川東北地區(qū)沙溪廟組致密砂巖氣井產能主控因素探討

徐明星 任洪明 胥偉沖 李明秋 張曉麗 杜 磊 李詠洲 伍虹莉

1. 中國石油西南油氣田公司川東北氣礦 2. 中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院

0 引言

隨著工程技術的進步，致密氣藏在整個油氣田開發(fā)生產中占有的地位愈加重要[1-2]，特別是自“十三五”以來受儲層壓裂改造技術的推動，致密氣藏已經成為非常規(guī)氣藏的重要類型之一。但在具體開發(fā)實踐中，致密氣藏的靜態(tài)、動態(tài)特征復雜,效益開發(fā)難度大。以川東北地區(qū)處于開發(fā)中后期的五寶場沙溪廟組氣藏為例，該氣藏在開發(fā)過程中表現(xiàn)出儲量動用率低、氣藏特征復雜、勘探開發(fā)范圍難以拓展等問題，“如何對川東北地區(qū)致密氣藏進行效益開發(fā)”成為亟需解決的主要問題。就此，本文以川東北地區(qū)五寶場沙溪廟組為研究對象，詳細分析其天然氣成藏條件、高產控制因素，以期為下步滾探拓邊提供思路，同時為川東北地區(qū)致密氣開發(fā)增加助力。

1 氣藏基本地質特征

川東地區(qū)面積達5.3×104km2，廣泛分布殘留厚度為1 500～2 500 m的侏羅系陸相碎屑巖，研究結果表明該地區(qū)烴源厚度大、儲層致密、油氣資源豐富，早在21世紀初就提出了將川東侏羅系作為四川盆地油氣戰(zhàn)略接替勘探領域之一的觀點[3-5]，然而截至目前，僅在渡口河構造二、三疊系勘探中意外發(fā)現(xiàn)侏羅系氣藏，之后在五寶場高點對儲層進行多層加砂壓裂改造，開啟了致密氣的開發(fā)序幕，除此之外未取得新的勘探進展。

五寶場構造隸屬于川東南中隆高陡構造區(qū)雙石廟構造群，處于溫泉井構造帶北側、黃金口構造帶東南側、七里峽構造帶北傾沒端以北的“五寶場盆地”中央地帶。經歷了盆地沉積—構造演化史，相繼沉積了中三疊統(tǒng)及以下的以碳酸鹽巖為主的海相地層和上三疊統(tǒng)—侏羅系的以砂泥巖為主的陸相地層[6-8]。

根據(jù)三維地震和實鉆井資料顯示，五寶場構造格局總體表現(xiàn)為低緩構造，以軸向為北東方向的五寶場構造為主。構造圈閉面積約為11.6 km2，閉合高度約130 m，高點海拔-1 070 m，最低圈閉線海拔-1 200 m。在五寶場構造西北翼，受大巴山弧形褶皺帶的影響，發(fā)育一北西向的鼻狀構造。

五寶場地區(qū)地面出露侏羅系蓬萊鎮(zhèn)—沙溪廟組，其中主體構造區(qū)地面出露為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組，西部東升一帶出露侏羅系上統(tǒng)的遂寧—蓬萊鎮(zhèn)組。根據(jù)本區(qū)已鉆探資料結合區(qū)域地質情況綜合分析，地層層序正常，目前氣藏儲層主要處于沙二1亞段。

根據(jù)砂、泥巖組合特征，將沙二1亞段細分成10個砂體，主體區(qū)①號、⑤號和⑧號砂體普遍發(fā)育。其中①號砂體厚度一般為20～40 m；⑤號砂體相對較薄，砂體厚度一般分布在10～30 m之間；⑧號砂體砂體厚度一般分布在10～30 m之間。電性特征表現(xiàn)為“低自然伽馬、中聲波時差、高電阻”特征，地震響應特征為“頂峰—底谷”的反射模式。

2 天然氣成藏條件

2.1 須家河組及下侏羅統(tǒng)烴源巖為天然氣聚集提供了充足的物質基礎

五寶場沙溪廟組氣藏所產天然氣總體屬于低含硫優(yōu)質烴類氣田氣。其甲烷含量在87.92%～95.93%之間，平均為93.35%，含量較高；N2含量在0.56%～5.59%之間，平均為1.51%，含量較高；H2S含量低（0.002～0.013 g/m3），CO2含量低（0～0.786 g/m3）。碳同位素特征表明，五寶場沙溪廟組氣藏為混源，既有煤系氣，也有油系氣，為高熟油系—煤系混源氣，說明五寶場地區(qū)接受下伏須家河組及下侏羅統(tǒng)的陸相氣源[9-10]。

2.2 斷層是本區(qū)沙溪廟組儲層溝通烴源巖成藏的關鍵

五寶場地區(qū)烴源斷裂（“烴源斷裂”指溝通烴源巖與儲集砂體之間的斷層，下同）發(fā)育，如圖1、表1所示，其中渡29號、渡31號斷層由沙溪廟組斷至須家河組，為烴源運移提供了良好的通道，其他斷層由沙溪廟組斷至自流井組，涼高山組、大安寨段的烴源通過微裂縫及孔隙向上運移至沙溪廟組儲層充注（圖2）。

圖1 五寶場地區(qū)沙溪廟組沙二段斷層分布圖

圖2 五寶場沙溪廟組氣藏成藏模式圖

表1 五寶場地區(qū)主要烴源斷裂要素表

晚侏羅系涼高山組和大安寨段烴源巖處于生油氣初期，生成的油氣垂向運移到沙二段孔隙性儲層內，伴隨油氣而來的有機酸導致儲層發(fā)生埋藏溶蝕作用，早期形成的構造圈閉優(yōu)先捕獲油氣并聚集成藏。

白堊紀—早第三紀為主要聚集成藏期，烴源巖進入生油氣高峰期，到高成熟早期階段，生成的油氣向上運移，并再次垂向運移向沙溪廟組儲層充注。

晚第三紀以來為調整成藏期，喜山運動形成一系列新圈閉，并使古圈閉最終定型；由于構造縫、斷層的增加，使已聚集成藏的烴類發(fā)生轉移、調整和再分配，最終富集成藏。燕山—喜山運動所形成的圈閉、斷層或裂縫，為油氣后期調整、富集成藏起到了至關重要的作用[11-12]。

2.3 受沉積相控制的縱向多類型砂體提供了有利的儲集條件

川東北地區(qū)沙溪廟組主要物源區(qū)為大巴山沖斷推覆構造帶，次為米倉山[12]。沙溪廟組整體上由大巴山前緣的曲流河沉積向西南過渡進入湖泊沉積區(qū)[13]，并在河流入湖處即研究區(qū)形成曲流河—三角洲沉積，總體呈現(xiàn)出水退的特征，五寶場地區(qū)沉積微相逐漸三角洲前緣向三角洲平原演化（圖3），初期砂體主要集中在三角洲前緣的水下分流河道，隨著水位變淺而逐漸轉變?yōu)榍骱映练e，砂體主要集中在三角洲平原的分流河道微相，部分發(fā)育在三角洲前緣水下分流河道微相。

圖3 沙二1亞段1、2、3旋回沉積相圖

根據(jù)砂、泥巖組合特征，將沙二1亞段細分成10個砂體。在氣藏主體區(qū)，①號、⑤號和⑧號砂體普遍發(fā)育。其中①號砂體厚度一般為20～40 m；⑤號砂體相對較薄，砂體厚度分布在10～30 m之間；⑧號砂體砂體厚度也分布在10～30 m之間。生產實踐證實，縱向疊置的各砂體普遍含氣，單井揭開多套砂體可有效提高產能，如Q2-1井單層①號砂體測試獲氣5.81×104m3/d，而對①、②、③、⑤砂體合測則獲氣34.40×104m3/d。

2.4 沙溪廟組的“泥包砂”特征利于巖性氣藏的形成

由于五寶場沙溪廟組各儲集砂體具“泥包砂”特征（圖4），各砂體儲層上部的泥巖層厚度為5～30 m，具有很好的隔擋作用，為天然氣藏形成提供了有利的封蓋條件。實際開發(fā)實踐中最淺儲層埋深為700 m，說明縱向泥巖隔層遮擋效果好。

圖4 五寶場沙溪廟組沙二1亞段連井剖面圖

3 氣井高產主控因素

3.1 氣井產能受控于優(yōu)質儲層發(fā)育程度

五寶場沙溪廟組氣藏沙二段儲層表現(xiàn)為低孔隙度、特低滲透率特征，儲層先天條件差。沙二段儲集巖以巖屑長石砂巖及長石巖屑砂巖為主。其碎屑成分以石英為主，含量38%～82.5%，平均大于55%。長石以鉀長石為主，次為斜長石，局部見微斜長石，一般含量為20%左右。巖心孔隙度總體分布在0.72%～15.45%之間，以4%為下限，儲層平均孔隙度為5.61%。巖心滲透率總體分布在2.19×10-4～2.26 mD之間（不包含裂縫樣品），平均滲透率值為0.12 mD，主要分布在10-4～101mD（占84.44%）。主要儲滲空間包括孔隙與裂縫，其次為溶洞。

通過研究五寶場沙溪廟組氣藏大量的巖心資料、測試資料，結合區(qū)塊具體特點，選用產能模擬試驗法、最小流動孔喉半徑法、實驗統(tǒng)計法、孔飽關系法等6種方法來確定有效儲層孔隙度下限，結果為4%。在此基礎上，將沙二段儲層分為兩類（表2），Ⅰ類為優(yōu)質儲層，Ⅱ類為一般儲層。該氣藏主要以Ⅱ類儲層為主。兩類儲層對應的其他參數(shù)范圍如表2所示。

表2 五寶場區(qū)塊沙二段儲層分類表

通過單井產能與地層系數(shù)（滲透率×有效厚度）、儲能系數(shù)（孔隙度×有效厚度）的關系分析可知，如圖5所示，五寶場沙溪廟組氣藏的單井無阻流量與地層系數(shù)、儲能系數(shù)均呈較好的正相關關系，說明儲層物性及有效厚度等仍是決定氣井產能的主要因素。

圖5 單井無阻流量與地層系數(shù)、儲能系數(shù)關系圖

3.2 天然裂縫是高產氣井的重要因素

研究表明五寶場區(qū)塊裂縫主要發(fā)育于構造鼻凸、轉折端及斷層附近[14-18]，最終與斷層等構造裂縫帶相通，從而構成一個孔縫網絡儲滲體，主要形成于燕山和喜山期，與生烴高峰期匹配。這種網絡儲滲體既是油氣儲集空間，更重要的是，它同時又是油氣縱向、橫向運移和產出的重要通道。生產實踐證實，五寶場沙溪廟組氣藏的高產井主要沿裂縫發(fā)育的構造軸部分布。

1）巖心觀察表明，在構造軸部的高產井裂縫發(fā)育。裂縫多為中、小型縫，裂縫類型有直立—高角度縫、斜交縫、低角度縫、層間縫和不規(guī)則縫等。如Q1、Q2井，其儲層未經改造便獲得較好工業(yè)氣流。再如未取心的D5、Q1-2等井，聲波時差曲線跳躍明顯，裂縫發(fā)育，獲得高產，其中生產效果最好的Q1-2井，單井可采儲量為0.97×108m3，試井解釋該井滲透率高達7.09 mD（圖6），遠大于同區(qū)塊一般井的試井解釋滲透率（0.1～1.98 mD），反映儲層在低孔隙度、特低滲透率的背景下，局部發(fā)育物性好的“甜點”。而處于構造邊緣的Q8、Q9、Q18等天然裂縫欠發(fā)育的井，經儲層改造后，產量依然不高，井均產量僅0.72×104m3/d。各井在構造上的分布位置，如前述圖1所示。

圖6 Q1-2井試井雙對數(shù)分析曲線圖

2）生產測井證實裂縫發(fā)育段天然氣產出高。如圖7如示，Q006-1-H1井產氣量主要來自裂縫發(fā)育的第1、2、3、6段儲層，占比61%，而這幾段儲層均為裂縫發(fā)育段。

圖7 Q006-1-H1井儲層段產氣關系圖

3）烴源斷裂是高產氣井發(fā)育的關鍵。即在溝通烴源巖與儲集砂體之間的斷層附近，發(fā)育高產井。生產實踐證實了這一點。如處于構造鞍部的Q6-1井，位于渡33號斷層附近約350 m處，其單井可采儲量約0.4×108m3，而相對高部位的Q6井，距離渡33號斷層約640 m，測試顯示為干層；再如，位于渡31號斷層附近的Q13井，其單井可采儲量約0.46×108m3。

4）通過儲層壓裂改造實現(xiàn)人工造縫，可在一定程度上提高單井產能。五寶場沙溪廟組共測試25口井，在儲層改造之前，僅有6口井獲工業(yè)氣流（圖8），單井測試產量1.01×104～14.67×104m3/d，井均測試產量5.31×104m3/d；而18口井經儲層改造后，單井測試產量0.81×104～34.4×104m3/d，井均測試產量7.0×104m3/d，單井產能普遍得到提升。

圖8 儲層改造前獲工業(yè)氣流的6口井測試產量柱狀圖

4 結論

通過對五寶場沙溪廟組致密氣藏的上述研究，得出以下結論：

1）五寶場地區(qū)烴源充足，須家河組及下侏羅統(tǒng)地層的陸相氣源通過烴源斷裂溝通，有效充注沙溪廟組致密氣藏，為沙溪廟組油氣成藏提供了物質基礎。

2）氣藏儲層物性整體表現(xiàn)為低孔隙度、特低滲透率特征，儲層孔隙度僅5.61%，巖心滲透率主要分布在10-4～10-1mD，相較于四川盆地內其他沙溪廟組致密氣藏更為致密。

3）受沉積相控制，區(qū)塊縱向多類型的砂體為氣藏提供了有利的儲集條件，各儲集砂體具“泥包砂”特征，各砂體儲層上部的泥巖層有較好的隔擋作用，實際開發(fā)中獲氣最淺埋深約700 m，說明縱向砂體具有較大的立體勘探潛力。

4）氣井產能受控于優(yōu)質儲層發(fā)育程度?？v向多砂組揭開，能有效提高單井產量；在沿裂縫發(fā)育的構造軸部高產井發(fā)育，在低孔、特低滲儲層背景下發(fā)育局部的物性好的“甜點”。

5）五寶場地區(qū)烴源斷裂發(fā)育，為烴源運移提供了良好的通道，沿烴源斷裂有高產井發(fā)育，據(jù)此建議下步可沿烴源斷裂通道部署井位，從而拓展區(qū)塊勘探開發(fā)范圍。