延安低滲致密氣勘探開發工業化應用效果分析

何小曲 李國榮 羅紅芳 張文哲

摘? ? ? 要：鄂爾多斯盆地油氣資源非常豐富，已經發現的大氣田位于盆地北部，傳統認為具有“南油北氣”的格局。延長石油所處的盆地東南部存在南北物源交匯區有效儲層規模小、相變快、分布零散、儲層精細預測難度大和多氣層大跨度復雜疊置、高效動用難度大等問題，通過近10年的勘探開發技術攻關，取得了盆地東南部上古生界沉積體系新認識，建立了成熟烴源灶遷移控制成藏模式，發現了延安大氣田。通過分析成藏條件特殊性，對延安氣田地質特征實現深入了解，理清了產區開發井部署思路，研發VES-CO2泡沫壓裂和高效酸化壓裂等氣井增產技術，現累計探明天然氣地質儲量6.650×1011 m3，累計建成5.0×109 m3·a-1產能，工業化應用效果較好，將天然氣勘探擴展到了東南部，改變了盆地致密氣藏沉積傳統格局。

關? 鍵? 詞：低滲致密氣;勘探開發;工業化;沉積體系;成藏模式

中圖分類號：TE348? ? ? ? ?文獻標識碼： A? ? ? ? ?文章編號： 1671-0460（2020）09-2011-05

Abstract： The oil and gas resources in Ordos basin are very rich. The discovered gas fields are mainly located in the northern part of the basin. It is traditionally considered to have a pattern of “southern oil and northern gas”. In the southeastern part of the basin， there is the north-south source-source intersection area，it has characteristics of rapid phase change， scattered distribution， difficult reservoir prediction and complex stacking of multi-gas layers， and big production difficulty. In the past 10 years， based on development of the exploration and development technologies， a new understanding of the Upper Paleozoic sedimentary system in the southeastern basin was obtained， and a migration model for the migration of mature hydrocarbon source was established， and Yan'an gas field was discovered. The accumulated natural gas reserves of 6.650×1011m3 have been proven， and 5.0×109 m3·a-1 production capacity has been built. The exploration of natural gas has been extended to the southeast， changing the traditional pattern of tight gas reservoirs in the basin.

Key words： Low permeability and tight gas; Exploration and development; Industrialization; Sedimentary system; Forming modes

自1989年以來，鄂爾多斯盆地北部上古生界天然氣勘探已取得重大成果，已先后發現并探明了靖邊、榆林、烏審旗、蘇里格等多個千億立方米的大中型氣田，資源量達1.5×1013 m3，已建成我國最大的天然氣生產基地。盆地東南部古生界天然氣已實現整體勘探和規模化開發[1-3]，截至2017年底，已經累計探明天然氣6.650×1011 m3，發現了延安大氣田，累計建成產能5.0×109? m3（圖1）。

以延安氣田延145井區天然氣開發項目為例，該井區位于陜西省延安市境內，由延長石油集團投資建設，區塊開采面積310.949 km2。延145井區開采區域涵蓋延安市延川縣、寶塔區和延長縣。延145井區[4]地質條件具備相似性，沉積相帶具有延續性。延145井區2007年開始部署探井，階段內共鉆井29口，在山西組、石盒子組及本溪組均發現良好顯示和工業氣流。

目前針對鄂爾多斯盆地東南部的沉積規律，存在認識不足、成藏條件復雜、天然氣富集規律不清和缺少高泥質、低滲、致密、低壓氣藏配套勘探開發技術體系等諸多科技難題，需從勘探開發成效分析著手，對成藏條件、地質特征進行系統性研究。

1? 氣藏地質及儲層特征分析

1.1? 成藏條件分析

1.1.1? 烴源巖天然氣的廣覆式充注

鄂爾多斯盆地上古生界烴源巖主要發育于淺海-湖泊與沼澤沉積環境，有機質豐度高、厚度較大的煤系烴源巖大面積分布為天然氣的廣覆式充注提供了重要的物質基礎[5-6]。井區烴源巖的總生氣強度大約在（25～35）×108 m3·km-2之間，為天然氣大面積成藏提供充足氣源。

1.1.2? 天然氣近距離運聚成藏

該井區沉積方式以構造-巖性圈閉最為典型，主要通過三角洲沉積和障壁砂壩等方式構成。烴源巖與致密氣藏儲層間具有不同類型的接觸方式，主要以指狀和覆蓋為主，含有少量互層和側向，對低滲致密氣近距離運移成藏和集中富集有利。其中，河道沉積中存在大量的優質純砂體，一方面為致密天然氣的有效運移提供滲流通道，另一方面為低滲致密氣富集成藏提供有利地點。天然氣較短運移下完成富集成藏，運移過程中流失較少，給天然氣高效成藏提供地質基礎[7- 8]。

上古生界山西組盒8段具有湖泊三角洲沉積特征，本溪組—太原組屬于淺海陸棚障壁海岸沉積系統一部分，其主要產氣層山23段主要是水下分流河道沉積微相。延川地區在山23時期，主要發育3條由北向南展布的水下分流河道（圖2），河道寬度3～6 km，局部可達14 km;砂體厚度一般8～12 m（圖3）。

1.1.3? 區域欠壓實泥巖的封蓋

上古生界本溪—石盒子組層段氣藏以巖性圈閉為主，其直接由上部下石河子組的河漫灘相、山? ? 西—太原組的湖沼相沉積的泥頁巖、煤層和炭質泥巖封蓋[9]。按照垂向上成藏組合類別不同，將上古生界蓋層劃分為3類：源內式成藏組合的蓋層（山1泥巖與煤層）、近源式成藏組合的蓋層（下石盒子組與上石盒子組泥巖）和源式成藏組合的蓋層（上二疊統石千峰組泥巖）。

1.1.4? 儲層物性控制氣藏分布

該區致密氣儲層物性在平面上具有顯著的“條帶狀”展布特性[10-11]。從圖4、圖5平面分布圖上可以看出，致密氣區物性好的砂體主要分布在水下分流主河道上，且上古生界不同地層滲透率等物性差異明顯，級差最高達2萬多倍，突進系數較大，表明儲層滲透率的平面非均質性強，具體參數統計見表1。

1.2? 地質特征

1.2.1? 地層劃分

在產建區的地質研究中，采用“等時標志層控制，旋回對比、分級控制”的原則開展了地層的精細劃分與對比[12]。下石盒子組與山西組的分界標志不再單追K4（駱駝脖子砂巖）標志層，強調以洪泛期泥巖為對比標志層。同時，根據小層內部的韻律特征，將地層單元細分到單砂層，為今后開發井、水平井的部署及鉆探奠定了良好的地質基礎。

1.2.2? 構造特征

以建立的等時地層格架為基礎，結合小層劃分對比結果，研究并編制了產建區主力氣層頂面構造圖[13]。研究表明，各層的頂面構造仍為東高西低的平緩西傾單斜，在試45等井區發育一些低幅度、延伸略短的東西向鼻狀構造。

1.2.3? 儲層展布

區域研究結果表明，產建區盒8段-山西期為陸相沉積體系，主要發育水下分流河道和分流間灣微相;儲層的發育情況取決于河道發育規模，儲層的平面變化取決于分流河道的水動力狀況[14]。太原組、本溪組的致密儲層為障壁島砂體。

2? 氣田開發策略和產能建設

延安氣田在延145井區產能建設過程中運用多尺度綜合儲層預測技術對本區開展儲層預測研究，本著“先肥后瘦、穩步實施”的原則，結合產能建設目標，優化部署開發井;在工作中不斷豐富知識庫，為產能建設提供依據[15]。

2.1? 開發井部署思路方法和原則

2.1.1? 地質研究和產能評價同步進行

延安氣田地質條件復雜，儲層非均質性強，氣層滲透率低且變化大，影響產能評價有效性、精確性。結合氣井產能影響地質因素研究，采用數值模擬技術對具有代表性的2口生產井排采數據進行歷史擬合，對滲透率、孔隙度等主要儲層參數進行修正，對各區勘探開發產能進行實時預測和評價[16]。

2.1.2? 探井、評價井和開發井同步實施

采用勘探開發一體化戰略布局，提出“以勘探為重點、開發提前介入”的思路，在有利目標區內布置詳探井和評價井，彼此相互借鑒和相互驗證;確定開發原則并進行井網部署，同時對新老鉆井及開發井及時追蹤，確保勘探與開發不脫節，有效提高了鉆井成功率，縮短了氣田建設周期，保證了效率和效益同時提升。

2.1.3? 地質研究和產能建設同步推進

面對氣田老區的二次開發，在精細油藏描述的基礎上，采用“VSP測井、地質精細解釋、油藏數值模擬、儲層評價”等多種技術手段相結合，并參考低滲致密氣藏地質和開發特征，形成了二次開發后配套穩產技術，加強地質研究的基礎上，同步推進了天然氣產能建設。

2.1.4? 勘探和開發同步進行

研究區將勘探評價階段和開發試采相融合，實現勘探開發工程一體化。勘探向后走一步，通過試采，取得油田開發氣藏開發相關的動態數據，為未來全面產能建設提供關鍵資料;開發向前接一步，參加試采方案的設計及編制，同時仔細研究、分析探井及評價井的靜態資料，探索低成本、高效的鉆采工藝技術。

2.2? VES-CO2泡沫壓裂新技術和氣井增產措施

自主開發出可連續混配的VES 清潔壓裂液稠化劑，該稠化劑與清水（或低濃度KCl 鹽水）按一定比例混合即可形成壓裂液，現場施工時可將清潔壓裂液稠化劑當“交聯劑”使用，邊混合配液、邊加砂壓裂，方便快捷，減少了配液用水及添加劑的浪費，可降低壓裂液成本，保護環境。該體系與CO2形成配伍，攜砂能力強，易破膠，無殘渣，對巖心基質滲透率傷害率低，可以滿足80℃內油氣井壓裂施工的條件，符合延長低滲致密油氣藏增產改造的技術要求。

該區優化調整井共完鉆24口（表2），平均單井鉆遇有效厚度為20.5 m，有效厚度大于10.0 m的鉆遇率為95.83%，采用VES-CO2泡沫壓裂技術增產，平均單井日產氣增加2.57×104 m3。

3? 經驗及啟示

3.1? 沉積規律新認識

3.1.1? 建立沉積新模式

本區上古生界經歷了海相到海陸過渡相再到陸相的演變[17-19]。沉積期地勢平緩、水體較淺，水進水退頻繁，沉積環境快速變遷;存在“水體影響范圍大、岸線遷移距離遠”等顯著特點。本溪組為障壁海岸沉積，山西組為海陸交互—曲流河三角洲沉積，石盒子組盒8段則為辮狀河三角洲沉積，物? ?源—沉積的多樣性導致了砂體成因類型的復雜化。由于岸線頻繁遷移，垂向上多套儲層砂體與泥巖、煤層、灰巖頻繁無規律轉換。發育的本溪組多期沿岸平行排列的障壁砂壩、山西組南北向展布的條帶狀曲流河三角洲前緣水下分流河道砂體、盒8段大面積連片分布的辮狀河三角洲前緣水下分流河道砂體，均可作為儲集砂體，具有“垂向疊置、橫向連片”之特點。

3.1.2? 建立烴灶遷移成藏新模式

延安氣田上古生界氣源巖主要為本溪組—山西組海陸過渡相含煤層系，有機質含量高，埋藏時間長，生氣強度多在（20～36）×108m3·km-2之間，大致具有北強南弱特征，廣覆式高質量烴源巖的生排烴是致密砂巖氣藏形成的重要條件[20-22]。

盆地東南部在侏羅紀末期達到最大埋深，西北部在白堊系中期達到最大埋深，因此東南部先進入生烴門限，在侏羅紀開始大量生烴，晚三疊世至早白堊世則是最主要的成藏期，氣藏主要分布于本溪組和山西組。西北部在白堊紀開始大量生烴，氣藏主要分布于上覆的石盒子組和山1段。由此可見，從東南方向至西北方向，致密砂巖氣藏的分布受到成熟烴源灶遷移控制。

3.2? 工業化應用

該集成技術的研發和應用，有效支持了延長石油天然氣的開發實踐[23-24]。通過該項目的開展，形成了適合延長氣田上古生界低孔滲、低壓、低豐度巖性氣藏的非震條件下的有效儲層定量表征及預測技術、多井型立體井網有效動用技術、早期產能快速評價技術、大跨度長井段多層合采技術、基于“一點法”的致密氣藏和地面集輸優化技術等開發優化集成技術系列。2015-2018年間，先后應用于延安氣田新建產能區塊后，實現了氣層高效鉆遇，圓滿完成了儲量、產能和產量任務，完成了? ? ? ? ? 3.2×109 m3·a-1產能建設任務，累計生產并銷售天然氣7.6×109 m3、新增銷售額102.6億元。

3.3? 勘探開發啟示

通過認真分析鄂爾多斯盆地東南部古生界的資源潛力，制定出“油氣并舉”的勘探方針，按照“甩開勘探、探點連線、整體解剖、重點發現”的勘探思路，在石炭系本溪組、二疊系山西組、下石盒子組鉆井獲數萬立方米以上無阻流量，其中石炭系本溪組獲無阻流量百萬立方米以上的高產，屬鄂爾多斯盆地首次發現;成功研發出適合研究區上古生界致密砂巖氣藏的新型VES-CO2泡沫壓裂技術[25-27]，積極發展以酸化壓裂為主的配套工程技術[28-29]，成功解放了氣層。通過將勘探、評價、試采、產建工作進行一體化結合，有效提高了鉆井成功率，縮短了氣田建設周期，降低了投資，保證了效率和效益同時提升。研究區內致密氣藏探明地質儲量達6.650×1011 m3，遠景儲量有望超過1.0×1012m3。

通過本項目的開展與實施，對陜西省和陜北革命老區社會經濟發展作出了重大貢獻，對陜北地區節能降耗與生態環境保護具有重要意義，對確保陜西省乃至國家能源安全、促進社會經濟發展有著重大的現實意義。

4? 結 論

1）近10年，延長石油在盆地東南部上古生界累計探明天然氣地質儲量6.650×1011 m3，發現了延安氣田，將天然氣拓展到了盆地南部。

2）研發出適合研究區上古生界致密砂巖氣藏的新型VES-CO2泡沫壓裂技術，積極發展以酸化壓裂為主的配套工程技術，助力延安氣田高效勘探開發，累建產能5.0×109 m3，累計產氣8.09×109 m3。

3）研究形成的烴灶遷移成藏新模式等致密砂巖氣勘探開發關鍵技術，豐富和發展了致密砂巖氣藏勘探開發理論，為同類氣藏的勘探開發具有十分重要的借鑒與指導意義。

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