泌陽(yáng)凹陷深凹區(qū)頁(yè)巖油勘探實(shí)踐

呂明久，付代國(guó)，何 斌，曾 興

（中國(guó)石化河南油田分公司，河南南陽(yáng) 473132）

泌陽(yáng)凹陷深凹區(qū)頁(yè)巖油勘探實(shí)踐

呂明久，付代國(guó)，何 斌，曾 興

（中國(guó)石化河南油田分公司，河南南陽(yáng) 473132）

河南油田泌陽(yáng)凹陷經(jīng)過近40年的勘探，常規(guī)資源勘探程度與資源探明率較高，尋找規(guī)模性儲(chǔ)量難度越來越大。近年來，國(guó)外非常規(guī)勘探開發(fā)理念的引進(jìn)，微－納米級(jí)孔隙、非達(dá)西滲流地質(zhì)理論的創(chuàng)新，水平井鉆完井與多級(jí)分段壓裂技術(shù)的突破，使富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖成為新的勘探目標(biāo)。泌陽(yáng)凹陷深凹區(qū)具備形成頁(yè)巖油氣的地質(zhì)條件，通過頁(yè)巖油氣賦存條件基礎(chǔ)研究，部署鉆探泌頁(yè)HF1井獲得較高產(chǎn)工業(yè)油流，使泌陽(yáng)凹陷成為國(guó)內(nèi)首個(gè)獲得陸相頁(yè)巖油發(fā)現(xiàn)與突破的地區(qū)，為老油田持續(xù)發(fā)展開拓了新的勘探領(lǐng)域。

泌陽(yáng)凹陷；陸相頁(yè)巖油；勘探技術(shù)；鉆井技術(shù)；壓裂技術(shù)

1 基本地質(zhì)特征

長(zhǎng)期以來，暗色富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖在油氣勘探中一直被作為烴源巖層，或阻擋油氣繼續(xù)向上運(yùn)移的封蓋層［1］。隨著北美地區(qū)頁(yè)巖油氣成功規(guī)模開發(fā)后，人們逐漸認(rèn)識(shí)到暗色富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖可以形成自生自儲(chǔ)型油氣資源，尤其是頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)溶孔、粒間孔及顆粒內(nèi)孔等發(fā)育，可以有效儲(chǔ)集油氣，成為油氣勘探的新層系。

泌陽(yáng)凹陷是我國(guó)東部一個(gè)典型的富油凹陷［2］，深凹區(qū)頁(yè)巖廣泛分布，主要發(fā)育在H2－H34段，埋深2 000～3 200 m?？v向上累計(jì)厚度最大620 m，單層最大厚度90 m，一般15～45 m。平面上分布穩(wěn)定，研究劃分出的H22－H331－5號(hào)頁(yè)巖層分布面積累計(jì)354 km2；主力頁(yè)巖層有機(jī)碳含量2.0%～2.98%，平均2.52%，以Ⅰ型和Ⅱa型干酪根為主，R0一般為0.5%～1.2%，平均0.7%，處于成熟階段；頁(yè)巖微孔隙、微裂發(fā)育，脈沖法分析孔隙度值為3.91%～8.92%，平均6.67%，滲透率（0.000 22～0.001）×10－3μm2，平均0.000 99×10－3μm2，高于頁(yè)巖油氣開發(fā)下限值；脆性礦物含量一般在65%～70%；吸咐氣含量0.86～2.71 m3／t，平均2.07 m3／t。通過頁(yè)巖油氣形成條件研究［3］估算頁(yè)巖油氣資源量5.4×108t，具有較大的勘探潛力。

其基本特征為：①自生自儲(chǔ)型含油氣系統(tǒng)，持續(xù)生烴；②油氣資源量大，有“甜點(diǎn)”核心區(qū)；③油氣不受構(gòu)造控制，無明顯圈閉界限，大面積連續(xù)分布，與有效源巖面積相當(dāng)；④油氣以吸咐、游離等多種方式賦存；⑤儲(chǔ)層致密，以納米級(jí)孔隙為主。

2 主體勘探技術(shù)

泌陽(yáng)凹陷屬于陸相沉積，與美國(guó)海相頁(yè)巖對(duì)比，湖盆范圍小、沉積變化快，非均質(zhì)性較強(qiáng)，頁(yè)巖當(dāng)中石英含量相對(duì)較低，長(zhǎng)石含量較高。泌頁(yè)HF1井頁(yè)巖目的層埋藏相對(duì)較深，地層研磨性強(qiáng)，可鉆性差，憋跳鉆嚴(yán)重，局部地區(qū)地層壓力高。針對(duì)這些難題，開展了陸相頁(yè)巖適應(yīng)性的地質(zhì)評(píng)價(jià)技術(shù)、優(yōu)快鉆井技術(shù)、儲(chǔ)層壓裂等技術(shù)綜合研究與攻關(guān)［4－6］，形成了一套較為成熟的頁(yè)巖油氣勘探主體技術(shù)，這些技術(shù)的有效應(yīng)用，快速推動(dòng)了河南油田非常規(guī)油氣勘探進(jìn)程。

2.1 地質(zhì)選區(qū)評(píng)價(jià)技術(shù)

非常規(guī)地質(zhì)評(píng)價(jià)的目的是優(yōu)選有利富集區(qū)，首先是利用多口探井資料結(jié)合高精度三維地震預(yù)測(cè)深凹區(qū)頁(yè)巖縱橫向分布，在此基礎(chǔ)上主要是進(jìn)行地質(zhì)參數(shù)評(píng)價(jià)，借鑒北美地區(qū)的評(píng)價(jià)參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，包括頁(yè)巖埋深、厚度、巖石結(jié)構(gòu)、巖石物性、有機(jī)地球化學(xué)、微裂縫發(fā)育區(qū)、巖石的可鉆性和可壓性等參數(shù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

泌陽(yáng)凹陷通過已有的錄井、測(cè)井、分析化驗(yàn)資料優(yōu)選7項(xiàng)主要地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行甜點(diǎn)區(qū)目標(biāo)評(píng)價(jià)。泌陽(yáng)凹陷頁(yè)巖油核心區(qū)多參數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為：①層厚度＞15 m；②有機(jī)碳含量＞1.7%；③熱演化程度：頁(yè)巖氣＞1.1%，頁(yè)巖油＞0.5%；④脆性礦物含量＞60%；⑤孔隙度4%～6%，滲透率＞0.000 1×10－3μm2；⑥含氣量＞2.5 m3／t，含油飽和度＞35%；⑦埋深小于3 200 m。

2.2 水平井鉆井技術(shù)

2.2.1 優(yōu)化油基鉆井液

開展國(guó)內(nèi)外油基鉆井液體系調(diào)研，攻關(guān)研究并優(yōu)選了適合泌陽(yáng)凹陷陸相頁(yè)巖的油基鉆井液體系，為泌頁(yè)HF1井三開井壁穩(wěn)定、快速鉆進(jìn)提供了技術(shù)支撐。研究的油基鉆井液具有①破乳電壓高：達(dá)800 V以上；②流變性好：靜切力控制在3～14 Pa，動(dòng)切力控制在5～12 Pa；③抑制、封堵防塌能力強(qiáng)：成功解決定向段的井壁垮塌問題；④摩阻系數(shù)低：0.072；⑤滲透率恢復(fù)值高：達(dá)93%以上。

2.2.2 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向及PDC鉆頭配套技術(shù)

采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向、三維地質(zhì)導(dǎo)向和PDC鉆頭等配套技術(shù)，確保長(zhǎng)水平段軌跡控制平穩(wěn)、井壁光滑規(guī)則和快速優(yōu)質(zhì)鉆進(jìn)［7－8］，三開水平段最高日進(jìn)尺270 m，僅用6天時(shí)間一趟鉆完成1 121m進(jìn)尺（水平段長(zhǎng)度1 044m），創(chuàng)國(guó)內(nèi)頁(yè)巖水平段地層鉆井速度新記錄，初步形成了陸相頁(yè)巖的優(yōu)快鉆井工藝技術(shù)。

2.3 水平井多級(jí)分段壓裂技術(shù)

2.3.1 壓裂設(shè)計(jì)優(yōu)化研究

結(jié)合泌陽(yáng)凹陷陸相頁(yè)巖地質(zhì)特征和頁(yè)巖油流體性能，針對(duì)性地開展了陸相頁(yè)巖油壓裂方案優(yōu)化研究［9］。通過頁(yè)巖壓裂支撐劑沉降規(guī)律物模研究，滑溜水在10m3／min下的最高砂比為8%，為頁(yè)巖油分段壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)作用。設(shè)計(jì)方案從初稿到正式方案經(jīng)過內(nèi)外部和油田上下的多次論證討論，形成較為完善的設(shè)計(jì)成果。

2.3.2 滾動(dòng)調(diào)整優(yōu)化射孔方案

根據(jù)選段選簇原則，結(jié)合陸相頁(yè)巖地層非均質(zhì)性和最初1－2級(jí)現(xiàn)場(chǎng)壓裂施工的出現(xiàn)砂堵情況，地質(zhì)與工程緊密結(jié)合，及時(shí)滾動(dòng)調(diào)整射孔方案，由原方案的10級(jí)29簇調(diào)整為15級(jí)30簇。每級(jí)井段長(zhǎng)60～70m，兩簇射孔為主，兩簇間距15～20m左右，最后一級(jí)（第15級(jí)）采用三簇射孔。追求地質(zhì)效果最佳化和各項(xiàng)工藝技術(shù)的試驗(yàn)成功，為后續(xù)水平井的設(shè)計(jì)和施工積累經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)措施。選段選簇射孔原則：①低伽馬，高電阻；②高有機(jī)碳含量；③高脆性礦物含量；④氣測(cè)異常明顯；⑤固井質(zhì)量好，狗腿度??；⑥避開套管接箍上下1～2m；⑦分段及射孔位置盡量均勻分布。

2.3.3 泵送易鉆橋塞－射孔聯(lián)作技術(shù)

采用泵送橋塞－射孔聯(lián)作技術(shù)，通過電纜傳輸，水力推送方式，在套管水平井中進(jìn)行橋塞分段封隔，并與射孔聯(lián)作，實(shí)現(xiàn)分段壓裂，確保泌頁(yè)HF1井14個(gè)易鉆橋塞座封和射孔聯(lián)作工藝成功。

2.3.4 現(xiàn)場(chǎng)施工集成技術(shù)

泌頁(yè)HF1井15級(jí)分段壓裂施工成功，初步形成了適合于泌陽(yáng)凹陷頁(yè)巖油大型壓裂的工藝配套技術(shù)。一是配套形成了適應(yīng)于大排量、長(zhǎng)時(shí)間施工特點(diǎn)的壓裂井口裝置及高壓管匯系統(tǒng)；二是獨(dú)立研制了連接大型儲(chǔ)液池、在線混配及兩級(jí)供液系統(tǒng)，保證了施工中多種液體無縫切換和施工供液的連續(xù)性；三是開展不同機(jī)組的施工數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理及相互對(duì)接和兼容性現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，確保了兩套機(jī)組和管匯在施工中協(xié)同運(yùn)行。

2.4 微地震裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)

在壓裂施工過程中，在鄰區(qū)或鄰井中放入檢波器，采集裂縫產(chǎn)生時(shí)形成的地震波信號(hào)。經(jīng)過處理解釋，了解裂縫產(chǎn)生的方向、延伸的長(zhǎng)度等，達(dá)到監(jiān)測(cè)壓裂效果的目的。泌頁(yè)HF1井引進(jìn)斯倫貝謝公司微震監(jiān)測(cè)技術(shù)，15級(jí)分段壓裂共監(jiān)測(cè)10631個(gè)信號(hào)點(diǎn)（圖1），受觀測(cè)距離限制以及地層物性變化控制，第1～5級(jí)壓裂中監(jiān)測(cè)到的微地震信號(hào)數(shù)目相對(duì)較少，第6級(jí)以后顯著增加；微地震裂縫方位參數(shù)與成像測(cè)井結(jié)果一致，第1～7級(jí)的微地震裂縫方位基本一致，為近東西向，從第8級(jí)開始，其方位開始往北偏移，集中在30～50度之間。單級(jí)半縫長(zhǎng)84～395m，縫帶寬度127～246m，縫帶高度59～195 m，縫帶組合總方位北東向，初步計(jì)算，網(wǎng)狀縫體積2 483×104m3，單井控制儲(chǔ)量約（50～70）×104t，頁(yè)巖儲(chǔ)層得到了有效改善。

3 實(shí)施效果

泌頁(yè)HF1井三開水平段鉆進(jìn)采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向等配套技術(shù)，2011年12月8日于井深3 722m完鉆，目的層水平段長(zhǎng)度1 044m。2011年12月27日至2012年1月8日，歷時(shí)13天順利完成15級(jí)壓裂，共注入地層壓裂液22 138m3，加砂800t，施工壓力46.5～65.7MPa。1月9日開始放噴排液，18日返排率達(dá)15%時(shí)見原油和天然氣，19日至22日用8 mm油嘴放噴，日產(chǎn)原油22.5m3、天然氣900m3（原油密度0.863 9，粘度13.6mPa·s／70℃）。2月5日以來，采用抽油機(jī)試采評(píng)價(jià)，初期最高日產(chǎn)油23.6m3，目前已累計(jì)排出壓裂液10 653m3，返排率48%，累計(jì)產(chǎn)油721 m3，天然氣23 059 m3。通過二個(gè)月試采評(píng)價(jià)，泌頁(yè)HF1井原油日產(chǎn)量穩(wěn)定在5～8 m3，證實(shí)泌陽(yáng)凹陷陸相頁(yè)巖油具有良好的發(fā)展前景。

圖1 泌頁(yè)HF1井微地震裂縫監(jiān)測(cè)成果

為了進(jìn)一步擴(kuò)大勘探成果，落實(shí)儲(chǔ)量與產(chǎn)能，目前已在深凹區(qū)東側(cè)以5號(hào)頁(yè)巖層為目的層部署泌頁(yè)HF2井，有望取得泌陽(yáng)凹陷陸相頁(yè)巖油氣規(guī)模性突破。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）泌陽(yáng)凹陷深凹區(qū)核三段頁(yè)巖發(fā)育，各項(xiàng)評(píng)價(jià)參數(shù)與北美對(duì)比相似度高、具備較好成藏條件，計(jì)算資源量較大，具有良好的勘探前景。

（2）通過安深1井、泌頁(yè)HF1井的勘探實(shí)踐，初步形成了以地質(zhì)選區(qū)評(píng)價(jià)、水平井鉆完井、多級(jí)分段壓裂、微地震裂縫監(jiān)測(cè)為主體技術(shù)的頁(yè)巖油氣勘探配套技術(shù)。

（3）泌陽(yáng)凹陷頁(yè)巖層具備形成網(wǎng)狀縫的巖石物理學(xué)條件，應(yīng)用滑溜水加線性膠配以大排量施工，形成了以北東向?yàn)橹餮刈畲笾鲬?yīng)力方向分布的網(wǎng)狀微裂縫帶，通過微地震監(jiān)測(cè)得到證實(shí)，有效地溝通孔隙、改善滲流條件。

（4）泌陽(yáng)凹陷頁(yè)巖壓裂后初期隨著壓裂液的快速返排，見油較快、產(chǎn)量較高，返排率較高。表明地層對(duì)壓裂液的敏感性不強(qiáng)，適應(yīng)于非常規(guī)的大型壓裂改造。

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編輯：吳官生

TE243.2

A

1673－8217（2012）03－0085－03

2012－03－04

呂明久，高級(jí)工程師，1961年生，現(xiàn)從事油氣資源勘探研究與管理工作。