劉忠群等：四川盆地川西坳陷深層致密砂巖氣藏富集規(guī)律
刊出時(shí)間:2020
作者簡(jiǎn)介：劉忠群，1972 年生，正高級(jí)工程師，博士；主要從事致密油氣勘探開(kāi)發(fā)方面的研究工作。地址：（100083）北京市海淀區(qū)學(xué)院路31 號(hào)。ORCID: 0000-0003-3851-7462。
E-mail: liuzq.syky@sinopec.com
通信作者：徐士林，1976 年生，高級(jí)工程師，博士，主要從事碎屑巖油氣成藏與富集規(guī)律及選區(qū)評(píng)價(jià)等方面的研究工作。地址：（100083）北京市海淀區(qū)學(xué)院路31 號(hào)。ORCID: 0000-0003-0436-9086。
E-mail: xushilin.syky@sinopec.com
劉忠群1 徐士林1 劉君龍1 馬立元1
劉四兵2 范 鑫1 金武軍1 李王鵬1
1. 中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院
2. 成都理工大學(xué)
摘 要：四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組深層致密砂巖氣藏有效井比例低、儲(chǔ)量動(dòng)用率低、天然氣規(guī)模有效開(kāi)發(fā)難度大。為了弄清該氣藏的成藏過(guò)程和富集規(guī)律、明確天然氣高產(chǎn)的主控因素，以該盆地新場(chǎng)構(gòu)造帶須家河組二段（以下簡(jiǎn)稱(chēng)須二段）氣藏為研究對(duì)象，應(yīng)用流體包裹體均一化溫度、單井埋藏史和熱史恢復(fù)、古構(gòu)造恢復(fù)、孔隙度演化歷史分析等方法，厘定油氣成藏關(guān)鍵要素的時(shí)間序列，結(jié)合構(gòu)造演化分析，建立氣藏的成藏模式，剖析了該區(qū)天然氣的富集規(guī)律；然后基于對(duì)單井產(chǎn)能與斷裂、裂縫、巖石相等地質(zhì)參數(shù)關(guān)系的統(tǒng)計(jì)分析，確定了氣井高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主控因素，進(jìn)而提出了高效勘探開(kāi)發(fā)該類(lèi)深層致密砂巖氣藏的對(duì)策。研究結(jié)果表明：①新場(chǎng)構(gòu)造帶須二段氣藏圈閉形成關(guān)鍵期早于氣藏主要成藏期、主要成藏期早于儲(chǔ)層致密化關(guān)鍵期；②須二段氣藏具有“先成藏、后致密、晚期調(diào)整”的成藏模式和“早期定型、中間致密、晚期控產(chǎn)”的富集規(guī)律；③氣井初期產(chǎn)氣量主要受構(gòu)造裂縫發(fā)育程度的控制，氣井穩(wěn)產(chǎn)期產(chǎn)量主要受有利巖石相厚度的控制，高角度構(gòu)造裂縫的發(fā)育程度是決定氣藏是否高產(chǎn)的關(guān)鍵因素。結(jié)論認(rèn)為，古今構(gòu)造均為隆起的部位及南北向斷裂發(fā)育區(qū)是該構(gòu)造帶尋找天然氣高產(chǎn)區(qū)的首選對(duì)象；南北向構(gòu)造裂縫欠發(fā)育或不發(fā)育的Ⅲ型儲(chǔ)層，需要通過(guò)儲(chǔ)層改造提高單井產(chǎn)能才有可能實(shí)現(xiàn)天然氣的有效開(kāi)發(fā)。
關(guān)鍵詞：四川盆地；川西坳陷；晚三疊世；深層致密砂巖氣藏；儲(chǔ)集層致密化；天然氣成藏模式；富集規(guī)律；有效開(kāi)發(fā)
0 引言
隨著儲(chǔ)層壓裂改造技術(shù)在致密砂巖氣藏勘探中的廣泛應(yīng)用，10 余年來(lái)致密砂巖氣藏的勘探效果顯著[1-3]。目前，我國(guó)已成為僅次于美國(guó)、加拿大的致密砂巖氣的生產(chǎn)大國(guó)[4]。四川盆地川西坳陷深層致密砂巖氣藏的勘探始于20 世紀(jì)60 年代，自20 世紀(jì)70 年代初發(fā)現(xiàn)中壩氣田至今，川西坳陷在上三疊統(tǒng)須家河組已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了新場(chǎng)、合興場(chǎng)、大邑、平落壩、邛西等眾多大中型氣藏。這些氣藏的產(chǎn)氣層位埋藏深度普遍較大（超過(guò)3 500 m），平均孔隙度小于5%，平均滲透率小于1.0 mD，屬于典型的深層致密砂巖氣藏[5-7]。
近年來(lái)，川西坳陷中段新場(chǎng)構(gòu)造帶須家河組取得了豐碩的勘探成果，發(fā)現(xiàn)了須家河組二段（以下簡(jiǎn)稱(chēng)須二段）探明儲(chǔ)量超千億立方米的大型氣藏，但該氣藏儲(chǔ)層巖性致密、非均質(zhì)性強(qiáng)，具有“大面積富集、局部高產(chǎn)”的特點(diǎn)，有效井比例低、儲(chǔ)量動(dòng)用率低、規(guī)模有效開(kāi)發(fā)難度大，后續(xù)勘探開(kāi)發(fā)難以為繼[8-9]，“如何效益勘探與開(kāi)發(fā)”已成為須家河組致密砂巖氣藏的核心問(wèn)題。自20 世紀(jì)80 年代以來(lái)，關(guān)于川西坳陷須家河組致密砂巖氣藏的成藏模式、富集規(guī)律及高產(chǎn)主控因素，不同學(xué)者開(kāi)展了持續(xù)、深入的研究[5,10-23]。王金琪[11] 提出“早期成藏、晚期活化”成藏模式；楊克明等[12] 研究認(rèn)為：印支晚期—燕山中晚期形成原生氣藏，晚白堊世儲(chǔ)層整體致密“封存”油氣藏，喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)大量裂縫活化“封存”的早期油氣藏；楊克明、謝剛平等[5-7] 將成藏模式系統(tǒng)歸納為早聚（J3之前的“古構(gòu)造”富集成藏）、中封（J3—K2 期儲(chǔ)層致密化、封存氣藏）、晚活化（K2 之后喜馬拉雅期裂縫活化）。陳冬霞等[13] 研究成果再次確認(rèn)三疊紀(jì)末至中侏羅世末形成早期常規(guī)氣藏，中侏羅世末至晚侏羅世末形成致密氣藏，早白堊世至今形成、改造疊復(fù)連續(xù)型致密油氣藏；張世華、唐立章等[18-20] 提出新場(chǎng)構(gòu)造帶須二段氣藏油氣高產(chǎn)富集區(qū)主要表現(xiàn)為斷層輸導(dǎo)型天然氣成藏模式。須家河組致密砂巖氣藏成藏觀點(diǎn)多樣，認(rèn)識(shí)不統(tǒng)一，如何實(shí)現(xiàn)須家河組深層致密砂巖氣藏的高效勘探和有效開(kāi)發(fā)一直困擾著地質(zhì)工作者。為此，筆者以新場(chǎng)構(gòu)造帶須二段氣藏為研究對(duì)象，剖析了深層致密砂巖氣藏天然氣成藏過(guò)程和富集規(guī)律，明確氣井高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的主控因素，以期為下一步須家河組深層致密砂巖氣藏的高效勘探和有效開(kāi)發(fā)提供技術(shù)支撐，推動(dòng)川西坳陷乃至整個(gè)盆地須家河組深層致密砂巖氣藏的勘探和開(kāi)發(fā)。
1 區(qū)域地質(zhì)概況
川西坳陷位于四川盆地西部，是晚三疊世以來(lái)陸相沉積的深坳部分，也是盆地內(nèi)碎屑巖氣藏重要的勘探領(lǐng)域。川西坳陷西鄰龍門(mén)山造山帶，向外過(guò)渡到松潘—甘孜褶皺帶，北東與東昆侖造山帶、秦嶺造山帶斜向相接，呈NE 向延伸，是構(gòu)造活動(dòng)活躍的地帶。沿北川—安縣和臥龍—懷遠(yuǎn)一線為界，將龍門(mén)山分為南段、中段和北段，受其影響的川西坳陷也分為南段、北段和中段。川西坳陷中段呈現(xiàn)“三隆兩凹一坡”的構(gòu)造格局[18]，即“龍門(mén)山前構(gòu)造帶、新場(chǎng)構(gòu)造帶、知新場(chǎng)構(gòu)造帶”三隆、“成都凹陷、梓潼凹陷”兩凹和“中江斜坡”一坡（圖1）。新場(chǎng)構(gòu)造帶是從晚三疊世以來(lái)經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的古今復(fù)合大型隆起帶，整體表現(xiàn)為NEE 向，構(gòu)造南北兩翼表現(xiàn)為南陡北緩。
圖1 川西坳陷中段構(gòu)造位置及區(qū)帶劃分圖
受印支期龍門(mén)山逆沖推覆作用，古特提斯海逐漸退出四川盆地，川西坳陷隨之形成，結(jié)束了自震旦紀(jì)以來(lái)的長(zhǎng)期以碳酸鹽巖為主的沉積，在中三疊統(tǒng)碳酸鹽巖之上發(fā)育了上三疊統(tǒng)須家河組、侏羅系與白堊系碎屑巖沉積。川西坳陷須家河組自下而上可劃分為須一（相當(dāng)于馬鞍塘組與小塘子組）、須二、須三、須四、須五、須六共6 段。其中，須一、須三、須五段以泥巖為主，須二、須四、須六段以砂巖為主，縱向上分段性清楚，須六段在川西坳陷絕大部分地區(qū)已被剝蝕。目前川西坳陷已發(fā)現(xiàn)的須家河組氣藏以須二段氣藏為主，主要分布在北東東向展布的新場(chǎng)構(gòu)造帶。
2 氣藏成藏模式與富集規(guī)律
2.1 成藏期次與時(shí)間
根據(jù)川西坳陷新場(chǎng)構(gòu)造帶須二段30 個(gè)砂巖儲(chǔ)層樣品包裹體均一溫度的測(cè)定和統(tǒng)計(jì)結(jié)果，包裹體均一溫度介于90 ～ 175 ℃，具有雙峰特征，包裹體低溫較少，多較高的均一溫度（圖2）。在含油包裹體顆粒指數(shù)（GOI）大于3% 的包裹體均一溫度分布直方圖中可以明顯地看出兩個(gè)溫度峰，即100 ～ 110℃和120 ～ 150 ℃，100 ～ 110 ℃的低溫包裹體為油氣早期活動(dòng)期形成，主成藏期包裹體均一溫度介于120 ～ 150 ℃。
圖2 新場(chǎng)構(gòu)造帶須二段儲(chǔ)層包裹體均一溫度分布直方圖
（GOI ＞ 3%）
在確定不同構(gòu)造抬升期地層剝蝕厚度的基礎(chǔ)上對(duì)研究區(qū)7 口鉆井的埋藏史進(jìn)行恢復(fù)。將代表須二段氣藏主要成藏時(shí)期的包裹體均一溫度投在相應(yīng)的鉆井埋藏史圖上，讀取所對(duì)應(yīng)的年齡，結(jié)果顯示新場(chǎng)構(gòu)造帶須二段氣藏的主要成藏時(shí)間為侏羅紀(jì)晚期—早白堊世早期，即距今150 ～ 128 Ma（圖3），同時(shí)研究區(qū)6 口井共12 個(gè)須二段儲(chǔ)層砂巖樣品的自生伊利石K—Ar 同位素年齡介于距今142 ～ 117 Ma，大致在晚侏羅世—早白堊世中期。因此綜合判斷晚侏羅世晚期至早白堊世中期為天然氣主要成藏期。
圖3 新場(chǎng)構(gòu)造帶須二段流體包裹體均一化溫度年齡統(tǒng)計(jì)圖
2.2 關(guān)鍵成藏要素演化配置
2.2.1 儲(chǔ)層致密化與油氣成藏時(shí)間
新場(chǎng)構(gòu)造帶須二段儲(chǔ)層成巖序列研究結(jié)果顯示，在地層壓實(shí)基礎(chǔ)上，膠結(jié)、溶蝕、油氣充注、破裂等多個(gè)過(guò)程交替發(fā)生，致密化呈現(xiàn)出明顯的階段性。綜合考慮新場(chǎng)構(gòu)造帶須二段儲(chǔ)層孔隙發(fā)育過(guò)程中的各種因素影響，包括壓實(shí)壓溶作用對(duì)原生孔隙的影響、膠結(jié)物及溶蝕作用的影響，對(duì)新場(chǎng)構(gòu)造帶不同鉆井的須二段進(jìn)行重點(diǎn)解剖，建立了新場(chǎng)構(gòu)造帶須二段儲(chǔ)層孔隙演化曲線（圖4）。從新場(chǎng)構(gòu)造帶須二段孔隙演化曲線可知，儲(chǔ)層發(fā)生致密化（孔隙度為10% 開(kāi)始）的深度介于4 500 ～ 4 700 m，在新場(chǎng)構(gòu)造帶須二段埋藏史圖上對(duì)應(yīng)的地質(zhì)時(shí)期為距今140 Ma。因此，須二段氣藏的主要成藏時(shí)間略早于儲(chǔ)層致密化時(shí)間。
圖4 新場(chǎng)構(gòu)造帶須二段儲(chǔ)層孔隙演化曲線圖
2.2.2 構(gòu)造圈閉形成期與天然氣成藏的時(shí)間關(guān)系
在剝蝕量恢復(fù)的基礎(chǔ)上，對(duì)川西坳陷新場(chǎng)構(gòu)造帶須二段頂面在不同地質(zhì)時(shí)期的古構(gòu)造進(jìn)行了恢復(fù)，結(jié)果顯示，新場(chǎng)構(gòu)造帶須二段頂面在晚侏羅世之前（距今175 Ma）是一個(gè)西傾的構(gòu)造斜坡（圖5-a）；晚侏羅世早期（距今160 Ma）開(kāi)始發(fā)育構(gòu)造的雛形，具備了形成構(gòu)造圈閉的條件（圖5-b）；晚侏羅世末期（距今145 Ma）新場(chǎng)構(gòu)造進(jìn)一步發(fā)育，古構(gòu)造圈閉幅度進(jìn)一步增大，完全具備了形成構(gòu)造圈閉的條件，與須二段厚層的三角洲水下分流河道砂體共同為天然氣的大量聚集提供了空間（圖5-c）。
圖5 新場(chǎng)構(gòu)造帶須二段頂面不同時(shí)期古構(gòu)造圖
晚侏羅世早期（距今160 Ma）新場(chǎng)構(gòu)造帶已經(jīng)發(fā)育雛形，早于天然氣開(kāi)始大規(guī)模充注的時(shí)間（距今150 Ma），也早于儲(chǔ)層致密化的關(guān)鍵時(shí)期（距今140Ma），充分說(shuō)明在天然氣主成藏期之前已經(jīng)形成了構(gòu)造圈閉，且儲(chǔ)層尚未致密化，構(gòu)造圈閉開(kāi)始形成的時(shí)間早于天然氣大規(guī)模充注的時(shí)間、早于儲(chǔ)層致密化關(guān)鍵期。因此，在主成藏期形成了一個(gè)儲(chǔ)層未致密化的大型巖性—構(gòu)造氣藏。
2.3 天然氣成藏模式與富集規(guī)律
綜合分析儲(chǔ)層致密化、構(gòu)造演化、油氣充注及成藏關(guān)系，認(rèn)為川西坳陷新場(chǎng)構(gòu)造帶須二段氣藏具有“早期充注定型、中期致密變差、晚期調(diào)整控產(chǎn)”的成藏模式和富集規(guī)律。
新場(chǎng)構(gòu)造帶須二段氣藏主成藏期為晚侏羅世末期—早白堊世中期（距今150 ～ 128 Ma），早于儲(chǔ)層致密化的關(guān)鍵期，晚于須二段古構(gòu)造開(kāi)始發(fā)育期，氣藏形成的主成藏期儲(chǔ)層尚未致密；同時(shí)儲(chǔ)層縱向上連續(xù)疊置，平均厚度為430 m，平面上大面積疊合，砂體之間連通性好，且存在古構(gòu)造圈閉，油氣在浮力作用下向構(gòu)造高部位聚集成藏，同時(shí)東側(cè)巖性尖滅形成側(cè)向遮擋，形成了一個(gè)大型具統(tǒng)一氣水界面的巖性—構(gòu)造氣藏（圖6-a）。
圖6 新場(chǎng)構(gòu)造帶須二段氣藏成藏模式圖
氣藏形成后，隨著埋深的進(jìn)一步增加，天然氣繼續(xù)充注，成巖作用進(jìn)一步增強(qiáng)，儲(chǔ)層進(jìn)一步致密直至完全致密化，早期聚集的天然氣難以發(fā)生大范圍的運(yùn)移，此時(shí)氣藏的格局與主成藏期未發(fā)生顯著變化。
儲(chǔ)層完全致密化后，隨著燕山晚期—喜馬拉雅期的構(gòu)造活動(dòng)（距今100 ～ 25 Ma），新場(chǎng)構(gòu)造帶發(fā)生整體隆升，前期形成的構(gòu)造進(jìn)一步發(fā)生變形和褶皺，并形成多條南北向斷層[22,24]，但是構(gòu)造格局未發(fā)生大的改變，只在局部地區(qū)發(fā)生了調(diào)整和反轉(zhuǎn)，對(duì)早期形成的氣藏產(chǎn)生了局部的調(diào)整和改造（圖6-b）。
晚期構(gòu)造活動(dòng)對(duì)早期形成的致密砂巖氣藏的調(diào)整主要表現(xiàn)在構(gòu)造調(diào)整、物性調(diào)整和氣水關(guān)系調(diào)整等3 個(gè)方面：①燕山晚期—喜馬拉雅期的構(gòu)造活動(dòng)使得新場(chǎng)構(gòu)造帶的西段發(fā)生翹傾，對(duì)古今構(gòu)造調(diào)整轉(zhuǎn)換的樞紐部位的局部構(gòu)造進(jìn)行了改造，使其復(fù)雜化；②晚期構(gòu)造活動(dòng)對(duì)致密砂巖的物性產(chǎn)生了調(diào)整，主要表現(xiàn)為晚期構(gòu)造活動(dòng)形成的斷層、構(gòu)造裂縫改善了原先致密的孤立孔隙間的連通性，提高了已致密化儲(chǔ)層的物性，特別是提高了儲(chǔ)層的滲流能力，使得聚集在孤立孔隙中的天然氣發(fā)生流動(dòng)、調(diào)整和再次聚集，形成了中高產(chǎn)的“甜點(diǎn)”，為天然氣的高產(chǎn)提供了基礎(chǔ)；③晚期構(gòu)造活動(dòng)形成的大型斷裂在氣藏的邊水區(qū)溝通下伏地層水，斷層成為地層水上下運(yùn)移的主要通道，當(dāng)向上運(yùn)移的地層水遇到開(kāi)啟的低角度層理縫（由于特殊地應(yīng)力環(huán)境，大部分層理縫地層狀態(tài)下已開(kāi)啟），地層水沿著開(kāi)啟的層理縫發(fā)生橫向運(yùn)移，在溝通水層的斷層和開(kāi)啟的水平層理的共同作用下，使得原先氣藏的氣水關(guān)系變得復(fù)雜化，氣水區(qū)是氣水關(guān)系復(fù)雜化的主要部位（圖7）。
圖7 新場(chǎng)構(gòu)造帶須二段氣藏模式圖
綜上所述研究結(jié)果表明，新場(chǎng)構(gòu)造帶須二段氣藏主要成藏過(guò)程及順序?yàn)椋簝?chǔ)層沉積及形成（距今220 Ma）、構(gòu)造圈閉形成（距今160 Ma）、主成藏期天然氣充注（距今150 ～ 128 Ma）、儲(chǔ)層整體致密（距今140 Ma）、晚期構(gòu)造調(diào)整（距今100 ～ 25 Ma）。成藏模式為“先成藏、后致密、晚期調(diào)整”。天然氣富集規(guī)律為“早期定型、中期致密、晚期控產(chǎn)”。晚期構(gòu)造改善了致密儲(chǔ)層物性，形成了沿晚期斷裂的窄條帶狀的局部相對(duì)高滲區(qū)，當(dāng)高滲區(qū)富集了天然氣，即為局部甜點(diǎn)高產(chǎn)氣區(qū)；當(dāng)高滲區(qū)處于原先的水區(qū)或晚期地層水調(diào)整到了此部位，即為高產(chǎn)水區(qū)。
3 天然氣高產(chǎn)主控因素
新場(chǎng)構(gòu)造帶須二段氣藏氣井產(chǎn)能差異大、有效井比例低。根據(jù)新場(chǎng)構(gòu)造帶17 口井21 個(gè)試采段的累計(jì)產(chǎn)氣量、生產(chǎn)時(shí)間、日產(chǎn)氣量和無(wú)阻流量，以及21 個(gè)試采段的平均有利巖石相厚度、成像測(cè)井解釋的裂縫條數(shù)、裂縫線密度、裂縫傾角等多項(xiàng)儲(chǔ)層參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析，認(rèn)為氣井初期產(chǎn)氣量主要受傾角30°以上的構(gòu)造縫發(fā)育程度控制，累計(jì)產(chǎn)氣量受有利巖石相即優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層厚度的控制，同時(shí)處于構(gòu)造高部位的含氣富集區(qū)。
3.1 氣井初期產(chǎn)氣量主要受構(gòu)造縫控制
氣井無(wú)阻流量與裂縫相關(guān)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，氣井產(chǎn)能主要受控于裂縫類(lèi)型及發(fā)育程度，即裂縫越發(fā)育，初期產(chǎn)能越高。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，斜縫、高角度縫和立縫組成的構(gòu)造縫越發(fā)育，初期產(chǎn)能越高，即無(wú)阻流量與裂縫密度呈正相關(guān)關(guān)系，與裂縫傾角呈指數(shù)相關(guān)關(guān)系，隨著裂縫傾角增大，無(wú)阻流量快速增大（圖8）。因?yàn)榱芽p越發(fā)育，儲(chǔ)層滲流能力越強(qiáng)；高角度縫越發(fā)育，溝通的氣層厚度越大，向試采段供氣能力越強(qiáng)。因此，氣井初期產(chǎn)能主要受控于構(gòu)造縫（傾角大于30°的斜縫、高角度縫和立縫）發(fā)育程度。
圖8 新場(chǎng)構(gòu)造帶須二段氣藏氣井無(wú)阻流量與
裂縫發(fā)育程度交會(huì)圖
新場(chǎng)構(gòu)造帶須二段氣藏11 口有成像測(cè)井資料的井產(chǎn)層段平均裂縫密度與井距離南北向斷裂的距離的關(guān)系統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，距離南北向斷裂越近，構(gòu)造裂縫越發(fā)育，單井產(chǎn)能有效的井均位于距離南北向逆斷層200 m 的范圍內(nèi)，且位于斷裂上盤(pán)的褶皺發(fā)育區(qū)，晚期斷裂對(duì)儲(chǔ)層滲透性的改善相對(duì)有限。因此，高角度的構(gòu)造裂縫是控制氣藏高產(chǎn)的關(guān)鍵因素，對(duì)氣井產(chǎn)能貢獻(xiàn)高，其發(fā)育主要受控于南北向斷裂，其次是褶皺。目前，沿南北向斷裂分布的條帶狀高產(chǎn)富集帶可以有效開(kāi)發(fā)，但是距離晚期斷裂相對(duì)較遠(yuǎn)的區(qū)域有效開(kāi)發(fā)的難度較大，需要借助于致密儲(chǔ)層的改造工藝的實(shí)施達(dá)到有效開(kāi)發(fā)。
3.2 氣井穩(wěn)產(chǎn)主要受有利巖石相厚度控制
新場(chǎng)構(gòu)造帶須家河組沉積微相研究結(jié)果認(rèn)為，須二段主要儲(chǔ)集層為水下分流河道沉積[18-22]。由于儲(chǔ)層超致密，基質(zhì)儲(chǔ)層物性差異較小，微相尺度無(wú)法表征儲(chǔ)層物性好壞的變化。通過(guò)開(kāi)展儲(chǔ)層巖石相的研究，發(fā)現(xiàn)中—粗粒千層餅狀（槽狀交錯(cuò)層）砂巖、中—粗粒平行層理砂巖及中粒塊狀砂巖為有利巖石相，并利用GR、CNL、AC、Rt 等4 條測(cè)井曲線，分步驟分層次對(duì)有利巖石相進(jìn)行識(shí)別。統(tǒng)計(jì)試采井的有利巖石相厚度，并與氣井累計(jì)產(chǎn)氣量做相關(guān)性分析，呈極好的冪函數(shù)相關(guān)性（圖9），表明氣井的穩(wěn)產(chǎn)能力受控于優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的厚度控制，即有利巖石相厚度越大，反映出水下分流河道砂體沉積時(shí)的水體能量越大，儲(chǔ)層物性越好，產(chǎn)氣的儲(chǔ)量基礎(chǔ)越大。
圖9 新場(chǎng)構(gòu)造帶須二段氣藏有利巖石相厚度與
累計(jì)產(chǎn)氣量交會(huì)圖
4 深層致密砂巖氣藏高效勘探對(duì)策
4.1 勘探難點(diǎn)
目前，四川盆地須家河組氣藏勘探已發(fā)現(xiàn)的天然氣三級(jí)地質(zhì)儲(chǔ)量超過(guò)3×1012 m3，但只能局部實(shí)現(xiàn)有效動(dòng)用[1,5-7,10]。同時(shí)研究結(jié)果也表明，須家河組氣藏不同層段還具有規(guī)模儲(chǔ)量存在[1,5-7,25]，但由于不能實(shí)現(xiàn)規(guī)模有效開(kāi)發(fā)，目前的勘探工作基本處于停滯狀態(tài)。要改變目前勘探工作狀態(tài)，必須找準(zhǔn)造成這種狀況的地質(zhì)原因，明確勘探難點(diǎn)，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，解決存在的問(wèn)題。通過(guò)前面對(duì)須二段氣藏的成藏過(guò)程、富集規(guī)律及氣井高產(chǎn)主控因素的分析，認(rèn)為目前的勘探難點(diǎn)主要有兩點(diǎn)。
4.1.1 含氣斷縫體描述難度大
通過(guò)前面氣藏成藏過(guò)程的分析可知，早期成藏后，儲(chǔ)層發(fā)生整體致密化，平均孔隙度下降至3.5%，滲透率下降至0.06 mD，儲(chǔ)層主要儲(chǔ)集空間類(lèi)型為粒內(nèi)溶蝕次生孔隙，孔喉細(xì)小，連通性差，基質(zhì)儲(chǔ)層無(wú)自然產(chǎn)能。由于燕山—喜馬拉雅期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的斷裂、褶皺等變形，產(chǎn)生構(gòu)造裂縫或?qū)永砜p張開(kāi)，改善了儲(chǔ)層滲透性，形成高產(chǎn)帶。新場(chǎng)構(gòu)造帶須二氣藏的有效縫主要為喜馬拉雅期斷裂形成的[26-27]，這種斷層、有效縫發(fā)育的儲(chǔ)集體稱(chēng)為斷縫體（可劃分Ⅰ類(lèi)和Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層，其中Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層發(fā)育高角度縫和低角度層理縫，Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層發(fā)育高角度縫）。但是，晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在改善儲(chǔ)層物性的同時(shí)，也重新調(diào)整了氣水關(guān)系，既有須家河組內(nèi)部氣水調(diào)整，也有下部或上部地層的氣水關(guān)系調(diào)整，造成局部地區(qū)氣水關(guān)系復(fù)雜。因此，須家河組氣藏勘探的第一要解決的問(wèn)題是如何精細(xì)描述優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層內(nèi)的含氣斷縫體。
4.1.2 提高產(chǎn)氣量的工程工藝技術(shù)不成熟
燕山—喜馬拉雅期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)可改善整體致密化后的儲(chǔ)層，造成局部高滲帶，但含氣范圍內(nèi)的其他部位，仍然是致密儲(chǔ)層區(qū)域，這些致密儲(chǔ)層大致可分為兩種類(lèi)型：一種為千層餅或平行層理中—粗粒砂巖儲(chǔ)層（Ⅲ A 類(lèi)），巖性以中—粗粒巖屑砂巖為主，常含植物碳屑、泥礫，為相對(duì)高能水體沉積，發(fā)育槽狀交錯(cuò)或平行層理，受后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，層理縫張開(kāi)，水平徑向滲透率較高；另一種為塊狀中粒砂巖儲(chǔ)層（Ⅲ B 類(lèi)），巖性以中粒巖屑砂巖為主，沉積水體能量相對(duì)較弱，層理面少。
目前針對(duì)這兩類(lèi)儲(chǔ)層的工程工藝技術(shù)均不夠成熟。Ⅲ A 類(lèi)儲(chǔ)層由于發(fā)育水平或低角度層理縫，在鉆井過(guò)程中，形成固相顆粒堵塞裂縫和水鎖傷害基質(zhì)儲(chǔ)層（滲透率傷害程度介于80% ～ 90%），造成近井帶嚴(yán)重污染；同時(shí)由于水平或低角度層理縫發(fā)育，儲(chǔ)層壓裂改造時(shí)，造成人工縫沿層理縫薄弱面優(yōu)先張開(kāi)，形成低矮縫、平面鋪砂或砂進(jìn)不了儲(chǔ)層內(nèi)部，不能解放產(chǎn)能。Ⅲ B 類(lèi)儲(chǔ)層由于研究區(qū)地應(yīng)力為走滑地應(yīng)力狀態(tài)，不易形成高直縫，同時(shí)破裂壓力高，一般壓不開(kāi)儲(chǔ)層或壓開(kāi)后多為低矮縫，改造效率不高，也不能釋放產(chǎn)能。
4.2 勘探對(duì)策
新場(chǎng)構(gòu)造帶須家河組深層致密砂巖氣藏不同于常規(guī)致密砂巖氣藏，其表現(xiàn)為3 點(diǎn)：①早期大面積形成巖性—構(gòu)造低滲氣藏，主要控氣因素為構(gòu)造圈閉；②中后期整體致密化；③晚期受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，氣藏的儲(chǔ)層物性、構(gòu)造形態(tài)、氣水分布、縱橫向連通性均發(fā)生變化和調(diào)整，致使原本簡(jiǎn)單的巖性—構(gòu)造圈閉致密砂巖氣藏復(fù)雜化。
根據(jù)新場(chǎng)構(gòu)造帶須二段氣藏的特點(diǎn)和難點(diǎn)，確定須二段致密砂巖氣藏的勘探思路為“先肥后瘦、先易后難、地質(zhì)工程一體化、勘探開(kāi)發(fā)一體化”。依據(jù)氣藏的成藏富集規(guī)律，按已提交儲(chǔ)量區(qū)和新區(qū)，優(yōu)先在已提交儲(chǔ)量區(qū)內(nèi)開(kāi)展新一輪的天然氣富集區(qū)評(píng)價(jià)、含氣斷縫體描述和提高產(chǎn)量工程工藝技術(shù)試驗(yàn)。通過(guò)在新一輪評(píng)價(jià)出的富集區(qū)內(nèi)的精細(xì)描述含氣斷縫體，部署探井，升級(jí)儲(chǔ)量，同時(shí)開(kāi)展提高產(chǎn)量工程工藝技術(shù)試驗(yàn)，形成關(guān)鍵技術(shù)，再推廣至新區(qū)。具體可分以下幾個(gè)步驟。
4.2.1 天然氣富集區(qū)評(píng)價(jià)
主要依據(jù)早晚期構(gòu)造變動(dòng)、儲(chǔ)層分布、氣水分布，確定天然氣富集區(qū)。編制成藏期古構(gòu)造圖及儲(chǔ)層分布圖，確定早期成藏范圍；再根據(jù)現(xiàn)今構(gòu)造圖，確定出古今構(gòu)造均為隆起的部位及南北向斷裂發(fā)育的地區(qū)為最有利區(qū)，古高今低區(qū)為較有利區(qū)，但其氣水關(guān)系會(huì)極為復(fù)雜，古低今高區(qū)或古低今低區(qū)為不利區(qū)（圖10）。
圖10 天然氣富集區(qū)評(píng)價(jià)示意圖
4.2.2 含氣斷縫體描述
前已述及，裂縫的發(fā)育程度主要受控于距離南北向斷裂的距離，在距離遠(yuǎn)近同等的條件下，裂縫的發(fā)育程度主要受控于巖石的粒度、層厚、石英含量及巖性組合等，砂巖粒度越粗、單層厚度越薄、石英含量越高，裂縫越發(fā)育，因此可以通過(guò)典型的巖心裂縫段的特征刻度成像測(cè)井裂縫、成像測(cè)井刻度常規(guī)測(cè)井的方法，建立基于常規(guī)測(cè)井資料的裂縫評(píng)價(jià)描述方法，刻畫(huà)單井含氣斷縫體。在平面上，通過(guò)南北向斷裂附近典型井分析，當(dāng)斷層附近裂縫發(fā)育段厚度大于15 m 時(shí)，由于裂縫性氣層阻抗與下伏致密巖層差異較大，裂縫發(fā)育段底部地震反射波形上會(huì)呈現(xiàn)弱反射背景下較強(qiáng)反射的特征。因此，通過(guò)裂縫地震反射特征的拾取，結(jié)合地震低頻相干檢測(cè)、振幅邊緣檢測(cè)、構(gòu)造斷層因子、地震反射結(jié)構(gòu)熵屬性等異常檢測(cè)，可以建立定量預(yù)測(cè)表征技術(shù)對(duì)含氣斷縫體進(jìn)行預(yù)測(cè)和描述。
在天然氣富集區(qū)內(nèi)，古今構(gòu)造均為隆起的部位及南北向斷裂發(fā)育區(qū)是含氣斷縫體發(fā)育的有利部位，也是下一步進(jìn)行高效勘探的目標(biāo)區(qū)。因此，通過(guò)地質(zhì)、測(cè)井和地震的綜合研究，精細(xì)描述含氣斷縫體范圍及內(nèi)在屬性，部署高效探井，升級(jí)儲(chǔ)量或直接進(jìn)行開(kāi)發(fā)。
4.2.3 提高產(chǎn)量工程工藝技術(shù)攻關(guān)
開(kāi)展針對(duì)Ⅲ A、Ⅲ B 兩類(lèi)儲(chǔ)層提高產(chǎn)氣量的工程工藝攻關(guān)。Ⅲ A 類(lèi)儲(chǔ)層以開(kāi)展解除近井帶污染或高效壓裂改造工藝試驗(yàn)，解除近井帶污染工藝試驗(yàn)有氮?dú)忏@井、高能氣體燃爆誘導(dǎo)酸化壓裂等試驗(yàn)，目前氮?dú)忏@井正在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。高能氣體燃爆能在近井地帶造出不受地應(yīng)力控制的多條裂縫，結(jié)合酸化壓裂技術(shù)穿透污染帶，早期有試驗(yàn)成功并獲得高產(chǎn)的井，目前也在準(zhǔn)備現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。該技術(shù)對(duì)套管固井質(zhì)量要求較高，需優(yōu)選燃爆井段和裝藥量，確保在不損壞套管的前提下開(kāi)展試驗(yàn)。Ⅲ B 類(lèi)儲(chǔ)層計(jì)劃開(kāi)展超高壓大型壓裂改造試驗(yàn)，配套3000 型壓裂車(chē)組、140MPa 壓裂井口、耐高壓地面管線、大尺寸壓裂油管、耐高壓封隔器等地面裝置與井下工具，通過(guò)前置酸液降低破裂壓力、膠液造主縫、滑溜水溝通斷層附近裂縫的復(fù)合改造工藝，實(shí)現(xiàn)造高縫和長(zhǎng)縫的目的，釋放基質(zhì)型儲(chǔ)層產(chǎn)能。
5 結(jié)論
1）新場(chǎng)構(gòu)造帶須二段氣藏主成藏期為晚侏羅世末期—早白堊世中期，早于儲(chǔ)層致密化的關(guān)鍵期，晚于須二段古構(gòu)造開(kāi)始發(fā)育期，氣藏主成藏期形成了一個(gè)儲(chǔ)層未致密化的大型巖性—構(gòu)造氣藏。
2）新場(chǎng)構(gòu)造帶須二段氣藏的成藏模式和富集規(guī)律為“早期充注定型、中期致密變差、晚期調(diào)整控產(chǎn)”。
3）新場(chǎng)構(gòu)造帶須二段氣藏氣井初期產(chǎn)能受控于構(gòu)造裂縫傾角和發(fā)育程度，構(gòu)造裂縫傾角越大、裂縫密度越大，初期產(chǎn)能越高；氣井的穩(wěn)產(chǎn)能力受控于優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的厚度，即有利巖石相厚度越大，儲(chǔ)層物性越好，氣井穩(wěn)產(chǎn)能力越強(qiáng)。
4）新場(chǎng)構(gòu)造帶須二段深層致密砂巖氣藏的高效勘探需要在天然氣的富集區(qū)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，依據(jù)富集區(qū)內(nèi)氣藏“甜點(diǎn)”類(lèi)型采取相應(yīng)的勘探對(duì)策。古今構(gòu)造均為隆起的部位及南北向斷裂發(fā)育區(qū)是尋找高產(chǎn)區(qū)的首選地區(qū)，對(duì)于南北向構(gòu)造裂縫欠發(fā)育或不發(fā)育的Ⅲ儲(chǔ)層，需要通過(guò)儲(chǔ)層層改造工藝的攻關(guān)試驗(yàn)，提高單井產(chǎn)能，實(shí)現(xiàn)有效或高效勘探。
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編 輯 陳古明
論文原載于《天然氣工業(yè)》2020年第2期
基金項(xiàng)目：國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)“中西部重點(diǎn)碎屑巖層系油氣富集規(guī)律與勘探方向”（編號(hào)：2016ZX05002-006）、中國(guó)石化科研項(xiàng)目“須家河組天然氣成藏過(guò)程及富集規(guī)律研究”（編號(hào)：P18089-1）。
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