王香增 喬向陽 張 磊 王永科 周進(jìn)松杜永慧 曹 軍 辛翠平 宋珈萱 袁芳政

1. 陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 2. 陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院

0 引言

天然氣是實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)的現(xiàn)實(shí)選擇[1-4]，致密氣是天然氣開發(fā)的重要領(lǐng)域。鄂爾多斯盆地作為中國致密氣核心生產(chǎn)基地，盆地北部自20世紀(jì)以來已相繼發(fā)現(xiàn)以蘇里格為代表的多個(gè)大型致密氣田[5-8]，盆地東南部的天然氣勘探開發(fā)相比盆地北部則進(jìn)展緩慢，業(yè)界普遍認(rèn)為，鄂爾多斯盆地東南部上古生界二疊系沉積時(shí)期水體較深，主要發(fā)育前三角洲相，缺乏有效儲層，天然氣成藏條件較差[9-11]，全國第三次油氣資源評價(jià)結(jié)果認(rèn)為盆地東南部的延長探區(qū)天然氣資源量僅為 3 007×108m3，勘探開發(fā)潛力不大[12]。為了厘清鄂爾多斯盆地東南部是否具備天然氣規(guī)模成藏條件，以及解決有效儲層預(yù)測難度大、常規(guī)井網(wǎng)模式動用效果差、氣藏開發(fā)管理成本高等問題。延長石油采用產(chǎn)、學(xué)、研、用一體化聯(lián)合攻關(guān)思路，多學(xué)科開展了盆地東南部上古生界沉積—儲層—成藏地質(zhì)理論研究，取得了多項(xiàng)地質(zhì)理論新認(rèn)識；通過基于動態(tài)知識庫的有效儲層預(yù)測、混合井網(wǎng)立體動用和氣藏開發(fā)動態(tài)優(yōu)化等方面的探索和實(shí)踐，多項(xiàng)開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)取得創(chuàng)新進(jìn)展。延長石油在開發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，于2012年完成第一個(gè)開發(fā)方案的編制，正式建立了延安氣田，截至目前，延安氣田累計(jì)探明天然氣地質(zhì)儲量7 635×108m3，動用地質(zhì)儲量3 630×108m3（致密砂巖氣占比超過 80 %），累計(jì)建成產(chǎn)能71.4×108m3/a（致密砂巖氣占比超過75%），緩解了天然氣供需矛盾，促進(jìn)了陜北革命老區(qū)社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)，為保障國家能源安全做出了重要貢獻(xiàn)。

1 氣田概況

延安氣田位于陜西省延安、榆林兩市，構(gòu)造上處于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東南部，屬地層平緩的西傾單斜，傾角小于1°。延安氣田上古生界致密砂巖氣藏主力含氣層系為石炭系本溪組、二疊系山西組與下石盒子組盒8段，截至目前探明含氣面積約8 700 km2（圖 1）。上古生界本溪組、山西組和下石盒子組分別發(fā)育障壁海岸、曲流河三角洲和辮狀河三角洲沉積體系；本溪組海岸障壁砂壩、山2段曲流河三角洲前緣水下分流河道、山1段與盒8段辮狀河三角洲前緣水下分流河道和河口壩砂體均為有利儲集砂體，具有“垂向疊置、橫向連片”的特點(diǎn)[13-16]。

圖1 延安氣田上古生界含氣范圍分布圖

延安氣田上古生界以巖屑石英砂巖、石英砂巖等為主要儲集巖，從本溪組到山2段、山1段和盒8段，整體上表現(xiàn)為巖屑含量增加，石英含量減少；儲集空間主要包括殘余粒間孔、次生溶孔和晶間孔等類型，其中本溪組和山2段主要發(fā)育殘余粒間孔、晶間孔，山1段和盒8段以次生溶孔、晶間孔為主；中值孔喉半徑主要介于0.01～0.86 μm；有效儲層孔隙度主要介于4.0%～10.0%，滲透率主要介于0.01～3.0 mD，含氣飽和度主要介于54%～75%；層內(nèi)、層間和平面均表現(xiàn)出極強(qiáng)的非均質(zhì)性；氣藏壓力系數(shù)介于0.80～0.96，屬于低壓—常壓氣藏；天然氣組分以甲烷為主，平均甲烷含量95.74%。整體上，延安氣田上古生界為強(qiáng)非均質(zhì)性的多層復(fù)雜疊置致密砂巖氣藏。

2 勘探地質(zhì)理論新認(rèn)識

針對盆地東南部上古生界沉積體系、砂體成因機(jī)理、優(yōu)質(zhì)儲層成儲規(guī)律和天然氣運(yùn)聚成藏等方面的難題，通過持續(xù)攻關(guān)，創(chuàng)新發(fā)展了盆地東南部沉積體系新認(rèn)識，揭示了鄂爾多斯盆地上古生界砂體成因機(jī)理，建立了致密砂巖氣優(yōu)質(zhì)儲層成儲模式，形成了基于多要素、全過程天然氣運(yùn)聚模擬的目標(biāo)優(yōu)選技術(shù)，系列成果有力支撐了延安氣田天然氣探明地質(zhì)儲量快速增長。

2.1 創(chuàng)新發(fā)展了盆地東南部沉積體系新認(rèn)識

鄂爾多斯盆地上古生界已發(fā)現(xiàn)的氣田主要集中在盆地北部，受北物源控制，砂體發(fā)育范圍廣，儲集條件優(yōu)越。而盆地東南部由于遠(yuǎn)離北物源區(qū)，學(xué)者們普遍認(rèn)為該區(qū)上古生界水體較深，主要發(fā)育前三角洲—湖泊沉積，缺乏有效儲層[10-11]，不具備大規(guī)模天然氣成藏地質(zhì)條件。

在前人研究基礎(chǔ)上，利用古水流、重礦物、巖屑及砂巖組分等資料，對物源綜合研究發(fā)現(xiàn)：山2段至山1段沉積期，北部物源向南推進(jìn)至富縣—宜川一線，南部物源推移至延安以南；至盒8段沉積期，南北物源在延安—甘泉—富縣一帶交匯，盆地東南部處于南北物源交匯區(qū)。沉積體系研究表明，山2段沉積時(shí)期，延安地區(qū)發(fā)育定邊—吳起、子長—延長三角洲前緣朵體，洛川—黃龍—宜川一帶發(fā)育障壁海岸—潮坪沉積體系；山1段延續(xù)山2段沉積時(shí)期古地理格局，由于湖平面持續(xù)下降，物源供給增強(qiáng)，北部物源不斷向南推進(jìn)，區(qū)內(nèi)發(fā)育河流—三角洲沉積體系；至盒8段時(shí)期，北部物源進(jìn)一步持續(xù)影響到延安地區(qū)，區(qū)內(nèi)北部發(fā)育辮狀河三角洲平原，南部發(fā)育辮狀河三角洲前緣，而來自秦嶺古陸的南部物源不斷向北推進(jìn)，南北兩大物源形成的三角洲前緣沉積在甘泉—宜川一帶匯聚成片（圖2）。儲層研究表明，山2段—盒8段沉積期發(fā)育的河流—三角洲前緣砂體是延安氣田上古生界主要儲集層，從而改變了前人認(rèn)為的該區(qū)為前三角洲沉積、不發(fā)育有效儲層的認(rèn)識。

圖2 鄂爾多斯盆地東南部盒8段沉積模式圖

2.2 揭示了“淺水環(huán)境岸線頻繁遷移控砂”機(jī)制

通過野外露頭、鉆井巖心、測井、錄井等資料分析，發(fā)現(xiàn)山西組—石盒子組沉積期，多套煤層發(fā)育且大面積展布，槽狀交錯(cuò)層理、植物碎片和黃鐵礦普遍發(fā)育，表明鄂爾多斯盆地東南部為淺水環(huán)境；采用古地貌恢復(fù)、古環(huán)境分析技術(shù)，證實(shí)該沉積期盆地東南部處于克拉通盆地緩坡沉積帶；縱向上“砂巖、泥巖、煤層、石灰?guī)r”交替出現(xiàn)，反映水進(jìn)水退頻繁、淺水岸線不斷變遷，導(dǎo)致山西組和盒8段水下分流河道砂體的延伸距離可達(dá)上百千米，至盆地東南部，形成有利儲層發(fā)育區(qū)[17]。基于水槽模擬實(shí)驗(yàn)表明（圖3）：水平面上升時(shí)，上游河道分叉，流域范圍增寬，單河道呈寬淺型，多發(fā)育長寬比整體較小的縱向砂壩，局部發(fā)生漫溢、串溝；水平面下降時(shí)，河道流域范圍變窄，單河道曲流河特征明顯且呈窄深型，河流下切作用較強(qiáng)，對前期形成的砂體改造增強(qiáng)，砂體縱向延伸較遠(yuǎn)，多發(fā)育長寬比較大的縱向砂壩；岸線頻繁進(jìn)退控制著砂體在垂向上的多期次相互疊置，是形成縱向遠(yuǎn)距離延伸砂體的重要原因。從而揭示了鄂爾多斯盆地東南部上古生界砂體的成因機(jī)理，為延安氣田上古生界有效砂體的分布預(yù)測提供了重要理論依據(jù)。

圖3 山西組水平面升降條件下三角洲沉積過程模擬實(shí)驗(yàn)圖

2.3 建立了致密砂巖優(yōu)質(zhì)儲層成儲模式

致密砂巖儲層非均質(zhì)性普遍存在，通過細(xì)分儲層巖石相類型，厘清不同類型砂巖儲層成巖演化與油氣充注過程，對明確有效儲層形成機(jī)理及甜點(diǎn)預(yù)測具有重要意義[18-19]。根據(jù)砂巖組分和結(jié)構(gòu)特征、物性和孔隙特征、成巖演化過程的差異，將山西組砂巖儲層劃分為純石英砂巖、高凝灰質(zhì)雜基石英砂巖（凝灰質(zhì)雜基含量大于15%）、貧塑性巖屑石英砂巖、富塑性顆粒巖屑砂巖（塑性顆粒含量大于15%）及碳酸鹽致密膠結(jié)砂巖（碳酸鹽含量大于15%）5種巖石相類型[20]，并將不同類型巖石的成巖演化過程與埋藏史、熱史、烴類充注過程相結(jié)合，分析關(guān)鍵油氣充注期與儲層致密化的時(shí)間匹配關(guān)系。研究表明，純石英砂巖和貧塑性巖屑石英砂巖主要發(fā)育機(jī)械壓實(shí)、次生溶蝕和高嶺石沉淀等成巖作用，在距今170～220 Ma、100～160 Ma兩期關(guān)鍵成藏期之前，平均孔隙度保持在20%以上，屬于中高滲透率儲集巖石。富凝灰質(zhì)雜基石英砂巖同沉積時(shí)期發(fā)育大量凝灰質(zhì)雜基，導(dǎo)致原生粒間孔隙損失殆盡，早成巖階段凝灰質(zhì)雜基局部水化蝕變轉(zhuǎn)化為高嶺石，于第一次烴類充注之前孔隙度已減小至9%左右，屬于致密儲集巖石。富塑性顆粒巖屑砂巖軟巖屑變形和碎屑黏土雜基填充，孔隙度減小至8%～9%，亦屬于致密儲集巖石。碳酸鹽致密膠結(jié)砂巖由于早期方解石大量填充粒間孔隙，于第一次烴類充注之前，孔隙度減小至6%～7%，亦屬于致密儲集巖石。由此可見，早期油氣充注時(shí)，保持較高孔滲的純石英砂巖和貧塑性巖屑石英砂巖，其成巖作用受到抑制，儲層物性相對較好，是晚期天然氣優(yōu)勢運(yùn)移通道和聚集空間，進(jìn)而構(gòu)成了致密砂巖儲層中的“甜點(diǎn)”。

2.4 形成了基于多要素、全過程天然氣運(yùn)聚模擬的目標(biāo)優(yōu)選技術(shù)

借鑒相控建模的思路和方法，建立輸導(dǎo)層巖相地質(zhì)模型；在此基礎(chǔ)上，耦合供烴強(qiáng)度、運(yùn)移動力和輸導(dǎo)模型，通過多要素、全過程天然氣運(yùn)聚模擬，獲得優(yōu)勢運(yùn)移路徑內(nèi)油氣運(yùn)移相對通量[21-23]，進(jìn)行有利勘探目標(biāo)區(qū)識別與劃分，指明甜點(diǎn)區(qū)分布范圍。研究表明，侏羅紀(jì)晚期—早白堊世早期、晚白堊世和現(xiàn)今的盆地東南部構(gòu)造形態(tài)存在差異，輸導(dǎo)層的輸導(dǎo)性能也有所差別?？傮w來看，侏羅紀(jì)晚期—早白堊世早期，純石英砂巖、貧塑性巖屑石英砂巖的物性相對較好，但晚白堊世時(shí)期，儲層/輸導(dǎo)層埋深達(dá)到最大，儲層/輸導(dǎo)層物性明顯變差。晚三疊世—侏羅紀(jì)時(shí)期，烴源巖已經(jīng)成熟，烴源巖生成的天然氣在浮力作用下沿輸導(dǎo)層發(fā)生運(yùn)移。晚白堊世時(shí)期，埋深達(dá)到最大，此時(shí)因壓實(shí)、生烴增壓產(chǎn)生較大的源儲壓差，位于源內(nèi)的本溪組、山西組多數(shù)輸導(dǎo)層/儲層均被天然氣充注，純石英砂巖、貧塑性巖屑石英砂巖中孔隙度相對較大、滲透性相對較好的儲層中含氣飽和度高；而富塑性巖屑砂巖、富凝灰質(zhì)雜基石英砂巖等的含氣飽和度相對較低。運(yùn)聚模擬表明，山1段大部分輸導(dǎo)層和盒8段的天然氣來自山2段烴源巖，只有位于天然氣運(yùn)移路徑附近的輸導(dǎo)層才會有天然氣運(yùn)移、聚集；同樣，純石英砂巖、貧塑性巖屑石英砂巖中孔隙度相對較大、滲透性相對較好的儲層中含氣飽和度高；而富塑性巖屑砂巖、富凝灰質(zhì)雜基石英砂巖等的含氣飽和度相對較低，側(cè)向遮擋條件較好處往往發(fā)生天然氣聚集，局部構(gòu)造高部位的相對優(yōu)質(zhì)儲層中含氣飽和度高（圖4）。

圖4 延安氣田天然氣運(yùn)移模擬結(jié)果圖

基于山西組天然氣優(yōu)勢運(yùn)移路徑和優(yōu)質(zhì)儲層等綜合分析，對鄂爾多斯盆地東南部山西組勘探有利區(qū)進(jìn)行了預(yù)測和優(yōu)選。以山2段為例，劃分了2類有利區(qū)，其中Ⅰ類有利區(qū)是高運(yùn)移通量（對應(yīng)于圖5中運(yùn)移路徑為黃色的區(qū)域）和優(yōu)勢輸導(dǎo)層厚度大（厚度在10 m以上）的地區(qū)，Ⅱ類有利區(qū)是較高運(yùn)移通量（對應(yīng)于圖5中運(yùn)移路徑為紅色—深紅色區(qū)域）和優(yōu)勢輸導(dǎo)層厚度大（厚度在10 m以上）的地區(qū)。通過分析共優(yōu)選Ⅰ類勘探有利區(qū)9個(gè)，Ⅱ類勘探有利區(qū)20個(gè)，其中Ⅰ類有利區(qū)主要分布在靖邊—子洲一線、綏德—清澗—延長一線和宜川等地區(qū)，Ⅱ類有利區(qū)主要分布在靖邊西部和南部、子長—安塞、甘泉—志丹、延川—延長一帶，以及南部黃龍地區(qū)（圖5）。

圖5 延安氣田山2段輸導(dǎo)層天然氣運(yùn)移模擬結(jié)果及有利區(qū)分布圖

3 開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)展

延安氣田上古生界發(fā)育多套含氣層系，整體表現(xiàn)出有效儲層規(guī)模小、非均質(zhì)性強(qiáng)、疊置關(guān)系復(fù)雜和儲層致密等特征，導(dǎo)致延安氣田面臨有效儲層識別及預(yù)測難度大、常規(guī)井網(wǎng)模式動用效果差、氣藏開發(fā)管理成本高等技術(shù)難題，延長石油通過不斷探索和實(shí)踐，攻關(guān)形成了以基于動態(tài)知識庫的有效儲層預(yù)測、混合井網(wǎng)立體動用和氣藏開發(fā)動態(tài)優(yōu)化等為核心的開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，支撐了強(qiáng)非均質(zhì)性多層復(fù)雜疊置致密氣藏的有效規(guī)模開發(fā)。

3.1 基于動態(tài)知識庫的有效儲層預(yù)測技術(shù)

3.1.1 有效儲層識別

由于整體致密，有效與無效儲層差別不明顯，致密儲層的有效識別難度較大。為提高識別精度，引入與儲層脆性和含氣性密切相關(guān)的“沉積—成巖”綜合參數(shù)“巖石相”[20]，根據(jù)砂巖組分和結(jié)構(gòu)特征、物性和孔隙特征、成巖演化過程的差異，利用主成分分析法識別不同砂巖巖石相，將該參數(shù)與傳統(tǒng)的測井解釋相結(jié)合，形成了基于“四性一特征”（巖性、含氣性、電性、物性及巖石相特征）的致密氣藏有效儲層識別技術(shù)，選擇取心、礦物學(xué)和物性分析數(shù)據(jù)豐富的關(guān)鍵井進(jìn)行驗(yàn)證，基于“四性一特征”的有效儲層識別結(jié)果與人工解釋結(jié)果的吻合率超過85%，同時(shí)有效儲層識別效率明顯提升。

3.1.2 儲層定量表征

為進(jìn)一步提高儲集層內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征的表征精度，通過野外露頭刻畫與井網(wǎng)解剖相結(jié)合的方式對延安氣田山西組—盒8段三角洲沉積的儲集砂體構(gòu)型進(jìn)行研究，采用Miall構(gòu)型級次劃分方案[24]，重點(diǎn)刻畫了4級構(gòu)型界面（單一水下分流河道級別）對應(yīng)構(gòu)型單元的定量表征及其構(gòu)型疊加樣式。延安氣田山西組—盒8段海陸過渡相淺水三角洲前緣沉積主要發(fā)育水下分流河道、河口壩兩大類成因單砂體。從構(gòu)型疊加樣式上看，延安氣田在多期頻繁水進(jìn)水退的沉積背景下發(fā)育垂向疊加型、側(cè)向遷移型、切割疊置型和孤立型四種構(gòu)型疊置樣式的復(fù)合砂體。其中多期水下分流河道沉積可形成垂向疊加型、側(cè)向遷移型、切割疊置型的復(fù)合砂體，切割疊置型還可由水下分流河道與河口壩復(fù)合沉積，孤立型砂體主要出現(xiàn)在較低能的次級水下分流河道。孤立型A/S值最高，砂體間連通性差；垂向疊加型及側(cè)向遷移型A/S值次之，連通性亦次之；切割疊置型A/S值最低，砂體連通最好，但內(nèi)部仍然存在多個(gè)非滲透夾層。在構(gòu)型單元劃分及疊加樣式研究的基礎(chǔ)上，對儲層構(gòu)型單元進(jìn)行了定量表征，建立了儲層地質(zhì)知識庫（表1）。由于障壁海岸沉積砂體少有模式指導(dǎo)，且未取得合適的野外露頭數(shù)據(jù)，僅根據(jù)實(shí)鉆井解剖對有效儲層規(guī)模進(jìn)行了半定量表征，障壁島砂體多為孤立型，局部由于海平面升降造成多期遷移溝通，發(fā)育側(cè)向疊置型復(fù)合砂體。

表1 延安氣田上古生界儲層地質(zhì)知識庫

3.1.3 有效儲層預(yù)測

在三維地震儲層預(yù)測受限的情況下，延長石油提出了基于動態(tài)知識庫的有效儲層預(yù)測技術(shù)[25]，納入有效儲層識別和儲層定量表征研究成果后，基于動態(tài)知識庫的有效儲層預(yù)測精度不斷提升。在動態(tài)知識庫中，采用多點(diǎn)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，以井點(diǎn)處測井解釋的沉積微相、巖石相數(shù)據(jù)為井點(diǎn)硬數(shù)據(jù)，在先驗(yàn)地質(zhì)規(guī)律控制下建立沉積微相模型及巖石相模型；采用序貫高斯模擬方法，在沉積相、巖石相控的基礎(chǔ)上，建立孔隙度、滲透率、飽和度、氣測全烴值等屬性模型；利用孔隙度、滲透率、飽和度、巖石相的有效儲層截止條件確定有效儲層。延安氣田的強(qiáng)非均質(zhì)性導(dǎo)致無法提出全氣田適用的有效儲層識別標(biāo)準(zhǔn)，不同地區(qū)不同層位差異明顯。以延氣2井區(qū)為例，山23亞段有效儲層的孔隙度下限為3%，滲透率截?cái)嘀禐?.03 mD，含水飽和度截?cái)嘀?5%，巖石相為石英凈砂巖；盒82亞段有效儲層的孔隙度截?cái)嘀禐?%，滲透率截?cái)嘀禐?.08 mD，含水飽和度截?cái)嘀?5%，巖石相為貧塑性巖屑石英砂巖。根據(jù)不同地區(qū)不同層位的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行有效儲層建模，結(jié)合氣測全烴值，并采用試井等動態(tài)資料進(jìn)行校正，對不同地質(zhì)參數(shù)給予不同權(quán)重，以儲層地質(zhì)知識庫定量參數(shù)為約束，確定模型的有效砂巖界限，然后建立有效儲層模型，選取多種建模方法預(yù)測的有效儲層疊合區(qū)域作為井位部署有利區(qū)，為混合井網(wǎng)立體動用提供了可靠地質(zhì)基礎(chǔ)。

3.2 混合井網(wǎng)立體動用技術(shù)

3.2.1 井距差異設(shè)計(jì)

儲層物性的強(qiáng)非均質(zhì)性導(dǎo)致單一井距的儲量控制程度較低，需對井距進(jìn)行差異化設(shè)計(jì)以獲得更高的井控程度。氣井井距受到儲集能力和滲流能力的綜合控制，基于孔隙度（φ）、含氣飽和度（Sg）、有效儲層厚度（h）、滲透率（K）等單一物性參數(shù)，選擇儲能系數(shù)（φhSg）和地層系數(shù)（Kh）作為綜合評價(jià)指標(biāo)；從（φhSg）出發(fā)，考慮采收率和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對井距的影響，建立了儲能系數(shù)井距（LφhSg）計(jì)算公式；從Kh出發(fā)，考慮泄氣半徑對井距的影響，建立了地層系數(shù)井距LKh計(jì)算公式；將LφhSg和LKh分別作為井距下限和上限，應(yīng)用sgn函數(shù)進(jìn)行耦合，建立了井距區(qū)間（L）的計(jì)算模型?？紤]到延安氣田多層疊置特征、井網(wǎng)后期加密調(diào)整空間和鉆井技術(shù)可行性，以單井控制儲量最大為目標(biāo)，采用近似相等方法對各層井距區(qū)間（L）計(jì)算結(jié)果進(jìn)行組合優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了氣井井距差異設(shè)計(jì)。

3.2.2 井型優(yōu)選

氣層疊置關(guān)系復(fù)雜加上發(fā)育情況不同，導(dǎo)致采用相同井型整體開發(fā)效果較差，需根據(jù)不同區(qū)域氣層疊置情況進(jìn)行井型優(yōu)選。延安氣田上古生界發(fā)育盒8段、山1段、山2段和本溪組等4套主力氣層，其中盒8段和山2段的整體儲層發(fā)育情況好于山1段和本溪組，為降低鉆遇風(fēng)險(xiǎn)，確定以盒8段和山2段為主、山1段和本溪組為輔的設(shè)計(jì)原則，通過構(gòu)建層位發(fā)育情況判斷系數(shù)（cm）、有效儲層厚度判斷系數(shù)（cδ）、滲透率比值判斷系數(shù)（cα）、地層系數(shù)判斷系數(shù)（cβ）和儲能系數(shù)判斷系數(shù)（cγ）對滿足的布井條件進(jìn)行判斷。通常δ取值為8 m，α取值為100，β取值為3 mD·m，γ取值為0.3 m。當(dāng)不能同時(shí)滿足cm≥0、cδ≥0時(shí)，不布井；當(dāng)同時(shí)滿足cm≥0、cδ≥ 0，且同時(shí)滿足 cα≥ 0、cβ≥ 0、cγ≥ 0時(shí)，部署水平井；當(dāng)同時(shí)滿足cm≥0、cδ≥0，但不能同時(shí)滿足cα≥0、cβ≥0、cγ≥0時(shí)，若滿足定向井可行性部署定向井，若不滿足定向井可行性則部署直井。通過 cm、cδ、cα、cβ、cγ依次進(jìn)行判斷，實(shí)現(xiàn)了氣井井型優(yōu)選。

3.2.3 布井方式差異設(shè)計(jì)

有效砂體規(guī)模小、連續(xù)性差、分散等特征導(dǎo)致均勻布井方式的砂體鉆遇率較低，需針對不同區(qū)域的砂體特征對布井方式進(jìn)行差異設(shè)計(jì)。在砂體走向、砂體邊界和水平最大主應(yīng)力方向（σH）等砂體參數(shù)的基礎(chǔ)上，從已有靶點(diǎn)坐標(biāo)出發(fā)，控制角度（θ）和井距（L）確定計(jì)劃靶點(diǎn)坐標(biāo)，當(dāng)計(jì)劃靶點(diǎn)與已有相鄰靶點(diǎn)之間不滿足L小于等于直線距離（D）時(shí)，無靶點(diǎn)；當(dāng)計(jì)劃靶點(diǎn)與已有相鄰靶點(diǎn)之間滿足L≤D時(shí)，將計(jì)劃靶點(diǎn)作為新靶點(diǎn)，若目標(biāo)區(qū)域總靶點(diǎn)數(shù)量（n）小于目標(biāo)區(qū)域可布最大靶點(diǎn)數(shù)量（nmax），將新靶點(diǎn)作為已有靶點(diǎn)，采用迭代方式不斷重復(fù)這一過程，直至n≥nmax，進(jìn)而結(jié)合井距差異設(shè)計(jì)和井型優(yōu)選結(jié)果，同時(shí)考慮當(dāng)前鉆井技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的可行性，對各層靶點(diǎn)進(jìn)行軌跡優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了布井方式差異設(shè)計(jì)。

3.2.4 井組優(yōu)選

陜北地區(qū)的復(fù)雜地貌導(dǎo)致井場位置確定困難，需結(jié)合氣藏分布和地表環(huán)境進(jìn)行井組優(yōu)選。從耕地、溝壑、煤礦、自然保護(hù)區(qū)和其他類型的地表環(huán)境出發(fā)，采用賦值方式和坐標(biāo)集合對不同類型地表環(huán)境所占面積進(jìn)行數(shù)字化，得到對應(yīng)的地面坐標(biāo)集合Sa、Sg、Sc、Sn和So，進(jìn)而采用井距差異設(shè)計(jì)、井型優(yōu)選和布井方式差異設(shè)計(jì)方法計(jì)算出地下可布靶點(diǎn)，根據(jù)地下可布靶點(diǎn)對應(yīng)的地面坐標(biāo)與不同地表環(huán)境地面坐標(biāo)集合Sa、Sg、Sc、Sn和So之間的所屬關(guān)系，確定井組類型和位置，從而實(shí)現(xiàn)了井組優(yōu)選。

從儲層物性、氣層疊置、砂體參數(shù)和地表環(huán)境等控制因素出發(fā)，通過井距差異設(shè)計(jì)、井型優(yōu)選、布井方式差異設(shè)計(jì)和井組優(yōu)選（圖6），建立了混合井網(wǎng)立體動用技術(shù)[26-28]，實(shí)現(xiàn)了“一井一策”的井網(wǎng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)?；旌暇W(wǎng)立體動用技術(shù)陸續(xù)應(yīng)用于延安氣田，井網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果顯示井距介于800～1 400 m，井型主要為直井和定向井，布井方式在整體和局部均呈現(xiàn)出不規(guī)則分布，井組以常規(guī)叢式井組為主。在有效儲層預(yù)測和混合井網(wǎng)立體動用技術(shù)的支撐下，延安氣田直/定向井氣層鉆遇率超過90%，水平井氣層鉆遇率達(dá)到80%以上，解決了常規(guī)井網(wǎng)模式在盆地東南部整體動用效果差的難題，實(shí)現(xiàn)了延安氣田的規(guī)模有效動用，同時(shí)為油氣煤協(xié)同開發(fā)提供了技術(shù)選擇。

圖6 井網(wǎng)設(shè)計(jì)流程圖

3.3 氣藏開發(fā)動態(tài)優(yōu)化技術(shù)

3.3.1 井底流壓跟蹤計(jì)算

致密氣井實(shí)測產(chǎn)氣剖面顯示，產(chǎn)層段為變質(zhì)量流量的氣液兩相流，非產(chǎn)層段為定質(zhì)量流量的氣液兩相流，井筒中變質(zhì)量流量的氣液兩相流和定質(zhì)量流量的氣液兩相流交替出現(xiàn)。井底流壓獲取方法包括實(shí)測法和計(jì)算法，實(shí)測法結(jié)果準(zhǔn)確，但開發(fā)井?dāng)?shù)多、測試成本高導(dǎo)致難以在氣田現(xiàn)場大規(guī)模開展；現(xiàn)行計(jì)算法安全快捷，但缺乏考慮井筒流量變化的解析模型導(dǎo)致現(xiàn)場推廣難度大。從氣液兩相流井筒壓力梯度方程出發(fā)，引入持氣率，通過構(gòu)建含水修正系數(shù)，進(jìn)而采用線性增加描繪氣液兩相變質(zhì)量流，推導(dǎo)建立了產(chǎn)水氣井井底流壓跟蹤計(jì)算模型：

經(jīng)多次實(shí)測產(chǎn)氣剖面驗(yàn)證，模型相對誤差絕對值介于2.39%～2.69%，平均相對誤差2.54%，實(shí)現(xiàn)了高精度的產(chǎn)水氣井井底流壓跟蹤計(jì)算。

3.3.2 平均地層壓力跟蹤計(jì)算

平均地層壓力獲取方法包括實(shí)測法和計(jì)算法，實(shí)測法需要長時(shí)間關(guān)井，現(xiàn)行計(jì)算法亦需依托井下測試獲取部分參數(shù)，關(guān)井時(shí)間長、測試占產(chǎn)等導(dǎo)致準(zhǔn)確跟蹤致密氣藏的平均地層壓力較為困難。從地層壓力的變化規(guī)律出發(fā)，基于平均地層壓力的物理意義，首次提出平均地層壓力等效點(diǎn)的概念，揭示了平均地層壓力的變化規(guī)律，進(jìn)而以氣藏物質(zhì)平衡方程為基礎(chǔ)，考慮相鄰時(shí)刻偏差系數(shù)的變化規(guī)律，建立了氣藏平均地層壓力跟蹤計(jì)算新模型[29]：

經(jīng)長時(shí)間關(guān)井測壓和壓力恢復(fù)試井驗(yàn)證，模型的計(jì)算誤差介于1.66% ～4.85%，滿足工程計(jì)算精度需求，實(shí)現(xiàn)了僅需氣藏基礎(chǔ)參數(shù)和井口生產(chǎn)數(shù)據(jù)的平均地層壓力跟蹤計(jì)算。

3.3.3 氣井產(chǎn)量智能優(yōu)化

氣井產(chǎn)量是決定開發(fā)效益和穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間的關(guān)鍵要素，產(chǎn)量優(yōu)化主要包括礦場經(jīng)驗(yàn)法、產(chǎn)能方程法和數(shù)值模擬法等方法，但均受到各自使用條件的制約，難以同時(shí)準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)、快速地進(jìn)行產(chǎn)量優(yōu)化，現(xiàn)場規(guī)?；瘧?yīng)用受到限制。氣井生產(chǎn)是一個(gè)從產(chǎn)層到井底再到井口的協(xié)調(diào)系統(tǒng)，考慮到井口數(shù)據(jù)相較井下數(shù)據(jù)更容易獲取，基于建立的井底流壓和平均地層壓力跟蹤計(jì)算模型，采用“地面—井筒—產(chǎn)層”的逆向推演思路，從井口最低外輸壓力出發(fā)，依次計(jì)算最低舉升壓力和最低產(chǎn)出壓力，建立了致密氣井穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間預(yù)測新模型：

式中tF為氣井的預(yù)測穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間，d；γ為自然穩(wěn)產(chǎn)期末的修正系數(shù)，無量綱；αmin為自然穩(wěn)產(chǎn)期末的天然氣原始地層儲量修正系數(shù)，無量綱；G為地面標(biāo)準(zhǔn)條件下的天然氣原始地質(zhì)儲量，104m3；Gp為地面標(biāo)準(zhǔn)條件下的天然氣累積采出量，104m3；βmin為自然穩(wěn)產(chǎn)期末的累積采出量修正系數(shù)，無量綱；Wp為地面標(biāo)準(zhǔn)條件下的地層水累積采出量，104m3；qsc為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的產(chǎn)氣量，104m3/d；qw為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的平均產(chǎn)水量，104m3/d。

根據(jù)氣田開發(fā)方案設(shè)計(jì)的目標(biāo)穩(wěn)產(chǎn)期，采用穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間預(yù)測新模型計(jì)算不同配產(chǎn)量下的穩(wěn)產(chǎn)期末累積產(chǎn)氣量，以穩(wěn)產(chǎn)期末的累計(jì)產(chǎn)氣量最大為目標(biāo)，結(jié)合編程，建立了氣井產(chǎn)量智能優(yōu)化技術(shù)，現(xiàn)場驗(yàn)證結(jié)果顯示應(yīng)用后氣井的穩(wěn)產(chǎn)期、累計(jì)產(chǎn)氣量等開發(fā)指標(biāo)均變得更優(yōu)。

以井底流壓跟蹤計(jì)算、平均地層壓力跟蹤計(jì)算和氣井產(chǎn)量智能優(yōu)化為核心，形成了易于礦場應(yīng)用的氣藏開發(fā)動態(tài)優(yōu)化技術(shù)，解決了傳統(tǒng)技術(shù)過于依賴井下測試的問題，氣藏開發(fā)動態(tài)優(yōu)化技術(shù)持續(xù)應(yīng)用于延安氣田，保障了儲量均衡動用和氣田長期穩(wěn)產(chǎn)，其中延氣2—延128井區(qū)以20×108m3/a的產(chǎn)量已穩(wěn)產(chǎn)7年，采氣速度 2.02 %，平均單井產(chǎn)氣量 1.12×104m3/d。在有效儲層預(yù)測、混合井網(wǎng)立體動用、氣藏開發(fā)動態(tài)優(yōu)化等開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)的支撐下，延安氣田產(chǎn)量持續(xù)穩(wěn)定上升（圖7），截至目前，投產(chǎn)區(qū)塊11個(gè)，動用地質(zhì)儲量 3 630×108m3，年產(chǎn)氣量規(guī)模 71.4×108m3，累計(jì)產(chǎn)氣量291.57×108m3，實(shí)現(xiàn)了鄂爾多斯盆地東南部致密氣藏的規(guī)模效益開發(fā)。

圖7 延安氣田歷年產(chǎn)氣量柱狀圖

隨著開發(fā)不斷深入，已投產(chǎn)區(qū)域穩(wěn)產(chǎn)形勢變得較為嚴(yán)峻，待開發(fā)區(qū)域資源低品質(zhì)化現(xiàn)象明顯，為實(shí)現(xiàn)延安氣田的持續(xù)增儲上產(chǎn)，延長石油將加強(qiáng)上古生界致密砂巖氣基礎(chǔ)研究和勘探力度，實(shí)現(xiàn)儲量有序接替及穩(wěn)定增長，同時(shí)立足已探明儲量區(qū)，以理論創(chuàng)新為基礎(chǔ)，充分結(jié)合大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，持續(xù)完善開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，加快百億立方米大氣田建設(shè)，為實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)做出新的貢獻(xiàn)。

4 結(jié)論

1）通過對沉積—儲層—成藏地質(zhì)理論深入研究，創(chuàng)新發(fā)展了鄂爾多斯盆地東南部沉積體系新認(rèn)識，明確盆地東南部二疊紀(jì)時(shí)期為三角洲前緣沉積，儲集砂體發(fā)育；揭示了“淺水環(huán)境岸線頻繁遷移控砂”機(jī)制，摸清了盆地東南部上古生界有效砂體的分布規(guī)律；建立了致密砂巖氣優(yōu)質(zhì)儲層成儲模式，明確純石英砂巖和貧塑性巖屑石英砂巖是致密氣分布的“甜點(diǎn)”；形成了基于多要素、全過程天然氣運(yùn)聚模擬的目標(biāo)優(yōu)選技術(shù)，有力指導(dǎo)了有利勘探區(qū)的預(yù)測與優(yōu)選。地質(zhì)理論新認(rèn)識支撐了延安氣田7 635×108m3探明天然氣地質(zhì)儲量發(fā)現(xiàn)。

2）針對延安氣田致密砂巖氣藏開發(fā)難點(diǎn)持續(xù)攻關(guān)，隨著有效儲層識別及定量表征研究的不斷深入，動態(tài)知識庫得到升級，有效儲層預(yù)測結(jié)果更加可靠；通過井距、井型、布井方式及井組的差異設(shè)計(jì)和組合優(yōu)化，建立了“一井一策”的混合井網(wǎng)立體動用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了延安氣田的規(guī)模有效動用；基于壓力跟蹤計(jì)算和產(chǎn)量智能優(yōu)化研究，形成了氣藏開發(fā)動態(tài)優(yōu)化技術(shù)，保障了氣田長期穩(wěn)產(chǎn)；開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)支撐了延安氣田71.4×108m3/a產(chǎn)能建設(shè)。