年來都是‘鐵板一塊’——難壓開、難加砂、難高產(chǎn)、難穩(wěn)產(chǎn)。”采用常規(guī)壓裂技術不僅造縫難度大，而且造出的縫往往又窄又小，無法滿足效益開發(fā)需要，破解壓裂難題至關重要。
“思路轉(zhuǎn)變是破解難題的必由之路。只能想辦法增加造縫數(shù)量，形成一張地下‘交通網(wǎng)’，最大限度連通周圍的天然氣。”王興文帶著團隊順著這個思路持續(xù)創(chuàng)新完善壓裂造縫工藝技術，采用物理實驗和數(shù)字模擬相結合的方式，創(chuàng)新提出了大排量施工壓開儲層、高強度加砂支撐人工裂縫的壓裂工藝，大幅提高造縫能力。同時，他們深化地質(zhì)工程“雙甜點”優(yōu)選方法，識別原生斷層、裂縫最密集的區(qū)域，通過人工造縫，使這些寬窄不一的通道在地下融會貫通。
早期采用的胍膠壓裂液黏度太大，極易堵塞通道?？蒲袌F隊攻關形成一體化造縫攜砂壓裂液體系——可根據(jù)不同裂縫規(guī)模匹配液體配方，在施工現(xiàn)場實時調(diào)整黏度。建“通衢大道”時把壓裂液調(diào)黏稠，建“羊腸小道”時稀釋降低黏度，避免堵塞的同時實現(xiàn)了裂縫溝通數(shù)量大幅提高。
科研人員不斷求新求變，系統(tǒng)推進合興場氣田快速上產(chǎn)，單井平均無阻流量是前期的3倍，4口井無阻流量超百萬立方米，累計建設產(chǎn)能超10億立方米/年，連續(xù)兩年實現(xiàn)產(chǎn)量翻番，2023年天然氣產(chǎn)量突破10億立方米，實現(xiàn)整體效益最大化，儲量由“難動用”一舉越過“有效動用”，直接實現(xiàn)“高效動用”。
如果把在Ⅰ類斷褶裂縫區(qū)儲層“指哪打哪”比作吃肉，那么接下來儲量規(guī)模更大、品位更低、裂縫相對欠發(fā)育的Ⅱ、Ⅲ類區(qū)就是啃硬骨頭。西南油氣提出“評價動用Ⅱ類、攻關突破Ⅲ類”的思路，深入研究高滲基質(zhì)“甜點區(qū)”，甩開部署豐谷110井、豐谷111井，均測獲超5萬立方米/日氣流，證實了合興場氣田須二段裂縫欠發(fā)育區(qū)同樣具有良好的勘探潛力，明確了儲層具有“橫向連片分布、縱向多套疊置、整體大面積含氣”的特點。目前，針對東西向大斷裂、低序級斷裂區(qū)及微裂縫發(fā)育的基質(zhì)儲層區(qū)，西南油氣實施的5口評價井均獲高產(chǎn)，落實了新的規(guī)模建產(chǎn)陣地。
“要知好不知滿，深刻認識目標的復雜性和艱巨性，積極穩(wěn)妥推進須二氣藏整體動用。”3月11日，在西南油氣勘探開發(fā)技術交流會上，郭彤樓叮囑科研人員，既要堅定信心，看到須家河組氣藏難動用儲量效益開發(fā)的廣闊前景，又要求新求變、不懈攻關，將一塊塊“磨刀石”變成“金飯碗”，鑄成效益開發(fā)的“聚寶盆”。
攻關致密氣“卡脖子”技術 增強高質(zhì)量發(fā)展新動能
□西南油氣總經(jīng)理 劉 言
能源是工業(yè)的糧食、國民經(jīng)濟的命脈。“雙碳”目標下，提高清潔能源天然氣的消費占比勢在必行。
作為非常規(guī)天然氣，致密砂巖氣開發(fā)難度大，但資源占比高，已成為全球天然氣勘探開發(fā)的重點領域和天然氣產(chǎn)量的主要增長點。全球致密砂巖氣主要分布在北美、歐洲和亞太地區(qū)。美國是目前全球致密砂巖氣年產(chǎn)量最多的國家，勘探開發(fā)相對成熟。我國致密砂巖氣重點分布在鄂爾多斯和四川盆地，其中四川盆地中江氣田、川西中淺層氣田和鄂爾多斯盆地榆林、大牛地等一批致密砂巖氣田已進入開發(fā)建產(chǎn)階段。
四川盆地致密砂巖氣是我國天然氣增儲上產(chǎn)、川渝天然氣千億立方米級產(chǎn)能基地建設的重要陣地，也是四川省“十四五”能源發(fā)展規(guī)劃重點項目之一。
合興場氣田屬深層特低孔特低滲致密砂巖大氣田，這類氣田的勘探開發(fā)在國際上無成功經(jīng)驗可借鑒，儲量有效動用屬世界級難題，33年來始終難以實現(xiàn)規(guī)模有效開發(fā)。
合興場氣田效益開發(fā)主要面臨四大挑戰(zhàn)：一是多期成藏，氣水關系極其復雜，富集高產(chǎn)規(guī)律不明，評價建產(chǎn)選區(qū)難度大；二是作為產(chǎn)能的主控因素，裂縫精準識別和優(yōu)質(zhì)儲層定量預測難度大；三是特低孔裂縫性致密砂巖氣藏非均質(zhì)性極強，分類評價及針對“甜點”鉆井部署難度大；四是巖石破裂壓力高，完井或改造提升產(chǎn)能難度大。
近年來，西南油氣依托集團公司重大科技攻關項目，開展多學科協(xié)同攻關，以地質(zhì)地震一體化預測為基礎、地質(zhì)工程一體化為手段、技術經(jīng)濟一體化為目標，重點解決選好區(qū)、描好縫、布好井、壓好井等“卡脖子”技術難題。
西南油氣迭代升級致密碎屑巖勘探開發(fā)特色技術系列，創(chuàng)新融合常規(guī)天然氣與頁巖氣成藏理論與技術，形成超深層致密砂巖氣富集規(guī)律及效益開發(fā)技術體系，取得了老層系新領域的重大突破，首次實現(xiàn)了四川盆地須家河組氣藏規(guī)模效益建產(chǎn)。
合興場氣田高質(zhì)量勘探和效益開發(fā)的成功實踐，提升了我國致密砂巖氣藏開發(fā)關鍵技術自主創(chuàng)新能力，對我國乃至全球深層特低孔致密氣規(guī)模效益開發(fā)具有借鑒推廣意義。同時，四川盆地致密氣全部在四川成都、德陽、綿陽當?shù)劁N售，為地方經(jīng)濟發(fā)展、民生保障與節(jié)能減排作出重要貢獻。
下一步，西南油氣將持續(xù)打造超深層碳酸鹽巖、深層頁巖氣、深層致密砂巖氣三大領域特色理論技術，全力推進海相深層頁巖氣有效開發(fā)技術、氣藏水侵前緣預測及氣井控水技術兩項中國石化原創(chuàng)技術策源地建設，助力深地工程和川渝千億立方米級天然氣國家基地建設，構建環(huán)境友好、節(jié)能減排的油氣生產(chǎn)體系，加快形成新質(zhì)生產(chǎn)力，增強高質(zhì)量發(fā)展新動能。
（薛 婧 整理）
全力開拓須家河組 致密砂巖氣勘探新陣地
□黃彥慶
致密砂巖氣通常指分布于孔隙度小于10%、滲透率小于0.001平方微米砂巖中的天然氣。中國致密砂巖氣資源主要分布在鄂爾多斯和四川兩大盆地，其中四川盆地須家河組成藏條件優(yōu)越，勘探開發(fā)潛力大。由于致密砂巖物性差，往往不能自然建產(chǎn)，多屬于難動用儲量。
“十二五”以來，中國石化天然氣開發(fā)實現(xiàn)跨越式發(fā)展，持續(xù)保持快速增長的勢頭。但隨著開發(fā)深入推進，天然氣穩(wěn)產(chǎn)難度很大。為了確保增儲上產(chǎn)，有必要開展四川盆地須家河組致密砂巖氣勘探開發(fā)攻關。2018年以來，中國石化石油勘探開發(fā)研究院四川中心與西南油氣緊密配合，對川西坳陷新場須二深層致密砂巖氣藏難動用儲量開展聯(lián)合攻關。
2022年以來，石勘院四川中心全面支撐在川企業(yè)致密氣勘探開發(fā)。提出了川西坳陷須家河組“右行左階”走滑壓扭構造新認識，明確梓潼凹陷弱變形區(qū)具有“有利巖石相控儲、走滑壓扭帶控富”的成藏富集規(guī)律，提出潼深1井挖潛建議，實施后獲產(chǎn)7.22萬立方米/日，支撐該地區(qū)670億立方米預測儲量提交；建立了川東北須家河組有效裂縫體發(fā)育模式和“雙源差異供烴、縫儲耦合控富”成藏模式，提出元陸171等井挖潛建議，獲產(chǎn)119萬立方米/日，支撐該地區(qū)489億立方米探明儲量提交。
此外，優(yōu)化迭代形成致密碎屑巖裂縫體智能化預測及基質(zhì)儲層分頻重構預測技術，實現(xiàn)了“甜點”精準預測；提出多口開發(fā)和評價井位建議，支撐了川西新場-合興場地區(qū)1330億立方米探明儲量提交，落實了10億立方米/年產(chǎn)能建設陣地。
接下來，需要持續(xù)深化四川盆地須家河組烴源層段生烴潛力評價、有效儲層形成機理研究、斷裂分期分級評價及其控藏作用研究；進一步完善致密砂巖氣區(qū)帶評價方法，優(yōu)選川西和川東北評價區(qū)儲量升級目標，以及川東南低勘探程度區(qū)新增儲量目標，全力拓展須家河組致密砂巖氣勘探新陣地。
