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(shù)的進(jìn)步，致密氣藏在整個(gè)油氣田開發(fā)生產(chǎn)中占有的地位愈加重要[1-2]，特別是自“十三五”以來受儲(chǔ)層壓裂改造技術(shù)的推動(dòng)，致密氣藏已經(jīng)成為非常規(guī)氣藏的重要類型之一。但在具體開發(fā)實(shí)踐中，致密氣藏的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特征復(fù)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(chǎng)沙溪廟組氣藏為例，該氣藏在開發(fā)過程中表現(xiàn)出儲(chǔ)量動(dòng)用率低、氣藏特征復(fù)雜、勘探開發(fā)范圍難以拓展等問題，“如何對(duì)川東北地區(qū)致密氣藏進(jìn)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(chǎng)沙溪廟組為研究對(duì)象，詳細(xì)分析其天然氣成藏條件、高產(chǎn)控制因素，以期為下步滾探拓邊提供思路，同時(shí)為川東北地區(qū)致密氣開發(fā)增加助力。

1 氣藏基本地質(zhì)特征

川東地區(qū)面積達(dá)5.3×104km2，廣泛分布?xì)埩艉穸葹? 500～2 500 m的侏羅系陸相碎屑巖，研究結(jié)果表明該地區(qū)烴源厚度大、儲(chǔ)層致密、油氣資源豐富，早在21世紀(jì)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(lǐng)域之一的觀點(diǎn)[3-5]，然而截至目前，僅在渡口河構(gòu)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(chǎng)高點(diǎn)對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)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(jìn)展。

五寶場(chǎng)構(gòu)造隸屬于川東南中隆高陡構(gòu)造區(qū)雙石廟構(gòu)造群，處于溫泉井構(gòu)造帶北側(cè)、黃金口構(gòu)造帶東南側(cè)、七里峽構(gòu)造帶北傾沒端以北的“五寶場(chǎng)盆地”中央地帶。經(jīng)歷了盆地沉積—構(gòu)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(shí)鉆井資料顯示，五寶場(chǎng)構(gòu)造格局總體表現(xiàn)為低緩構(gòu)造，以軸向?yàn)楸睎|方向的五寶場(chǎng)構(gòu)造為主。構(gòu)造圈閉面積約為11.6 km2，閉合高度約130 m，高點(diǎn)海拔-1 070 m，最低圈閉線海拔-1 200 m。在五寶場(chǎng)構(gòu)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(gòu)造。

五寶場(chǎng)地區(qū)地面出露侏羅系蓬萊鎮(zhèn)—沙溪廟組，其中主體構(gòu)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(jié)合區(qū)域地質(zhì)情況綜合分析，地層層序正常，目前氣藏儲(chǔ)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(xì)分成10個(gè)砂體，主體區(qū)①號(hào)、⑤號(hào)和⑧號(hào)砂體普遍發(fā)育。其中①號(hào)砂體厚度一般為20～40 m；⑤號(hào)砂體相對(duì)較薄，砂體厚度一般分布在10～30 m之間；⑧號(hào)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(shí)差、高電阻”特征，地震響應(yīng)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(zhì)基礎(chǔ)

五寶場(chǎng)沙溪廟組氣藏所產(chǎn)天然氣總體屬于低含硫優(yōu)質(zhì)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(chǎng)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(chǎng)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(chǔ)層溝通烴源巖成藏的關(guān)鍵

五寶場(chǎng)地區(qū)烴源斷裂（“烴源斷裂”指溝通烴源巖與儲(chǔ)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(hào)、渡31號(hào)斷層由沙溪廟組斷至須家河組，為烴源運(yùn)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(yùn)移至沙溪廟組儲(chǔ)層充注（圖2）。

圖1 五寶場(chǎng)地區(qū)沙溪廟組沙二段斷層分布圖

圖2 五寶場(chǎng)沙溪廟組氣藏成藏模式圖

表1 五寶場(chǎng)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(yùn)移到沙二段孔隙性儲(chǔ)層內(nèi)，伴隨油氣而來的有機(jī)酸導(dǎo)致儲(chǔ)層發(fā)生埋藏溶蝕作用，早期形成的構(gòu)造圈閉優(yōu)先捕獲油氣并聚集成藏。

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

晚第三紀(jì)以來為調(diào)整成藏期，喜山運(yùn)動(dòng)形成一系列新圈閉，并使古圈閉最終定型；由于構(gòu)造縫、斷層的增加，使已聚集成藏的烴類發(fā)生轉(zhuǎn)移、調(diào)整和再分配，最終富集成藏。燕山—喜山運(yùn)動(dòng)所形成的圈閉、斷層或裂縫，為油氣后期調(diào)整、富集成藏起到了至關(guān)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(chǔ)集條件

川東北地區(qū)沙溪廟組主要物源區(qū)為大巴山?jīng)_斷推覆構(gòu)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(jìn)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(chǎng)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(zhuǎn)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(xì)分成10個(gè)砂體。在氣藏主體區(qū)，①號(hào)、⑤號(hào)和⑧號(hào)砂體普遍發(fā)育。其中①號(hào)砂體厚度一般為20～40 m；⑤號(hào)砂體相對(duì)較薄，砂體厚度分布在10～30 m之間；⑧號(hào)砂體砂體厚度也分布在10～30 m之間。生產(chǎn)實(shí)踐證實(shí)，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(chǎn)能，如Q2-1井單層①號(hào)砂體測(cè)試獲氣5.81×104m3/d，而對(duì)①、②、③、⑤砂體合測(cè)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(chǎng)沙溪廟組各儲(chǔ)集砂體具“泥包砂”特征（圖4），各砂體儲(chǔ)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(shí)際開發(fā)實(shí)踐中最淺儲(chǔ)層埋深為700 m，說明縱向泥巖隔層遮擋效果好。

圖4 五寶場(chǎng)沙溪廟組沙二1亞段連井剖面圖

3 氣井高產(chǎn)主控因素

3.1 氣井產(chǎn)能受控于優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育程度

五寶場(chǎng)沙溪廟組氣藏沙二段儲(chǔ)層表現(xiàn)為低孔隙度、特低滲透率特征，儲(chǔ)層先天條件差。沙二段儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)滲空間包括孔隙與裂縫，其次為溶洞。

通過研究五寶場(chǎng)沙溪廟組氣藏大量的巖心資料、測(cè)試資料，結(jié)合區(qū)塊具體特點(diǎn)，選用產(chǎn)能模擬試驗(yàn)法、最小流動(dòng)孔喉半徑法、實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法、孔飽關(guān)系法等6種方法來確定有效儲(chǔ)層孔隙度下限，結(jié)果為4%。在此基礎(chǔ)上，將沙二段儲(chǔ)層分為兩類（表2），Ⅰ類為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，Ⅱ類為一般儲(chǔ)層。該氣藏主要以Ⅱ類儲(chǔ)層為主。兩類儲(chǔ)層對(duì)應(yīng)的其他參數(shù)范圍如表2所示。

表2 五寶場(chǎng)區(qū)塊沙二段儲(chǔ)層分類表

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

圖5 單井無阻流量與地層系數(shù)、儲(chǔ)能系數(shù)關(guān)系圖

3.2 天然裂縫是高產(chǎn)氣井的重要因素

研究表明五寶場(chǎng)區(qū)塊裂縫主要發(fā)育于構(gòu)造鼻凸、轉(zhuǎn)折端及斷層附近[14-18]，最終與斷層等構(gòu)造裂縫帶相通，從而構(gòu)成一個(gè)孔縫網(wǎng)絡(luò)儲(chǔ)滲體，主要形成于燕山和喜山期，與生烴高峰期匹配。這種網(wǎng)絡(luò)儲(chǔ)滲體既是油氣儲(chǔ)集空間，更重要的是，它同時(shí)又是油氣縱向、橫向運(yùn)移和產(chǎn)出的重要通道。生產(chǎn)實(shí)踐證實(shí)，五寶場(chǎng)沙溪廟組氣藏的高產(chǎn)井主要沿裂縫發(fā)育的構(gòu)造軸部分布。

1）巖心觀察表明，在構(gòu)造軸部的高產(chǎn)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(chǔ)層未經(jīng)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(shí)差曲線跳躍明顯，裂縫發(fā)育，獲得高產(chǎn)，其中生產(chǎn)效果最好的Q1-2井，單井可采儲(chǔ)量為0.97×108m3，試井解釋該井滲透率高達(dá)7.09 mD（圖6），遠(yuǎn)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(chǔ)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(diǎn)”。而處于構(gòu)造邊緣的Q8、Q9、Q18等天然裂縫欠發(fā)育的井，經(jīng)儲(chǔ)層改造后，產(chǎn)量依然不高，井均產(chǎn)量?jī)H0.72×104m3/d。各井在構(gòu)造上的分布位置，如前述圖1所示。

圖6 Q1-2井試井雙對(duì)數(shù)分析曲線圖

2）生產(chǎn)測(cè)井證實(shí)裂縫發(fā)育段天然氣產(chǎn)出高。如圖7如示，Q006-1-H1井產(chǎn)氣量主要來自裂縫發(fā)育的第1、2、3、6段儲(chǔ)層，占比61%，而這幾段儲(chǔ)層均為裂縫發(fā)育段。

圖7 Q006-1-H1井儲(chǔ)層段產(chǎn)氣關(guān)系圖

3）烴源斷裂是高產(chǎn)氣井發(fā)育的關(guān)鍵。即在溝通烴源巖與儲(chǔ)集砂體之間的斷層附近，發(fā)育高產(chǎn)井。生產(chǎn)實(shí)踐證實(shí)了這一點(diǎn)。如處于構(gòu)造鞍部的Q6-1井，位于渡33號(hào)斷層附近約350 m處，其單井可采儲(chǔ)量約0.4×108m3，而相對(duì)高部位的Q6井，距離渡33號(hào)斷層約640 m，測(cè)試顯示為干層；再如，位于渡31號(hào)斷層附近的Q13井，其單井可采儲(chǔ)量約0.46×108m3。

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

圖8 儲(chǔ)層改造前獲工業(yè)氣流的6口井測(cè)試產(chǎn)量柱狀圖

4 結(jié)論

通過對(duì)五寶場(chǎng)沙溪廟組致密氣藏的上述研究，得出以下結(jié)論：

1）五寶場(chǎng)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(zhì)基礎(chǔ)。

2）氣藏儲(chǔ)層物性整體表現(xiàn)為低孔隙度、特低滲透率特征，儲(chǔ)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(nèi)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(chǔ)集條件，各儲(chǔ)集砂體具“泥包砂”特征，各砂體儲(chǔ)層上部的泥巖層有較好的隔擋作用，實(shí)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(chǎn)能受控于優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育程度?？v向多砂組揭開，能有效提高單井產(chǎn)量；在沿裂縫發(fā)育的構(gòu)造軸部高產(chǎn)井發(fā)育，在低孔、特低滲儲(chǔ)層背景下發(fā)育局部的物性好的“甜點(diǎn)”。

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