呂明久，付代國，何 斌，曾 興

（中國石化河南油田分公司，河南南陽 473132）

泌陽凹陷深凹區(qū)頁巖油勘探實踐

呂明久，付代國，何 斌，曾 興

（中國石化河南油田分公司，河南南陽 473132）

河南油田泌陽凹陷經過近40年的勘探，常規(guī)資源勘探程度與資源探明率較高，尋找規(guī)模性儲量難度越來越大。近年來，國外非常規(guī)勘探開發(fā)理念的引進，微－納米級孔隙、非達西滲流地質理論的創(chuàng)新，水平井鉆完井與多級分段壓裂技術的突破，使富有機質頁巖成為新的勘探目標。泌陽凹陷深凹區(qū)具備形成頁巖油氣的地質條件，通過頁巖油氣賦存條件基礎研究，部署鉆探泌頁HF1井獲得較高產工業(yè)油流，使泌陽凹陷成為國內首個獲得陸相頁巖油發(fā)現(xiàn)與突破的地區(qū)，為老油田持續(xù)發(fā)展開拓了新的勘探領域。

泌陽凹陷；陸相頁巖油；勘探技術；鉆井技術；壓裂技術

1 基本地質特征

長期以來，暗色富有機質頁巖在油氣勘探中一直被作為烴源巖層，或阻擋油氣繼續(xù)向上運移的封蓋層［1］。隨著北美地區(qū)頁巖油氣成功規(guī)模開發(fā)后，人們逐漸認識到暗色富有機質頁巖可以形成自生自儲型油氣資源，尤其是頁巖中有機質溶孔、粒間孔及顆粒內孔等發(fā)育，可以有效儲集油氣，成為油氣勘探的新層系。

泌陽凹陷是我國東部一個典型的富油凹陷［2］，深凹區(qū)頁巖廣泛分布，主要發(fā)育在H2－H34段，埋深2 000～3 200 m。縱向上累計厚度最大620 m，單層最大厚度90 m，一般15～45 m。平面上分布穩(wěn)定，研究劃分出的H22－H331－5號頁巖層分布面積累計354 km2；主力頁巖層有機碳含量2.0%～2.98%，平均2.52%，以Ⅰ型和Ⅱa型干酪根為主，R0一般為0.5%～1.2%，平均0.7%，處于成熟階段；頁巖微孔隙、微裂發(fā)育，脈沖法分析孔隙度值為3.91%～8.92%，平均6.67%，滲透率（0.000 22～0.001）×10－3μm2，平均0.000 99×10－3μm2，高于頁巖油氣開發(fā)下限值；脆性礦物含量一般在65%～70%；吸咐氣含量0.86～2.71 m3／t，平均2.07 m3／t。通過頁巖油氣形成條件研究［3］估算頁巖油氣資源量5.4×108t，具有較大的勘探潛力。

其基本特征為：①自生自儲型含油氣系統(tǒng)，持續(xù)生烴；②油氣資源量大，有“甜點”核心區(qū)；③油氣不受構造控制，無明顯圈閉界限，大面積連續(xù)分布，與有效源巖面積相當；④油氣以吸咐、游離等多種方式賦存；⑤儲層致密，以納米級孔隙為主。

2 主體勘探技術

泌陽凹陷屬于陸相沉積，與美國海相頁巖對比，湖盆范圍小、沉積變化快，非均質性較強，頁巖當中石英含量相對較低，長石含量較高。泌頁HF1井頁巖目的層埋藏相對較深，地層研磨性強，可鉆性差，憋跳鉆嚴重，局部地區(qū)地層壓力高。針對這些難題，開展了陸相頁巖適應性的地質評價技術、優(yōu)快鉆井技術、儲層壓裂等技術綜合研究與攻關［4－6］，形成了一套較為成熟的頁巖油氣勘探主體技術，這些技術的有效應用，快速推動了河南油田非常規(guī)油氣勘探進程。

2.1 地質選區(qū)評價技術

非常規(guī)地質評價的目的是優(yōu)選有利富集區(qū)，首先是利用多口探井資料結合高精度三維地震預測深凹區(qū)頁巖縱橫向分布，在此基礎上主要是進行地質參數評價，借鑒北美地區(qū)的評價參數和標準，包括頁巖埋深、厚度、巖石結構、巖石物性、有機地球化學、微裂縫發(fā)育區(qū)、巖石的可鉆性和可壓性等參數進行綜合評價。

泌陽凹陷通過已有的錄井、測井、分析化驗資料優(yōu)選7項主要地質參數進行甜點區(qū)目標評價。泌陽凹陷頁巖油核心區(qū)多參數評價標準為：①層厚度＞15 m；②有機碳含量＞1.7%；③熱演化程度：頁巖氣＞1.1%，頁巖油＞0.5%；④脆性礦物含量＞60%；⑤孔隙度4%～6%，滲透率＞0.000 1×10－3μm2；⑥含氣量＞2.5 m3／t，含油飽和度＞35%；⑦埋深小于3 200 m。

2.2 水平井鉆井技術

2.2.1 優(yōu)化油基鉆井液

開展國內外油基鉆井液體系調研，攻關研究并優(yōu)選了適合泌陽凹陷陸相頁巖的油基鉆井液體系，為泌頁HF1井三開井壁穩(wěn)定、快速鉆進提供了技術支撐。研究的油基鉆井液具有①破乳電壓高：達800 V以上；②流變性好：靜切力控制在3～14 Pa，動切力控制在5～12 Pa；③抑制、封堵防塌能力強：成功解決定向段的井壁垮塌問題；④摩阻系數低：0.072；⑤滲透率恢復值高：達93%以上。

2.2.2 旋轉導向及PDC鉆頭配套技術

采用旋轉導向、三維地質導向和PDC鉆頭等配套技術，確保長水平段軌跡控制平穩(wěn)、井壁光滑規(guī)則和快速優(yōu)質鉆進［7－8］，三開水平段最高日進尺270 m，僅用6天時間一趟鉆完成1 121m進尺（水平段長度1 044m），創(chuàng)國內頁巖水平段地層鉆井速度新記錄，初步形成了陸相頁巖的優(yōu)快鉆井工藝技術。

2.3 水平井多級分段壓裂技術

2.3.1 壓裂設計優(yōu)化研究

結合泌陽凹陷陸相頁巖地質特征和頁巖油流體性能，針對性地開展了陸相頁巖油壓裂方案優(yōu)化研究［9］。通過頁巖壓裂支撐劑沉降規(guī)律物模研究，滑溜水在10m3／min下的最高砂比為8%，為頁巖油分段壓裂優(yōu)化設計提供了指導作用。設計方案從初稿到正式方案經過內外部和油田上下的多次論證討論，形成較為完善的設計成果。

2.3.2 滾動調整優(yōu)化射孔方案

根據選段選簇原則，結合陸相頁巖地層非均質性和最初1－2級現(xiàn)場壓裂施工的出現(xiàn)砂堵情況，地質與工程緊密結合，及時滾動調整射孔方案，由原方案的10級29簇調整為15級30簇。每級井段長60～70m，兩簇射孔為主，兩簇間距15～20m左右，最后一級（第15級）采用三簇射孔。追求地質效果最佳化和各項工藝技術的試驗成功，為后續(xù)水平井的設計和施工積累經驗和技術措施。選段選簇射孔原則：①低伽馬，高電阻；②高有機碳含量；③高脆性礦物含量；④氣測異常明顯；⑤固井質量好，狗腿度??；⑥避開套管接箍上下1～2m；⑦分段及射孔位置盡量均勻分布。

2.3.3 泵送易鉆橋塞－射孔聯(lián)作技術

采用泵送橋塞－射孔聯(lián)作技術，通過電纜傳輸，水力推送方式，在套管水平井中進行橋塞分段封隔，并與射孔聯(lián)作，實現(xiàn)分段壓裂，確保泌頁HF1井14個易鉆橋塞座封和射孔聯(lián)作工藝成功。

2.3.4 現(xiàn)場施工集成技術

泌頁HF1井15級分段壓裂施工成功，初步形成了適合于泌陽凹陷頁巖油大型壓裂的工藝配套技術。一是配套形成了適應于大排量、長時間施工特點的壓裂井口裝置及高壓管匯系統(tǒng)；二是獨立研制了連接大型儲液池、在線混配及兩級供液系統(tǒng)，保證了施工中多種液體無縫切換和施工供液的連續(xù)性；三是開展不同機組的施工數據采集、傳輸、處理及相互對接和兼容性現(xiàn)場試驗研究，確保了兩套機組和管匯在施工中協(xié)同運行。

2.4 微地震裂縫監(jiān)測技術

在壓裂施工過程中，在鄰區(qū)或鄰井中放入檢波器，采集裂縫產生時形成的地震波信號。經過處理解釋，了解裂縫產生的方向、延伸的長度等，達到監(jiān)測壓裂效果的目的。泌頁HF1井引進斯倫貝謝公司微震監(jiān)測技術，15級分段壓裂共監(jiān)測10631個信號點（圖1），受觀測距離限制以及地層物性變化控制，第1～5級壓裂中監(jiān)測到的微地震信號數目相對較少，第6級以后顯著增加；微地震裂縫方位參數與成像測井結果一致，第1～7級的微地震裂縫方位基本一致，為近東西向，從第8級開始，其方位開始往北偏移，集中在30～50度之間。單級半縫長84～395m，縫帶寬度127～246m，縫帶高度59～195 m，縫帶組合總方位北東向，初步計算，網狀縫體積2 483×104m3，單井控制儲量約（50～70）×104t，頁巖儲層得到了有效改善。

3 實施效果

泌頁HF1井三開水平段鉆進采用旋轉導向等配套技術，2011年12月8日于井深3 722m完鉆，目的層水平段長度1 044m。2011年12月27日至2012年1月8日，歷時13天順利完成15級壓裂，共注入地層壓裂液22 138m3，加砂800t，施工壓力46.5～65.7MPa。1月9日開始放噴排液，18日返排率達15%時見原油和天然氣，19日至22日用8 mm油嘴放噴，日產原油22.5m3、天然氣900m3（原油密度0.863 9，粘度13.6mPa·s／70℃）。2月5日以來，采用抽油機試采評價，初期最高日產油23.6m3，目前已累計排出壓裂液10 653m3，返排率48%，累計產油721 m3，天然氣23 059 m3。通過二個月試采評價，泌頁HF1井原油日產量穩(wěn)定在5～8 m3，證實泌陽凹陷陸相頁巖油具有良好的發(fā)展前景。

圖1 泌頁HF1井微地震裂縫監(jiān)測成果

為了進一步擴大勘探成果，落實儲量與產能，目前已在深凹區(qū)東側以5號頁巖層為目的層部署泌頁HF2井，有望取得泌陽凹陷陸相頁巖油氣規(guī)模性突破。

4 結論與認識

（1）泌陽凹陷深凹區(qū)核三段頁巖發(fā)育，各項評價參數與北美對比相似度高、具備較好成藏條件，計算資源量較大，具有良好的勘探前景。

（2）通過安深1井、泌頁HF1井的勘探實踐，初步形成了以地質選區(qū)評價、水平井鉆完井、多級分段壓裂、微地震裂縫監(jiān)測為主體技術的頁巖油氣勘探配套技術。

（3）泌陽凹陷頁巖層具備形成網狀縫的巖石物理學條件，應用滑溜水加線性膠配以大排量施工，形成了以北東向為主沿最大主應力方向分布的網狀微裂縫帶，通過微地震監(jiān)測得到證實，有效地溝通孔隙、改善滲流條件。

（4）泌陽凹陷頁巖壓裂后初期隨著壓裂液的快速返排，見油較快、產量較高，返排率較高。表明地層對壓裂液的敏感性不強，適應于非常規(guī)的大型壓裂改造。

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編輯：吳官生

TE243.2

A

1673－8217（2012）03－0085－03

2012－03－04

呂明久，高級工程師，1961年生，現(xiàn)從事油氣資源勘探研究與管理工作。