天然氣勘探中的哲學思維和“首尾歸一”模式

符 曉

中國石化西南油氣分公司

天然氣勘探中的哲學思維和“首尾歸一”模式

符 曉

中國石化西南油氣分公司

通過踐行鄧小平同志1978年提出的“解放思想、實事求是”的思想路線,30年來四川盆地的天然氣勘探工作取得了長足進展。為此,總結了在盆地西部(川西)部分氣藏探明中采用的思維方法,分析了成藏理論研究中的哲學思維;認為油氣藏形成的理論,應根據唯物主義的觀點,隨著科技的進步、實踐的深入,不斷補充、調整與完善;歸納概述了油氣系統工程的兩種思維(直線思維、曲線思維)與勘探成效的關系,重點對“首尾歸一”環型模式進行了闡述:設計方案時鉆井目標要明確,完井要達到希望的產能,資料應翔實、完整,未達到鉆井目標應進行分析和總結。該模式的中間過程涉及物探、布孔、鉆井、錄井、測井、射孔、壓裂、測試等多個工程技術環節,它們都需要整體部署、協調工作。

四川盆地 勘探 實踐 哲學思維 “首尾歸一”模式 成藏理論 解放思想 實事求是

天然氣具有深埋地下的隱蔽性,聚散易變的流動性,分布地域的不均勻性3個特點。開發天然氣需要3把利劍:油氣地質理論、哲學思維、配套工藝技術。3把利劍的長短配套狀況決定著找氣效果。理論可從書本上學,工藝技術也可引進,唯獨哲學思維只能靠自身開發,而遵循“實踐是檢驗真理唯一標準”總導向,也許能將理論用好、用活。在此,結合四川盆地30年來的勘探實踐工作,根據“實踐是檢驗真理唯一標準”的原則,探討天然氣勘探中的哲學思維和“首尾歸一”模式。

1 解放思想,唯物與發現

1.1 川西天然氣勘探工作30年前后的變化

1978年,鄧小平提出“解放思想、實事求是”,當時的四川盆地天然氣勘探工作成效不顯著。鉆探川玉33井(布在四川盆地綿陽安縣玉泉的首口探井,勘探目的層為上三疊統須家河組二段),當時認為有利的含氣圈閉是古構造,主要的烴源巖是海相。當時川西前陸盆地約4×104km2范圍內,除中壩須二段、雷三段氣藏投入開發外,在坳陷主體和東坡無一口氣井。川玉33井鉆井效率:半年鉆進3 200 m。

而30年后的今天,四川盆地的天然氣勘探開發局面發生了質的飛躍。①目的層,川西油氣勘探目的層,從K1j—P1的6 000 m深地質體中,約有15個目的層;②圈閉類型多,有古構造圈閉、今構造圈閉、古今復合圈閉及地層巖性等圈閉;③資源,預測川西坳陷共有(2～3)×1012m3天然氣資源量;④探明儲量,中國石油、中國石化在川西地區共獲天然氣探明儲量近1× 1012m3,可采儲量(4 000～5 000)×108m3;⑤產能,中國石油、中國石化合計為200×108m3/a左右,2008年九龍山構造的龍XX井茅口組,日產氣量大于200× 104m3,無阻流量大于1 000×104m3,尤其近期川西坳陷孝泉—豐谷構造上的川科1井,在上三疊統馬鞍塘組(T3m)測試獲日產86.8×104m3的優質天然氣;⑥川西坳陷中淺層氣發展快,僅中國石化西南油氣分公司(以下簡稱分公司)就年產淺層氣量達22.4×108m3,占分公司總產氣量的80%。

1.2 哲學思維在川西坳陷部分氣藏發現中的作用

1.2.1 “解放思想,唯實而調”與川西坳陷中淺層氣層的發現

1.2.1.1 實踐發現新層位

四川玉泉33井(川玉33井)擴大了目的層:1978年該井在J3p組地層井噴,J2s組氣侵,T3x4段遇氣強噴報廢的實踐,在解放思想和“實踐是檢驗真理唯一標準”大環境中便提出了川西坳陷勘探目的層“不僅有T3x2還有 T3x4、J2s、J3p”,并建議勘探中淺層(紅層)天然氣[1-2]。原地質礦產部第十一普查勘探大隊(以下簡稱十一普)鉆了綿字號8口淺井,均見氣,未獲產。

1.2.1.2 “唯實而策”獲兩發現

“唯實而策”就是指勘探井位目的層時,依據現場實際情況進行調整。

在十一普施工的川孝104井、106井發現了J3s、J2p氣層。1984年原地礦部西南石油局(以下簡稱西南局)布孔鉆探須四段氣層,川孝104井設計鉆探T3x4過程中,于J3s底發生井噴,便提出完井測試建議,經西南局同意固井后,環空竄氣3.4×104m3,首次向綿竹縣供氣。1985年在同井場布的106井,仍鉆探須四段,從錄井月報材料上發現J2s有良好氣侵,且持續1 d之久,經查實顯示段為砂泥巖互層且有大量次生礦物。筆者當晚連夜編寫綜合圖,送西南局建議完井測試,局領導當即同意完井測試,固井后還是環空竄氣,日產達10×104m3,放噴30 d之久。由此發現川西“紅層”氣。

不妨設想,如果現場一線技術負責人員不敏于事、不解放思想提出測試建議,而局領導如果不解放思想,固持非須四段不進行測試的保守思想,就不會有侏羅系紅層104、106井2個層的發現。特別是針對104井環空竄氣,當時存在兩種意見:建議封死和進行環空采氣,西南局首任局長決定采取環空采氣措施,通過試采,證實了遂寧組是屬于具有工業產能的氣層,這是決策者思想解放的生動事例。

1.2.1.3 “砂縫結合”思維運用于川孝153井

“砂縫結合”就是指如果在較低孔隙度的砂巖中存在發育的裂縫,便會有較好的產能。

1992年,十一普施工的川孝153井在J3p獲高產[3]。該井為鉆J2s的中深井,在鉆進中,于J3p713～721 m井段發現井漏、井涌,生產會議上決定安排打水泥封住。筆者得知這一情況后,立即到井場查實,結果發現漏涌井段為細砂巖且含自生方解石,頓悟:從1980～1991年間數次提出勘探J3p均未采納,就是因為產量低(認為平均2 000 m3/井),不能立項研究,也沒有上鉆。想要淺層突破,首先想到淺層在什么樣地質條件下才可能有高產?經過反復思考,筆者曾在《川西孝泉—青崗嘴J3p淺層氣的勘探建議》一文中提到,“在上覆封蓋條件下,砂層和裂縫結合部便會獲高產”的預測。此井不正是盼望的條件嗎?于是當晚一方面請井隊緩注鉆井液,另一方面則向正在內江開會的西南局領導請示完井測試,立即獲得同意。第二天到井場組織實施襯管完井,獲日產2.5×104m3的天然氣并保持穩產,進而淺層變為“淺而肥”儲層。隨即地方介入打井,經協調成立了新場氣田開發公司,如此才有今天新場氣田淺、中、深的規模開發。因此,如果不解放思想,唯實而決策,就難有今天的新場氣田。

1.2.1.4 邏輯推理發現806井千佛巖氣藏

新806井原設計方案為鉆至中侏羅統沙溪廟組,鉆進中發現多層氣顯示,而氣源來自深部,若千佛巖組有砂礫巖儲層就會有好的產能,便加深鉆進,實際僅加深60 m就發現了千佛巖組底部高壓氣層,日產氣量超過30×104m3,累計采氣量超過2×108m3。該項目獲原地質礦產部找礦一等獎。

1.2.2 “解放思想,唯實而調”與川西坳陷須二段氣藏的發現

1.2.2.1 “唯實而調”上合興

1984年經地礦部批準局部署的梓潼地區川柏102井,在現場勘查井場過程中,認為它屬中壩氣田東坡小高點,難成大氣候,同時通過物勘普查資料發現川西主體坳陷東坡有個合興場構造[4],為多組斷裂交匯的隆起圈閉,若獲成功便可帶動川西整體勘探。于是組織十一普工程現場踏勘,選好井場后,再去找局地質總負責人匯報此情況,負責人看了資料后說,“這正是坳中隆的構造”,經查屬實同意“緩上柏樹嘴,先上合興場”。技術總負責人當即敢于改變地礦部已批準的井位,上合興場是“唯實而調,解放思想”、”不唯上、只唯實“的具體體現。為保證工程質量,特雇美國技術人員,采用電動鉆鉆井,精心保護儲層,1988年射孔須二段獲超過30×104m3/d的高產氣量,獲地礦部在四川省找氣的第四次重大突然,并獲發現一等獎。

1.2.2.2 “林中看樹”發現新場氣田須二段天然氣

新851井須二段的發現。2000年底新851井在須二段井深4 830～4 850 m段獲無阻流量314.27× 104m3/d的高產又有什么亮點值得反思呢?可以概括為3點:“看整體,找模式和加深探索”。

1)看整體:在二維構造圖上圈閉僅1.0 km2、閉合高度60 m、深4 700 m,敢鉆探的原因在于看大背景,看整體:須二段在隆高400～600 m大背斜上局部構造圈閉。

2)找模式:在中淺層高豐度背景下從區域形變著手,歸納總結川西地區前陸3個帶實況,發現了形變強度與豐度的關系,即形變強度決定含氣豐度。

3)加深探索:地震預測須二段頂面4 530 m,實鉆4 635 m,主力氣層4 830 m,先后2次加深:①突破60 m閉合高度;②鉆腰帶子(井深4 780 m)下,遇網狀縫系統獲高產。

1.2.3 新場氣田開發三部曲——描述、壓裂和叢式

新場氣田的立體規模開發采取解放思想,探索創新的思路,即走出三部曲——描述、壓裂、叢式。

1)描述查儲層:如何找準河道小砂體。用二維地震資料中描述找準砂體在川西屬首次,成功率由30%提高到98%。

2)壓裂成片活:在川西坳陷首次對J2s壓裂,從808井到811井2次試壓成功。鉆井成功率上升至98%,將整個新場氣田各砂巖組盤活。

3)叢式上規模:淺層打叢式井,四川首次成規模采取“叢式+樓式”開發方案,實現低豐度氣藏規模建產。

以上三部曲可說是川西中淺層開發的一種有效模式。一言以蔽之,川西致密、次生氣藏的發現開發過程是不斷突破已有觀念與邊界的過程[5]。

2 哲學思維與成藏理論

2.1 烴氣:多源性

有關油氣源這一話題幾百年來地質界一直爭論不休,有“有機”學派,有“無機”論者,也有二者兼而有之的二元論者。國內外許多學者從不同角度、不同方法深入探討了天然氣的成因類型。由于天然氣成因的多源性以及成熟作用、運移作用、混合作用等因素的影響,增加了天然氣成因分類的難度,出現了眾多成因分類方案[6]。

2.2 儲層:孔縫定

到目前為止,幾乎所有具一定基質孔隙度或裂縫系統發育的巖石中都找到了油氣藏(包括泥質巖、火山巖、變質巖)。北美頁巖氣藏的孔隙度為4%～6.5%,平均5.2%,2007年24 000口井,年產氣450×108m3,其分支水平井分段水力壓裂,單井日產氣11×104～17×104m3(美國俄克拉荷馬州A rkoma盆地)。儲層只有儲集體、孔隙度及其規模、豐度大小的區別,工業性儲層與非儲層是從量變到質變,并與工業技術條件有關,其界限也隨技術進步而調整。

2.3 蓋層:相對性

這一概念是對上下巖層相對滲透性而言,即相對滲透率低的巖層可以成為相對高滲透率巖層的蓋層。從壓力角度講,即油氣突破壓力高的巖層可成為突破壓力相對低的巖層的蓋層。頁巖氣開發實踐表明,生烴泥頁巖層既是常規氣藏的蓋層,其自身也是儲層。

2.4 圈閉:開放性

圈閉是由于不滲透或滲透性較差的巖層形成或者由于巖性的側向發生結構上(密度)的變化所形成的具有三度空間又遮擋又開放的體系。特點表現在:①多種多樣,有構造、巖性、地層、斷裂等圈閉,有多元混合圈閉;②圈閉具有相對性與暫時性,有的圈閉能封住油,但不能封住氣,構造形成的圈閉,又隨時間逐漸演變,從非圈閉到有效圈閉到圈閉破壞,而其中的油氣也隨之演變,或是富集,或是散失。研究資料表明,若圈閉中散失量大于補給量,在地史中很短時間油氣藏就被破壞掉。葉軍研究認為[7],油氣藏若無補給,將在20～40 Ma散失殆盡。因此,所有的油氣藏都是一個暫時的、相對的動平衡系統聚集的地質體。而頁巖氣藏便是集生、儲、蓋、圈為一體的氣藏,它表明4要素組合豐富多彩,如何評價與人們的思維方法有關,思維不同便有可能產生截然不同的結論。

總之,油氣藏形成的理論,應遵循實踐唯物主義的觀點,隨著科學的進步,實踐的發展,不斷補充、調整與完善。陳云同志的十五字精義:“不唯書、不唯上、只唯實;研究、比較、反復”,可資借鑒。

3 油氣系統工程中兩種思維與成效

3.1 直線思維

直線思維屬于低級、感性的思維,“只見樹木,不見森林”的思維,即從局部看是對的,但與總體歸屬相矛盾。

3.2 曲線思維

曲線思維屬于高級、理性的思維,列寧說“認識不是直線,而是無限近似螺旋的曲線,而曲線上每一個片段,都能被片面地看成獨立而完整的直線,而這條直線能把人們引向‘只見樹木,不見森林’的泥坑里去”。

3.3 油氣系統工程的兩種思維模式效應探討

該系統有兩個特色:①雙隱性,氣在地下的動靜狀況和工程作業與地下巖石的狀況都有隱蔽性;②雙無性,建井過程中沒有中間產品,施工進程沒有回頭路。

由此便產生了各作業段與全系統最終成果關系,便有直線與曲線、樹木與森林的關系,如鉆進中的安全與儲層保護問題:從安全考慮走直線,用加重鉆井液壓死、堵死縫洞,則安全,但油氣嚴重污染,若不能壓裂,則完井測試無產;又如測試走直線控壓不當(為了安全),造成井底形成天然氣水合物(固態冰),封堵出氣口等,誤判無產;再如射孔工藝走直線,誤用劣質品,根本未打穿套管+水泥環,結果誤判無產等。結果系統不圓滿,首尾不歸一。

3.4 “首尾歸一”的環型模式

唯物辯證,“首尾歸一”的勘探模式,由于地下天然氣的動、靜隱蔽性、作業于地下巖石的隱蔽性,作業中常產生兩種思維方法,即兩種運作線路是站在林中看樹木,還是只看獨木:①曲線,起始歸一,即起始為獲得產能,最終回到目的;②直線,圖中暫列7個環節,都可能出錯,任意一個出錯,均不能回到起始點而失敗。只見樹木,不見森林,則越軌難歸一,如圖1所示。

圖1 油氣系統工程首尾歸一模式圖

3.5 如何理解“首尾歸一”的環型模式圖中的模塊

1)總體思路:各個專業施工方要“為園林育樹”,將勘探總目標比喻為樹林,一項作業比喻為一株樹苗,育樹必須符合總體目標。

2)首尾歸一:①鉆井目標,要有希望的產能,評價;②最終的結果,應達到希望的產能,資料翔實、完整。

3)物探:“形變”——構造隆起、坳陷、斷裂破碎的狀況可信度,參數精度。

4)布孔:成藏模式(思路),具體依據。

5)鉆井:是發現氣層、保護氣層、建好通道、取全資料的過程。務必做好“儲層保護,優化鉆井液性能、縮短浸泡時間,確保井眼質量”。

6)錄井:鉆時、鉆井液、氣情、水情、巖性、記錄等齊全準確。

7)測井:通過伽馬、電阻、聲速、電位、井徑等資料,達到準確判斷儲層和產能。

8)射孔、壓裂:射孔要位置準、密度大、穿透深;壓裂要砂量適度、反排率高、縫長無堵。

9)測試:替噴降壓合理、返排控壓適度、無結冰無反堵。

一口探井涉及多學科、多環節,加上井內作業的隱蔽性。運作體制與產業特點的統一性,更加重要。

總之,首尾歸一模式要求:設計方案時鉆井目標要明確,完井要達到希望的產能,資料應翔實、完整,未達到鉆井目標應進行分析和總結。在圖1中任一環節作業都可能產生直線與曲線兩種效果,而只有符合天然氣發現、建井、試測的特有規律的曲線方式運行,才能歸一,才能圓滿。

3.6 如何做好“首尾歸一”和評估

3.6.1 實施捆綁運行體制

建立作業隊伍與最終成果捆綁一體的體制,或叫作業與效益掛鉤。

3.6.2 加強監督

對天然氣勘探這類“雙隱”、“雙無”的產業,能否有效監督事關成敗,由誰來監督呢?由主管領導掛帥的各專業系統的專家組成機構實行現場監督。

3.6.3 科學評估

實踐唯物評氣層,唯物辯證評產量。

1)資源評估:實踐唯物看產能——看實踐中是否有氣,有超壓,有儲層,有水等。

唯物地看待實踐已獲得符合成藏理論的實物和數據(生、儲、運、聚、保模式)。如鉆井中,有氣產出,有超壓,有儲層,不含水,理應有產,這也可叫以“實踐唯物主義”看產能。

2)唯物辯證看產量——天然氣地下動靜隱蔽性強,地下作業過程的隱蔽性強(雙隱多解)。

唯物辯證地看實踐運作:既有符合實情的科學作業、又有不當的作業,也存在技術難度大的一面,同時也存在因現階段技術局限難以達到的一面。

辯證地分析作業過程與成果的關系:獲產的有產能,但不獲產的不一定就無產能,有產能是否有產量,它受鉆進污染程度、錄井測井認識判斷準確度、射孔穿透否、測試反堵否等的多種因素的制約。既不能在獲產時沖動、盲目,也不能在無產時簡單下結論,悲觀、放棄。既要實事求是,又要辯證思維。

總而言之:氣道非常道,哲學有其妙;實踐驗真理,井口油氣笑。

[1]符曉,舒文培.四川盆地西部天然氣資源與勘探開發[M].武漢:中國地質大學出版社,2000.

[2]符曉.川西三套成藏系統及勘探研究[J].西南石油學院學報,2004,26(6):13-16.

[3]王金琪.超致密砂巖含氣問題[J].石油與天然氣地質, 1993,14(3):169-180.

[4]郭正吾,韓永輝.四川盆地碎屑巖油氣地質圖集[M].成都:四川科學技術出版社,1995.

[5]符曉.理論、經驗、思維與成藏預測[M].世界學術文庫.北京:中國言實出版社,1999.

[6]戴金星,裴錫古,戚厚發.中國天然氣地質學:卷一[M].北京:石油工業出版社,1992.

[7]葉軍.川西海相天然氣勘探難點及對策[J].天然氣工業, 2008,28(2):17-22.

A prelim inary discussion on the philosophic thinking and a"loop-model"of gas exploration

Fu Xiao
(Sinopec Southw est B ranch Com pany,Deyang,Sichuan 621000,China)

NATUR.GAS IND.VOLUM E 30,ISSUE 7,pp.17-20,7/25/2010.(ISSN 1000-0976;In Chinese)

The idea of"emancipating themind and seeking truth from facts",suggested first by Deng Xiaoping in 1978,has been imp lemented in gas exp loration over 30 years in the Sichuan Basin,w hich helps achievemany gas discoveries.In this paper,the think-ing that has contributed to the discoveries of some gas fields in the western Sichuan Basin is summarized,and the philosophic thinking of hydrocarbon pooling theo ries is analyzed.The theo ry of hydrocarbon pooling should be continuously developed along w ith the p rogressing of sciences and deepening of p ractices.This paper sums up the relationship between the two thinking modes(straight thinking and circuitous thinking)in petroleum systematic engineering and exp loration effectiveness,focusing on the elabo ration of a "loop model"of exp loration.According to themodel,a clear drilling target should be held to make a design scheme.Data should be detailed,accurate and comp lete to obtain the desired p roduction capacity during well comp letion.Lessons should be learned from the collected experiences unless the drilling target is reached.The intermittent steps of the model involve geophysical p rospecting,well emp lacement,drilling,logging,perfo ration,fracturing and testing.A ll these steps should be dep loyed as a w hole and be p roperly coordinated.Finally,a scientific app raisalmethod is p resented for this"loop model".

Sichuan Basin,exp lo ration,p ractice,philosophic thinking,"loop model",hydrocarbon pooling theory,emancipating the mind,seeking truth from facts

符曉,1935年生,教授級高級工程師;畢業于原西南石油學院,一直從事油氣勘探開發工作,曾任中國石化新場氣田總工程師。地址:(621000)四川省綿陽市游仙區沈家壩山江花園。電話:(028)61861069,15908208938。

符曉.天然氣勘探中的哲學思維和“首尾歸一”模式.天然氣工業,2010,30(7):17-20.

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.07.004

(修改回稿日期 2010-05-25 編輯 羅冬梅)

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.07.004

Fu Xiao,p rofesso r of senio r engineer,bo rn in 1935,has long been engaged in petroleum explo ration and development.

Add:Shanjiang Garden,Shenjiaba,Youxian District,M ianyang,Sichuan 621000,P.R.China

Tel:+86-28-6186 1069