何小曲 李國(guó)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(jīng)發(fā)現(xiàn)的大氣田位于盆地北部,傳統(tǒng)認(rèn)為具有“南油北氣”的格局。延長(zhǎng)石油所處的盆地東南部存在南北物源交匯區(qū)有效儲(chǔ)層規(guī)模小、相變快、分布零散、儲(chǔ)層精細(xì)預(yù)測(cè)難度大和多氣層大跨度復(fù)雜疊置、高效動(dòng)用難度大等問題,通過近10年的勘探開發(fā)技術(shù)攻關(guān),取得了盆地東南部上古生界沉積體系新認(rèn)識(shí),建立了成熟烴源灶遷移控制成藏模式,發(fā)現(xiàn)了延安大氣田。通過分析成藏條件特殊性,對(duì)延安氣田地質(zhì)特征實(shí)現(xiàn)深入了解,理清了產(chǎn)區(qū)開發(fā)井部署思路,研發(fā)VES-CO2泡沫壓裂和高效酸化壓裂等氣井增產(chǎn)技術(shù),現(xiàn)累計(jì)探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量6.650×1011 m3,累計(jì)建成5.0×109 m3·a-1產(chǎn)能,工業(yè)化應(yīng)用效果較好,將天然氣勘探擴(kuò)展到了東南部,改變了盆地致密氣藏沉積傳統(tǒng)格局。
關(guān)? 鍵? 詞:低滲致密氣;勘探開發(fā);工業(yè)化;沉積體系;成藏模式
中圖分類號(hào):TE348? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A? ? ? ? ?文章編號(hào): 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(fā)現(xiàn)并探明了靖邊、榆林、烏審旗、蘇里格等多個(gè)千億立方米的大中型氣田,資源量達(dá)1.5×1013 m3,已建成我國(guó)最大的天然氣生產(chǎn)基地。盆地東南部古生界天然氣已實(shí)現(xiàn)整體勘探和規(guī)?;_發(fā)[1-3],截至2017年底,已經(jīng)累計(jì)探明天然氣6.650×1011 m3,發(fā)現(xiàn)了延安大氣田,累計(jì)建成產(chǎn)能5.0×109? m3(圖1)。
以延安氣田延145井區(qū)天然氣開發(fā)項(xiàng)目為例,該井區(qū)位于陜西省延安市境內(nèi),由延長(zhǎng)石油集團(tuán)投資建設(shè),區(qū)塊開采面積310.949 km2。延145井區(qū)開采區(qū)域涵蓋延安市延川縣、寶塔區(qū)和延長(zhǎng)縣。延145井區(qū)[4]地質(zhì)條件具備相似性,沉積相帶具有延續(xù)性。延145井區(qū)2007年開始部署探井,階段內(nèi)共鉆井29口,在山西組、石盒子組及本溪組均發(fā)現(xiàn)良好顯示和工業(yè)氣流。
目前針對(duì)鄂爾多斯盆地東南部的沉積規(guī)律,存在認(rèn)識(shí)不足、成藏條件復(fù)雜、天然氣富集規(guī)律不清和缺少高泥質(zhì)、低滲、致密、低壓氣藏配套勘探開發(fā)技術(shù)體系等諸多科技難題,需從勘探開發(fā)成效分析著手,對(duì)成藏條件、地質(zhì)特征進(jìn)行系統(tǒng)性研究。
1? 氣藏地質(zhì)及儲(chǔ)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(fā)育于淺海-湖泊與沼澤沉積環(huán)境,有機(jī)質(zhì)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(zhì)基礎(chǔ)[5-6]。井區(qū)烴源巖的總生氣強(qiáng)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(yùn)聚成藏
該井區(qū)沉積方式以構(gòu)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(gòu)成。烴源巖與致密氣藏儲(chǔ)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(cè)向,對(duì)低滲致密氣近距離運(yùn)移成藏和集中富集有利。其中,河道沉積中存在大量的優(yōu)質(zhì)純砂體,一方面為致密天然氣的有效運(yùn)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(diǎn)。天然氣較短運(yùn)移下完成富集成藏,運(yùn)移過程中流失較少,給天然氣高效成藏提供地質(zhì)基礎(chǔ)[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(tǒng)一部分,其主要產(chǎn)氣層山23段主要是水下分流河道沉積微相。延川地區(qū)在山23時(shí)期,主要發(fā)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(dá)14 km;砂體厚度一般8~12 m(圖3)。
1.1.3? 區(qū)域欠壓實(shí)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(yè)巖、煤層和炭質(zhì)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(nèi)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(tǒng)石千峰組泥巖)。
1.1.4? 儲(chǔ)層物性控制氣藏分布
該區(qū)致密氣儲(chǔ)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(qū)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(jí)差最高達(dá)2萬多倍,突進(jìn)系數(shù)較大,表明儲(chǔ)層滲透率的平面非均質(zhì)性強(qiáng),具體參數(shù)統(tǒng)計(jì)見表1。
1.2? 地質(zhì)特征
1.2.1? 地層劃分
在產(chǎn)建區(qū)的地質(zhì)研究中,采用“等時(shí)標(biāo)志層控制,旋回對(duì)比、分級(jí)控制”的原則開展了地層的精細(xì)劃分與對(duì)比[12]。下石盒子組與山西組的分界標(biāo)志不再單追K4(駱駝脖子砂巖)標(biāo)志層,強(qiáng)調(diào)以洪泛期泥巖為對(duì)比標(biāo)志層。同時(shí),根據(jù)小層內(nèi)部的韻律特征,將地層單元細(xì)分到單砂層,為今后開發(fā)井、水平井的部署及鉆探奠定了良好的地質(zhì)基礎(chǔ)。
1.2.2? 構(gòu)造特征
以建立的等時(shí)地層格架為基礎(chǔ),結(jié)合小層劃分對(duì)比結(jié)果,研究并編制了產(chǎn)建區(qū)主力氣層頂面構(gòu)造圖[13]。研究表明,各層的頂面構(gòu)造仍為東高西低的平緩西傾單斜,在試45等井區(qū)發(fā)育一些低幅度、延伸略短的東西向鼻狀構(gòu)造。
1.2.3? 儲(chǔ)層展布
區(qū)域研究結(jié)果表明,產(chǎn)建區(qū)盒8段-山西期為陸相沉積體系,主要發(fā)育水下分流河道和分流間灣微相;儲(chǔ)層的發(fā)育情況取決于河道發(fā)育規(guī)模,儲(chǔ)層的平面變化取決于分流河道的水動(dòng)力狀況[14]。太原組、本溪組的致密儲(chǔ)層為障壁島砂體。
2? 氣田開發(fā)策略和產(chǎn)能建設(shè)
延安氣田在延145井區(qū)產(chǎn)能建設(shè)過程中運(yùn)用多尺度綜合儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)對(duì)本區(qū)開展儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究,本著“先肥后瘦、穩(wěn)步實(shí)施”的原則,結(jié)合產(chǎn)能建設(shè)目標(biāo),優(yōu)化部署開發(fā)井;在工作中不斷豐富知識(shí)庫(kù),為產(chǎn)能建設(shè)提供依據(jù)[15]。
2.1? 開發(fā)井部署思路方法和原則
2.1.1? 地質(zhì)研究和產(chǎn)能評(píng)價(jià)同步進(jìn)行
延安氣田地質(zhì)條件復(fù)雜,儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng),氣層滲透率低且變化大,影響產(chǎn)能評(píng)價(jià)有效性、精確性。結(jié)合氣井產(chǎn)能影響地質(zhì)因素研究,采用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)具有代表性的2口生產(chǎn)井排采數(shù)據(jù)進(jìn)行歷史擬合,對(duì)滲透率、孔隙度等主要儲(chǔ)層參數(shù)進(jìn)行修正,對(duì)各區(qū)勘探開發(fā)產(chǎn)能進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)[16]。
2.1.2? 探井、評(píng)價(jià)井和開發(fā)井同步實(shí)施
采用勘探開發(fā)一體化戰(zhàn)略布局,提出“以勘探為重點(diǎn)、開發(fā)提前介入”的思路,在有利目標(biāo)區(qū)內(nèi)布置詳探井和評(píng)價(jià)井,彼此相互借鑒和相互驗(yàn)證;確定開發(fā)原則并進(jìn)行井網(wǎng)部署,同時(shí)對(duì)新老鉆井及開發(fā)井及時(shí)追蹤,確保勘探與開發(fā)不脫節(jié),有效提高了鉆井成功率,縮短了氣田建設(shè)周期,保證了效率和效益同時(shí)提升。
2.1.3? 地質(zhì)研究和產(chǎn)能建設(shè)同步推進(jìn)
面對(duì)氣田老區(qū)的二次開發(fā),在精細(xì)油藏描述的基礎(chǔ)上,采用“VSP測(cè)井、地質(zhì)精細(xì)解釋、油藏?cái)?shù)值模擬、儲(chǔ)層評(píng)價(jià)”等多種技術(shù)手段相結(jié)合,并參考低滲致密氣藏地質(zhì)和開發(fā)特征,形成了二次開發(fā)后配套穩(wěn)產(chǎn)技術(shù),加強(qiáng)地質(zhì)研究的基礎(chǔ)上,同步推進(jìn)了天然氣產(chǎn)能建設(shè)。
2.1.4? 勘探和開發(fā)同步進(jìn)行
研究區(qū)將勘探評(píng)價(jià)階段和開發(fā)試采相融合,實(shí)現(xiàn)勘探開發(fā)工程一體化??碧较蚝笞咭徊?,通過試采,取得油田開發(fā)氣藏開發(fā)相關(guān)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù),為未來全面產(chǎn)能建設(shè)提供關(guān)鍵資料;開發(fā)向前接一步,參加試采方案的設(shè)計(jì)及編制,同時(shí)仔細(xì)研究、分析探井及評(píng)價(jià)井的靜態(tài)資料,探索低成本、高效的鉆采工藝技術(shù)。
2.2? VES-CO2泡沫壓裂新技術(shù)和氣井增產(chǎn)措施
自主開發(fā)出可連續(xù)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(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)可將清潔壓裂液稠化劑當(dāng)“交聯(lián)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(fèi),可降低壓裂液成本,保護(hù)環(huán)境。該體系與CO2形成配伍,攜砂能力強(qiáng),易破膠,無殘?jiān)瑢?duì)巖心基質(zhì)滲透率傷害率低,可以滿足80℃內(nèi)油氣井壓裂施工的條件,符合延長(zhǎng)低滲致密油氣藏增產(chǎn)改造的技術(shù)要求。
該區(qū)優(yōu)化調(diào)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(shù)增產(chǎn),平均單井日產(chǎn)氣增加2.57×104 m3。
3? 經(jīng)驗(yàn)及啟示
3.1? 沉積規(guī)律新認(rèn)識(shí)
3.1.1? 建立沉積新模式
本區(qū)上古生界經(jīng)歷了海相到海陸過渡相再到陸相的演變[17-19]。沉積期地勢(shì)平緩、水體較淺,水進(jìn)水退頻繁,沉積環(huán)境快速變遷;存在“水體影響范圍大、岸線遷移距離遠(yuǎn)”等顯著特點(diǎn)。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(dǎo)致了砂體成因類型的復(fù)雜化。由于岸線頻繁遷移,垂向上多套儲(chǔ)層砂體與泥巖、煤層、灰?guī)r頻繁無規(guī)律轉(zhuǎn)換。發(fā)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(chǔ)集砂體,具有“垂向疊置、橫向連片”之特點(diǎn)。
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(jī)質(zhì)含量高,埋藏時(shí)間長(zhǎng),生氣強(qiáng)度多在(20~36)×108m3·km-2之間,大致具有北強(qiáng)南弱特征,廣覆式高質(zhì)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(jì)末期達(dá)到最大埋深,西北部在白堊系中期達(dá)到最大埋深,因此東南部先進(jìn)入生烴門限,在侏羅紀(jì)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(jì)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(yè)化應(yīng)用
該集成技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用,有效支持了延長(zhǎng)石油天然氣的開發(fā)實(shí)踐[23-24]。通過該項(xiàng)目的開展,形成了適合延長(zhǎng)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(chǔ)層定量表征及預(yù)測(cè)技術(shù)、多井型立體井網(wǎng)有效動(dòng)用技術(shù)、早期產(chǎn)能快速評(píng)價(jià)技術(shù)、大跨度長(zhǎng)井段多層合采技術(shù)、基于“一點(diǎn)法”的致密氣藏和地面集輸優(yōu)化技術(shù)等開發(fā)優(yōu)化集成技術(shù)系列。2015-2018年間,先后應(yīng)用于延安氣田新建產(chǎn)能區(qū)塊后,實(shí)現(xiàn)了氣層高效鉆遇,圓滿完成了儲(chǔ)量、產(chǎn)能和產(chǎn)量任務(wù),完成了? ? ? ? ? 3.2×109 m3·a-1產(chǎn)能建設(shè)任務(wù),累計(jì)生產(chǎn)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(fā)啟示
通過認(rèn)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(diǎn)連線、整體解剖、重點(diǎn)發(fā)現(xiàn)”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(shù)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(chǎn),屬鄂爾多斯盆地首次發(fā)現(xiàn);成功研發(fā)出適合研究區(qū)上古生界致密砂巖氣藏的新型VES-CO2泡沫壓裂技術(shù)[25-27],積極發(fā)展以酸化壓裂為主的配套工程技術(shù)[28-29],成功解放了氣層。通過將勘探、評(píng)價(jià)、試采、產(chǎn)建工作進(jìn)行一體化結(jié)合,有效提高了鉆井成功率,縮短了氣田建設(shè)周期,降低了投資,保證了效率和效益同時(shí)提升。研究區(qū)內(nèi)致密氣藏探明地質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)6.650×1011 m3,遠(yuǎn)景儲(chǔ)量有望超過1.0×1012m3。
通過本項(xiàng)目的開展與實(shí)施,對(duì)陜西省和陜北革命老區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出了重大貢獻(xiàn),對(duì)陜北地區(qū)節(jié)能降耗與生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義,對(duì)確保陜西省乃至國(guó)家能源安全、促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重大的現(xiàn)實(shí)意義。
4? 結(jié) 論
1)近10年,延長(zhǎng)石油在盆地東南部上古生界累計(jì)探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量6.650×1011 m3,發(fā)現(xiàn)了延安氣田,將天然氣拓展到了盆地南部。
2)研發(fā)出適合研究區(qū)上古生界致密砂巖氣藏的新型VES-CO2泡沫壓裂技術(shù),積極發(fā)展以酸化壓裂為主的配套工程技術(shù),助力延安氣田高效勘探開發(fā),累建產(chǎn)能5.0×109 m3,累計(jì)產(chǎn)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(fā)關(guān)鍵技術(shù),豐富和發(fā)展了致密砂巖氣藏勘探開發(fā)理論,為同類氣藏的勘探開發(fā)具有十分重要的借鑒與指導(dǎo)意義。
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