□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”。這種天然驅動力，將油氣驅趕到斷層、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，驅動力逐漸降低，油氣受自封閉作用在“吸管”內滯留。因此，由“斷層、不同尺度裂縫、高滲基質儲集層”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-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-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，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)場實時調整黏度。建“通衢大道”時把壓裂液調黏稠，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“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，以地質地震一體化預測為基礎、地質工程一體化為手段、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，加快形成新質生產(chǎn)力，增強高質量發(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。
