高產水平井的突破與四川盆地深層常規氣藏巨大的勘探開發潛力

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

1.中國石油西南油氣田公司川西北氣礦 2.西南石油大學

0 引言

深層海相碳酸鹽巖一直都是四川盆地常規天然氣勘探開發的重要層系，油氣勘探開發歷史悠久[1-6]。早期對中二疊統氣藏的勘探開發主要集中在蜀南地區，以尋找巖溶縫洞型氣藏為主[5-6]；2014年，中國石油天然氣股份有限公司（以下簡稱中石油）重點風險探井——ST1井在四川盆地西北部地區（以下簡稱川西北）的中二疊統白云巖儲層鉆獲高產工業氣流，實現了該盆地中二疊統天然氣勘探的重要突破，不僅具有重大的戰略意義，而且對于超深層海相地層的油氣勘探也頗具指導作用[6]，開辟了川西北天然氣勘探的新區帶，由此揭開了四川盆地中二疊統天然氣規模勘探的序幕[6-7]。川西北中二疊統棲霞組氣藏白云巖儲層較厚，是四川盆地中二疊統勘探的最有利地區[8]。該區棲霞組白云巖儲層大面積連續分布、含氣性好，可能發育一個較大規模的天然氣復合圈閉系統[9]。通過地震采集、處理、解釋一體化聯合攻關，形成了適合于川西北復雜構造帶的地震勘探配套技術；基于上述配套技術，落實了該區構造特征及圈閉規模，明確了雙魚石—江油地區整體處于構造高帶。川西北棲霞組白云巖儲層有利發育區與多排構造相疊合，具備形成大型構造—巖性復合圈閉氣藏的條件，天然氣勘探開發潛力巨大[10-11]。為了深化對于該區塊的整體地質認識，陸續實施探井12口，單井測試產氣量介于3.25×104～87.61×104m3/d，提交棲霞組天然氣預測及控制儲量超過1 000×108m3；在此基礎上實施開發井4口，均獲得了高產工業氣流，其中新近測試的SYX131和SYX133兩口工藝試驗井天然氣日產量分別達123.97×104m3和142.51×104m3，先后創造和打破了該區百萬立方米級天然氣高產的紀錄，為該區實現“稀井、高產”和規模高效開發奠定了基礎、堅定了信心，意義十分重大。

在此，筆者以上述兩口高產水平井為重點研究對象，在分析現階段棲霞組氣藏天然氣富集高產關鍵因素的基礎上，探討和總結川西北雙魚石含氣構造天然氣規模有效開發模式，明確下一步的攻關研究方向，以期為四川盆地或其他區塊的常規天然氣勘探開發提供范例和借鑒。

1 地質背景

雙魚石構造位于川西北龍門山北段前鋒帶以東的隱伏前緣構造帶內，受多期構造運動的影響，構造格局總體表現為南緩北陡的特征[10-11]。區內棲霞組分布穩定，厚度介于100～130 m，棲霞組自下而上可分為棲一段和棲二段。其中棲一段發育開闊臺地相，主要為深灰色泥質灰巖、泥晶灰巖；棲二段發育臺地邊緣相，中下部為淺灰色灘相云巖，上部以豹斑灰巖、亮晶灰巖為主（圖1）。

圖1 川西雙魚石區塊沉積相圖及地層綜合柱狀圖

棲霞組儲層類型主要為裂縫—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—中晶云巖、中—粗晶云巖為主。儲集空間主要為溶洞、晶間溶孔和晶間孔，巖心和薄片觀察發現裂縫發育，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為，受灘相分布及白云巖化作用的控制，該區儲層在空間上具較強的非均質性，灘相白云巖儲層溶孔、溶洞發育，儲滲條件較好，如圖2中a～f所示。

圖2 雙魚石區塊棲霞組儲集空間特征（巖心及薄片照片）

2 SYX131與SYX133兩口高產水平井的突破

2.1 SYX131井

SYX131井位于中壩—雙魚石構造帶雙魚石潛伏構造上二疊統底界構造高點南翼，是區內棲霞組首口以提高單井天然氣產量為目的的工藝試驗滾動評價井（圖3-a）。該井于2018年6月29日開鉆，2019年5月19日完鉆，完鉆井深7 859 m，完鉆層位下二疊統梁山組，是雙魚石區塊的第一口水平井。鉆進過程中，在目的層棲霞組共見到4次氣測異常顯示，水平段鉆遇92 m的白云巖，測井解釋的儲層厚度為80.6 m，該儲層厚度是區內其他已完鉆井的3倍，孔隙度為5.7%。SYX131井實施1 120 m3膠凝酸酸壓改造，排量達到7.8 m3/min，創造了雙魚石區塊內施工規模和施工排量第一的紀錄；2019年11月21日，測試產氣量為123.97×104m3/d，天然氣無阻流量達305×104m3/d，創造了該區塊棲霞組首口日產百萬立方米級氣井的歷史紀錄。

圖3 雙魚石區塊鉆探成果圖

2.2 SYX133井

SYX133井位于中壩—雙魚石構造帶古腳臺潛伏構造與盧家槽潛伏構造的鞍部，其實施目的是評價構造相對低部位的含氣性、利用工藝井提高單井天然氣產能。該井于2018年11月7日開鉆，2019年8月11日完鉆，完鉆井深8 102 m，完鉆層位為棲霞組；該井同時創造了中石油川渝地區井深最深和中石油陸上最深水平井兩項鉆井紀錄。通過持續的復雜構造帶地震成像技術、深層白云巖儲層預測技術攻關[10]，落實了目的層構造細節，明確了棲霞組白云巖儲層地震響應特征。SYX133井在實施過程中，不斷調整、優化鉆井軌跡，水平井鉆獲優質白云巖儲層長達334.0 m，儲層鉆遇率達87.3%，平均孔隙度為4.9%，創造了雙魚石區塊棲霞組鉆遇儲層最厚、水平箱體最長等多項新紀錄（圖3-b）。采用1 400 m3膠凝酸分4段酸壓施工，5.0～9.0 m3/min大排量進行增產改造，2019年11月29日，測試獲得了142.51×104m3/d高產工業氣流，天然氣無阻流量達400×104m3/d，創造了雙魚石構造天然氣測試產量的新高。

3 氣井高產的關鍵因素

3.1 優質儲層是氣井高產的基礎

棲霞組白云巖儲層平面上存在著較強的非均質性，受儲層厚度及物性差異的影響，單井測試產氣量差異較大[12-16]。根據四川盆地碳酸鹽巖儲層的分類標準，雙魚石區塊棲霞組以Ⅱ、Ⅲ類儲層為主，SYX133水平井白云巖儲層長度達334.0 m，Ⅱ類儲層占比為9.3%，測試日產氣142.51×104m3；ST101井白云巖儲層厚度為6.9 m，不發育Ⅱ類儲層，測試日產氣量僅5.01×104m3。對已獲氣井進行統計發現，氣井的天然氣無阻流量與白云巖儲層厚度、Ⅱ類儲層發育程度存在著較好的正相關關系（圖4）。由此表明，白云巖儲層厚度及優質儲層發育程度是氣井獲得高產的重要基礎。

圖4 雙魚石區塊氣井天然氣無阻流量和Ⅱ類儲層厚度交會圖

3.2 “復波”或“弱波峰”是高產氣井的地震響應模式

棲霞組儲層縱向上主要分布在棲二段中下部，距棲霞組頂界5～35 m，儲層垂厚介于5～40 m。采用等效介質模型，設計了不同儲層厚度及其與棲霞組頂界距離遠近變化的地質模型，運用與實際地震資料主頻匹配的30 Hz雷克子波進行射線追蹤法地震正演模擬。正演結果顯示：當棲二段儲層發育位置靠近棲霞組頂部時，棲霞組頂界表現為“復波”反射特征，當儲層發育位置逐漸向下時，棲霞組內部則出現“弱波峰”；儲層厚度越大，“復波”或“弱波峰”特征就越清楚明顯（圖5）。根據雙魚石區塊SYX131等10口井的儲層地震精細標定，高產氣井均表現為棲霞組頂部“復波”或中上部“弱波峰”反射特征（圖6）。

3.3 裂縫發育是氣井高產的關鍵

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

3.4 新工藝新技術是氣井高產的重要保障

雙魚石區塊前期實施井以直井為主，完井方式為尾管射孔，儲層改造為小規模常規酸壓。受儲層品質的影響，改造效果差異較大。

雙魚石區塊白云巖儲層分布相對穩定，具備設計實施水平井的地質條件。通過SYX131、SYX133井的水平井工藝試驗，初步形成了超深井地質導向建模[17]、隨鉆測井、特殊錄井等一體化的跟蹤評價技術，指導了水平井儲層鉆遇長度由80 m到334 m的不斷提高。測試結果表明，棲霞組白云巖儲層鉆遇長度越長，鉆遇裂縫的概率就越高、越有利于獲得天然氣高產。SYX133井首次在區內采用了裸眼分段酸化改造工藝，用酸規模為雙魚石區塊目前最大、施工排量為該區塊目前最高。該井施工過程中，施工排量與儲層分段物性具有明顯的正相關性（表2）。由此表明，該工藝較常規改造更具有針對性，是該區塊下一步儲層改造工藝的發展趨勢。

圖5 雙魚石區塊棲二段正演地質模型及正演模擬結果

圖6 雙魚石區塊高產氣井單井棲霞組儲層精細標定圖

表1 雙魚石區塊棲霞組已鉆井裂縫預測成果統計表

4 天然氣勘探開發潛力

川西北已經發現了雙魚石、九龍山等多個深層海相碳酸鹽巖氣藏。勘探實踐表明，雙魚石區塊棲霞組氣藏為受構造背景、大斷裂和巖性變化控制的大型構造—巖性復合圈閉氣藏[7,9-10]，其天然氣資源潛力達數千億立方米，已投產井生產效果較好，展現出良好的天然氣勘探開發潛力。

4.1 天然氣效益勘探開發成效初顯

圖7 雙魚石棲霞組頂界裂縫預測平面圖

表2 SYX133井施工參數統計表

2017年11月1日，雙魚石區塊棲霞組氣藏首口試采井——SY001-1井投產，該井以日產氣30×104～40×104m3的規模穩定生產，已累計產氣超過2×108m3，單井動態儲量近100×108m3。截至2019年12月，雙魚石區塊已投產井4口，試采評價效果良好，特別是SYX131井和SYX133井在提高單井產量技術試驗方面獲得了重大突破，進一步證實了該氣藏良好的天然氣勘探開發潛力，同時也為該區塊天然氣規模效益開發提供了技術支撐。2019年底，雙魚石區塊建成首期10×108m3天然氣年產能；預計到“十四五”末，該區內將建成30×108～50×108m3天然氣年產能規模。

4.2 灘相白云巖儲層大面積分布

受加里東運動的影響，四川盆地西北部整體抬升，為棲霞組繼承性大規模臺緣礁灘沉積和白云巖化作用奠定了基礎[9]。野外地質調查發現，龍門山北段灘相白云巖儲層最厚超過100 m，實鉆儲層厚度介于5～40 m，其厚度及空間分布相對穩定（圖8），儲層溶蝕孔、洞發育。實鉆資料及地震預測結果表明，區內白云巖儲層大面積連續分布，為油氣的富集高產奠定了良好的基礎。

4.3 天然氣資源潛力進一步落實

川西北以①號隱伏斷裂為界，可分為逆沖推覆構造帶和隱伏前緣帶[10]。線束三維地震勘探揭示，①號隱伏斷層下盤存在著中壩—雙魚石和紅星—天井山兩個大型潛伏構造帶，發育多排背斜、斷背斜。區內具有下寒武統筇竹寺組、中二疊統多套烴源巖，烴源輸導體系發育、源儲配置優越，具備形成大氣田的有利地質條件。多口井的實鉆證實，中壩—雙魚石大型構造—巖性復合圈閉氣藏白云巖儲層普遍發育，為統一的溫壓系統，具有整體含氣的特征，已提交天然氣三級儲量超過1 000×108m3。紅星—天井山大型潛伏構造帶正在實施風險探井——HX1井，一旦取得突破將新增天然氣勘探有利區面積1 200 km2，預測天然氣資源量近3 000×108m3，大氣田格局將進一步清晰和明朗（圖8）。

5 結論

1）川西北中壩—雙魚構造棲霞組已發現了整體含氣的大型構造—巖性復合圈閉氣藏，已投產井生產效果良好；紅星—天井山大型潛伏構造帶與雙魚石構造帶具有類似的石油地質條件，天然氣風險勘探一旦取得突破，將極大地拓展該區深層海相碳酸鹽巖氣藏的天然氣勘探開發規模。

2）雙魚石區塊棲霞組高產井地震響應特征表現為棲霞組頂界“復波”或中上部“弱波峰”反射，優質儲層是氣井高產的基礎，裂縫發育是氣井高產的關鍵，新工藝新技術是實現氣井高產的重要保障。

3）水平井SYX131井和SYX133井連續取得重大突破，進一步證實了川西北深層海相碳酸鹽巖氣藏具備常規天然氣規模效益勘探開發的潛力，通過實施勘探開發一體化、地質工程一體化，積極推行新技術、新工藝，可以為下一步實現稀井高產奠定堅實的基礎。

圖8 雙魚石區塊勘探有利區分布圖