米立軍 朱光輝

（ 1中海石油（中國）有限公司北京研究中心；2中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司 ）

0 引言

鄂爾多斯盆地素有“滿盆氣、半盆油”的美譽。其大規(guī)?？碧绞加?0世紀(jì)80年代，經(jīng)歷多次轉(zhuǎn)變，在致密氣、致密油領(lǐng)域不斷取得新的突破和進(jìn)展[1-3]。目前，致密氣資源量約為14.5×1012m3，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)蘇里格、烏審旗、大牛地、神木等探明地質(zhì)儲量超過千億立方米的致密氣田，累計探明地質(zhì)儲量超過3.8×1012m3，顯示了盆地豐富的致密氣資源[4]。隨著鄂東大氣區(qū)勘探的滾動擴邊和逐步深入，盆地東緣晉西撓褶帶逐漸開展致密氣勘探。中國海油臨興—神府區(qū)塊位于晉西撓褶帶北段，面積約為5500km2，由于對成藏特征及規(guī)律認(rèn)識不清，勘探進(jìn)程舉步維艱，主要表現(xiàn)為:（1）構(gòu)造復(fù)雜，構(gòu)造對成藏所起的作用不明確；（2）源內(nèi)成藏組合的本溪組、太原組和山西組砂巖儲層分布差異大，展布規(guī)律不清；（3）源內(nèi)成藏組合以上多個含氣層系的沉積儲層展布和天然氣富集規(guī)律亟待明確；（4）儲層巖電特征多樣，氣層、水層均具有低電阻率特征，識別技術(shù)需要建立；（5）巖性組合復(fù)雜，85%的氣層厚度小于5m，地球物理儲層預(yù)測技術(shù)亟待攻關(guān)；（6）單井單層試氣產(chǎn)量為（0.5～5.0）×104m3/d，如何經(jīng)濟有效地推動開發(fā)，顯著提高單井單層產(chǎn)量與多層系氣層動用程度是重點攻關(guān)方向。

2010—2020年，經(jīng)過3個階段的勘探歷程，通過區(qū)域成藏條件對比，創(chuàng)新形成3套勘探關(guān)鍵技術(shù)，逐漸揭示了烴源巖—構(gòu)造—沉積成巖三者耦合的“煤巖生烴、烴源控潛；相帶控砂、微相控儲；斷砂輸導(dǎo)、物性控藏；差異聚集、優(yōu)儲控產(chǎn)”的“選擇性—非連續(xù)”致密氣成藏規(guī)律。2021年，臨興—神府區(qū)塊探明超千億立方米的致密氣地質(zhì)儲量，展現(xiàn)了東部復(fù)雜構(gòu)造條件下致密氣勘探的廣闊前景。本文擬通過對盆地東緣致密氣成藏地質(zhì)條件、成藏富集規(guī)律及勘探關(guān)鍵技術(shù)研究，為其他類似地區(qū)致密氣勘探提供地質(zhì)經(jīng)驗及可借鑒的技術(shù)。

1 臨興—神府氣田發(fā)現(xiàn)及勘探歷程

臨興—神府氣田位于陜西省神木市和山西省臨縣境內(nèi)，西鄰神木氣田，東靠呂梁山，構(gòu)造位置隸屬于鄂爾多斯盆地次級構(gòu)造單元晉西撓褶帶北段（圖1）。構(gòu)造形態(tài)表現(xiàn)為東部隆升，西部為西傾斜坡，地層傾角由西部的1°～2°陡變?yōu)闁|部的12°～23°。發(fā)育上古生界石炭系—二疊系，由下而上沉積一套海陸交互相含煤地層。依據(jù)與煤系烴源巖的距離，將該氣田劃分為3套成藏組合[4]，分別是由本溪組（C2b）、太原組（P1t）和山西組（P1s）組成的源內(nèi)成藏組合，下石盒子組（P2x）近源成藏組合，由上石盒子組（P2s）和石千峰組（P3s）組成的遠(yuǎn)源成藏組合（圖2）。

圖1 臨興—神府致密氣田構(gòu)造位置Fig.1 Structural location map of Linxing-Shenfu tight gas field

圖2 臨興—神府致密氣田地層綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of Linxing-Shenfu tight gas field

臨興—神府氣田主要氣藏類型為低產(chǎn)、特低豐度、中淺層、特大型致密砂巖氣藏。截至目前，該氣田探明天然氣地質(zhì)儲量1010.43×108m3，含氣面積為728.11km2；產(chǎn)氣層主要是上古生界石炭系本溪組和二疊系太原組、石盒子組，其次為山西組、石千峰組；氣層單層厚度介于0.5～17.7m，平均厚度為2.4m，單井氣層累計厚度介于2.3～113.3m，平均厚度為32.0m。

1.1 氣田周邊發(fā)現(xiàn)

2010年以前，臨興—神府氣田周邊一直作為煤層氣資源的一類有利區(qū)進(jìn)行勘探，以必和必拓公司、中澳煤層氣能源有限公司為主的國內(nèi)外公司將本溪組、太原組和山西組的煤層作為勘探重點，陸續(xù)鉆探了一批有發(fā)現(xiàn)的煤層氣探井。2010年到2013年，對作為煤層圍巖的砂巖進(jìn)行了探索。2011年，在兔坂構(gòu)造鉆遇致密氣層，盒2段壓后無阻流量為5.3×104m3/d，證實了該區(qū)致密氣具有經(jīng)濟性產(chǎn)量，開拓了致密氣勘探前景，但對比盆內(nèi)主要致密氣田，由于產(chǎn)層不同，以及研究認(rèn)識的不足，并沒有獲得更多的高產(chǎn)井發(fā)現(xiàn)和儲量發(fā)現(xiàn)，致密氣勘探進(jìn)入了一個相對緩慢的推進(jìn)期。

1.2 氣田早期勘探

2013年，中國海油進(jìn)入臨興—神府區(qū)塊，在梳理前期煤層氣和致密氣勘探認(rèn)識的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)對比盆緣與盆內(nèi)地質(zhì)條件的差異性，大膽提出全面向致密氣勘探的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變。2014年，中國海油提出以常規(guī)氣藏的勘探思路尋找構(gòu)造—巖性氣藏，圍繞兔坂構(gòu)造相繼部署了5口探井。第一輪3口探井以構(gòu)造為主，兼顧砂巖厚度，平均鉆遇氣層6.9m，效果不佳。第二輪2口探井以巖性為主，在構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)內(nèi)尋找砂體疊合帶，在LX-4井鉆遇氣層79.8m，太2段常規(guī)射孔試氣獲商業(yè)氣流13.3×104m3/d，顯示了該區(qū)塊極好的含氣性和資源潛力。研究結(jié)果表明:自北向南太原組發(fā)育海相淺水三角洲和障壁—潮坪沉積體系，（水下）分流河道砂體和障壁沙壩砂體構(gòu)成了主要儲集體，殘余原生孔和次生溶孔發(fā)育，物性好（圖3）；砂巖儲層與煤系烴源巖互層分布，烴源巖Ro大于1.5%，形成了自生自儲式的源內(nèi)成藏組合，具備形成大型巖性氣藏的有利條件?；谠撍悸?，逐步落實了LX-4井區(qū)穩(wěn)定分布的太原組含氣砂體，并擴展到山2段和盒8段，含氣性均較好，是天然氣富集區(qū)，為擴大勘探規(guī)模奠定了基礎(chǔ)。遵循源內(nèi)成藏組合及近源盒8段成藏認(rèn)識，以落實富集區(qū)為目的相繼取得了高產(chǎn)井發(fā)現(xiàn)。2015年，LX-4井區(qū)探明地質(zhì)儲量超過200×108m3，臨興—神府致密氣田初見雛形。

圖3 LX-4井太2段巖心綜合柱狀圖Fig.3 Comprehensive column of core section of 2nd member of Taiyuan Formation of Well LX-4

1.3 氣田規(guī)?？碧?/h3>

隨著LX-4井區(qū)的逐步外擴，以及北部神府區(qū)塊的勘探推進(jìn)，2016年下半年，儲量探明工作進(jìn)程緩慢，勘探難題逐步顯現(xiàn)。為加快落實儲量，勘探人員加大了新一輪的綜合研究與專項攻關(guān):（1）開展鄂爾多斯盆地東緣離石走滑斷裂帶北段研究，明確了其時空關(guān)系和紫金山火山熱事件的演化特征，指出了構(gòu)造的東西分帶性、南北分區(qū)性，揭示了構(gòu)造影響致密砂巖氣的富集和逸散；（2）開展盆地東緣上古生界沉積體系研究，不斷完善沉積演化認(rèn)識，明確南北沉積相的差異性，從優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育控制因素角度逐步落實其分布規(guī)律，提出差異部署思路，在臨興區(qū)塊以LX-4井區(qū)向西南擴大儲量規(guī)模、向東擴大含氣面積，在神府區(qū)塊以SM-6井區(qū)向南、向西擴大本1段、太原組、山2段儲量規(guī)模，向東擴大含氣面積；（3）開展多因素耦合條件下的天然氣運聚成藏機理研究，通過構(gòu)建復(fù)雜構(gòu)造條件下的“選擇性—非連續(xù)”致密氣成藏模式，明確了臨興—神府區(qū)塊南北成藏差異性，南部山西組、石盒子組、石千峰組具有形成大型巖性氣藏的有利地質(zhì)條件，以多層系立體勘探為主。北部由于生烴強度變?nèi)?，以?段、太原組、山2段源內(nèi)成藏組合和近源盒8段勘探為主；（4）形成以核磁共振測井、陣列聲波測井與熱中子成像測井新技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用為核心的巖石物理研究與測井綜合評價技術(shù)體系，提高了氣層識別精度；（5）建立考慮煤層影響和不同微相巖性組合控制的“層—相”共控儲層預(yù)測技術(shù)體系，提高了氣層預(yù)測精度；（6）創(chuàng)新形成以“分區(qū)分類、應(yīng)鉆盡鉆；深化試驗、經(jīng)濟有效；迭代學(xué)習(xí)、持續(xù)改正”三大核心為基礎(chǔ)的勘探開發(fā)一體化技術(shù)系列，提高了氣田儲量動用率，加快了氣田產(chǎn)能建設(shè)和高效開發(fā)。

以成藏規(guī)律和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)為基礎(chǔ)，2017—2020年，中國海油加大自南向北的多層系立體勘探與源內(nèi)層系局部勘探力度，不斷擴大疊合含氣面積，探明地質(zhì)儲量逐年增加。2021年，臨興—神府致密氣田成為東緣又一個超千億立方米級別的特大型氣田，目前已建成產(chǎn)能超過15×108m3/a。

2 氣藏地質(zhì)特征

2.1 烴源巖特征

臨興—神府氣田上古生界以煤型氣為主，氣源為本溪組、太原組和山西組煤系地層，各層中均有不同厚度的煤層發(fā)育，且廣泛分布，單層厚度介于0.5～18.2m，平均厚度為2.8m，其中4+5號煤自南向北厚度增加，8+9號煤自南向北厚度變化不大，向東厚度增加。煤巖有機碳含量高達(dá)57.10%，碳質(zhì)泥巖有機碳含量為12.03%～15.73%，泥巖有機碳含量為0.10%～7.09%；煤巖和碳質(zhì)泥巖以腐殖型干酪根為主，有機質(zhì)成熟度Ro大于0.5%，進(jìn)入生烴階段，煤巖生烴潛量S1+S2介于136.3～217.4mg/g，碳質(zhì)泥巖生烴潛量介于27.8～84.5mg/g，煤巖是主要的烴源巖。

臨興—神府氣田具有廣覆式生烴特征，從煤巖變質(zhì)規(guī)律來看，鄂爾多斯盆地東緣（煤田地質(zhì)系統(tǒng)也叫河?xùn)|煤田）煤級變化十分有規(guī)律[5-7]，從西到東、從南到北煤巖變質(zhì)程度降低，從東到西煤巖埋藏深度增加，符合希爾特定律，說明煤巖的變質(zhì)作用以深成變質(zhì)為主。從南到北，煤巖變質(zhì)程度降低，考慮到南部臨興區(qū)塊有紫金山火山熱活動發(fā)育[8-10]，說明南部煤巖變質(zhì)程度受深度和巖漿熱異常雙重控制，北部以深成變質(zhì)為主。例如盆地東緣南部鄉(xiāng)寧一帶以無煙煤為主，到臨興區(qū)塊主要為焦煤，向北到神府區(qū)塊為氣煤、肥煤，到盆地東緣北部準(zhǔn)格爾地區(qū)主要為長焰煤。臨興—神府氣田生烴強度介于（5～28）×108m3/km2，自南向北生烴強度逐漸變低，因為南部圍繞紫金山周邊煤巖有機質(zhì)成熟度Ro介于0.9%～3.0%，生烴強度明顯變高。

2.2 斷裂特征與構(gòu)造演化

中生代以來，鄂爾多斯盆地經(jīng)歷了從大型陸內(nèi)坳陷盆地到西傾單斜坡再到整體隆升的構(gòu)造背景，周緣發(fā)育多條深大斷裂，對盆地構(gòu)造格局起決定性作用[11]。受盆地東緣控盆斷裂離石斷裂帶左旋走滑及紫金山巖漿侵入的共同作用[12]，導(dǎo)致研究區(qū)構(gòu)造樣式復(fù)雜多樣，統(tǒng)計臨興—神府區(qū)塊可識別的357條斷層發(fā)現(xiàn)，區(qū)塊整體呈“南強北弱，東強西弱”的構(gòu)造特征，南北具分區(qū)性，東西具分帶性（圖4）。

自南向北分為3個區(qū):依次為南部環(huán)紫金山構(gòu)造區(qū)、中部低幅構(gòu)造區(qū)及北部交接轉(zhuǎn)換區(qū)（圖4）。（1）環(huán)紫金山構(gòu)造區(qū)地層變形強烈，地層傾角為2°～40°；受紫金山巖漿侵入影響，斷層在平面上環(huán)紫金山巖體呈弧形和放射狀展布，延伸長度多小于1km，走向復(fù)雜，垂向上多斷至三疊系，平均斷距約為40m；發(fā)育斷背斜及塑性撓褶等多種構(gòu)造樣式（圖5a、e）。（2）低幅構(gòu)造區(qū)地層變形西弱東強，自西向東傾角逐漸變大，介于0～30°；平面上斷層以NW向、近WE向以及近NS向剪切破裂為主。東部發(fā)育規(guī)模較大的雁列式斷層，延伸長度介于5～15km，垂向上多斷穿三疊系，發(fā)育斷鼻、掀斜等構(gòu)造樣式；西部發(fā)育規(guī)模較小的共軛斷層，延伸長度介于1～5km，垂向上多斷至石千峰組和上石盒子組，少斷穿三疊系，為層間斷層，發(fā)育低幅背斜、斷塊、塑性撓褶等構(gòu)造樣式（圖5a—c）。（3）交接轉(zhuǎn)換區(qū)受控于清水—哈鎮(zhèn)斷裂，被東緣NS走向的離石走滑斷裂帶西支斷裂與北部NE—SW走向的正誼關(guān)—偏關(guān)斷裂所夾持，區(qū)域應(yīng)力發(fā)生轉(zhuǎn)變。平面上斷層發(fā)育規(guī)模較大，以NW向張扭斷裂、NW向及近NS向剪切破裂為主。其中，NW向張扭斷層呈馬尾狀展布，剖面為“Y”形、平行式斷層組合，延伸長度為5～15km，NW向及近NS向剪切破裂呈羽狀、平行式展布，規(guī)模較大，延伸長度為10～20km，斷距約為40m。兩組斷層多斷至三疊系和古近系—新近系，發(fā)育斷塊、掀斜等構(gòu)造樣式（圖5a、d）。

圖4 臨興—神府致密氣田構(gòu)造分區(qū)分帶圖Fig.4 Structural zoning map of Linxing-Shenfu tight gas field

基于構(gòu)造變形程度、斷裂發(fā)育規(guī)模及斷穿層位，將臨興—神府區(qū)塊自東向西劃分為4個帶，分別為呂梁山隆起帶、斷階帶、寬緩背斜帶和平緩斜坡帶（圖4）。呂梁山隆起帶和斷階帶主要受離石走滑斷裂帶西支斷裂控制，斷層規(guī)模大且近似直立，最大斷距約為400m，均斷穿三疊系，部分?jǐn)鄬訑嘀恋乇恚粌蓚€帶內(nèi)已鉆井顯示氣層累計占比約為7%，水層占比為85%，干層占比為8%，是天然氣逸散帶。寬緩背斜帶和平緩斜坡帶受到向西的擠壓作用，發(fā)育低幅構(gòu)造，形成諸多小型層間斷裂，規(guī)模小，斷距普遍在10～50m；兩個帶內(nèi)已鉆井顯示氣層累計占比約為34%，水層占比為26%，干層占比為40%，是較好的天然氣富集帶（圖4、圖5）。

圖5 臨興—神府致密氣田構(gòu)造特征Fig.5 Structural characteristics of Linxing-Shenfu tight gas field

侏羅紀(jì)到古近紀(jì)時期，鄂爾多斯盆地東緣經(jīng)歷了紫金山構(gòu)造活動期、快速差異抬升I期、快速差異抬升Ⅱ期3期構(gòu)造活動[8-12]。整體來看，紫金山及周邊發(fā)育環(huán)狀斷層體系，變形強度西部最強，南北較弱，50%的斷層斷穿石千峰組和盒5段兩套區(qū)域蓋層，30%的斷層斷穿盒5段區(qū)域蓋層，整體成藏條件差，氣層不發(fā)育，勘探風(fēng)險高。區(qū)塊東部斷裂發(fā)育區(qū)主要受控于大型的離石走滑斷裂帶，越靠近東部，斷層越容易斷穿區(qū)域蓋層。由于左旋走滑應(yīng)力方向和大小的不同，東部斷裂帶的中段、南段和北段表現(xiàn)出差異性。中段40%的斷層斷穿兩套區(qū)域蓋層，50%的斷層斷穿盒5段區(qū)域蓋層，成藏條件差。中段向西構(gòu)造強度變?nèi)酰瑸槲鲀A斜坡帶，局部發(fā)育撓褶、低幅背斜和斷塊，氣層整體相對富集。南段的構(gòu)造活動疊加早期紫金山構(gòu)造時期斷層，整體表現(xiàn)為西側(cè)20%的斷層斷穿兩套區(qū)域蓋層，30%的斷層斷穿盒5段區(qū)域蓋層，形成較好的源—蓋間斷裂輸導(dǎo)體系，氣層富集，為多層系成藏。東側(cè)表現(xiàn)為近NS向大型斷層，80%的斷層斷穿兩套區(qū)域蓋層，氣層不發(fā)育，是天然氣逸散帶。北段斷層性質(zhì)由走滑過渡為拉張，斷層走向發(fā)生改變，走滑區(qū)撓褶發(fā)育，斷層近NS向展布，均斷穿兩套區(qū)域蓋層，拉張區(qū)發(fā)育“Y”形、平行式斷層，近NW走向，形成壘塹結(jié)構(gòu)，多數(shù)斷穿三疊系，天然氣容易逸散，但拉張區(qū)向西構(gòu)造活動變?nèi)?，形成寬緩低幅?gòu)造，發(fā)育塑性撓褶、低幅背斜和小型斷塊，利于層間天然氣輸導(dǎo)，是天然氣富集帶（圖5a、圖6）。

圖6 臨興—神府致密氣田二疊紀(jì)以來構(gòu)造演化圖Fig.6 Tectonic evolution since Permian in Linxing-Shenfu tight gas field

2.3 沉積演化與砂體分布

晚古生代，鄂爾多斯盆地北緣逐步抬高，盆地東北部由陸表海向近海平原過渡，直至最終演化為陸相沉積環(huán)境[13-20]?？v向上，臨興—神府區(qū)塊經(jīng)歷了由障壁海岸到三角洲的沉積演化，沉積相類型豐富，形成了（水下）分流河道、障壁沙壩等多套不同成因類型的儲集砂體。平面上，神府區(qū)塊、臨興區(qū)塊由于空間位置不同，距離物源遠(yuǎn)近存在差異，沉積相特征及砂體類型存在區(qū)別，形成了大面積發(fā)育的儲集砂體。

晚石炭世本溪組沉積期，盆地內(nèi)表現(xiàn)為廣覆式的填平補齊充填作用，圍繞盆地中央古隆起形成河流—三角洲—障壁島—潮坪—潟湖沉積體系。臨興—神府區(qū)塊內(nèi)呈現(xiàn)西部為三角洲、東部為障壁—潮坪的沉積格局。西部主要發(fā)育近南北向展布的三角洲前緣水下分流河道砂體，連片性好，砂巖厚度介于8～18m，分布穩(wěn)定且規(guī)模大；東部主要發(fā)育障壁沙壩、沙坪、混合坪砂體，砂體間連通性差，厚度相對較薄，普遍小于5m，平均厚度僅為1.9m（圖7a）。

早二疊世太原組沉積期，盆地呈現(xiàn)陸表海沉積背景，形成陸源碎屑巖與碳酸鹽巖的含煤混合沉積。臨興—神府區(qū)塊內(nèi)自北向南形成了淺水三角洲—陸表海共存的沉積格局。北部神府區(qū)塊主要發(fā)育淺水三角洲平原—三角洲前緣亞相，以分流河道、水下分流河道砂體為主，呈近南北向條帶展布，跨度距離超過80km，砂體規(guī)模較大，砂巖厚度介于7～23m。南部臨興區(qū)塊主要發(fā)育局限淺?；旌铣练e潮下帶，淺水三角洲水下分流河道砂體受潮汐、波浪改造作用形成與岸線近于平行的混合沉積的障壁沙壩，砂體分布穩(wěn)定，砂巖厚度介于13～25m，橫向距離超過15km，向南演變?yōu)樘妓猁}巖沉積（圖7b）。

早二疊世山西組沉積期，海水逐漸從盆地東西兩側(cè)退出，由海相逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楹ｊ戇^渡相，形成了海退型淺水三角洲沉積體系。臨興—神府區(qū)塊內(nèi)均以廣闊的陸相三角洲沉積為主，三角洲平原自北向南推進(jìn)，分流河道與分流間灣相間排列，呈近南北向條帶狀展布。分流河道砂體垂向切割疊置現(xiàn)象較普遍，砂體間連通性好，砂巖厚度大，介于6～22m，南北向延伸長度超過100km（圖7c）。

中二疊世下石盒子組沉積期，構(gòu)造運動加劇了盆緣北部物源區(qū)的構(gòu)造隆升，沉積物供給量顯著增加，由于地形坡度介于0.8°～2.0°，形成了廣泛發(fā)育的陸相淺水三角洲沉積體系，以早期的盒8段、盒7段三角洲砂巖最為發(fā)育。臨興—神府區(qū)塊內(nèi)盒8段發(fā)育三角洲平原分流河道砂體，近南北向展布，砂巖厚度大，介于15～38m，平均厚度約為21m，由于分流河道具有較強的“游蕩性”，經(jīng)過往復(fù)遷移，南北延伸長度超過120km，形成了縱向疊置、橫向復(fù)合連片的大面積毯式分布復(fù)合砂體（圖7d）。

圖7 臨興—神府區(qū)塊主要目的層段砂巖厚度及沉積相疊合圖Fig.7 Superimposition map of sand thickness and sedimentary facies of main targets

2.4 儲層特征

受鄂爾多斯盆地東北部物源（貧石英粗粒型物源區(qū)）影響，臨興—神府氣田砂巖儲層巖石學(xué)特征總體上表現(xiàn)為中—粗粒、貧石英、富巖屑、含長石的特點，石英含量介于35%～65%，巖屑含量相對較高，可達(dá)40%以上，長石含量最高可達(dá)30%。巖性以巖屑砂巖、長石巖屑砂巖為主，火成巖巖屑為酸性噴出巖巖塊，變質(zhì)巖巖屑主要為石英巖，雜基以泥質(zhì)為主，膠結(jié)物主要為高嶺石、方解石等礦物，砂巖成分成熟度[石英含量/（長石含量+巖屑含量）]普遍小于1，反映了研究區(qū)砂體為相對近物源沉積的產(chǎn)物。

鏡下資料顯示該區(qū)儲層孔隙類型是以次生溶孔為主、殘余粒間孔為輔的復(fù)合孔隙體系。次生溶孔主要來自長石及巖屑等不穩(wěn)定礦物的溶蝕，受壓實作用強度差異的影響，上部地層殘余粒間孔保存較多，而下部地層粒間孔發(fā)育較少。巖心樣品物性分析顯示，孔隙度主要分布在2%～14%，平均為7.1%，其中孔隙度小于10%的樣品約占87%；滲透率主要分布在0.01～10mD，平均為0.48mD，其中滲透率小于1mD的樣品約占91%（圖8a）?？住獫B相關(guān)性呈現(xiàn)較明顯的正相關(guān)關(guān)系，表明研究區(qū)儲層為孔隙型儲層，具有復(fù)雜的孔喉結(jié)構(gòu)，且經(jīng)歷了較強的成巖作用改造。同時，從壓汞曲線中可以看出，儲層孔喉以中小孔—微細(xì)喉型為主，偏細(xì)歪度，排驅(qū)壓力介于0.5～3.5MPa，最大進(jìn)汞飽和度介于40%～90%（圖8b），孔喉半徑主要分布在0.01～0.16μm，喉道半徑分布以雙峰狀為主，分布區(qū)間大，反映存在兩種不同尺度的孔隙，喉道主峰值偏向于相對細(xì)的喉道，是儲層中小孔隙為主的表現(xiàn)，而較好的滲透率主要來自較大孔喉的貢獻(xiàn)。

圖8 臨興—神府區(qū)塊主力目的層儲層孔喉特征Fig.8 Pore throat characteristics of main targets in Linxing-Shenfu tight gas field

2.5 溫度、壓力特征

臨興—神府氣田測壓結(jié)果顯示:單井上古生界氣層中部壓力一般介于10.9～22.3MPa，平均壓力為18.8MPa；壓力系數(shù)變化較大，低壓、常壓均有，低壓占比為34%，常壓占比為67%，平均壓力系數(shù)為0.95，主要為常壓氣藏。

氣田處于鄂爾多斯盆地東緣，上古生界氣藏埋藏較淺，埋深介于1300～2200m，氣藏中部溫度介于44.4～61.8℃，平均溫度為55.1℃；地溫梯度變化范圍介于2.54～3.34℃/100m，平均地溫梯度為2.81℃/100m。

3 天然氣成藏富集規(guī)律

3.1 天然氣選擇性差異成藏特征

臨興—神府氣田砂巖儲層致密化時間為晚三疊世—早侏羅世，晚侏羅世—早白堊世天然氣大量產(chǎn)出并聚集成藏，具有“先致密、后成藏”的特征[21-27]。通過強化儲層非均質(zhì)性認(rèn)識，指出不同砂體配置關(guān)系背后的微相差異和物性差異直接決定了天然氣的選擇性充注富集。具體表現(xiàn)為不同沉積微相的物性差異大，3類強水動力優(yōu)勢微相砂巖物性最好，即濱淺海障壁沙壩、三角洲平原分流河道主河道、三角洲前緣水下分流主河道（表1），且3類優(yōu)勢微相中不同粒度條件下的富氣程度差異大（圖9），通過壓汞曲線實驗數(shù)據(jù)分析和鏡下觀察，以及不同粒度孔隙度演化計算，同樣指出含礫砂巖物性更好，天然氣更易選擇其中充注富集，形成地質(zhì)甜點。

表1 不同沉積微相砂巖物性統(tǒng)計表Table 1 Statistics of sandstone physical properties of different microfacies

圖9 不同粒度砂巖富氣程度差異對比圖Fig.9 Comparison of gas enrichment degree in reservoir with different grain size of sandstone

從構(gòu)造—沉積角度看，臨興—神府區(qū)塊內(nèi)本溪組—石千峰組自北向南砂體普遍發(fā)育，各層砂地比差異性小，但氣砂比變化大。南部立體成藏的臨興區(qū)塊氣砂比高于北部源內(nèi)—近源成藏的神府區(qū)塊，氣砂比由34%降低到7%，這種不同是由于斷裂和生烴強度差異耦合所決定的。全區(qū)斷裂系統(tǒng)的分區(qū)分帶性疊加在廣覆式生烴基礎(chǔ)上，呈現(xiàn)出構(gòu)造與生烴強度的差異匹配，氣層呈東西分帶、南北分區(qū)的特征，表現(xiàn)出東部天然氣逸散難保存、西部天然氣聚集易成藏，南部立體成藏至北部源內(nèi)成藏的過渡性差異富集規(guī)律。正是在有效儲層空間分布的局限性上疊加了斷裂和生烴強度的不同，決定了盆緣復(fù)雜構(gòu)造條件下的致密氣差異富集規(guī)律。

3.2 天然氣成藏模式

結(jié)合生烴強度南強北弱、構(gòu)造分區(qū)分帶性和沉積儲層空間差異，認(rèn)為控制臨興—神府區(qū)塊致密氣成藏的主控因素是生烴強度、斷裂規(guī)模和儲層品質(zhì)，三者的空間匹配關(guān)系形成了3種成藏模式:源內(nèi)裂縫輸導(dǎo)成藏模式、近源—遠(yuǎn)源斷層輸導(dǎo)成藏模式、局部砂—砂輸導(dǎo)成藏模式（圖10）。

圖10 臨興—神府致密氣田成藏模式圖Fig.10 Gas accumulation pattern of Linxing-Shenfu tight gas field

源內(nèi)裂縫輸導(dǎo)成藏模式:在全區(qū)煤層普遍生烴的基礎(chǔ)上，通過盆地模擬計算得出煤層生烴膨脹力為5～24MPa，能夠在煤層上下的泥巖、砂巖中形成微裂縫，作為天然氣運移輸導(dǎo)的路徑，在源內(nèi)成藏組合（本溪組、太原組和山西組）的優(yōu)勢微相砂體中近距離運移、充注并富集成藏。通過鉆井統(tǒng)計，全區(qū)源內(nèi)成藏組合的氣層鉆遇率達(dá)到98%，直接說明了源內(nèi)裂縫輸導(dǎo)成藏模式在全區(qū)普遍存在且廣泛分布。

近源—遠(yuǎn)源斷層輸導(dǎo)成藏模式:區(qū)域構(gòu)造分析已經(jīng)指出東部區(qū)域穿層斷裂發(fā)育，80%以上的斷層斷穿石千峰組和盒5段兩套區(qū)域蓋層，天然氣保存條件差，容易逸散，水層普遍發(fā)育；而西部層間斷層普遍發(fā)育，具有南部相對密集、北部相對稀疏的分布特征，層間斷層普遍斷至石千峰組這一區(qū)域蓋層之下，起到很好的源—儲輸導(dǎo)的作用，在生烴強度南北差異的基礎(chǔ)上形成了南部臨興區(qū)塊多層含氣、富氣的立體成藏特征，北部神府區(qū)塊源內(nèi)富氣、近源局部富氣的成藏分布規(guī)律。

局部砂—砂輸導(dǎo)成藏模式:該種成藏模式主要集中在毯式砂體連片分布、多期河道疊置的盒8段目的層中。由于優(yōu)勢微相砂體的空間疊置關(guān)系不同，局部的相對粗粒砂體能夠垂向切割或側(cè)向侵蝕，形成兩期或者多期有效儲層的集中疊合發(fā)育，如果下部砂體與斷層或者裂縫溝通成為氣層，就可以出現(xiàn)砂體與砂體之間的輸導(dǎo)成藏模式。例如臨興區(qū)塊南部的LX-14井區(qū)、LX-15井區(qū)，盒8段氣層單層厚度大，介于8～13m，累計厚度最大為28m，壓裂后測試無阻流量介于（3.0～15.0）×104m3/d。

4 氣藏勘探關(guān)鍵技術(shù)

臨興—神府氣田成藏特征復(fù)雜，表現(xiàn)為:自下而上多層含氣，上部地層氣水混層且含水率高，氣層電阻率低且與水層難區(qū)別；由于地層致密，不同巖性組合中氣層地震反射特征與干層區(qū)別不明顯；氣層與干層混層發(fā)育，氣層厚度差異大，連通性差。為達(dá)到精準(zhǔn)勘探、精確部署的目的，勘探人員持續(xù)攻關(guān)，在氣層識別、有效儲層預(yù)測、可動用儲量提升等方面取得一系列成果，支撐了各層探明地質(zhì)儲量的落實。

4.1 測井精細(xì)評價技術(shù)

與蘇里格、大牛地等致密氣田相比，臨興—神府致密氣田由于含氣層位更多，儲層巖石成分更加多樣、孔隙結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，巖石可壓裂性差異大。針對區(qū)塊致密砂巖儲層非均質(zhì)性強的特點，圍繞測井評價中“電阻率測井非阿爾奇響應(yīng)”“孔隙結(jié)構(gòu)差異大引起的復(fù)雜測井響應(yīng)”和“開采工藝變化導(dǎo)致的產(chǎn)能評價困難”三大難題，通過自主設(shè)計推動了中國海油自研高端測井儀器大規(guī)模應(yīng)用，降低測井作業(yè)費用，創(chuàng)新孔隙度、滲透率與含水飽和度精細(xì)評價與含水類型判別方法，首創(chuàng)“動—靜”耦合產(chǎn)能判別技術(shù)，最終研發(fā)形成了以特色巖石物理實驗為支撐，以核磁共振測井、陣列聲波測井與熱中子成像測井新技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用為核心的巖石物理研究與測井綜合評價技術(shù)體系及自主研發(fā)應(yīng)用軟件，使測井解釋符合率由勘探初期的66.7%提高到了現(xiàn)今的90.0%，支撐了氣田探明地質(zhì)儲量的發(fā)現(xiàn)與高效開發(fā)。

4.2 高精度地震勘探技術(shù)

氣田主要勘探開發(fā)區(qū)域三維全覆蓋，2013年至2020年共計采集三維地震1878km2。氣田地表屬于典型的黃土塬地形，地表溝壑縱橫，黃土層厚度大且變化快，對地震信號的激發(fā)與接收要求較高。為保證后續(xù)的地震處理、解釋、預(yù)測精度，地震采集設(shè)計采用“兩寬一高”（寬頻、寬方位、高密度）技術(shù)。針對氣田獨特的地表情況，利用基于OVT處理的觀測系統(tǒng)設(shè)計、考慮儲層AVO反演的長排列設(shè)計，以及黃土山地寬頻激發(fā)技術(shù)、低頻高靈敏度單點檢波器接收技術(shù)[28-29]，保障高質(zhì)量的“兩寬一高”原始資料采集。采集參數(shù)方面，三維地震覆蓋次數(shù)為225次，方位角為0.99°，排列長度為3351m，炮道密度為28.13×104/km2，信號頻帶為6～76Hz。在地震資料處理方面，以地質(zhì)需求為導(dǎo)向，通過復(fù)雜地表建模技術(shù)、面向“甜點預(yù)測”需求的保真去噪技術(shù)、面向薄儲層識別能力需求的寬頻一致性處理技術(shù)、面向裂縫預(yù)測需求的OVT域處理技術(shù)，完成高保真、高分辨率、高信噪比的地震資料處理。氣田主力目的層經(jīng)歷海相、海陸過渡相、陸相的沉積環(huán)境演化，不同層段的沉積環(huán)境、巖性組合、地震反射特征各有其自身特點，沒有某一項技術(shù)可以適用所有目的層。從沉積環(huán)境出發(fā)，總結(jié)已鉆井揭示的優(yōu)勢微相砂體巖性組合和氣層特征，針對各層采取針對性的地震預(yù)測技術(shù)，形成了“層—相”共控的儲層預(yù)測技術(shù)體系（表2）。在氣田氣層薄、非均質(zhì)性強、低孔—特低孔、低滲—特低滲等復(fù)雜地質(zhì)條件挑戰(zhàn)下，通過攻關(guān)地震采集、處理、預(yù)測技術(shù)，薄氣層（厚度小于5m）地震預(yù)測符合率可達(dá)77%，中厚氣層（大于或等于5m）地震預(yù)測符合率達(dá)到86%，將氣層鉆遇率提高了15%，支撐了地質(zhì)儲量的落實。

表2 臨興—神府致密氣田儲層預(yù)測技術(shù)方法Table 2 Reservoir prediction techniques and methods of Linxing-Shenfu tight gas field

4.3 勘探開發(fā)一體化評價及部署技術(shù)

由于致密儲層的非均質(zhì)性強，平面上儲量大小分布不均，儲量品質(zhì)差異較大，特別是儲量即使達(dá)到探明級別，進(jìn)入開發(fā)階段仍然存在產(chǎn)能差異大、經(jīng)濟效益不樂觀的挑戰(zhàn)?？碧介_發(fā)一體化評價及部署技術(shù)的提出，很好地解決了此項難題，將原來彼此分散的、獨立的勘探和開發(fā)兩個不同領(lǐng)域緊密結(jié)合起來，勘探向開發(fā)延伸，開發(fā)生產(chǎn)向勘探滲透，共同完成儲量向產(chǎn)量的轉(zhuǎn)化[30]，通過多專業(yè)一體化攻關(guān)，形成以尋找并預(yù)測三角洲（水下）分流河道主河道、障壁沙壩為目的的儲層預(yù)測技術(shù)系列，達(dá)到預(yù)測砂體、刻畫氣藏的目的。其基本核心是“分區(qū)分類、應(yīng)鉆盡鉆；深化試驗、經(jīng)濟有效；迭代學(xué)習(xí)、持續(xù)改正”，即在對不同成藏富集區(qū)預(yù)測砂體的基礎(chǔ)上，尋找干層、氣層的厚度組合差異和地震道響應(yīng)特征，建立基于迭代學(xué)習(xí)的氣層預(yù)測技術(shù)系列，并對預(yù)測氣層分類，采取應(yīng)鉆盡鉆的思路開展不同目的的井位部署，提出各類井試驗要求，獲得關(guān)鍵參數(shù)和認(rèn)識，氣層預(yù)測符合率由初期的73%提高到現(xiàn)今的82%。之后，在含氣砂體預(yù)測的基礎(chǔ)上，提出集精準(zhǔn)預(yù)測技術(shù)—鉆井參與學(xué)習(xí)—逐級迭代組合的三層次地質(zhì)甜點評價及部署技術(shù)，持續(xù)改正地下認(rèn)識并提高地質(zhì)模型精度，進(jìn)而對探明地質(zhì)儲量分級分類，通過優(yōu)化井型、井網(wǎng)，精準(zhǔn)部署，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)探明地質(zhì)儲量的落實和擴大，目前臨興—神府氣田已建產(chǎn)能超過15×108m3/a，確保氣田經(jīng)濟有效、最大化高效開發(fā)。

5 結(jié)論

（1）臨興—神府氣田天然氣主要為煤型氣，以干氣為主，埋深介于1300～2200m，氣藏溫度介于44.4～61.8℃，氣藏壓力介于10.9～22.3MPa，多為常壓氣藏。儲層為大面積發(fā)育的三角洲砂巖和障壁沙壩砂巖，前者平均孔隙度為8.8%、滲透率為1.10mD，孔喉半徑多小于1.5μm，后者平均孔隙度為7.6%、滲透率為0.59mD，孔喉半徑多小于1.1μm，巖屑和長石含量高，以溶蝕孔為主，應(yīng)力敏感性強，儲層保護(hù)尤為重要。

（2）臨興—神府致密氣藏為“先致密、后成藏”型，受東部離石走滑斷裂帶和南部紫金山火山熱活動影響，斷裂具有東強西弱、南強北弱的特征，且南部受熱活動影響，生烴強度高，向北逐漸降低。在廣覆式生烴基礎(chǔ)上的斷裂差異發(fā)育，成藏規(guī)律明顯不同，天然氣以垂向運聚的選擇性富集成藏為主，南部臨興區(qū)塊以源內(nèi)、近源、遠(yuǎn)源立體成藏為主，有利區(qū)發(fā)育在遠(yuǎn)離紫金山構(gòu)造的發(fā)育層間斷裂的構(gòu)造平緩區(qū)，呈環(huán)帶狀分布，北部神府區(qū)塊以源內(nèi)成藏為主，近源成藏為輔，氣藏規(guī)模相對較小，有利區(qū)發(fā)育在斜坡帶、寬緩背斜帶西部、北部，呈南北帶狀分布。

（3）臨興—神府氣田主要氣藏類型為低產(chǎn)、特低豐度、中淺層、特大型致密砂巖氣藏。其勘探歷程經(jīng)歷了氣田周邊發(fā)現(xiàn)、氣田早期勘探、氣田規(guī)?？碧?個階段，是理論認(rèn)識深化—勘探實踐落實—研究成果修正不斷進(jìn)步的探索過程，是對鄂爾多斯盆地東緣晉西撓褶帶復(fù)雜構(gòu)造條件下致密氣勘探的認(rèn)識突破和技術(shù)創(chuàng)新，直接引領(lǐng)了勘探突破并發(fā)現(xiàn)了千億立方米大氣田。