四川盆地涪陵氣田白馬區(qū)塊效益開發(fā)實踐與對策

劉 超,包漢勇,萬云強,甘玉青

中國石化 江漢油田分公司 勘探開發(fā)研究院,武漢 430223

伴隨中國經濟的飛速發(fā)展,油氣資源需求日益劇增。經過多年持續(xù)攻關,中國頁巖氣勘探開發(fā)取得重大突破[1-8],先后在四川盆地發(fā)現(xiàn)了涪陵、威遠、威榮等大型頁巖氣田[9-15]。地層壓力系數(shù)大于1.3的高壓頁巖氣成功實現(xiàn)商業(yè)開發(fā)[16-17]。常壓頁巖氣是中國頁巖氣勘探開發(fā)的主要類型之一,據(jù)自然資源部預測,中國南方常壓頁巖氣技術可采資源量為9.08×1012m3,發(fā)展前景廣闊[3]。

涪陵頁巖氣田作為國內首個實現(xiàn)商業(yè)開發(fā)的頁巖氣田,在全力推進焦石壩等高壓頁巖氣區(qū)塊產能建設的同時,從常壓頁巖氣地質特點出發(fā),通過加強科研生產一體化聯(lián)合、地質工程一體化耦合、建模數(shù)模一體化融合、技術經濟一體化結合,持續(xù)深化效益開發(fā)目標評價,按照“整體部署、評建一體、井組推進、平臺接替”思路,實現(xiàn)了涪陵常壓頁巖氣效益建產。本文結合白馬區(qū)塊常壓頁巖氣開發(fā)實踐,系統(tǒng)總結了常壓頁巖氣開發(fā)領域取得的關鍵技術及效益開發(fā)對策,以期加快推動中國常壓頁巖氣產業(yè)發(fā)展。

1 地質特點與開發(fā)難點

白馬區(qū)塊構造上隸屬于四川盆地川東高陡褶皺帶萬縣復向斜,毗鄰涪陵頁巖氣田焦石壩區(qū)塊。實測地層壓力系數(shù)0.98～1.39,整體屬典型常壓頁巖氣藏。

1.1 地質特征

涪陵氣田位于四川盆地東南緣川東褶皺帶,先后歷經加里東期、海西期、印支期、燕山—喜馬拉雅期等多期構造運動疊加改造[18-19],其中以燕山—喜馬拉雅期作用影響最為強烈,保存條件復雜[20-22]。根據(jù)逆沖推覆構造由根帶到鋒帶再到外緣帶遞進變形的特點,構造變形由東至西可劃分為強烈沖斷、沖斷、斷展、斷滑、滑脫共5種類型。白馬區(qū)塊處于沖斷褶皺變形區(qū),主要發(fā)育北東向斷裂。從構造形態(tài)上看,由西向東呈現(xiàn)出“隆凹相間”構造格局,其中石門背斜帶狹長且高陡,沖斷作用強烈;白馬向斜帶則“南寬北窄”,局部發(fā)育北北西向斷層(圖1)。

研究表明,受構造運動和海侵影響,四川盆地東緣上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組形成了大面積低能、欠補償、缺氧的沉積環(huán)境,沉積了一套深水陸棚相富有機質頁巖[23]。根據(jù)白馬區(qū)塊巖心資料顯示,五峰組—龍馬溪組一段黑色頁巖發(fā)育,整體為深水陸棚沉積,縱向上可劃分為硅質、含黏土硅質、硅質黏土和黏土質4種深水陸棚沉積微相(圖2),與焦石壩區(qū)塊基本一致,生烴條件良好。

測井資料對比顯示(表1),白馬區(qū)塊有機質豐度1.6%～3.6%,硅質含量36%～59%。縱向上受沉積微相差異影響,由上至下有機質豐度和硅質含量逐漸增大;平面上相同沉積環(huán)境下有機質豐度和硅質含量分布穩(wěn)定,且與焦石壩基本相當。受構造變形強度差異影響,孔隙度、吸附氣與游離氣比值(吸游比)等方面與焦石壩高壓頁巖儲層差異明顯,總體來說白馬向斜帶焦頁B井硅質頁巖儲層孔隙度3.53%,吸游比0.94,與焦石壩更為接近,石門背斜帶焦頁A井硅質頁巖儲層孔隙度3.39%,吸游比1.21%,含氣性相較向斜變差?？v向上,焦頁A井上部黏土質頁巖吸游比較下部硅質頁巖低,而焦頁B井則剛好相反,表明石門背斜帶下部硅質頁巖中游離氣應存在逸散現(xiàn)象,導致頁巖吸游比偏高。

表1 四川盆地白馬區(qū)塊與焦石壩區(qū)塊不同沉積微相頁巖測井解釋統(tǒng)計

綜上所述,與焦石壩區(qū)塊相比,白馬區(qū)塊常壓頁巖在構造、儲集、賦存狀態(tài)、地層壓力等方面具有明顯差異:①構造變形強烈,斷裂發(fā)育程度高;②孔隙度偏低;③頁巖吸附氣占比高;④地層壓力系數(shù)低。

1.2 開發(fā)難點

受構造變形差異影響,相較于涪陵氣田焦石壩、江東、平橋等區(qū)塊,白馬區(qū)塊具有“形態(tài)多變、斷裂發(fā)育、地層產狀陡、埋深跨度大、應力變化快”等特點(表2)。構造特征復雜,嚴重制約了開發(fā)地質精細評價、開發(fā)技術政策制定、工程工藝針對性優(yōu)化等,導致前期單井測試產量偏低(4～6萬方/天),無法滿足效益開發(fā)需求。

表2 四川盆地白馬區(qū)塊與涪陵氣田不同產建區(qū)構造特征對比

2 效益開發(fā)實踐與對策

針對白馬區(qū)塊上述復雜地質特點帶來的“構造變形主控因素不清、高精度表征手段缺乏、有利目標不明確、技術政策不落實”等問題,以效益開發(fā)為目標,圍繞構造變形期次、應力精細表征方法、開發(fā)有利目標評價、技術政策參數(shù)優(yōu)選、低成本工程工藝技術等方面,開展深入研究與攻關實踐,取得了積極進展,有效支撐了白馬復雜頁巖氣藏的效益開發(fā)。

2.1 科研生產一體化推進關鍵技術攻關

以前期構造特征研究認識為基礎[24-26],針對白馬區(qū)塊構造變形期次及形成機制,通過對齊岳山、烏江斷裂帶方解石U-Pb定年,明確了涪陵地區(qū)存在燕山晚期南東—北西向、喜馬拉雅早期北西—南東向和喜馬拉雅晚期近東西向三期構造作用(表3),利用構造物理模擬實驗明確了擠壓逆沖推覆作用是白馬區(qū)塊變形差異的關鍵因素。基于上述研究成果,開展白馬區(qū)塊主控斷層精細解剖,結合西側控邊斷層——石門斷層由北至南斷距逐漸增大(由200 m增至1 500 m)、東側齊岳山斷層斷距逐漸減小(由3 000 m降至200 m)的現(xiàn)象,明確了擠壓逆沖推覆作用力逐漸由山前(齊岳山斷裂)過渡至盆內(石門斷裂),形成了石門背斜帶持續(xù)窄陡、斷裂增多、變形增強,白馬向斜帶逐漸寬緩、變形減弱的構造特點。

表3 四川盆地涪陵地區(qū)斷裂帶方解石U-Pb定年數(shù)據(jù)

在構造變形期次及形成機制研究的基礎上,針對解決白馬區(qū)塊地應力變化大的問題,圍繞應力大小、性質、方向三大表征目標,以薄板理論和有限元算法為核心,建立了應力場綜合表征技術,實現(xiàn)了地應力“點、線、面”多維度定性—定量預測。與實測資料相比,方向絕對誤差小于10°,應力大小絕對誤差小于5 MPa(圖3)。

圖3 四川盆地白馬區(qū)塊應力方向及大小實測與模擬結果對比

2.2 地質工程一體化建立選區(qū)評價體系

在構造變形研究認識指導下,明確了白馬區(qū)塊保存條件平面呈現(xiàn)“以向斜核部為中心,向外呈環(huán)帶式變差”的特點,優(yōu)選了孔隙度、壓力系數(shù)和含氣飽和度作為該區(qū)頁巖含氣性評價的關鍵參數(shù)。同時以巖石破裂實驗為依據(jù),深入展開構造特征與壓裂曲線耦合關系分析,明確了埋深、天然裂縫和應力性質是影響頁巖氣井可壓性的關鍵地質因素[27]。最終建立了白馬常壓頁巖氣開發(fā)地質評價參數(shù)體系(表4)。Ⅰ類目標在含氣性方面要求孔隙度不小于4%,壓力系數(shù)不小于1.3,含氣飽和度不小于60%,在可壓性方面要求埋深不超過3 500 m,天然裂縫較發(fā)育且非均質性弱,以中—弱擠壓為主。根據(jù)評價標準,采用權重分析法,針對白馬探明儲量范圍,評價優(yōu)選了白馬向斜核部以南為開發(fā)建產的最有利目標。

表4 四川盆地白馬區(qū)塊頁巖氣開發(fā)選區(qū)地質參數(shù)體系

2.3 建模數(shù)模一體化細化開發(fā)技術政策

涪陵氣田開發(fā)實踐表明五峰組—龍馬溪組一段①至⑤號小層為最優(yōu)質開發(fā)層系,充分利用建模數(shù)模手段,針對不同地質特征,重點圍繞穿行層位、井網井距、布井方位等開發(fā)技術政策參數(shù)開展了相關研究,建立了差異化開發(fā)技術政策。

根據(jù)白馬區(qū)塊多尺度天然裂縫精細建模結果,結合巖心破裂實驗、鉆井漏失特征、產氣剖面等相關資料,明確了在天然裂縫欠發(fā)育區(qū),應優(yōu)選有機碳含量最高的①至③號小層下部為有利穿行靶窗;在天然裂縫發(fā)育區(qū),應優(yōu)選③號小層上部為有利穿行靶窗。根據(jù)壓后縫網模擬和數(shù)值模擬結果,配合微地震監(jiān)測和經濟極限井距分析,明確了在天然裂縫欠發(fā)育且埋深超過4 000 m的區(qū)域,井距應以250 m為主,且隨著埋深逐漸變淺,井距應控制在300 m;在天然裂縫較發(fā)育區(qū),井距則應控制在300～350 m。根據(jù)地應力場預測結果,結合布井方位與最大應力方向夾角應不小于60°的涪陵氣田開發(fā)實踐,明確了在應力方向相對單一的區(qū)域可采用平行布井模式,在應力方向多變的區(qū)域則采用“近扇形”布井模式,最大限度地實現(xiàn)儲量有效控制。

2.4 技術經濟一體化保障常壓有效開發(fā)

根據(jù)白馬區(qū)塊差異化裂縫發(fā)育條件、應力性質和氣藏埋深,開展了不同地質條件壓裂工藝對策研究。在小尺度裂縫發(fā)育區(qū),針對裂縫導致濾失增加,影響人工裂縫延伸的問題,形成了“降濾促縫+超大排量”的壓裂工藝對策;在埋深超過4 000 m、擠壓應力為主的天然裂縫欠發(fā)育區(qū),針對裂縫延伸困難和復雜縫網難形成的問題,優(yōu)化形成了“綜合降壓+暫堵促復雜”的壓裂工藝對策;在地層壓力系數(shù)小于1.0、大尺度裂縫發(fā)育區(qū),針對天然裂縫對人工縫網強誘導的問題,形成了“前置暫堵改造巖石本體”的壓裂工藝對策。在壓裂工藝多輪次總結優(yōu)化的基礎上,白馬區(qū)塊單井產能由早期的0.5～0.6億方提升至0.75～0.95億方,為效益開發(fā)奠定了良好基礎。

在不斷提產的同時,積極探索高效降本模式。以“整體部署、分步實施、評價先行”思路為指導,優(yōu)選具有不同地質特征的多個井組,開展工程試驗,落實效益開發(fā)可行性。通過攻關試驗,基本形成了白馬區(qū)塊全井一體化提速降本模板。對比前期5口水平井,平均機械鉆速提高38%,鉆井周期縮短32天,壓裂施工速度提升2～3倍,單段壓裂費用降至85萬元,降本提速效果明顯(圖4)。

圖4 四川盆地白馬區(qū)塊不同井、井組壓裂速度對比

2.5 開發(fā)效果

經過多年持續(xù)攻關,涪陵頁巖氣田白馬區(qū)塊五峰組—龍馬溪組常壓頁巖氣開發(fā)實現(xiàn)跨越式發(fā)展。2021年向國家儲委提交頁巖氣探明儲量超千億方,首次實現(xiàn)國內第一個整裝常壓頁巖氣藏規(guī)模儲量探明。截至2022年底,先后投產30口開發(fā)井,日產氣量穩(wěn)定在80萬方。2022年年產氣量2.24億方,實現(xiàn)了常壓頁巖氣效益開發(fā),有效支撐了涪陵氣田持續(xù)穩(wěn)產。目前白馬區(qū)塊正在積極探索立體開發(fā)可行性,已部署實施上部氣層評價井,預測單井EUR達0.65億方,有望實現(xiàn)常壓頁巖氣儲量一次性高效動用。

3 結論與建議

以涪陵頁巖氣田白馬區(qū)塊為代表的中國南方常壓頁巖氣在地質評價關鍵技術、選區(qū)評價參數(shù)體系、開發(fā)技術政策、工程工藝對策等方面取得了一些重要成果:①明確了逆沖推覆作用是控制常壓頁巖氣保存和富集差異的關鍵;②建立了復雜構造背景下地應力場預測技術;③創(chuàng)建了常壓頁巖氣開發(fā)地質評價參數(shù)體系;④創(chuàng)建了基于不同地質特征的常壓頁巖氣差異化開發(fā)技術政策;⑤形成了常壓頁巖氣差異化壓裂工藝對策;⑤實現(xiàn)了涪陵氣田常壓頁巖氣效益開發(fā)。

白馬區(qū)塊實踐證實了中國南方常壓頁巖氣具有效益開發(fā)前景,但為不斷提升常壓頁巖氣開發(fā)效果,實現(xiàn)高效開發(fā),仍需做好以下三方面的工作:①持續(xù)深化富集高產主控因素研究,細化開發(fā)甜點目標;②持續(xù)深化常壓頁巖氣井生產規(guī)律研究,優(yōu)化開發(fā)技術政策;③持續(xù)深化常壓頁巖氣立體開發(fā)可行性評價,為動用率和采收率提升奠定基礎。

致謝:中國石油大學(北京)在方解石U-Pb定年實驗方面做出了相關貢獻,在此致以衷心感謝!

利益沖突聲明/Conflict of Interests

所有作者聲明不存在利益沖突。

All authors disclose no relevant conflict of interests.

作者貢獻/Authors’Contributions

劉超參與研究設計;劉超、包漢勇、萬云強、甘玉青參與論文寫作和修改。所有作者均閱讀并同意最終稿件的提交。

The study was designed by LIU Chao. The manuscript was drafted and revised by LIU Chao, BAO Hanyong, WAN Yunqiang, and GAN Yuqing. All the authors have read the last version of paper and consented for submission.