高產(chǎn)水平井的突破與四川盆地深層常規(guī)氣藏巨大的勘探開(kāi)發(fā)潛力

張本健 方 進(jìn) 尹 宏 楊 華 楊 迅,2 王宇峰 裴森奇，2 胡 欣 李榮容 孫志昀 王 強(qiáng) 尹瀚翔

1.中國(guó)石油西南油氣田公司川西北氣礦 2.西南石油大學(xué)

0 引言

深層海相碳酸鹽巖一直都是四川盆地常規(guī)天然氣勘探開(kāi)發(fā)的重要層系，油氣勘探開(kāi)發(fā)歷史悠久[1-6]。早期對(duì)中二疊統(tǒng)氣藏的勘探開(kāi)發(fā)主要集中在蜀南地區(qū)，以尋找?guī)r溶縫洞型氣藏為主[5-6]；2014年，中國(guó)石油天然氣股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱中石油）重點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)探井——ST1井在四川盆地西北部地區(qū)（以下簡(jiǎn)稱川西北）的中二疊統(tǒng)白云巖儲(chǔ)層鉆獲高產(chǎn)工業(yè)氣流，實(shí)現(xiàn)了該盆地中二疊統(tǒng)天然氣勘探的重要突破，不僅具有重大的戰(zhàn)略意義，而且對(duì)于超深層海相地層的油氣勘探也頗具指導(dǎo)作用[6]，開(kāi)辟了川西北天然氣勘探的新區(qū)帶，由此揭開(kāi)了四川盆地中二疊統(tǒng)天然氣規(guī)模勘探的序幕[6-7]。川西北中二疊統(tǒng)棲霞組氣藏白云巖儲(chǔ)層較厚，是四川盆地中二疊統(tǒng)勘探的最有利地區(qū)[8]。該區(qū)棲霞組白云巖儲(chǔ)層大面積連續(xù)分布、含氣性好，可能發(fā)育一個(gè)較大規(guī)模的天然氣復(fù)合圈閉系統(tǒng)[9]。通過(guò)地震采集、處理、解釋一體化聯(lián)合攻關(guān)，形成了適合于川西北復(fù)雜構(gòu)造帶的地震勘探配套技術(shù)；基于上述配套技術(shù)，落實(shí)了該區(qū)構(gòu)造特征及圈閉規(guī)模，明確了雙魚(yú)石—江油地區(qū)整體處于構(gòu)造高帶。川西北棲霞組白云巖儲(chǔ)層有利發(fā)育區(qū)與多排構(gòu)造相疊合，具備形成大型構(gòu)造—巖性復(fù)合圈閉氣藏的條件，天然氣勘探開(kāi)發(fā)潛力巨大[10-11]。為了深化對(duì)于該區(qū)塊的整體地質(zhì)認(rèn)識(shí)，陸續(xù)實(shí)施探井12口，單井測(cè)試產(chǎn)氣量介于3.25×104～87.61×104m3/d，提交棲霞組天然氣預(yù)測(cè)及控制儲(chǔ)量超過(guò)1 000×108m3；在此基礎(chǔ)上實(shí)施開(kāi)發(fā)井4口，均獲得了高產(chǎn)工業(yè)氣流，其中新近測(cè)試的SYX131和SYX133兩口工藝試驗(yàn)井天然氣日產(chǎn)量分別達(dá)123.97×104m3和142.51×104m3，先后創(chuàng)造和打破了該區(qū)百萬(wàn)立方米級(jí)天然氣高產(chǎn)的紀(jì)錄，為該區(qū)實(shí)現(xiàn)“稀井、高產(chǎn)”和規(guī)模高效開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)、堅(jiān)定了信心，意義十分重大。

在此，筆者以上述兩口高產(chǎn)水平井為重點(diǎn)研究對(duì)象，在分析現(xiàn)階段棲霞組氣藏天然氣富集高產(chǎn)關(guān)鍵因素的基礎(chǔ)上，探討和總結(jié)川西北雙魚(yú)石含氣構(gòu)造天然氣規(guī)模有效開(kāi)發(fā)模式，明確下一步的攻關(guān)研究方向，以期為四川盆地或其他區(qū)塊的常規(guī)天然氣勘探開(kāi)發(fā)提供范例和借鑒。

1 地質(zhì)背景

雙魚(yú)石構(gòu)造位于川西北龍門(mén)山北段前鋒帶以東的隱伏前緣構(gòu)造帶內(nèi)，受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，構(gòu)造格局總體表現(xiàn)為南緩北陡的特征[10-11]。區(qū)內(nèi)棲霞組分布穩(wěn)定，厚度介于100～130 m，棲霞組自下而上可分為棲一段和棲二段。其中棲一段發(fā)育開(kāi)闊臺(tái)地相，主要為深灰色泥質(zhì)灰?guī)r、泥晶灰?guī)r；棲二段發(fā)育臺(tái)地邊緣相，中下部為淺灰色灘相云巖，上部以豹斑灰?guī)r、亮晶灰?guī)r為主（圖1）。

圖1 川西雙魚(yú)石區(qū)塊沉積相圖及地層綜合柱狀圖

棲霞組儲(chǔ)層類型主要為裂縫—孔隙（洞）型白云巖，縱向上位于棲二段，巖性以褐灰色、淺灰色細(xì)—中晶云巖、中—粗晶云巖為主。儲(chǔ)集空間主要為溶洞、晶間溶孔和晶間孔，巖心和薄片觀察發(fā)現(xiàn)裂縫發(fā)育，喉道類型以縮頸喉道和片狀喉道為主，孔隙連通性好。棲霞組儲(chǔ)層具有低孔隙度、中—低滲透率的特征，孔隙度介于2.05%～13.38%，平均為4.00%；滲透率介于0.003 28～27.20 mD，平均為2.26 mD。綜合野外露頭觀察、巖心及巖石薄片分析等資料認(rèn)為，受灘相分布及白云巖化作用的控制，該區(qū)儲(chǔ)層在空間上具較強(qiáng)的非均質(zhì)性，灘相白云巖儲(chǔ)層溶孔、溶洞發(fā)育，儲(chǔ)滲條件較好，如圖2中a～f所示。

圖2 雙魚(yú)石區(qū)塊棲霞組儲(chǔ)集空間特征（巖心及薄片照片）

2 SYX131與SYX133兩口高產(chǎn)水平井的突破

2.1 SYX131井

SYX131井位于中壩—雙魚(yú)石構(gòu)造帶雙魚(yú)石潛伏構(gòu)造上二疊統(tǒng)底界構(gòu)造高點(diǎn)南翼，是區(qū)內(nèi)棲霞組首口以提高單井天然氣產(chǎn)量為目的的工藝試驗(yàn)滾動(dòng)評(píng)價(jià)井（圖3-a）。該井于2018年6月29日開(kāi)鉆，2019年5月19日完鉆，完鉆井深7 859 m，完鉆層位下二疊統(tǒng)梁山組，是雙魚(yú)石區(qū)塊的第一口水平井。鉆進(jìn)過(guò)程中，在目的層棲霞組共見(jiàn)到4次氣測(cè)異常顯示，水平段鉆遇92 m的白云巖，測(cè)井解釋的儲(chǔ)層厚度為80.6 m，該儲(chǔ)層厚度是區(qū)內(nèi)其他已完鉆井的3倍，孔隙度為5.7%。SYX131井實(shí)施1 120 m3膠凝酸酸壓改造，排量達(dá)到7.8 m3/min，創(chuàng)造了雙魚(yú)石區(qū)塊內(nèi)施工規(guī)模和施工排量第一的紀(jì)錄；2019年11月21日，測(cè)試產(chǎn)氣量為123.97×104m3/d，天然氣無(wú)阻流量達(dá)305×104m3/d，創(chuàng)造了該區(qū)塊棲霞組首口日產(chǎn)百萬(wàn)立方米級(jí)氣井的歷史紀(jì)錄。

圖3 雙魚(yú)石區(qū)塊鉆探成果圖

2.2 SYX133井

SYX133井位于中壩—雙魚(yú)石構(gòu)造帶古腳臺(tái)潛伏構(gòu)造與盧家槽潛伏構(gòu)造的鞍部，其實(shí)施目的是評(píng)價(jià)構(gòu)造相對(duì)低部位的含氣性、利用工藝井提高單井天然氣產(chǎn)能。該井于2018年11月7日開(kāi)鉆，2019年8月11日完鉆，完鉆井深8 102 m，完鉆層位為棲霞組；該井同時(shí)創(chuàng)造了中石油川渝地區(qū)井深最深和中石油陸上最深水平井兩項(xiàng)鉆井紀(jì)錄。通過(guò)持續(xù)的復(fù)雜構(gòu)造帶地震成像技術(shù)、深層白云巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)攻關(guān)[10]，落實(shí)了目的層構(gòu)造細(xì)節(jié)，明確了棲霞組白云巖儲(chǔ)層地震響應(yīng)特征。SYX133井在實(shí)施過(guò)程中，不斷調(diào)整、優(yōu)化鉆井軌跡，水平井鉆獲優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層長(zhǎng)達(dá)334.0 m，儲(chǔ)層鉆遇率達(dá)87.3%，平均孔隙度為4.9%，創(chuàng)造了雙魚(yú)石區(qū)塊棲霞組鉆遇儲(chǔ)層最厚、水平箱體最長(zhǎng)等多項(xiàng)新紀(jì)錄（圖3-b）。采用1 400 m3膠凝酸分4段酸壓施工，5.0～9.0 m3/min大排量進(jìn)行增產(chǎn)改造，2019年11月29日，測(cè)試獲得了142.51×104m3/d高產(chǎn)工業(yè)氣流，天然氣無(wú)阻流量達(dá)400×104m3/d，創(chuàng)造了雙魚(yú)石構(gòu)造天然氣測(cè)試產(chǎn)量的新高。

3 氣井高產(chǎn)的關(guān)鍵因素

3.1 優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層是氣井高產(chǎn)的基礎(chǔ)

棲霞組白云巖儲(chǔ)層平面上存在著較強(qiáng)的非均質(zhì)性，受儲(chǔ)層厚度及物性差異的影響，單井測(cè)試產(chǎn)氣量差異較大[12-16]。根據(jù)四川盆地碳酸鹽巖儲(chǔ)層的分類標(biāo)準(zhǔn)，雙魚(yú)石區(qū)塊棲霞組以Ⅱ、Ⅲ類儲(chǔ)層為主，SYX133水平井白云巖儲(chǔ)層長(zhǎng)度達(dá)334.0 m，Ⅱ類儲(chǔ)層占比為9.3%，測(cè)試日產(chǎn)氣142.51×104m3；ST101井白云巖儲(chǔ)層厚度為6.9 m，不發(fā)育Ⅱ類儲(chǔ)層，測(cè)試日產(chǎn)氣量?jī)H5.01×104m3。對(duì)已獲氣井進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，氣井的天然氣無(wú)阻流量與白云巖儲(chǔ)層厚度、Ⅱ類儲(chǔ)層發(fā)育程度存在著較好的正相關(guān)關(guān)系（圖4）。由此表明，白云巖儲(chǔ)層厚度及優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育程度是氣井獲得高產(chǎn)的重要基礎(chǔ)。

圖4 雙魚(yú)石區(qū)塊氣井天然氣無(wú)阻流量和Ⅱ類儲(chǔ)層厚度交會(huì)圖

3.2 “復(fù)波”或“弱波峰”是高產(chǎn)氣井的地震響應(yīng)模式

棲霞組儲(chǔ)層縱向上主要分布在棲二段中下部，距棲霞組頂界5～35 m，儲(chǔ)層垂厚介于5～40 m。采用等效介質(zhì)模型，設(shè)計(jì)了不同儲(chǔ)層厚度及其與棲霞組頂界距離遠(yuǎn)近變化的地質(zhì)模型，運(yùn)用與實(shí)際地震資料主頻匹配的30 Hz雷克子波進(jìn)行射線追蹤法地震正演模擬。正演結(jié)果顯示：當(dāng)棲二段儲(chǔ)層發(fā)育位置靠近棲霞組頂部時(shí)，棲霞組頂界表現(xiàn)為“復(fù)波”反射特征，當(dāng)儲(chǔ)層發(fā)育位置逐漸向下時(shí)，棲霞組內(nèi)部則出現(xiàn)“弱波峰”；儲(chǔ)層厚度越大，“復(fù)波”或“弱波峰”特征就越清楚明顯（圖5）。根據(jù)雙魚(yú)石區(qū)塊SYX131等10口井的儲(chǔ)層地震精細(xì)標(biāo)定，高產(chǎn)氣井均表現(xiàn)為棲霞組頂部“復(fù)波”或中上部“弱波峰”反射特征（圖6）。

3.3 裂縫發(fā)育是氣井高產(chǎn)的關(guān)鍵

棲霞組為低孔、低滲的裂縫—孔隙（洞）型碳酸鹽巖儲(chǔ)層，白云巖儲(chǔ)層中裂縫的發(fā)育程度對(duì)單井測(cè)試天然氣產(chǎn)量也有著較大的影響，裂縫發(fā)育是氣井獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵因素。雖然井筒資料未見(jiàn)到較多的裂縫，但高精度裂縫預(yù)測(cè)結(jié)果卻表明，前期中高產(chǎn)井ST1井和SY001-1井、ST8井均位于裂縫發(fā)育區(qū)或緊鄰裂縫發(fā)育帶（距離介于75～100 m）（表1、圖7），儲(chǔ)層段的成像測(cè)井資料及薄片都顯示裂縫發(fā)育。遠(yuǎn)探測(cè)陣列聲波解釋成果表明，針對(duì)裂縫發(fā)育帶部署的SYX131、SYX133井周裂縫發(fā)育，酸化施工過(guò)程中裂縫發(fā)育的層段施工壓力相對(duì)較低、排量更大，表現(xiàn)出良好的滲流能力。

3.4 新工藝新技術(shù)是氣井高產(chǎn)的重要保障

雙魚(yú)石區(qū)塊前期實(shí)施井以直井為主，完井方式為尾管射孔，儲(chǔ)層改造為小規(guī)模常規(guī)酸壓。受儲(chǔ)層品質(zhì)的影響，改造效果差異較大。

雙魚(yú)石區(qū)塊白云巖儲(chǔ)層分布相對(duì)穩(wěn)定，具備設(shè)計(jì)實(shí)施水平井的地質(zhì)條件。通過(guò)SYX131、SYX133井的水平井工藝試驗(yàn)，初步形成了超深井地質(zhì)導(dǎo)向建模[17]、隨鉆測(cè)井、特殊錄井等一體化的跟蹤評(píng)價(jià)技術(shù)，指導(dǎo)了水平井儲(chǔ)層鉆遇長(zhǎng)度由80 m到334 m的不斷提高。測(cè)試結(jié)果表明，棲霞組白云巖儲(chǔ)層鉆遇長(zhǎng)度越長(zhǎng)，鉆遇裂縫的概率就越高、越有利于獲得天然氣高產(chǎn)。SYX133井首次在區(qū)內(nèi)采用了裸眼分段酸化改造工藝，用酸規(guī)模為雙魚(yú)石區(qū)塊目前最大、施工排量為該區(qū)塊目前最高。該井施工過(guò)程中，施工排量與儲(chǔ)層分段物性具有明顯的正相關(guān)性（表2）。由此表明，該工藝較常規(guī)改造更具有針對(duì)性，是該區(qū)塊下一步儲(chǔ)層改造工藝的發(fā)展趨勢(shì)。

圖5 雙魚(yú)石區(qū)塊棲二段正演地質(zhì)模型及正演模擬結(jié)果

圖6 雙魚(yú)石區(qū)塊高產(chǎn)氣井單井棲霞組儲(chǔ)層精細(xì)標(biāo)定圖

表1 雙魚(yú)石區(qū)塊棲霞組已鉆井裂縫預(yù)測(cè)成果統(tǒng)計(jì)表

4 天然氣勘探開(kāi)發(fā)潛力

川西北已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了雙魚(yú)石、九龍山等多個(gè)深層海相碳酸鹽巖氣藏。勘探實(shí)踐表明，雙魚(yú)石區(qū)塊棲霞組氣藏為受構(gòu)造背景、大斷裂和巖性變化控制的大型構(gòu)造—巖性復(fù)合圈閉氣藏[7,9-10]，其天然氣資源潛力達(dá)數(shù)千億立方米，已投產(chǎn)井生產(chǎn)效果較好，展現(xiàn)出良好的天然氣勘探開(kāi)發(fā)潛力。

4.1 天然氣效益勘探開(kāi)發(fā)成效初顯

圖7 雙魚(yú)石棲霞組頂界裂縫預(yù)測(cè)平面圖

表2 SYX133井施工參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

2017年11月1日，雙魚(yú)石區(qū)塊棲霞組氣藏首口試采井——SY001-1井投產(chǎn)，該井以日產(chǎn)氣30×104～40×104m3的規(guī)模穩(wěn)定生產(chǎn)，已累計(jì)產(chǎn)氣超過(guò)2×108m3，單井動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量近100×108m3。截至2019年12月，雙魚(yú)石區(qū)塊已投產(chǎn)井4口，試采評(píng)價(jià)效果良好，特別是SYX131井和SYX133井在提高單井產(chǎn)量技術(shù)試驗(yàn)方面獲得了重大突破，進(jìn)一步證實(shí)了該氣藏良好的天然氣勘探開(kāi)發(fā)潛力，同時(shí)也為該區(qū)塊天然氣規(guī)模效益開(kāi)發(fā)提供了技術(shù)支撐。2019年底，雙魚(yú)石區(qū)塊建成首期10×108m3天然氣年產(chǎn)能；預(yù)計(jì)到“十四五”末，該區(qū)內(nèi)將建成30×108～50×108m3天然氣年產(chǎn)能規(guī)模。

4.2 灘相白云巖儲(chǔ)層大面積分布

受加里東運(yùn)動(dòng)的影響，四川盆地西北部整體抬升，為棲霞組繼承性大規(guī)模臺(tái)緣礁灘沉積和白云巖化作用奠定了基礎(chǔ)[9]。野外地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，龍門(mén)山北段灘相白云巖儲(chǔ)層最厚超過(guò)100 m，實(shí)鉆儲(chǔ)層厚度介于5～40 m，其厚度及空間分布相對(duì)穩(wěn)定（圖8），儲(chǔ)層溶蝕孔、洞發(fā)育。實(shí)鉆資料及地震預(yù)測(cè)結(jié)果表明，區(qū)內(nèi)白云巖儲(chǔ)層大面積連續(xù)分布，為油氣的富集高產(chǎn)奠定了良好的基礎(chǔ)。

4.3 天然氣資源潛力進(jìn)一步落實(shí)

川西北以①號(hào)隱伏斷裂為界，可分為逆沖推覆構(gòu)造帶和隱伏前緣帶[10]。線束三維地震勘探揭示，①號(hào)隱伏斷層下盤(pán)存在著中壩—雙魚(yú)石和紅星—天井山兩個(gè)大型潛伏構(gòu)造帶，發(fā)育多排背斜、斷背斜。區(qū)內(nèi)具有下寒武統(tǒng)筇竹寺組、中二疊統(tǒng)多套烴源巖，烴源輸導(dǎo)體系發(fā)育、源儲(chǔ)配置優(yōu)越，具備形成大氣田的有利地質(zhì)條件。多口井的實(shí)鉆證實(shí)，中壩—雙魚(yú)石大型構(gòu)造—巖性復(fù)合圈閉氣藏白云巖儲(chǔ)層普遍發(fā)育，為統(tǒng)一的溫壓系統(tǒng)，具有整體含氣的特征，已提交天然氣三級(jí)儲(chǔ)量超過(guò)1 000×108m3。紅星—天井山大型潛伏構(gòu)造帶正在實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)探井——HX1井，一旦取得突破將新增天然氣勘探有利區(qū)面積1 200 km2，預(yù)測(cè)天然氣資源量近3 000×108m3，大氣田格局將進(jìn)一步清晰和明朗（圖8）。

5 結(jié)論

1）川西北中壩—雙魚(yú)構(gòu)造棲霞組已發(fā)現(xiàn)了整體含氣的大型構(gòu)造—巖性復(fù)合圈閉氣藏，已投產(chǎn)井生產(chǎn)效果良好；紅星—天井山大型潛伏構(gòu)造帶與雙魚(yú)石構(gòu)造帶具有類似的石油地質(zhì)條件，天然氣風(fēng)險(xiǎn)勘探一旦取得突破，將極大地拓展該區(qū)深層海相碳酸鹽巖氣藏的天然氣勘探開(kāi)發(fā)規(guī)模。

2）雙魚(yú)石區(qū)塊棲霞組高產(chǎn)井地震響應(yīng)特征表現(xiàn)為棲霞組頂界“復(fù)波”或中上部“弱波峰”反射，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層是氣井高產(chǎn)的基礎(chǔ)，裂縫發(fā)育是氣井高產(chǎn)的關(guān)鍵，新工藝新技術(shù)是實(shí)現(xiàn)氣井高產(chǎn)的重要保障。

3）水平井SYX131井和SYX133井連續(xù)取得重大突破，進(jìn)一步證實(shí)了川西北深層海相碳酸鹽巖氣藏具備常規(guī)天然氣規(guī)模效益勘探開(kāi)發(fā)的潛力，通過(guò)實(shí)施勘探開(kāi)發(fā)一體化、地質(zhì)工程一體化，積極推行新技術(shù)、新工藝，可以為下一步實(shí)現(xiàn)稀井高產(chǎn)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

圖8 雙魚(yú)石區(qū)塊勘探有利區(qū)分布圖