三塘湖盆地二疊系非常規(guī)石油地質(zhì)特征與勘探實(shí)踐

梁世君 羅勸生 王 瑞 陳 旋 楊 斌 馬 強(qiáng) 梁 輝

（ 1中國石油吐哈油田公司；2中國石油吐哈油田公司勘探事業(yè)部；3中國石油吐哈油田公司勘探開發(fā)研究院 ）

0 引言

非常規(guī)油氣是指用傳統(tǒng)技術(shù)無法獲得自然工業(yè)產(chǎn)量、需用新技術(shù)改善儲層滲透率或流體黏度等才能經(jīng)濟(jì)開采的連續(xù)型油氣資源。頁巖氣、致密油、致密砂巖氣、頁巖油等頁巖層系油氣是非常規(guī)油氣的重要組成部分[1]。當(dāng)前，全球頁巖層系致密油、頁巖油勘探開發(fā)的重點(diǎn)在北美和中國，致密油已依靠水平井體積壓裂等技術(shù)實(shí)現(xiàn)規(guī)模工業(yè)開采，特別是北美致密油勘探開發(fā)取得重大突破和快速發(fā)展，中國陸相致密油勘探發(fā)現(xiàn)和開發(fā)試驗(yàn)也取得積極進(jìn)展，展現(xiàn)出巨大的資源潛力和良好的發(fā)展前景[2-4]。中國頁巖油正處在初步探索和局部突破階段，長遠(yuǎn)來看，頁巖油如實(shí)現(xiàn)突破，將有望開啟中國“陸相頁巖油革命”。

本文所研究和敘述的三塘湖盆地二疊系非常規(guī)石油系指發(fā)育于二疊系源儲共生層系中、已深入到“生油灶”內(nèi)部的石油聚集。按照國內(nèi)外多數(shù)學(xué)者關(guān)于頁巖油分類，可劃歸到廣義頁巖油范疇[5-7]。對照國家標(biāo)準(zhǔn)“頁巖油地質(zhì)評價(jià)方法”討論稿中對頁巖油定義，考慮“頁巖油賦存的富含有機(jī)質(zhì)頁巖層系中的薄夾層單層厚度不大于5m，累計(jì)厚度占頁巖油層系總厚度比例小于30%”的規(guī)定，本文研究的條湖組沉凝灰?guī)r將劃歸致密油范疇，蘆草溝組仍歸屬狹義頁巖油。

2010年以來，中國石油吐哈油田公司通過與美國Hess公司開展風(fēng)險(xiǎn)勘探合作，借鑒頁巖油勘探理念、地質(zhì)評價(jià)方法和儲層改造工藝，已經(jīng)依靠水平井體積壓裂實(shí)現(xiàn)了二疊系條湖組沉凝灰?guī)r致密油、蘆草溝組凝灰?guī)r頁巖油的效益開發(fā)，配套形成了水平井體積壓裂效益開發(fā)技術(shù)，對蘆草溝組裂縫型碳酸鹽巖儲層頁巖油進(jìn)行了部分工業(yè)開采，但對狹義孔隙型紋層狀頁巖油，即滯留于富有機(jī)質(zhì)泥質(zhì)生油巖中的石油，富有機(jī)質(zhì)頁巖既是生油巖，又是儲層，巖性復(fù)雜、物性更差（基質(zhì)孔隙度小于4%），其工業(yè)開采的條件更苛刻，仍處于探索階段。

本文依據(jù)蘆1井、馬56-121井等12口井586m巖心描述及上萬塊樣品分析化驗(yàn)數(shù)據(jù)，重點(diǎn)通過對三塘湖盆地二疊系條湖組致密油、蘆草溝組頁巖油烴源巖特性及儲層巖性、物性、脆性等的對比分析，基本搞清了兩類非常規(guī)石油資源的基本地質(zhì)特征、分布規(guī)律、資源潛力及下步勘探方向。同時(shí)，通過多年實(shí)踐，形成了針對非常規(guī)油氣勘探理念、以水平井體積壓裂為核心的配套技術(shù)路線、以全生命周期經(jīng)濟(jì)評價(jià)為核心的一體化管理模式。系統(tǒng)梳理總結(jié)三塘湖盆地二疊系非常規(guī)石油地質(zhì)特征及勘探實(shí)踐，對指導(dǎo)盆地蘆草溝組源內(nèi)復(fù)雜巖性頁巖油勘探開發(fā)具有重要現(xiàn)實(shí)意義，對豐富陸相頁巖油勘探理論及其他類似地區(qū)非常規(guī)油氣勘探開發(fā)具有借鑒意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

三塘湖盆地位于新疆東北部，呈北西—南東向展布，總面積為2.3×104km2，可分為北部隆起帶、中央坳陷帶和南緣沖斷帶3個次級構(gòu)造單元，中央坳陷帶進(jìn)一步分為5個凸起和6個凹陷（圖1a），其中馬朗—條湖凹陷面積為3200km2，是二疊系非常規(guī)石油勘探的主要領(lǐng)域。

三塘湖盆地缺失上、下二疊統(tǒng)，僅殘留中二疊統(tǒng)，與下伏上石炭統(tǒng)、上覆中生界呈不整合接觸。井下揭示中二疊統(tǒng)最大厚度上千米，南厚北薄[8-9]，自下而上分為蘆草溝組（P2l）、條湖組（P2t）。蘆草溝組沉積時(shí)，火山作用較弱，條湖—馬朗凹陷沉積一套淺湖泥巖、凝灰質(zhì)泥巖夾凝灰?guī)r和泥晶白云巖，鉆井揭示最大厚度為508m，可劃分為3段，其中蘆二段（P2l2）厚度為150～300m，既是一套優(yōu)質(zhì)的烴源巖，也是頁巖油主要富集段。上覆條湖組沉積早、晚期火山活動強(qiáng)烈，沉積厚200～600m的玄武巖、安山巖;中期火山作用逐漸減弱，發(fā)育沉凝灰?guī)r—泥巖建造，沉凝灰?guī)r厚度為15～30m，是致密油富集的重要層段（圖1b、圖2）。

圖2 三塘湖盆地二疊系頁巖油成藏模式圖Fig.2 Schematic diagram of Permian shale oil reservoirs in Santanghu Basin

2 主要地質(zhì)特征

依據(jù)12口井586m巖心描述及上萬塊樣品分析化驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過“七性”關(guān)系評價(jià)[10]分析，認(rèn)為三塘湖盆地二疊系發(fā)育兩類非常規(guī)石油資源，即條湖組致密油和蘆草溝組頁巖油，與國內(nèi)外已發(fā)現(xiàn)的致密油、頁巖油差異明顯：①儲層巖性復(fù)雜，以沉凝灰?guī)r、白云質(zhì)凝灰?guī)r為主，其次為凝灰質(zhì)白云巖、泥晶白云巖。②原油成熟度較低，為中質(zhì)—重質(zhì)油，密度為0.85～0.90g/cm3。③源儲關(guān)系多樣，蘆草溝組源內(nèi)頁巖油為源儲互層型;條湖組致密油為下生上儲型，烴源巖以蘆草溝組為主，條湖組也有一定的貢獻(xiàn)，主力烴源巖生成的原油沿?cái)鄬酉蛏线\(yùn)移100～500m，穿過條一段（P2t1）玄武巖、安山巖后在條二段（P2t2）沉凝灰?guī)r中聚集。

2.1 烴源巖特征

二疊系發(fā)育蘆草溝組、條湖組兩套烴源巖，其中蘆草溝組烴源巖厚度大、品質(zhì)好，是致密油、頁巖油的主要油源提供者。蘆草溝組烴源巖厚度為100～600m，巖性包括泥巖、凝灰?guī)r泥巖、白云質(zhì)泥巖，富含藻類，有機(jī)質(zhì)呈紋層富集態(tài)分布;母質(zhì)類型為Ⅰ—Ⅱ2型，顯微組分以腐泥組為主;有機(jī)碳含量為3.87%～7.96%，S1+S2為19.45～27.11mg/g，為一套優(yōu)質(zhì)烴源巖，處于低成熟—成熟階段，Ro=0.5%～1.1%，以生成液態(tài)烴為主。條湖組烴源巖為泥巖、沉凝灰?guī)r，厚度為100～300m，母質(zhì)類型為Ⅱ2—Ⅲ型，有機(jī)碳含量為0.97%～2.62%，S1+S2平均為2.59mg/g;綜合評價(jià)為中—差烴源巖（表1）。兩套烴源巖主要分布在條湖凹陷南緣斜坡帶、馬朗凹陷中央—北斜坡區(qū)。

前人對三塘湖盆地二疊系頁巖油進(jìn)行了系統(tǒng)的油源對比研究[11-15]。油源對比表明，條湖組致密油“自源潤濕它源充注”，原油主要來自蘆草溝組，條湖組也有一定貢獻(xiàn);蘆草溝組頁巖油自生自儲，源儲一體。烴源巖及原油生物標(biāo)志化合物特征表現(xiàn)為Pr/Ph值較低，γ-蠟烷含量和β胡蘿卜烷含量較高，α α α20RC27、C28、C29甾烷三峰呈上升直線型，反映高鹽度、強(qiáng)還原的咸化湖泊沉積環(huán)境[11-15]，與準(zhǔn)噶爾盆地東部蘆草溝組烴源巖沉積環(huán)境及生物標(biāo)志化合物特征相似[16]。

表1 馬朗—條湖凹陷烴源巖綜合評價(jià)Table 1 Comprehensive evaluation of source rocks in Malang and Tiaohu sags

2.2 儲層特征

2.2.1 條湖組（P2t）致密油儲層

三塘湖盆地條湖組致密油儲層厚度為15～30m，分布穩(wěn)定。條湖組儲層巖性單一，主要為玻屑、晶屑沉凝灰?guī)r，在北疆地區(qū)二疊系普遍發(fā)育，與二連盆地白堊系沉凝灰?guī)r儲層特征相似[15-17]。儲層巖石骨架組分中長英質(zhì)含量大于90%，黏土礦物含量小于6%;儲層具有中高孔隙度(10%～25.5%)、特低滲透率(0.34mD)、高含油飽和度(平均62%)的特點(diǎn);儲層儲集空間包括基質(zhì)微孔、晶間微孔、溶蝕微孔和微裂縫;火山灰粒徑小、孔喉小、數(shù)量大，是造成儲層高孔低滲的主要原因;喉道半徑集中在0.05～0.22μm;儲層電性特征為高自然伽馬、高聲波時(shí)差、中高電阻率[18-20](表2、圖3、圖4)?；鹕交颐摬；饔眉按紊芪g是形成有效儲層的主要原因[11，19，21]。

2.2.2 蘆草溝組（P2l）頁巖油儲層

三塘湖盆地蘆草溝組頁巖油儲層與條湖組相比較，巖性復(fù)雜，物性差，非均質(zhì)性強(qiáng)(表2、圖4)。蘆草溝組儲層主要巖性為凝灰?guī)r、白云巖及其二者的過渡巖性;儲層具有低孔隙度(＜8.22%)、特低滲透率(＜0.08mD)、中高含油飽和度(＞45%)的特點(diǎn);儲層儲集空間以晶間微孔、粒內(nèi)溶蝕微孔、有機(jī)質(zhì)微孔和微裂縫為主，喉道半徑為1～3μm;電性特征表現(xiàn)為中高密度、低聲波時(shí)差、高電阻率背景下的低電阻率。儲層呈厘米級紋層與烴源巖互層發(fā)育，縱向發(fā)育3套甜點(diǎn)段(圖5)。初步統(tǒng)計(jì)來看，凝灰質(zhì)含量越高，儲層物性越好。

二疊系條湖組致密油儲層、蘆草溝組頁巖油儲層巖石力學(xué)特征差異不大，總體表現(xiàn)為“脆性礦物含量高、黏土礦物含量低、高楊氏模量、低泊松比”的特征（表2），體積壓裂改造時(shí)易于形成復(fù)雜縫網(wǎng)。

結(jié)合試油結(jié)果，將二疊系非常規(guī)石油儲層甜點(diǎn)劃分為3類，Ⅰ類儲層：巖性以沉凝灰?guī)r為主，孔隙度大于10%，含油飽和度大于60%，以條湖組致密油、蘆草溝組頁巖油下甜點(diǎn)最為典型，通過水平井體積壓裂可獲得高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn);Ⅱ類儲層，孔隙度為7%～10%，含油飽和度為50%～60%，巖性為白云質(zhì)凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)白云巖，體積壓裂改造后具有一定的穩(wěn)定產(chǎn)能，典型實(shí)例為條34塊蘆草溝組頁巖油中、上甜點(diǎn)段，條34直井大型壓裂，以及條3401H、條3402H水平井密切割體積壓裂均實(shí)現(xiàn)了相對長時(shí)間的穩(wěn)產(chǎn)，日產(chǎn)

油15～20m3;Ⅲ類儲層，孔隙度為4%～7%，含油飽和度為50%～60%，巖性復(fù)雜，包括泥晶白云巖等，以蘆草溝組頁巖油局部層段為代表，普遍見油氣顯示，尚未獲得工業(yè)產(chǎn)能，能否實(shí)現(xiàn)效益勘探開發(fā)需要繼續(xù)探索。

表2 三塘湖盆地二疊系非常規(guī)石油儲層綜合評價(jià)表Table 2 Comprehensive evaluation of unconventional Permian oil reservoirs in Santanghu basin

圖3 三塘湖盆地二疊系條湖組沉凝灰?guī)r儲層綜合評價(jià)圖Fig.3 Comprehensive evaluation of tuff reservoirs of the Permian Tiaohu Formation in Santanghu Basin

圖5 三塘湖盆地二疊系蘆草溝組頁巖油儲層綜合評價(jià)圖Fig.5 Comprehensive evaluation of shale oil reservoirs of the Permian Lucaogou Formation in Santanghu Basin

2.3 原油性質(zhì)及油層分布規(guī)律

三塘湖盆地二疊系條湖組致密油、蘆草溝組頁巖油成熟度較低，以中質(zhì)—重質(zhì)油為主，20℃時(shí)原油密度為0.85～0.90g/cm3;原油黏度為28.88～200mPa·s（溫度50℃），推測主要與烴源巖熱演化程度低有關(guān)[8，13]。埋深越大，原油黏度、密度越低，平面上，條湖凹陷原油性質(zhì)整體較好，馬朗凹陷從馬中向西南原油性質(zhì)逐漸變好。油藏壓力系數(shù)為1.0～1.4，為常壓系統(tǒng)。

致密油、頁巖油分布均不受構(gòu)造控制，主要受優(yōu)質(zhì)烴源巖、儲層巖相及油源斷裂共同控制。優(yōu)質(zhì)烴源巖主要發(fā)育在湖盆擴(kuò)張期的凹陷—斜坡淺湖—半深湖環(huán)境。隨著有機(jī)質(zhì)的成熟，產(chǎn)生的有機(jī)酸為火山噴發(fā)空落在該區(qū)域的火山灰發(fā)生脫?；饔眉按紊芪g、形成有效儲層創(chuàng)造了良好條件，生成的原油就近在火山灰成巖脫?；g變產(chǎn)生的大量溶蝕微孔中聚集。因此，凹陷—斜坡是頁巖油聚集的有利部位。綜合優(yōu)質(zhì)烴源巖、儲層甜點(diǎn)分布，預(yù)測馬朗凹陷腹部和條湖凹陷待探明石油資源量，主要分布在蘆草溝組，其中Ⅰ類甜點(diǎn)區(qū)面積為890km2[21-23]（圖6）。

圖6 馬朗—條湖凹陷蘆草溝組頁巖油綜合評價(jià)圖Fig.6 Comprehensive evaluation of the shale oil in the Lucaogou Formation in Malang and Tiaohu sags

3 非常規(guī)石油勘探實(shí)踐

早期研究認(rèn)為三塘湖盆地二疊系油氣藏類型為泥巖裂縫型油藏，雖然油氣顯示豐富，卻難以建成產(chǎn)能。直至2010年，與美國Hess公司開展風(fēng)險(xiǎn)勘探合作，盡管合作期間未能取得實(shí)質(zhì)性突破，但通過借鑒和運(yùn)用頁巖油勘探理論鉆探部署的水平井獲得工業(yè)油流，揭開了三塘湖盆地非常規(guī)石油勘探的序幕。之后實(shí)施勘探開發(fā)一體化，實(shí)現(xiàn)了馬56塊條湖組致密油效益建產(chǎn)增儲，配套形成水平井體積壓裂提產(chǎn)工藝技術(shù)，建成了致密油國家示范基地;甩開預(yù)探條湖凹陷，蘆草溝組頁巖油取得新發(fā)現(xiàn);馬朗凹陷鉆探風(fēng)險(xiǎn)井蘆頁1井見到好苗頭，蘆草溝組頁巖油連續(xù)取得含油巖心117.62m，測井解釋油層61.9m。

3.1 勘探開發(fā)歷程

三塘湖盆地二疊系非常規(guī)石油勘探歷經(jīng)風(fēng)險(xiǎn)合作勘探、攻關(guān)突破和擴(kuò)展勘探3個階段。

3.1.1 風(fēng)險(xiǎn)合作勘探階段

2010年，在中國石油天然氣集團(tuán)公司對外合作部指導(dǎo)下，與美國Hess公司開展二疊系蘆草溝組頁巖油風(fēng)險(xiǎn)勘探合作，在馬朗凹陷斜坡—凹陷區(qū)部署ML1井、ML2H井獲得低產(chǎn)油流。

ML1井對蘆草溝組連續(xù)取心，開展烴源巖、儲層巖性、物性、含油性、脆性綜合評價(jià)。分析認(rèn)為，烴源巖條件優(yōu)越，儲層巖性類型復(fù)雜，單層厚度薄，一般小于3.5m，呈紋層狀與烴源巖兼互，巖性包括凝灰?guī)r、白云巖等;解釋油層、差油層厚度69m，孔隙度為3%～10%，含油飽和度為40%～80%，對3499～3505m進(jìn)行壓裂，入井液量為387.5m3，加砂量為49.2m3，排量為3.2m3/min，壓力為40～50MPa，壓后日產(chǎn)油2.4m3，35天累計(jì)產(chǎn)油僅31.28m3。首次在負(fù)向構(gòu)造獲得穩(wěn)定低產(chǎn)油流，證實(shí)蘆草溝組頁巖油廣泛分布。之后，針對源內(nèi)白云質(zhì)凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)白云質(zhì)薄互層頁巖油儲層部署ML2水平井，導(dǎo)眼段儲層孔隙度為2%～15%。針對3348～3380m井段實(shí)施水平井，水平段長697.9m，采用7段21簇分壓，入井液量為3705.8m3，加砂227.13m3，施工排量為8.0m3/min。單段平均入井液量為533m3，單段砂量為37.4m3，液砂比為14.3∶1，滑溜水比例平均為38%，初期日產(chǎn)油8.27m3，30天累計(jì)產(chǎn)油123.9m3，也未能獲得穩(wěn)定工業(yè)產(chǎn)能。

盡管以上兩口井都沒能獲得商業(yè)突破，Hess公司主動提出并征得中國石油天然氣集團(tuán)公司同意后終止了合作。但經(jīng)過進(jìn)一步分析認(rèn)為，兩口井未能達(dá)到預(yù)期效果，主要與壓裂規(guī)模偏小有關(guān)。蘆草溝組頁巖油形成條件良好、分布不受構(gòu)造控制，大面積分布，從而堅(jiān)定了下斜坡—凹陷進(jìn)行頁巖油勘探的信心。

3.1.2 攻關(guān)突破階段

2012年以來，借鑒Hess頁巖油勘探理念、地質(zhì)評價(jià)方法、儲層改造工藝，按照“預(yù)探發(fā)現(xiàn)控制油藏規(guī)模、評價(jià)攻關(guān)提產(chǎn)奠定技術(shù)路線、開發(fā)規(guī)模推廣效益建產(chǎn)”的技術(shù)路線，首先在馬朗凹陷腹部部署蘆1井、馬55井和馬56井，直井體積壓裂后獲得工業(yè)油流，發(fā)現(xiàn)了馬56塊條湖組沉凝灰?guī)r致密油勘探新層系、新領(lǐng)域;但直井試采產(chǎn)量遞減快，穩(wěn)定產(chǎn)量低，無法實(shí)現(xiàn)效益勘探。

為實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，按照“分段多簇、大排量、大液量”水平井體積壓裂改造思路，先后部署馬58H井、蘆101H井均獲得高產(chǎn)，水平段長分別為800m、1000m。馬58H井初期日產(chǎn)油131m3，已累計(jì)產(chǎn)油2.38×104m3;蘆101H井初期日產(chǎn)油76m3，累計(jì)產(chǎn)油超過2.5×104m3，目前仍保持14m3/d穩(wěn)產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)單井控制EUR 2×104t目標(biāo)，為效益開發(fā)樹立了樣板井。

2013—2018年，實(shí)施勘探開發(fā)一體化，歷經(jīng)基礎(chǔ)井網(wǎng)建設(shè)、轉(zhuǎn)變開發(fā)方式、井網(wǎng)加密3個階段，形成水平井體積壓裂、注水吞吐補(bǔ)充能量和井網(wǎng)加密的開發(fā)技術(shù)路線，儲量得到有效動用，實(shí)現(xiàn)了馬56塊條湖組致密油效益開發(fā)，建成了致密油國家示范基地。截至2018年底，馬56塊探明石油地質(zhì)儲量3698×104t，儲量動用率為85%，共部署開發(fā)井130口，井距為100m，水平段長800～1000m，初期單井平均日產(chǎn)油為15.6t，目前日產(chǎn)油為6.3t，建成產(chǎn)能為51.1×104t。通過優(yōu)化壓裂參數(shù)，市場化持續(xù)降本增效，開發(fā)井單井成本控制在1780萬元，百萬噸產(chǎn)能建設(shè)小于45億元，按照55美元/bbl油價(jià)評價(jià)，內(nèi)部收益率為6.1%，初步實(shí)現(xiàn)效益開發(fā)。

3.1.3 擴(kuò)展勘探階段

2017年，借鑒條湖組致密油勘探思路及體積壓裂提產(chǎn)工藝技術(shù)，對馬朗凹陷老井ML1井直井進(jìn)行大排量縫網(wǎng)壓裂改造，獲得日產(chǎn)14m3工業(yè)油流，為部署風(fēng)險(xiǎn)探井蘆頁1井奠定了基礎(chǔ)。2018年部署鉆探蘆頁1井，在蘆草溝組共見油氣顯示117.62m/32層，3258.96～3405.03m井段連續(xù)取心13筒，總進(jìn)尺為142.64m，心長140.75m，收獲率為98.67%，取心段均見到熒光、油跡顯示。展示出馬朗凹陷蘆草溝組頁巖油擴(kuò)展勘探的良好前景。

2018年，甩開預(yù)探條湖凹陷南緣斜坡區(qū)，部署條34井直井及條3401H井、條3402H井兩口水平井，通過大排量、大液量、細(xì)切割體積壓裂獲得高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，擴(kuò)展出條湖凹陷蘆草溝組頁巖油勘探新領(lǐng)域。條34井測井解釋油層66m/8層，優(yōu)選其中兩個甜點(diǎn)段進(jìn)行體積壓裂獲得穩(wěn)定工業(yè)油流，施工排量為12～14m3/min，入井總液量分別為727m3、1401m3，自噴最高日產(chǎn)油分別為21.46m3、25.87m3，試采9個月產(chǎn)量穩(wěn)產(chǎn)10.58m3/d。對條3401H井、條3402H井實(shí)施密切割體積壓裂，獲得高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。條3401H井水平段長702m，7級27簇體積壓裂，入井液量為5825m3，加砂333m3，排量為14m3/min，4mm油嘴自噴最高日產(chǎn)油44.4m3。條3402H井水平段長648.5m，7級27簇體積壓裂，入井液量為8661m3，加砂393m3，排量為14m3/min，3mm油嘴日產(chǎn)油25.2m3。

綜合評價(jià)認(rèn)為，蘆草溝組頁巖油甜點(diǎn)區(qū)主要分布在馬朗凹陷中—北部斜坡和條湖凹陷南緣，其中甜點(diǎn)儲層段有利區(qū)面積為890km2，是繼馬朗凹陷條湖組致密油勘探開發(fā)建產(chǎn)后實(shí)現(xiàn)規(guī)模效益勘探開發(fā)的又一個現(xiàn)實(shí)區(qū)帶。

3.2 勘探面臨的困難與挑戰(zhàn)

三塘湖盆地二疊系蘆草溝組頁巖油儲層巖性細(xì)、非均質(zhì)性強(qiáng)、物性差、油品重等特殊的地質(zhì)條件，導(dǎo)致頁巖油儲層特征與成因機(jī)理、沉積環(huán)境與分布模式、原油聚集規(guī)律、儲層甜點(diǎn)評價(jià)與預(yù)測等方面研究面臨諸多挑戰(zhàn)，成為制約頁巖油工業(yè)化發(fā)展的瓶頸。同時(shí)，單井無自然產(chǎn)能或產(chǎn)量普遍低于工業(yè)油流下限，如何實(shí)現(xiàn)效益勘探開發(fā)面臨提高油層鉆遇率、優(yōu)化鉆完井筒工藝、探索壓裂等效益提產(chǎn)改造工藝等困難與挑戰(zhàn)。

3.2.1 儲層特征與成因機(jī)理

二疊系蘆草溝組頁巖油儲層巖性粒度細(xì)、礦物成分復(fù)雜多樣，包括常見的致密凝灰?guī)r、白云巖、碳酸鹽質(zhì)泥巖、白云質(zhì)凝灰?guī)r等，屬于火山碎屑巖與碳酸鹽巖混合沉積形成的混積巖。儲層非均質(zhì)性強(qiáng)，與有機(jī)質(zhì)呈紋層狀或分散狀分布，或者多種巖性交替互層，發(fā)育微米—納米級孔喉系統(tǒng)，物性差，滲透率多小于1mD。借助常規(guī)儲層評價(jià)手段搞清儲層微觀成分及結(jié)構(gòu)、評價(jià)儲集性能、精細(xì)表征微米—納米孔喉微觀結(jié)構(gòu)，弄清形成機(jī)理，成為儲層性能評價(jià)的難題。

3.2.2 細(xì)粒沉積環(huán)境與分布模式

三塘湖盆地二疊紀(jì)為湖泊沉積體系，物源供給不足，火山噴發(fā)頻繁，以細(xì)粒沉積為主，因此，不僅要開展泥質(zhì)巖層系等細(xì)粒沉積物沉積機(jī)理與分布模式研究，同時(shí)要充分考慮火山噴發(fā)期次、噴發(fā)強(qiáng)度、火山灰成分及漂移距離等對頁巖油儲層形成的影響，從而為富有機(jī)質(zhì)頁巖分布預(yù)測、有利沉積相帶和富集區(qū)優(yōu)選提供基礎(chǔ)依據(jù)。

3.2.3 儲層甜點(diǎn)評價(jià)與預(yù)測

從理論上講，頁巖油儲層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、流體黏滯性偏高、微裂縫發(fā)育，介質(zhì)條件和孔隙流體比較復(fù)雜，對基于均勻介質(zhì)和理想流體假設(shè)的經(jīng)典孔隙介質(zhì)聲學(xué)理論模型和地球物理響應(yīng)機(jī)理研究提出了挑戰(zhàn)。與以圈閉描述為對象的常規(guī)地球物理勘探理論和技術(shù)相比，頁巖油油水分異差，油層地球物理響應(yīng)差異小，地震分辨率受限，油層識別、有效儲層劃分、儲層參數(shù)計(jì)算、儲層展布預(yù)測、工程參數(shù)測井評價(jià)等遇到挑戰(zhàn)。二疊系蘆草溝組頁巖油儲層單層厚度小于3.5m，橫向變化快，常規(guī)測井曲線識別儲層地質(zhì)甜點(diǎn)、優(yōu)選試油層位難度大，無法有效判斷工程甜點(diǎn)，不能為壓裂改造提供科學(xué)依據(jù)。

3.2.4 頁巖油效益開發(fā)

三塘湖盆地二疊系頁巖油鉆井油氣顯示活躍，但試油普遍存在單井產(chǎn)能低，初期產(chǎn)能達(dá)不到工業(yè)下限;直井單井穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間短、遞減率高（第一年大于50%、第二年大于30%）、累計(jì)產(chǎn)量及采收率低，探井難以收回成本，開發(fā)無法進(jìn)行效益建產(chǎn)。探索采用酸化壓裂、水平井體積壓裂等提產(chǎn)工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)效益勘探開發(fā)的難題需要解決。另外，早期部分直井壓裂時(shí)出現(xiàn)壓力高、壓不開，受井筒及分段工具限制，施工排量低，改造規(guī)模小，難以達(dá)到壓裂設(shè)計(jì)效果，也成為制約勘探突破的關(guān)鍵。

3.3 勘探開發(fā)一體化主要做法

面對以上困難與挑戰(zhàn)，積極探索“領(lǐng)域突破、規(guī)模增儲、技術(shù)提產(chǎn)、效益建產(chǎn) ”非常規(guī)油藏勘探開發(fā)一體化的技術(shù)和管理創(chuàng)新之路，初步形成了“四個一體化”，即科研生產(chǎn)一體化、地質(zhì)工程一體化、勘探開發(fā)一體化、甲方乙方一體化效益開發(fā)的主要做法。效益建成馬朗凹陷馬56塊二疊系條湖組致密油國家示范基地、擴(kuò)展出條湖凹陷條34塊蘆草溝組頁巖油勘探新領(lǐng)域。

3.3.1 科研生產(chǎn)一體化，解放思想、創(chuàng)新機(jī)制，深化地質(zhì)認(rèn)識，提高部署成效，推動非常規(guī)石油勘探取得新突破

致密油、頁巖油形成的地質(zhì)條件、分布規(guī)律與常規(guī)油氣藏差別很大，如何突破常規(guī)油氣的傳統(tǒng)勘探思維約束，開展針對性地質(zhì)研究，提高部署成效是勘探突破的基礎(chǔ)。針對三塘湖盆地頁巖油的復(fù)雜性，搭建了以甲方項(xiàng)目經(jīng)理部為核心、內(nèi)外部多支研究隊(duì)伍強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合攻關(guān)的科研平臺，開拓研究思路，開展地質(zhì)關(guān)鍵要素專題研究。以馬56塊致密油突破為例，借助中國石油大學(xué)（北京）基礎(chǔ)地質(zhì)研究與先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段，開展成藏與滲流機(jī)理研究;借助中國石油勘探開發(fā)研究院杭州分院沉積儲層研究優(yōu)勢，開展儲層精細(xì)描述及評價(jià);與中國石油集團(tuán)測井有限公司合作，大膽應(yīng)用核磁測井，評價(jià)儲層甜點(diǎn)及“七性關(guān)系”，建立分類標(biāo)準(zhǔn);借助東方地球物理公司地震資料處理解釋一體化優(yōu)勢，開展構(gòu)造、屬性反演綜合研究，預(yù)測有利區(qū)帶，落實(shí)上鉆目標(biāo)，提高部署成功率;與中國石油勘探開發(fā)研究院合作，試驗(yàn)優(yōu)化水平井體積壓裂工藝參數(shù)，為推動頁巖油藏勘探新突破提供技術(shù)保障;借鑒Hess公司頁巖油勘探理念、地質(zhì)評價(jià)方法、水平井提產(chǎn)技術(shù)，深化甜點(diǎn)層評價(jià)，大膽預(yù)探，推動發(fā)現(xiàn)了馬56塊、條34塊致密油、頁巖油勘探新領(lǐng)域。

3.3.2 地質(zhì)工程一體化，控制儲量規(guī)模，提高單井產(chǎn)量

儲層甜點(diǎn)是影響致密油、頁巖油單井產(chǎn)量的核心要素，搞清甜點(diǎn)縱向及平面分布是成功的基礎(chǔ)，也是地質(zhì)評價(jià)的重點(diǎn)任務(wù);具體到工程實(shí)施階段，提高水平井油層鉆遇率是重要保障，大規(guī)模體積壓裂是提高產(chǎn)量的關(guān)鍵[24-26]。

（1）通過直井找層定面控規(guī)模。以馬56塊致密油為例，通過蘆1井、馬56井直井系統(tǒng)取心建立“鐵柱子”，找準(zhǔn)主力油層;馬55井、馬56井直井試驗(yàn)優(yōu)化壓裂改造參數(shù)，馬55井常規(guī)壓裂，初期日產(chǎn)油10～15m3，快速下降至1～2m3。按照體積壓裂“大排量、大液量”的思路，重復(fù)壓裂，定深控壓排采，穩(wěn)定日產(chǎn)油3.33m3，是常規(guī)壓裂改造的1.5倍，為后續(xù)水平井體積壓裂提產(chǎn)提供了依據(jù)。通過老井復(fù)查、打直井和斜導(dǎo)眼井，認(rèn)清油層平面分布、油層產(chǎn)狀，控制含油面積，為打長水平段、提高油層鉆遇率奠定了地質(zhì)基礎(chǔ)。

（2）通過水平井提產(chǎn)攻關(guān)打出高產(chǎn)示范樣板井，形成可推廣工程技術(shù)。通過水平井體積壓裂提產(chǎn)、水平井壓裂提速降本技術(shù)攻關(guān)，部署馬58H井水平井，水平段長800m，初期日產(chǎn)油131m3，累計(jì)產(chǎn)油2.38×104m3;蘆101H井水平段長1000m，壓裂后日產(chǎn)76m3，累計(jì)產(chǎn)油超過2.5×104m3，實(shí)現(xiàn)單井控制EUR 2×104t目標(biāo)，打出了高產(chǎn)示范樣板井。那么，如何實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)樣板井技術(shù)的規(guī)模推廣，需要細(xì)化對下面關(guān)鍵工序的控制。

①強(qiáng)化地質(zhì)評價(jià)，確保水平井部署在“甜點(diǎn)”區(qū)。通過鉆導(dǎo)眼井取全資料，開展儲層巖性、物性、含油性、脆性等“七性”關(guān)系評價(jià)，選準(zhǔn)甜點(diǎn)層;優(yōu)選烴源巖發(fā)育區(qū)疊合有利儲層發(fā)育帶確定水平井部署有利靶區(qū);井震結(jié)合設(shè)計(jì)水平井軌跡，方位與區(qū)域最大水平主應(yīng)力場保持一定夾角。

②建立油層“箱體”頂?shù)最A(yù)測模型，提高油層鉆遇率。根據(jù)相鄰井地層產(chǎn)狀，建立油層箱體模型，控制實(shí)鉆水平井軌跡;利用錄井實(shí)時(shí)信息平臺，地質(zhì)、工程技術(shù)人員24小時(shí)隨鉆跟蹤，實(shí)時(shí)優(yōu)化參數(shù)，水平井油層鉆遇率達(dá)到90%以上。

③強(qiáng)化井筒質(zhì)量控制，確保實(shí)現(xiàn)套管大排量體積壓裂實(shí)施。機(jī)組、地面管線限壓90MPa條件下，應(yīng)用套管壓裂是實(shí)現(xiàn)大排量改造的有效途徑;嚴(yán)格控制井眼曲率，優(yōu)化鉆具組合，避免過大調(diào)整軌跡，保證井眼質(zhì)量;優(yōu)化管串設(shè)計(jì)和固井施工工藝，保證套管下入質(zhì)量，滿足大排量、大液量套管壓裂的要求。

④探索“大排量、大液量、分段多簇”水平井體積壓裂改造技術(shù)系列。大排量可加大儲層的破碎程度，使流體的排驅(qū)壓力最小;大液量可以擴(kuò)大改造體積，使改造體積最大;分段多簇提高儲層的充分改造程度，使人工縫網(wǎng)與基質(zhì)孔接觸面積最大。

⑤控壓返排、防止壓敏，實(shí)現(xiàn)累計(jì)產(chǎn)量最大化。大量的網(wǎng)狀縫部分由加入的支撐劑支撐，大部分遠(yuǎn)端縫則主要由壓入的液體軟支撐;保持遠(yuǎn)端液體軟支撐縫網(wǎng)不閉合的關(guān)鍵是保持液體的續(xù)流，不出現(xiàn)斷流;控壓返排防止壓敏是提高水平井累計(jì)產(chǎn)量的有效措施。

（3）水平井組定效益開發(fā)技術(shù)路線。一要形成工程提速的學(xué)習(xí)曲線。通過水平井組先導(dǎo)試驗(yàn)攻關(guān)，全面優(yōu)化井筒工具、井筒液體系，持續(xù)完善固井、完井技術(shù)，形成工程提速學(xué)習(xí)曲線，為效益開發(fā)奠定提供技術(shù)支撐。馬56塊致密油開展水平井組工程提速攻關(guān)，馬56-101H井水平段長度超過1300m，鉆井周期控制在45天以內(nèi)，水平井平均油層鉆遇率達(dá)到95%以上，為效益開發(fā)建立了工程提速的學(xué)習(xí)曲線。二要形成工程技術(shù)降本學(xué)習(xí)曲線。大力推廣水平井體積壓裂低成本材料應(yīng)用、不斷優(yōu)化提升壓裂工藝，通過“增能、改造、驅(qū)替”一體化改善開發(fā)效果，建立工程技術(shù)降本學(xué)習(xí)曲線。三是集成水平井低成本鉆井、體積壓裂技術(shù)。自主創(chuàng)新研發(fā)鉆頭、鉆井液體系、長水平井可控斜全壓鉆進(jìn)鉆具組合，實(shí)現(xiàn)了千米水平段“1只鉆頭、1趟鉆”的優(yōu)快鉆井目標(biāo)，鉆井單位成本為2356元/m。四是配套形成以國產(chǎn)速鉆橋塞+分簇射孔+復(fù)合壓裂液體系等主體技術(shù)，單段壓裂費(fèi)用控制在120萬元以內(nèi)，單井投產(chǎn)費(fèi)用為750萬元。

通過水平井組先導(dǎo)試驗(yàn)，馬56塊水平井水平段長度、壓裂規(guī)模不斷加大，實(shí)現(xiàn)了1000m水平段，單井投資控制在1800萬元以內(nèi)。形成了水平段長800～1000m、速鉆橋塞+分簇射孔壓裂、連續(xù)油管高效鉆塞，單只橋塞鉆除時(shí)間小于30min、8～10級30簇以上、12m3以上排量、萬立方米液、千立方米砂水平井體積壓裂主體勘探開發(fā)技術(shù)路線。

3.3.3 勘探開發(fā)一體化，建效益產(chǎn)量、增效益資產(chǎn)

一是堅(jiān)持效益優(yōu)先，突出技術(shù)引領(lǐng)，嚴(yán)格效益評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。無效益的儲量不評價(jià)、不升級，所有評價(jià)升級的儲量都有可推廣的主體工藝技術(shù)和效益開發(fā)技術(shù)路線，發(fā)現(xiàn)的條湖組致密油藏動用率達(dá)到90%。

二是加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，控制建產(chǎn)投資規(guī)模。堅(jiān)持效益倒算，依據(jù)效益建產(chǎn)百萬噸產(chǎn)能建設(shè)投資倒算地面、鉆井及其他投資，嚴(yán)格控制投資規(guī)模不超標(biāo)，將效益作為產(chǎn)能建設(shè)方案重要的否決項(xiàng)，杜絕產(chǎn)生新的負(fù)效資產(chǎn)。牢固樹立“成本是設(shè)計(jì)出來的”理念，實(shí)施地質(zhì)工程一體化，突出工程技術(shù)進(jìn)步的針對性、適用性和經(jīng)濟(jì)性，持續(xù)開展井筒方案優(yōu)化，通過鉆井、錄井、測井、試油全方位進(jìn)行降本增效，條湖組致密油單井鉆井成本下降24.8%、單段壓裂成本下降35.1%。

三是持續(xù)攻關(guān)提高采收率技術(shù)，探明已開發(fā)儲量穩(wěn)步上升，開發(fā)效果不斷改善。開發(fā)建產(chǎn)歷經(jīng)基礎(chǔ)井網(wǎng)建設(shè)、轉(zhuǎn)變開發(fā)方式、井網(wǎng)加密3個階段，水平井井距由基礎(chǔ)井網(wǎng)400m加密到200m、100m，水平段長度由500～800m加大到600～1000m、800～1000m，平均單井初期產(chǎn)量達(dá)17.9t/d，是400m井網(wǎng)的1.3倍，是200m井網(wǎng)的1.2倍。持續(xù)探索注水吞吐提高采收率技術(shù)攻關(guān)，采收率由2.5%提高到10.2%，提高了3倍，勘探發(fā)現(xiàn)成本降低了46%，為油田增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和降低資產(chǎn)折舊提供了保障。形成了水平井體積壓裂、注水吞吐補(bǔ)充能量和井網(wǎng)加密的開發(fā)技術(shù)路線。

四是強(qiáng)化項(xiàng)目管理，形成油田效益產(chǎn)量和效益資產(chǎn)正向拉動。積極探索勘探開發(fā)一體化管理新模式，改變預(yù)探發(fā)現(xiàn)油田、評價(jià)探明儲量、開發(fā)建產(chǎn)三段式傳統(tǒng)建產(chǎn)模式，勘探階段主導(dǎo)一體化建產(chǎn)，即承擔(dān)預(yù)探發(fā)現(xiàn)、評價(jià)儲量規(guī)模、準(zhǔn)備提產(chǎn)技術(shù)、主導(dǎo)新發(fā)現(xiàn)儲量區(qū)塊的產(chǎn)能建設(shè)，目的是充分利用勘探階段形成的油藏認(rèn)識與有效的技術(shù)手段，加快資源的效益轉(zhuǎn)化，杜絕新增儲量區(qū)塊低效負(fù)效油氣資產(chǎn)的形成;開發(fā)階段僅負(fù)責(zé)攻關(guān)完善提高采收率技術(shù)，確保長期穩(wěn)產(chǎn)、提高單井EUR，新增區(qū)塊探明已開發(fā)儲量，從而形成全生命周期能夠盈利的油氣資產(chǎn)。

3.3.4 堅(jiān)持甲乙方一體化運(yùn)作，市場化管理，通過工程總包，實(shí)現(xiàn)工程成本下降、甲乙雙方互利共贏，為區(qū)塊效益建產(chǎn)提供保障

以甲方為主導(dǎo)，一體化管理，井型專打、區(qū)塊專打，最大限度發(fā)揮乙方的技術(shù)潛力，施工效率明顯提高，利潤空間逐步拓寬;按照“五個一體化”模式，即一體化設(shè)計(jì)、一體化生產(chǎn)組織、一體化生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化、一體化力量統(tǒng)一調(diào)配、一體化提效降本，實(shí)現(xiàn)降本增效，合作共贏，同時(shí)甲方產(chǎn)能建設(shè)投資得到有效控制。

4 結(jié)論

三塘湖盆地二疊紀(jì)火山活動頻繁，火山活動間歇期淺湖—深湖環(huán)境下沉積的上千米厚的泥質(zhì)巖層系內(nèi)部或緊鄰的沉凝灰?guī)r中蘊(yùn)藏著豐富的致密油和頁巖油兩種非常規(guī)石油資源，是進(jìn)行規(guī)模勘探增儲的重要領(lǐng)域。致密油、頁巖油具有“同油源、特低滲透、油質(zhì)重、無自然產(chǎn)能”的特點(diǎn)。蘆草溝組低成熟—成熟烴源巖是油源的主要供給者;條湖組致密油、蘆草溝組頁巖油儲層基質(zhì)滲透率小于1mD;原油密度為0.85～0.90g/cm3;鉆井油氣顯示豐富，單井自然產(chǎn)能普遍低于工業(yè)油流下限。儲層巖性以沉凝灰?guī)r、白云質(zhì)凝灰?guī)r為主，巖石中石英、長石、方解石、白云石等脆性礦物含量大于70%，黏土礦物含量小于6%?？碧綄?shí)踐表明，三塘湖盆地二疊系非常規(guī)石油儲層孔隙度大于7%的Ⅰ、Ⅱ類甜點(diǎn)層，通過水平井體積壓裂改造可以獲得高產(chǎn)和長期穩(wěn)產(chǎn)，展示了較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和勘探開發(fā)前景;蘆草溝組烴源巖內(nèi)Ⅲ類甜點(diǎn)層，儲層孔隙度為4%～7%，目前工藝條件下尚未獲得工業(yè)產(chǎn)能，能否實(shí)現(xiàn)效益勘探開發(fā)需要繼續(xù)攻關(guān)。科研生產(chǎn)一體化、地質(zhì)工程一體化、勘探開發(fā)一體化，甲方乙方一體化“四個一體化”是實(shí)現(xiàn)頁巖油效益勘探開發(fā)的重要保障。