卞從勝，王紅軍，汪澤成，徐兆輝

(中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

1 前言

四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組是我國致密砂巖氣勘探和開發(fā)的重點層系。近5年來，須家河組天然氣儲量發(fā)現(xiàn)快速增長，截至2011年年底，累計探明天然氣地質(zhì)儲量近7 000×108m3，控制加預測儲量超過5 000×108m3，已經(jīng)形成了萬億立方米的大氣區(qū)，成為繼三疊系飛仙關組和二疊系長興組之后，四川盆地天然氣儲量增長的重要區(qū)域之一［1］?？碧阶C實，須家河組含氣范圍幾乎遍布整個盆地，不僅探明了川中地區(qū)八角場、廣安與合川等大氣田，以及川西中壩、平落壩氣田，而且在川北地區(qū)的龍崗、川西北的九龍山以及川西南的白馬廟地區(qū)，也都獲得了重要發(fā)現(xiàn)，天然氣勘探層系和范圍仍有進一步擴大趨勢［2，3］。

須家河組致密砂巖氣的規(guī)模開發(fā)利用已經(jīng)有近半個世紀的歷史［4～6］，早期發(fā)現(xiàn)的氣田主要位于川西龍門山前構(gòu)造發(fā)育區(qū)，以構(gòu)造和裂縫型氣藏為主，氣藏規(guī)模小，但儲量豐度高，氣層厚度較大。隨著勘探和研究的深入，近年來不斷在川中地區(qū)發(fā)現(xiàn)大氣田，如廣安、合川等氣田，探明儲量都在千億立方米以上，以構(gòu)造—巖性或巖性氣藏為主，含氣面積大，可達幾百至上千平方千米，氣柱高度低，基本在10～25 m，含水飽和度較大，一般大于40%，氣藏儲量豐度低，一般為1×108～3×108m3/km2，屬中低豐度天然氣藏［1～3］。目前已發(fā)現(xiàn)的氣田主要分布在須二、四、六段砂巖集中發(fā)育段，近期勘探又在須一、三、五段氣源灶內(nèi)部獲得了重要發(fā)現(xiàn)，可以說，須家河組致密砂巖氣具有滿盆含氣、全層系立體勘探的特點。然而，須家河氣藏尤其在川中地區(qū)具有含水飽和度高，氣藏充滿度低的特點，開發(fā)過程中產(chǎn)氣量低、產(chǎn)水量高，嚴重制約氣藏的規(guī)模有效開發(fā)進程。針對須家河組致密砂巖氣的特點和存在的問題，對須家河組天然氣成藏特征和勘探現(xiàn)狀進行了探討，結(jié)合該地區(qū)成藏研究的新成果對須家河組重點區(qū)域資源潛力進行了評價，以期為須家河組致密砂巖氣下一步勘探和開發(fā)有所幫助。

2 須家河組天然氣成藏特征與勘探現(xiàn)狀

研究表明，須家河組須一、三、五段烴源巖和須二、四、六段儲層呈大面積交互分布，構(gòu)成“三明治”生儲蓋組合，為須家河組致密砂巖氣大型化成藏提供了基礎。須家河組天然氣藏具有含氣面積大、氣藏豐度低，“經(jīng)濟性”成藏呈“斑塊狀”分布等特點，整體成藏呈大范圍分布［4］(見圖1)。

2.1 生儲蓋組合呈大面積廣覆式交互分布

四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組發(fā)育一套含煤碎屑巖河湖相沉積，由于古地形平緩，物源充足，形成了大面積近滿盆分布的辮狀河—三角洲砂泥巖和煤系地層［7～9］(見圖1)。煤系氣源巖主要分布在須一、三、五段，以高含有機碳的煤層和炭質(zhì)泥巖為主，分布面積達8×104～12×104km2，煤和炭質(zhì)泥巖單層厚度在5～20 m，單層生氣強度在5×108～20×108m3/km2。砂巖儲集體主要分布在須二、四、六段砂巖集中段和須一、三、五段內(nèi)部，孔隙度基本在5%～10%，滲透率平均為0.01～0.5 mD，屬于致密砂巖儲層，其分布面積可達11×104～14×104km2，每一層的厚度基本在10～30 m。須一、三、五段氣源巖和蓋層與須二、四、六段儲集體呈大面積緊密接觸，直接接觸面積可達8×104～11×104km2，構(gòu)成了大規(guī)模間互發(fā)育的“三明治”結(jié)構(gòu)。同時，在須一、三、五段內(nèi)部發(fā)育的同期沉積砂體同樣是含氣性儲層，單段分布面積可達5 000～11 000 km2，儲層連續(xù)性較好，它與烴源巖構(gòu)成指狀交互發(fā)育特征，比須二、四、六段儲層成藏具有近水樓臺的優(yōu)勢［1］。因此，這種典型的“三明治”結(jié)構(gòu)生儲蓋組合是須家河組大范圍含氣的重要基礎。

圖1 四川盆地須家河組氣源巖與儲層分布圖Fig.1 Source rock and reservoir distribution in Xujiahe formation，Sichuan Basin

2.2 氣層厚度薄、含氣面積大，氣藏充滿度不高

須家河組儲層是在地形平緩的淺水湖沼環(huán)境中形成的辮狀河三角洲沉積體系，由于河道的快速遷移、歸并和疊加，導致沉積砂體的結(jié)構(gòu)和連續(xù)性較差，加上后期強烈的壓實和膠結(jié)作用，留下來的儲集體單體規(guī)模較小，側(cè)向連續(xù)性較差［10，11］，形成的氣層厚度也相對較薄，含氣儲層往往被致密砂巖或泥巖隔開，呈孤立—半孤立狀，但多層氣藏相互疊加，形成了集群式分布的氣藏群，規(guī)模非常大。如廣安氣田，單個氣層厚度 4～13 m，探明儲量面積579 km2，由40～60個氣藏群組成，探明天然氣儲量1 355×108m3。合川潼南須二氣田(見圖2)，單個氣層厚度5～15 m，探明儲量面積 1 058 km2，由40～50個氣藏群組成，探明天然氣儲量約2 300×108m3。

須家河組氣藏總體充滿度不高，特別是川中地區(qū)，受構(gòu)造影響較大，位于構(gòu)造低部位的儲層往往產(chǎn)水，而構(gòu)造高部位即便儲層物性較差，含氣性也較好。廣安須六段氣藏儲層段的物性均較好，構(gòu)造高部位的廣安2井區(qū)平均含氣飽和度可達55%，生產(chǎn)測試以純氣為主，基本不產(chǎn)水，而構(gòu)造低部位的廣安105井區(qū)平均含氣飽和度不到40%，生產(chǎn)測試氣水同產(chǎn)，且產(chǎn)氣量很低。在合川—潼南地區(qū)，須二段上部儲層物性相對較差，其孔隙度和滲透率分別為5% ～7%和0.05～0.3 mD，而含氣飽和度基本在50%以上，是該地區(qū)的主要產(chǎn)氣層。須二段下部物性較好，其孔隙度和滲透率分別為7% ～10%和0.1～0.5 mD，但含水飽和度一般在60% ～75%。這與該區(qū)須家河組氣源灶整體生氣總量不充分，天然氣優(yōu)先聚集在儲層的上部高部位有關。因此，構(gòu)造因素在川中地區(qū)天然氣成藏富集中具有重要作用(見表1)。

圖2 合川地區(qū)須二段氣藏剖面圖Fig.2 Gas reservoir section figure of Xu 2 in Hechuan gas filed

表1 四川盆地川中地區(qū)須家河組氣藏特征統(tǒng)計Table 1 Gas reservoirs characteristics statistics of Xujiahe formation，central Sichuan Basin

2.3 天然氣成藏以巖性氣藏為主，局部發(fā)育構(gòu)造氣藏

統(tǒng)計表明，須家河組氣藏以巖性和構(gòu)造—巖性復合型為主，尤其是近年來川中地區(qū)發(fā)現(xiàn)的一系列大氣田，如廣安、合川、安岳和八角場等，探明儲量可達6 300多億m3。廣安氣田須六氣藏，是一個構(gòu)造與儲層物性共同控制下的構(gòu)造—巖性氣藏，而須四氣藏是一個斜坡背景下的巖性氣藏，合川—潼南須二氣藏也是低幅構(gòu)造背景下的巖性氣藏。這一類氣藏的共同特征是構(gòu)造平緩，地層傾角基本在1°～3°，含氣面積大，可達數(shù)百至數(shù)千平方千米，氣層厚度薄，一般單層5～15 m，氣水分異較差，含氣飽和度普遍較低，一般為45% ～65%，單井產(chǎn)水較多，以常壓和異常高壓為主，氣藏分隔性強。這些現(xiàn)象表明須家河組低孔滲天然氣藏含氣面積大，但氣水分異較差，具有大范圍斑塊狀成藏的特征，規(guī)模開發(fā)的難度相對較大。

另一方面，在川西北和川西南地區(qū)靠近龍門山造山帶地區(qū)，也發(fā)現(xiàn)了一些背斜或斷層型構(gòu)造氣藏，這些氣藏大多數(shù)發(fā)現(xiàn)較早，勘探難度相對較低，所占儲量比例也很低，探明儲量總計近500×108m3，但是這些氣藏的技術可采儲量較高，近400×108m3。如中壩須二氣藏，是一個典型的背斜型氣藏，邛西須二氣藏，是一個斷塊型氣藏。這些氣藏通常表現(xiàn)為含氣面積小，一般在十幾到幾十平方千米，氣水界面清楚，裂縫較發(fā)育，單井產(chǎn)氣量較高，以常壓為主。由于這些氣藏發(fā)育地區(qū)烴源巖厚度大，煤層和炭質(zhì)泥巖厚度在20～30 m，氣源充足，氣藏豐度較高，規(guī)模開發(fā)的經(jīng)濟性好。

2.4 天然氣以近源成藏為主，成藏豐度受本地氣源灶控制

四川盆地須家河組天然氣主要為成熟—高成熟的煤成氣，氣藏中烴類氣體含量為96% ～99%，不含硫化氫氣體，與其下部的海相天然氣和上部的侏羅系天然氣區(qū)別明顯，地化特征表明屬于須家河組自生自儲的天然氣［12，13］。

前已述及，須家河組儲層致密且非均質(zhì)性強，地層構(gòu)造平緩，使得氣源灶生成的天然氣以短距離的垂向運移聚集為主，難以發(fā)生大規(guī)模的側(cè)向運移聚集。首先，川西凹陷和川中地區(qū)天然氣特征差異明顯，川西中壩和平落壩須二氣藏甲烷含量高，干燥系數(shù)0.95～0.97，甲烷碳同位素 －33‰ ～ －36 ‰，反映天然氣成熟度高，與該地區(qū)氣源灶演化程度高相對應。而廣大川中地區(qū)天然氣藏的甲烷含量相對要低一些，干燥系數(shù)在 0.86～0.93，甲烷碳同位素－38‰～－42‰，反映天然氣成熟度較低，同樣與該地區(qū)氣源灶演化程度低相對應。說明川西凹陷的天然氣沒有發(fā)生大規(guī)模的側(cè)向運移進入川中地區(qū)的儲層。

另一方面，川中地區(qū)的天然氣也是以近源聚集為主，在不同地區(qū)和不同層段，天然氣地化特征差異明顯。如合川與潼南兩個地區(qū)的須二段氣藏，合川地區(qū)天然氣甲烷含量較潼南地區(qū)高4%，而乙烷含量低3%，合川地區(qū)甲乙烷碳同位素較潼南地區(qū)重0.3‰～0.4‰，表明氣源差異明顯。并且，在同一套含氣層系中，在儲層物性大體相當?shù)那闆r下，含氣飽和度差異較大，測試產(chǎn)量和地層壓力等參數(shù)也不相同，如潼南須二氣藏(見圖3)，剖面中根據(jù)氣層壓力的變化分為4個獨立的氣藏單元，各個氣藏的含氣飽和度從35%至60%以上變化不等，測試產(chǎn)量也在產(chǎn)水46 m3/d到產(chǎn)純氣4.1×104m3/d之間變化。仔細研究后發(fā)現(xiàn)，各個氣藏單元的含氣飽和度與其內(nèi)部或下伏的煤層和炭質(zhì)泥巖分布有關，當其下伏的煤層與炭質(zhì)泥巖厚度較大的時候，上部儲層的含氣飽和度就大，產(chǎn)氣量高，如潼南104、108井，含氣飽和度基本大于50%，測試產(chǎn)氣1.9×104～4.1×104m3/d;而與其相鄰的潼南103井，儲層物性同樣較好，但是由于其下伏氣源巖薄，測試以產(chǎn)水為主，說明該含氣層系內(nèi)部各氣藏與其內(nèi)部或下伏的源巖構(gòu)成了相對獨立的成藏組合，具有近源聚集成藏的特點。

圖3 潼南地區(qū)須二段近東西向氣藏剖面圖Fig.3 Gas reservoir section figure of Xu 2 from east to west in Tongnan gas filed

2.5 “甜點富集區(qū)”控制經(jīng)濟性資源的分布，是目前勘探開發(fā)的重點

須家河組氣田的開發(fā)實踐表明存在一類“甜點富集區(qū)”，這些區(qū)域由于原始沉積和后期成巖改造，使得儲層物性相對較好，含氣飽和度相對較高，開發(fā)井產(chǎn)氣性好，不產(chǎn)水或者產(chǎn)水量較低，是經(jīng)濟性資源分布的地區(qū)，多呈不連續(xù)性分布，是中低豐度天然氣藏群產(chǎn)能建設的主要貢獻者，也是現(xiàn)階段對這類儲量開發(fā)的重點。

廣安須六氣田的廣安2井區(qū)，屬于“甜點富集區(qū)”，儲層平均孔隙度達10% ～12%，滲透率在0.5～1.3 mD，含氣飽和度達55%以上，儲量豐度在5.19 ×108m3/km2，初始產(chǎn)量可達32.2 ×104m3/d，是該氣田的主要經(jīng)濟性資源分布區(qū);而該井區(qū)之外的廣安101井區(qū)，孔隙度在6% ～10%，滲透率為0.06～0.8 mD，含氣飽和度在40%以下，儲量豐度只有1×108～3×108m3/km2，初始產(chǎn)量只有2×104～3×104m3/d，且后期產(chǎn)水量顯著增加。合川—潼南須二氣田的合川1井區(qū)構(gòu)造發(fā)育，儲量豐度較高，達 3.8×108m3/km2，日產(chǎn)氣無阻流量達26×106m3，氣藏開發(fā)過程中產(chǎn)水較少;而合川西南部和潼南氣田由于構(gòu)造不發(fā)育，儲量豐度較低，僅為2.2×108m3/km2，氣水分異差，開發(fā)動用難度較大，日產(chǎn)氣無阻流量只有3.7×106～7.5×106m3。因此，“甜點富集區(qū)”是須家河組目前天然氣勘探和開發(fā)的主要貢獻者。

3 須家河組天然氣資源潛力與勘探發(fā)展方向

四川盆地須家河組天然氣成藏范圍大，資源分布廣，可供勘探面積可達16×104km2。據(jù)最新資源評價結(jié)果認為須家河組資源量可達 6.1×1012m3［14］，而目前的資源探明率僅12%，剩余資源潛力巨大。與國內(nèi)東部等成熟勘探盆地相比，須家河組天然氣的勘探和開發(fā)程度都很低，目前勘探主要集中在川中中部和川西北部地區(qū)，勘探層系以須二、四、六段為主，對于廣大的川中—川西過渡帶以及須一、三、五段源內(nèi)天然氣的勘探程度很低，而這些區(qū)域氣源灶條件較其他地區(qū)更好，只要能找到規(guī)模儲集體和有利圈閉，獲得重大突破的幾率很高。近期在川中西部的蓬萊地區(qū)須二段和川西北地區(qū)須三段的勘探都獲得了重要發(fā)現(xiàn)，表明須家河組下一步的勘探前景十分廣闊。

3.1 須家河組天然氣成藏潛力與分布

須家河組天然氣成藏研究表明，有利富集區(qū)的分布主要受氣源灶、儲集體、構(gòu)造高部位和裂縫發(fā)育4要素的控制，經(jīng)濟性成藏呈斑塊狀分布，氣藏連續(xù)性較差，因此，優(yōu)質(zhì)氣源灶和高孔滲儲集體的疊置發(fā)育帶是天然氣富集的主要地區(qū)。在須二、四、六段，儲集體集中發(fā)育，同時與氣源灶緊密交互接觸，成藏潛力大。川中地區(qū)是這些層段儲集體發(fā)育最好的地區(qū)，不僅厚度大，而且物性好，構(gòu)造也發(fā)育，目前已發(fā)現(xiàn)儲量的80%以上集中在這一地區(qū)，是目前須家河組勘探和開發(fā)的重點。但是由于氣源巖厚度相對較薄，供氣不夠充分，導致氣藏含水量大，規(guī)模開發(fā)難度較大。在川中西部地區(qū)，氣源巖厚度和生氣強度增大(見圖1)，氣源條件相對充分，同時該地區(qū)地層埋藏深度適中，儲集體物性保持較好，蓬萊地區(qū)多口井顯示這一地區(qū)裂縫發(fā)育，因此，成藏潛力非常大，應該是須家河組下一步勘探重點區(qū)域。

另一方面，近期的研究和勘探證實，須家河組須一、三、五段源內(nèi)具有天然氣成藏的有利條件，特別是最近幾年，多口井鉆遇須一、三、五段時獲得了工業(yè)氣流，很多井有明顯的氣測顯示、井噴和井漏現(xiàn)象(見表2)。截至2009年，各類鉆遇須家河組須一、三、五段的出氣井已達38口，主要分布在川西北、川西南和川中西部地區(qū)。如西充1井在須一段試氣獲近1×104m3/d，劍門1井在須三段試氣獲近9×104m3/d，磨溪氣田磨119井在須五段測試獲近30×104m3/d的高產(chǎn)氣流。同時，在劍門和九龍山區(qū)塊須三段獲得了天然氣地質(zhì)儲量，控制與預測儲量超過了1 000×108m3，這揭示了須家河組須一、三、五段源內(nèi)天然氣成藏潛力巨大，成為該地區(qū)新的接替領域。

表2 須家河組須一、三、五段出氣井統(tǒng)計表Table 2 Gas wells statistics of Xu 1，Xu 3 and Xu 5 formation

3.2 須家河組重點區(qū)域資源潛力評價

根據(jù)須家河組天然氣成藏主控因素的特征與分布，通過盆地模擬的方法，利用最新的勘探和研究成果，開展了須家河組重點潛力區(qū)的區(qū)帶綜合評價，為須家河組天然氣勘探和研究提供參考。從須家河組天然氣的成藏特征分析，評價立足氣源灶，根據(jù)每一層段烴源巖埋藏期熱成熟生氣和抬升期煤系解吸氣供氣強度以及構(gòu)造格局劃分供氣單元，作為評價的基本單元，然后疊加儲集體厚度和物性參數(shù)，并結(jié)合其他各項石油地質(zhì)條件進行綜合評比。該次評價共優(yōu)選10個資源潛力較大的區(qū)帶，有利勘探面積達6.5×104km2，資源潛力在4×1012～5×1012m3。其中一類區(qū)的面積為3.6×104km2，主要分布在廣安—合川、金華—蓬溪以及劍閣—柘壩場地區(qū)，資源潛力2.5×1012～3×1012m3;二類區(qū)面積為2.9×104km2，主要分布在龍崗—營山、雅安—成都地區(qū)，資源潛力2×1012～2.5×1012m3(見圖4)。下面以兩個典型有利區(qū)帶為例對資源潛力進行分析。

3.2.1 金華—蓬溪須二區(qū)帶

該區(qū)位于川中—川西過渡帶，屬于前陸斜坡區(qū)，有利面積為2.46×104km2。該區(qū)氣源灶煤和炭質(zhì)泥巖的總厚度為10～20 m，須一段生氣強度在8×108～10×108m3/km2，須三段生氣強度在 15 ×108～30×108m3/km2，該區(qū)總供氣量可達 6.72 ×1012m3，氣源條件非常充足。該區(qū)須二段儲層沉積相為川西北和川東南兩大物源水系交匯部位，水下分流河道非常發(fā)育，儲層單層厚2～8 m，累計厚度20～30 m，孔隙度可達6% ～10%。同時，蓬萊地區(qū)鉆井揭示儲層裂縫較發(fā)育，有利于氣井的高產(chǎn)，如蓬萊4井和蓬萊11井在該段分別獲得了45.2×104m3和15.4 ×104m3的高產(chǎn)氣流，氣藏壓力系數(shù)在1.3～1.6，有利于天然氣的保存，評價出資源潛力在3 000×108～5 000×108m3，目前已發(fā)現(xiàn)蓬萊氣田，預測儲量近1 600×108m3，是目前勘探的重點目標區(qū)。

圖4 四川盆地須家河組天然氣成藏有利區(qū)帶綜合評價圖Fig.4 Comprehensive evaluation of gas accumulation potential regions of Xujiahe formation，Sichuan Basin

3.2.2 劍閣—九龍山須三區(qū)帶

該區(qū)位于川西北地區(qū)，鄰近龍門山和九龍山造山帶，構(gòu)造發(fā)育，儲層埋藏相對較深，在3 500～4 500 m，有利面積1.64×104km2。該區(qū)須三段氣源灶供氣強度平均在10×108～20×108m3/km2，氣源充足。該區(qū)須三段發(fā)育三角洲分流河道沉積，砂巖厚度為30～60 m，延伸規(guī)模在20 km以上，連續(xù)性好，儲層單層厚度在3～10 m，孔隙度平均為3% ～6%，物性較差，但井下裂縫非常發(fā)育，有利于源內(nèi)天然氣的直接充注和富集成藏，多口氣井在該地區(qū)獲得高產(chǎn)，如劍門102井須三段獲得了101×104m3的工業(yè)氣流，氣藏壓力系數(shù)在 1.7 ～2.0，超壓強度大，氣藏能量高，評價資源潛力在2 500×108～4 000×108m3，目前該區(qū)已提交控制、預測儲量約1 200×108m3，資源潛力大。由于氣藏壓力大，目前基本不含邊底水，開發(fā)效果要比川中其他地區(qū)偏好。

4 結(jié)語

四川盆地須家河組天然氣勘探正在如火如荼地進行，已經(jīng)成為我國最重要的致密砂巖氣勘探開發(fā)基地之一。須家河組天然氣成藏具有源儲大面積廣覆式發(fā)育的條件，以近源成藏為主，成藏豐度受本地氣源灶質(zhì)量的控制。氣源灶供氣不充分是川中地區(qū)須二、四、六段氣藏含水飽和度高和充滿度低的主要原因，甜點富集區(qū)是目前天然氣開發(fā)產(chǎn)量穩(wěn)定的重點區(qū)域。下一步勘探應向氣源灶更加發(fā)育的川中以西方向推近，川中—川西過渡帶的金華—蓬溪地區(qū)須二段和須四段、川西北劍閣—柘壩場地區(qū)須三段氣源灶發(fā)育，生氣強度大，有利儲集體和裂縫較發(fā)育，綜合評價資源潛力在2.5×1012～3 ×1012m3，是重要的成藏潛力區(qū)，尤其是劍閣地區(qū)須三段源內(nèi)成藏是須家河組天然氣勘探的重要新領域，目前已獲得良好的儲量發(fā)現(xiàn)和多口高產(chǎn)氣流井，將成為下一步致密氣勘探的重點區(qū)域。

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