鄂爾多斯盆地延長探區(qū)油氣勘探歷程與啟示

胡春橋，任來義，賀永紅，萬永平，梁全勝

（1.陜西延長石油（集團）有限責任公司研究院，西安 710075；2.陜西延長石油（集團）有限責任公司，西安 710075）

鄂爾多斯盆地延長探區(qū)是中國陸上最早被發(fā)現(xiàn)和利用的油氣區(qū)，東漢史學家班固所著《漢書·地理志》一書中就有所記載。從1905 年清政府批準建廠到2007 年產(chǎn)量超過千萬噸，從早期以油苗、露頭找油到發(fā)展出相應的地質(zhì)理論與工藝技術，從淺層勘探向深層勘探不斷推進，從常規(guī)石油勘探到多種油氣資源類型勘探齊頭并進，延長石油在石油地質(zhì)理論、勘探技術等方面取得了許多新進展。其110 余年的勘探歷程，就是一部濃縮的中國油氣勘探史，具有非常重要的意義。

前人對延長探區(qū)的歷程與發(fā)展作過許多研究。2006 年，石寶珩對1949 年以前延長探區(qū)早期的勘探開發(fā)歷程進行了闡述；2014 年，李玉琪等從回顧歷史的角度，詳細評述了延長石油的發(fā)展歷程，并分為1935 年以前、1935—1949 年、1949—1997 年、1997 年以后4個階段；2018年，李德生等結(jié)合親身經(jīng)歷，回顧了延長探區(qū)百年發(fā)展歷程，并對20 世紀40—50 年代開展的爆炸增產(chǎn)工藝進行了詳細介紹。本文通過對延長探區(qū)勘探歷程進行系統(tǒng)回顧和分析，以油氣產(chǎn)量變化和地質(zhì)理論發(fā)展為主線，對延長探區(qū)的勘探歷程進行重新劃分，并從中總結(jié)出勘探成果與經(jīng)驗認識，期望能對以后的油氣勘探工作有所幫助。

1 地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地是多旋回疊合含油氣盆地[1]，延長探區(qū)位于鄂爾多斯盆地東南緣（圖1），地理上包括榆林、延安、旬邑等地區(qū)，橫跨陜北斜坡、渭北隆起、天環(huán)坳陷三大地質(zhì)構(gòu)造單元，具有其獨特的地質(zhì)屬性與復雜性。

延長探區(qū)整體構(gòu)造相對平緩，在中奧陶統(tǒng)馬家溝組、上石炭統(tǒng)本溪組—下二疊統(tǒng)山西組以及上三疊統(tǒng)延長組均發(fā)育有一定的烴源巖[2-4]。2000 年以前，以勘探中生界侏羅系和三疊系2 套含油層為主；近20年，在探區(qū)內(nèi)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)古生界二疊系、石炭系和奧陶系天然氣層，以及上三疊統(tǒng)延長組、下二疊統(tǒng)山西組、上石炭統(tǒng)本溪組頁巖氣層等多套含油氣層系[5]。

2 勘探歷程

通過對百余年油氣勘探歷程的回顧，以油氣產(chǎn)量變化和地質(zhì)理論發(fā)展為主線，結(jié)合重要歷史事件，將鄂爾多斯盆地延長探區(qū)勘探歷程劃分為4個階段，分別是初始勘探階段（1905—1949 年）、持續(xù)探索階段（1950—1981年）、快速發(fā)展階段（1982—2006年）和穩(wěn)油增氣階段（2007年至今）（圖2）。

圖2 鄂爾多斯盆地延長探區(qū)油氣儲量、產(chǎn)量變化Fig.2.Variations of oil and gas reserves and production in Yanchang exploration area,Ordos basin

2.1 初始勘探階段（1905—1949年）

1905—1949 年，是延長石油從無到有的過程，期間誕生了“中國陸上第一口油井”、“中國第一座煉油廠”以及“中國陸相生油”理論。

1905 年，在陜西延長縣成立延長石油官廠[6]。1907年6月開鉆延一井，9月6日鉆至井深68.89 m處見“旺油”，9月10日鉆至81 m處完井，初期日產(chǎn)原油1.0～1.5 t[7]。截至1934年，該井累計產(chǎn)油2 550 t，占延長石油官廠同期總產(chǎn)量的89%。延一井的出油，結(jié)束了中國大陸不產(chǎn)石油的歷史，被稱為“中國陸上第一口油井”。

1914—1916 年，美孚石油公司在陜北開展石油勘探失利，認為陜西地區(qū)不可能進行大規(guī)模石油開發(fā)工作[6，8]。1920 年，國外更是拋出了“中國貧油”的論斷[6-7]。1923—1933 年，王竹泉、潘鐘祥和謝家榮等多次到陜北開展地質(zhì)調(diào)查，糾正了美孚技術人員在陜北地質(zhì)調(diào)查中的錯誤結(jié)論[7]?；谡{(diào)查結(jié)果，潘鐘祥于1941 年在美國石油地質(zhì)學家協(xié)會會議上發(fā)表題為《中國陜北和四川白堊紀石油陸相成因》的論文，指出陜北三疊系及侏羅系的石油形成于陸相淡水地層中[9-10]，首次提出“中國陸相生油”理論。該理論的提出，打破了“中國貧油”的論斷，為在中國陸相盆地中尋找大油田提供了理論支撐。

1907—1949 年，主要以油苗和局部地質(zhì)調(diào)查為依據(jù)進行找油，期間還受到戰(zhàn)爭等因素的影響，歷年原油產(chǎn)量均不高，僅在1943年因發(fā)現(xiàn)七1井和七3井，原油產(chǎn)量才突破千噸，達到1 279 t。32 年內(nèi)，僅鉆井52口，生產(chǎn)原油6 035 t[11]，為延長探區(qū)初始勘探階段。

2.2 持續(xù)探索階段（1950—1981年）

1949 年后，隸屬于西北石油管理局的延長油礦，加大了陜北地區(qū)石油勘探的力度，依據(jù)“構(gòu)造鼻油藏說”、“裂縫油藏說”等理論，持續(xù)開展探索，取得了多個新發(fā)現(xiàn)。

1950 年4 月，地質(zhì)學家李德生等考察發(fā)現(xiàn)七里村以西的馮家村小背斜構(gòu)造，經(jīng)過鉆探，發(fā)現(xiàn)了七里村長6 油層。1950—1953 年，經(jīng)過地質(zhì)普查，進一步發(fā)現(xiàn)了延長、永坪、棗園、青化砭等構(gòu)造和其他可供勘探區(qū)域。1957年，在青化砭鉆井3口并見油。

1958 年，延長油礦劃歸陜西省人民委員會管理。同年，在延川縣鉆成青1井，于延長組長2段見油，發(fā)現(xiàn)青平川油田。1959 年，在蘇聯(lián)專家協(xié)助下，開展清水加砂壓裂試驗并取得成功，油井增產(chǎn)近百倍，延長油礦原油年產(chǎn)量突破萬噸，達到1.22×104t。1961 年，在豐富川完鉆剖Ⅲ-5井，日產(chǎn)油83.0 kg，發(fā)現(xiàn)豐富川油田。1970 年6 月，在唐家坪完鉆唐2 井，日產(chǎn)油7.9 kg，發(fā)現(xiàn)甘谷驛油田。1977年，在南泥灣完鉆南1井，在長6層見2.4 m 油氣顯示，發(fā)現(xiàn)南泥灣油田。1979 年8 月，對子長地區(qū)子2 井首次采用清水加砂壓裂，初期日產(chǎn)油15.26 t，初期月產(chǎn)油302 t，發(fā)現(xiàn)子長油田。

2.3 快速發(fā)展階段（1982—2006年）

對于延長石油，1982 年是非常重要的一年。石油工業(yè)部與陜西省共同為延長油礦制定了“以油養(yǎng)油，采煉結(jié)合，滾動發(fā)展”的政策，對油礦的發(fā)展壯大起到了巨大推動作用。在該政策支持下，依據(jù)“巖性油藏”、“沉積相控油”等理論，發(fā)現(xiàn)并開發(fā)了姚店、王家川、瓦窯堡、南泥灣、豐富川、川口、子北、澗峪岔、蟠龍、勞山、英旺、橫山、子洲等14 個油田。1984 年，原油年產(chǎn)量突破10.00×104t。1985 年，在延長縣王家川成立全國第一個縣級鉆采公司。1986 年，全面推行鉆井承包制度，形成多層次開發(fā)石油的格局。1987年以后，延長油礦以發(fā)展陜北革命老區(qū)社會經(jīng)濟為使命，相繼發(fā)現(xiàn)并開發(fā)了杏子川、永寧、西區(qū)、吳起、定邊、靖邊6個油田，原油年產(chǎn)量快速攀升，于1997年突破百萬噸大關，達到107.28×104t。

1998 年，陜西省將延長油礦管理局、延煉實業(yè)集團公司和榆林煉油廠合并，組建陜西省延長石油工業(yè)集團公司。2003 年，在陜北開展了古生界天然氣探索，完鉆第一口天然氣參數(shù)井——延氣1 井，證實陜北斜坡東南部石炭—二疊系具備天然氣成藏的可能性[12]。2005年，陜西延長石油（集團）有限責任公司成功組建。

1982—2006 年，每年新增原油產(chǎn)量超過萬噸，甚至百萬噸（圖3），原油年產(chǎn)量成規(guī)?？焖偕蠞q，于2006 年達到927.00×104t（圖2），同時，在探區(qū)內(nèi)逐步開展了天然氣勘探。

圖3 鄂爾多斯盆地延長探區(qū)1974—2006年歷年新增原油產(chǎn)量Fig.3.Incremental oil production in Yanchang exploration area,Ordos basin(1974-2006)

2.4 穩(wěn)油增氣階段（2007年至今）

2.4.1 原油年產(chǎn)量實現(xiàn)千萬噸穩(wěn)產(chǎn)

2007年，延長探區(qū)原油年產(chǎn)量達到1 032.00×104t。同時，針對上三疊統(tǒng)延長組下組合（長7—長10段）特低孔、特低—超低滲儲集層（圖4），開展了系列科研攻關，證實鄂爾多斯盆地中部延長組下組合“多期”、“交替”的成藏特征[5，13]，建立了特低滲“交替式”石油成藏理論。至2011 年，在旦八、吳倉堡、姬塬、樊學等地區(qū)，取得下組合油氣勘探的重大突破，并促使石油勘探從“源內(nèi)”走向“源外”，原油年產(chǎn)量于2015 年達到1 241.00×104t。至2020年底，鄂爾多斯盆地延長探區(qū)原油年產(chǎn)量已連續(xù)14年超過千萬噸（圖2）。

圖4 延長組長7段頁巖孔隙類型Fig.4.Pore types of the shales in Chang 7 member of Yanchang formation

2.4.2 天然氣產(chǎn)量實現(xiàn)快速增長

隨著天然氣勘探力度逐漸加大，天然氣產(chǎn)量得到快速增長（圖2）。2008 年，在Y127 井山西組試氣，無阻流量突破百萬方，達到128.87×104m3/d；在Y128 井本溪組試氣，無阻流量達到150.00×104m3/d，發(fā)現(xiàn)了本溪組氣層[12]。隨后，經(jīng)過深入研究，提出了盆地南部“淺水環(huán)境岸線頻繁遷移控砂”與“成熟烴源灶遷移控藏”模式，明確了致密砂巖氣資源潛力及勘探開發(fā)方向。2009—2010年，設立YQ2井區(qū)和Y128井區(qū)2個先導試驗區(qū)。目前，在延長探區(qū)發(fā)現(xiàn)延安氣田[5]，已累計探明天然氣儲量6 650×108m3，累計建成天然氣產(chǎn)能32×108m3。

2.4.3 多種新類型資源勘探取得突破

（1）致密油藏 從2013 年開始，在延長探區(qū)內(nèi)開展上三疊統(tǒng)延長組致密油藏勘探，2016 年對盆地延長組致密油藏進行了科學定義[14]。隨后經(jīng)過了地質(zhì)評價、重點井試驗、勘探開發(fā)區(qū)建設與逐步規(guī)?；óa(chǎn)4 個階段，已累計產(chǎn)油約950×104t，并于2020 年向國家提交了延長探區(qū)第一塊致密油區(qū)探明儲量，實現(xiàn)了致密油藏探明儲量整裝升級。致密油藏已成為延長石油最為現(xiàn)實的戰(zhàn)略接替資源。

（2）陸相頁巖氣 2008 年以來，開展了頁巖氣系列攻關，發(fā)現(xiàn)三疊系延長組陸相泥頁巖和石炭系本溪組—二疊系山西組陸相、海陸過渡相泥頁巖，都具有形成頁巖氣的基本條件，并逐步形成“源儲一體、差異聚集”的陸相頁巖氣成藏模式。2011年4月，柳評177井延長組長7 油層組試氣獲頁巖氣流，成為中國第一口陸相頁巖氣井[13]，鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長組頁巖氣勘探取得突破。隨后，相繼建成中國首個國家級陸相頁巖氣示范基地——陜西延長頁巖氣高效開發(fā)示范基地，以及延長石油延安國家級陸相頁巖氣示范區(qū)[5]。2017 年，對YYP3 井二疊系山西組采用自主研發(fā)的超臨界CO2混合體積壓裂，試氣獲5.30×104m3/d高產(chǎn)氣流，顯示出鄂爾多斯盆地延長探區(qū)良好的頁巖氣勘探前景。

3 勘探啟示

從以上4 個勘探階段可以發(fā)現(xiàn)，延長石油的發(fā)展速度在逐步加快，特別是近10 年，取得的成果十分顯著，從中可以得到以下勘探啟示。

3.1 特低滲“交替式”石油成藏理論與下組合勘探突破

2008 年以前，延長探區(qū)石油勘探以三疊系延長組上組合（長1—長6段）低滲儲集層以及侏羅系延安組常規(guī)儲集層為主要目的層。延長組下組合油源條件差，儲集層致密，屬于特低—超低滲儲集層，傳統(tǒng)觀念認為石油在下組合特低—超低滲儲集層中難以運聚成藏，勘探潛力小，被視為“勘探禁區(qū)”。

通過對延長組下組合烴源巖攻關研究，不僅大幅擴展了長9 段有效烴源巖分布范圍，更在長10 段頂部發(fā)現(xiàn)一套廣泛分布且有一定生烴能力的暗色泥巖，為鄂爾多斯盆地新增了一套有效烴源巖[4，15-18]，改變了下組合石油潛力有限的傳統(tǒng)觀念。針對延長探區(qū)特低—超低滲條件下油氣運聚機理難題，通過系列攻關，發(fā)現(xiàn)儲集層成巖致密化與石油充注過程相互影響、交替發(fā)生，從而得出了鄂爾多斯盆地中生界儲集層邊致密邊成藏的觀點（圖5），并進一步建立了“差異成巖、多期成藏、裂縫改造、源導共控”的特低—超低滲“交替式”石油成藏理論[5，13]。認為成藏早期，油氣沿著尚未致密、滲透性相對較好的輸導層發(fā)生較遠距離、較大規(guī)模的運移并改變了儲集層潤濕性，形成優(yōu)勢運移通道；成藏晚期，壓實作用導致儲集層/輸導層致密，油氣沿著早期形成的優(yōu)勢運移通道長距離運聚成藏，優(yōu)勢運移通道控制了現(xiàn)今油藏分布。明確成巖過程和油氣充注史的匹配關系，以及準確識別成藏期優(yōu)勢運移通道是提高勘探成功率的關鍵。

圖5 鄂爾多斯盆地特低—超低滲儲集層成巖演化與油氣充注關系（引自文獻［5］）Fig.5.Relationship between diagenetic evolution and hydrocarbon charging in ultra-low-extra-low permeability reservoirs,Ordos basin(from Reference[5])

該理論突破了特低—超低滲環(huán)境下原油難以長距離、大規(guī)模運聚成藏的傳統(tǒng)認識，實現(xiàn)了延長組下組合的勘探突破，下組合累計探明石油儲量3.1×108t，取得了延長探區(qū)規(guī)模最大的發(fā)現(xiàn)。

3.2 成熟烴源灶控藏模式及延安氣田發(fā)現(xiàn)

早期研究認為，延長探區(qū)石炭系—二疊系陸源碎屑沉積距北部物源較遠，儲集砂體不發(fā)育，不具備天然氣大規(guī)模富集成藏的條件，天然氣勘探潛力不大，被認為是“貧氣區(qū)”。

針對“儲集砂體是否發(fā)育、天然氣如何富集成藏”的難題，延長石油開展了系列研究，發(fā)現(xiàn)古生代延長探區(qū)整體地形平緩，以淺水型三角洲沉積為主，三角洲前緣亞相分布范圍廣，水下分流河道、河口壩砂體發(fā)育。物源分析表明，山西組至盒8 段沉積期，延長探區(qū)位于南北2 個物源交匯區(qū)，物源供應相對充足，砂體較發(fā)育[19-20]，具備形成有效儲集層的條件。本溪組—山西組山2 段，砂巖、泥巖、煤、石灰?guī)r等均有發(fā)育，水岸線頻繁遷移，水進水退作用頻繁[5]，控制了砂體展布，形成了有利儲集層，由此建立了“淺水環(huán)境岸線頻繁遷移控砂”模式，從而改變了“盆地東南部砂體不發(fā)育”的傳統(tǒng)認識。

同時，對古生界油氣成藏期次研究表明，晚三疊世至早白堊世是延長探區(qū)天然氣主要生成期。東南部的延安—延長地區(qū)在侏羅紀末即達到最大埋深，首先進入生烴門限，開始大量生排烴，在本溪組和山西組大量聚集成藏；受板塊運動的影響，探區(qū)西北部在白堊紀中期達到最大埋深，開始大量生排烴，在山西組和石盒子組近源成藏。由此建立了“成熟烴源灶遷移控藏”模式[5，13]（圖6）。

圖6 鄂爾多斯盆地東南部古生界天然氣成藏模式（引自文獻［5］）Fig.6.Paleozoic gas accumulation model in the southeastern Ordos basin (from Reference[5])

3.3 陸相頁巖氣成藏理論認識與勘探突破

鄂爾多斯盆地延長組長7段烴源巖分布廣泛，處于生油窗后期—生濕氣窗的高峰期[5，21-22]，油氣共生，部分成熟度較高的區(qū)域生氣強度較大，具備頁巖氣成藏的物質(zhì)基礎。通過對頁巖氣儲集層微觀特征進行精細刻畫，發(fā)現(xiàn)長7 段頁巖中細小有機孔發(fā)育，是吸附氣的主要賦存空間；且頁巖中發(fā)育有連通性較好的砂質(zhì)紋層，砂質(zhì)紋層內(nèi)有大量原生粒間孔隙和次生溶蝕孔隙[22]，且多為中孔（圖4），平均孔徑為7.2 nm[20]，表現(xiàn)為低孔特低滲—致密的物性特征，是游離氣的主要賦存空間。在湖盆中心的頁巖氣以滯留于頁巖有機孔中的吸附氣為主，在相對遠離湖盆中心區(qū)域則以賦存在砂質(zhì)紋層內(nèi)的游離氣為主，由此形成“源儲一體、差異聚集”的陸相頁巖氣成藏模式，指導延長石油陸相頁巖氣勘探取得突破。對于未來頁巖氣勘探，應更加重視遠離湖盆中心的砂質(zhì)紋層發(fā)育的區(qū)域，同時應該加大湖盆中心吸附氣富集區(qū)的賦存規(guī)律和解吸附技術的研究。

4 結(jié)論

（1）延長探區(qū)勘探歷程可以劃分為4 個階段：初始勘探階段（1905—1949 年）、持續(xù)探索階段（1950—1981 年）、快速發(fā)展階段（1982—2006 年）、穩(wěn)油增氣階段（2007年至今）。

（2）延長探區(qū)特低—超低滲油藏成巖致密化與石油充注過程相互影響、交替發(fā)生，早期油氣運移的優(yōu)勢通道，控制了現(xiàn)今油藏分布，由此建立了特低—超低滲“交替式”石油成藏理論，為“遠源”找油和特低—超低滲油藏勘探提供了思路。

（3）建立了延長探區(qū)天然氣“成熟烴源灶遷移控藏”模式，早期鄂爾多斯盆地東南部烴源巖埋藏深，先成熟生氣；晚期西北部快速沉降，烴源巖成熟并生氣，氣藏分布受烴源灶控制，明確了延長探區(qū)天然氣藏差異化的成藏規(guī)律，提高了勘探成功率。

（4）證實延長探區(qū)陸相湖盆具備形成頁巖氣的地質(zhì)條件，形成了“源儲一體、差異聚集”的陸相頁巖氣成藏模式，指明了陸相頁巖氣下一步勘探方向。

（5）在延長探區(qū)百年的勘探歷程中取得了多項進展和突破，但在特低—超低滲油藏、致密氣藏以及陸相頁巖氣勘探方面，依然面臨諸多理論難題與技術挑戰(zhàn)，還需要進一步加強研究。