朱光輝 李本亮 李忠城 杜 佳 劉彥成 吳洛菲

(1.中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司 北京 100016； 2.中國(guó)海洋石油有限公司勘探部 北京 100011)

近年來(lái)，在“雙碳”目標(biāo)引領(lǐng)下，中國(guó)非常規(guī)天然氣迎來(lái)快速發(fā)展的機(jī)遇期。中國(guó)海油認(rèn)真踐行國(guó)家能源安全戰(zhàn)略，全面落實(shí)“七年行動(dòng)計(jì)劃”和“十四五”規(guī)劃。中聯(lián)公司作為中國(guó)海油陸上勘探開(kāi)發(fā)的排頭兵，以供應(yīng)清潔能源為己任，大力發(fā)展天然氣產(chǎn)業(yè)，持續(xù)推進(jìn)非常規(guī)天然氣勘探開(kāi)發(fā)力度，強(qiáng)化“甜點(diǎn)”勘探和“價(jià)值”勘探。

鄂爾多斯盆地東緣致密氣勘探過(guò)程幾經(jīng)波折，實(shí)現(xiàn)了效益規(guī)模開(kāi)發(fā)。然而，在勘探的過(guò)程中，仍然遇到了大量的挑戰(zhàn)，主要有：①鄂爾多斯盆地東緣成藏規(guī)律受控于構(gòu)造、沉積和成巖等多重因素，勘探早期缺乏系統(tǒng)的成藏模式指導(dǎo)；②臨興-神府氣田屬于典型的黃土高原，溝壑縱橫、峁梁交錯(cuò)，地表高程變化大，地球物理手段受限，儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度有限；③區(qū)域生烴強(qiáng)度宏觀上控制著氣-水的分布格局，斷裂、沉積、成巖等因素決定了氣層的富集，垂向上含水飽和度差異較大，含水氣層的定量識(shí)別難度大；④致密氣層垂向跨度大，含氣層段多，單井產(chǎn)能低，缺乏適應(yīng)性的地質(zhì)工程一體化壓裂增產(chǎn)改造技術(shù)。

針對(duì)以上這些問(wèn)題，中聯(lián)公司立足于臨興-神府氣田煤系天然氣資源，踐行非常規(guī)氣勘探開(kāi)發(fā)和地質(zhì)工程一體化理念，并以提高單井產(chǎn)量、降低開(kāi)發(fā)成本為目標(biāo)，在儲(chǔ)層評(píng)價(jià)、成藏模式、甜點(diǎn)識(shí)別和增產(chǎn)改造等方面開(kāi)展了一系列技術(shù)攻關(guān)與探索，建立了“源-儲(chǔ)-斷”三控影響下致密氣成藏模式，形成了沉積-成巖協(xié)同影響的儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)、地質(zhì)-地震一體化的“雙甜點(diǎn)”評(píng)價(jià)和“多層段+差異化+氮助排+低傷害”的壓裂增效3項(xiàng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了“少井高產(chǎn)”和“甜點(diǎn)勘探”的目的，并大膽提出以“致密氣+煤層氣”并舉的勘探路線，先后指導(dǎo)鄂東盆緣臨興-神府地區(qū)8個(gè)致密氣勘探開(kāi)發(fā)一體化項(xiàng)目和6個(gè)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的高效實(shí)施，為非常規(guī)天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到了示范作用。

1 鄂東盆緣致密砂巖氣基本地質(zhì)特征

鄂爾多斯盆地天然氣大規(guī)?？碧绞加?0世紀(jì)80年代，并逐步從盆地中心向盆地邊緣過(guò)渡。早期認(rèn)為盆緣構(gòu)造復(fù)雜，對(duì)致密氣保存不利，勘探工作一直停滯，直到2012年，中聯(lián)公司在臨興-神府地區(qū)致密氣勘探獲得突破，一舉改變了對(duì)盆地東緣成藏潛力的認(rèn)識(shí)，促成了臨興-神府地區(qū)千億方大氣田的發(fā)現(xiàn)(圖1)[1-2]。

圖1 臨興-神府致密氣田構(gòu)造及上古生界地層綜合柱狀圖(改自文獻(xiàn)[3])

1.1 區(qū)域烴源巖發(fā)育，生氣窗口長(zhǎng)，具備良好的成藏條件

鄂爾多斯上古生界海相和海陸過(guò)渡相沉積的本溪組、太原組和山西組是研究區(qū)天然氣藏的主力烴源巖層系，巖石類(lèi)型主要是煤和泥巖，為致密砂巖氣藏大量供氣提供了充足的物質(zhì)基礎(chǔ)。厚度統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示本溪組-山西組的煤層和泥巖在全區(qū)均有分布，煤層累計(jì)厚度15～40 m，平均厚度20 m；泥巖累計(jì)厚度100～180 m，平均厚度為130 m。TOC和熱解測(cè)試結(jié)果顯示研究區(qū)泥和煤巖屬于中等—好的氣源巖，其中，不同組泥巖有機(jī)碳含量平均為3.66%～5.65%，生烴潛量(S1+S2)平均為2.89～4.65 mg/g，Tmax平均值為461.0～482.7 ℃(表1)；不同組煤巖固定碳含量平均為51.41%～58.23%(表2)。有機(jī)質(zhì)干酪根類(lèi)型鑒定和鏡質(zhì)體反射率Ro測(cè)試結(jié)果顯示研究區(qū)有機(jī)質(zhì)類(lèi)型以III型干酪根為主，Ro值為0.65%～1.58%，已進(jìn)入大量生氣階段[4]。

表1 臨興、神府地區(qū)泥巖厚度和有機(jī)地球化學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

表2 臨興、神府地區(qū)煤巖厚度和有機(jī)地球化學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

依據(jù)生烴熱模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合研究區(qū)埋藏史和熱史，通過(guò)恢復(fù)研究區(qū)的生烴演化過(guò)程，結(jié)果顯示研究區(qū)已進(jìn)入大量生氣階段，生氣時(shí)期從三疊紀(jì)晚期至白堊紀(jì)早期，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)(近100 Ma)(圖2)，生烴強(qiáng)度為(15～20)×108m3/km2。總體來(lái)看，臨興-神府地區(qū)烴源巖具備形成大型天然氣藏的氣源基礎(chǔ)。

圖2 臨興-神府氣田成藏期次劃分[4]

1.2 大型三角洲沉積體系，廣覆式分布，儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)

鄂爾多斯盆地物源來(lái)自于北部陰山，水系極為發(fā)育，碎屑物質(zhì)供給充足，主力含氣層段以大型三角洲沉積體系為主。由于差異化的構(gòu)造演化和沉積物供給，盆地晚古生代具有多樣化的沉積相及其組合類(lèi)型，多種沉積體系共存。本溪組—太原組—山西組為瀉湖—潮坪—障壁海岸沉積體系，而上石盒子組和下石盒子組均為河控三角洲沉積體系。根據(jù)物源供應(yīng)和水動(dòng)力強(qiáng)弱進(jìn)一步將上石盒子組確定為曲流河三角洲，下石盒子組確定為辮狀河三角洲。

研究區(qū)上部石河子組和石千峰組的砂體彼此之間的連通性好，而下部本溪組至太原組的砂體彼此之間連通性差，砂體相對(duì)獨(dú)立(圖3)。沉積相帶控制有利儲(chǔ)層的空間展布和發(fā)育規(guī)模。辮狀河沉積以河道砂壩側(cè)向遷移加積而形成的沉積物為主，河道底部常見(jiàn)河床礫巖，總體成分結(jié)構(gòu)成熟度低，水動(dòng)力條件強(qiáng)，辮狀河道常由若干個(gè)向上變細(xì)的透鏡體并相互疊置而成，每個(gè)旋回都具有由下而上由粗變細(xì)的趨勢(shì)，多期次辮狀河各構(gòu)型單元在垂向上及側(cè)向上相互拼接，形成了廣泛分布厚層砂體。而下覆的本溪組—山西組的砂體沉積時(shí)水動(dòng)力條件弱，沉積物相對(duì)于三角洲沉積物源少，因此砂體不會(huì)連片沉積，垂向上表現(xiàn)為砂體不連續(xù)。

圖3 鄂爾多斯盆地神府地區(qū)砂體連井剖面圖

不同沉積亞相砂巖的儲(chǔ)層孔隙度和滲透率的對(duì)比結(jié)果顯示，障壁島沉積的砂巖儲(chǔ)層孔隙度和滲透率整體偏高，潮坪沉積的砂巖儲(chǔ)層孔隙度和滲透率最低。而對(duì)于辮狀河和曲流河三角洲平原和前緣沉積的砂巖儲(chǔ)層孔隙度和滲透率分布范圍廣，儲(chǔ)層質(zhì)量非均質(zhì)性大(圖4)。

圖4 鄂爾多斯東緣臨興-神府地區(qū)沉積亞相的砂巖物性分布

1.3 縱向立體成藏，氣層跨度大，天然氣選擇性富集

依據(jù)與煤系烴源巖的距離，盆地上古生界氣藏可劃分為 3 套成藏組合：①源內(nèi)成藏組合：發(fā)育在本溪組、山西組和太原組內(nèi)部，烴源巖與儲(chǔ)集體緊密接觸，在“源儲(chǔ)壓差”作用下形成的致密氣藏。該層段沉積體系主要為瀉湖—潮坪—障壁海岸相，質(zhì)量較高的障壁砂壩和潮汐水道是天然氣高效聚集成藏的有利“甜點(diǎn)段”。②近源成藏組合：發(fā)育在緊鄰“本溪組—太原組”烴源巖的下石盒子組儲(chǔ)層中，在“源儲(chǔ)壓差”和“微裂縫”雙重作用下成藏的天然氣。該層段沉積體系主要為大型辮狀河三角洲沉積，儲(chǔ)層質(zhì)量較好的心灘和分流河道是致密氣“甜點(diǎn)”的有利層段。③遠(yuǎn)源成藏組合：發(fā)育在遠(yuǎn)離“本溪組—太原組”烴源巖的上石盒子組和石千峰組儲(chǔ)層中，經(jīng)斷裂運(yùn)移而形成的天然氣藏。該層段沉積體系主要為大型辮狀河三角洲沉積，靠近斷裂、在高能環(huán)境沉積的分流河道、點(diǎn)壩和心灘砂體是致密氣“甜點(diǎn)”的有利位置。

具體而言，盆地東緣南部臨興區(qū)塊烴源巖生烴強(qiáng)度較高，斷裂大量發(fā)育，以源內(nèi)、近源和遠(yuǎn)源立體成藏為主(圖5a)；北部神府區(qū)塊烴源巖生烴強(qiáng)度較低，斷裂發(fā)育弱，以源內(nèi)成藏為主，近源成藏為輔，遠(yuǎn)源氣藏幾乎不發(fā)育的特點(diǎn)(圖5b)。

圖5 臨興-神府氣田非常規(guī)氣運(yùn)移聚集模式[3]

2 鄂東盆緣致密砂巖氣主體勘探認(rèn)識(shí)及關(guān)鍵技術(shù)

針對(duì)研究區(qū)致密砂巖氣縱向上立體成藏、氣層跨度大、天然氣選擇性富集的成藏特征，中聯(lián)公司在勘探實(shí)踐中不斷嘗試新技術(shù)、新手段，最終在取得勘探效益的同時(shí)，也形成了1項(xiàng)認(rèn)識(shí)和3項(xiàng)技術(shù)。

2.1 “源-儲(chǔ)-斷”三控影響下的致密氣成藏模式

相較于盆內(nèi)蘇里格和大牛地氣田，鄂爾多斯盆地東緣臨興-神府氣田具有區(qū)域生烴強(qiáng)度不均、斷裂系統(tǒng)發(fā)育、沉積類(lèi)型多樣的地質(zhì)特征[5-10]。近年來(lái)，通過(guò)系統(tǒng)研究區(qū)域烴源巖條件，明確了盆地東緣上古生界主要生烴期石炭—二疊系儲(chǔ)層過(guò)剩壓力界限，并深化沉積相認(rèn)識(shí)，定性識(shí)別不同沉積微相對(duì)天然氣富集規(guī)律的控制作用；宏觀上盆地東緣受走滑斷裂和紫金山火成巖作用的雙重影響，在靠近斷裂的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層中，天然氣呈現(xiàn)局部區(qū)域富集。創(chuàng)新形成了源巖廣覆式生烴、儲(chǔ)層網(wǎng)毯式分布、斷裂局部輸導(dǎo)、油氣選擇性成藏的“源、儲(chǔ)、斷”三控影響下的致密氣成藏模式。

“源”，源巖生烴強(qiáng)度與氣層-水層的分布關(guān)系顯示生氣強(qiáng)度相對(duì)高的臨興中區(qū)的砂巖儲(chǔ)層以氣層和氣-水同層為主，向北過(guò)渡到生氣強(qiáng)度相對(duì)低的北部皇甫地區(qū)，砂巖儲(chǔ)層逐漸以氣水層和水層為主。在臨興中區(qū)，源內(nèi)和近源組合的致密砂巖中以氣層為主，而遠(yuǎn)源組合的致密砂巖中氣層和氣水層均存在，說(shuō)明在成藏時(shí)，源內(nèi)和近源成藏的充注壓力大，形成了氣層，而在遠(yuǎn)源地區(qū)，充注壓力不夠，形成了氣-水同層和水層。在北部皇甫地區(qū)，源內(nèi)和近源的致密砂巖中以氣-水同層為主，而遠(yuǎn)源的砂巖儲(chǔ)層中僅含水，說(shuō)明在充注壓力不足情況下，源內(nèi)以及近源的致密砂巖中游離水不能被驅(qū)替完全，形成了氣-水同層，而到遠(yuǎn)源時(shí)候，充注壓差衰減完全，形成水層(圖6)。

圖6 鄂爾多斯盆地臨興-神府-皇甫區(qū)塊儲(chǔ)層含氣-水情況

“儲(chǔ)”，不同沉積微相氣層數(shù)量占比分布結(jié)果顯示，儲(chǔ)層物性相對(duì)較好的(水下)分流河道和潮汐水道中的氣層數(shù)量占比最大；而儲(chǔ)層物性相對(duì)較差的障壁沙壩、混合壩以及河口壩的氣層數(shù)量比例較低，這些結(jié)果都說(shuō)明儲(chǔ)層質(zhì)量對(duì)天然氣的富集成藏也有明顯的控制作用(圖7)。

圖7 不同沉積微相發(fā)育氣層數(shù)量占比

“斷”，盆地東緣受走滑斷裂和紫金山火成巖作用影響，對(duì)氣層的分布格局也有明顯的控制作用。氣藏剖面的分布結(jié)果顯示，除了距離源巖近的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層中天然氣富集外，在靠近斷裂的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層中，天然氣也呈現(xiàn)局部區(qū)域富集。在鄂爾多斯盆地東緣，離本溪組—山西組源巖較遠(yuǎn)的石千峰組砂巖中也發(fā)育氣藏，這些氣藏大多在靠近斷裂的背斜中發(fā)現(xiàn)。說(shuō)明本溪組—山西組生成的天然氣是經(jīng)斷裂運(yùn)移至上覆的石千峰組后，再聚集成藏(圖8)。

圖8 臨興氣田致密砂巖氣藏模式圖(改自文獻(xiàn)[2])

總之，在烴源巖、儲(chǔ)層和斷層三者的耦合機(jī)制下，鄂爾多斯盆地東北緣臨興-神府地區(qū)上古生界天然氣聚集呈現(xiàn)縱向立體成藏、平面選擇性富集的成藏模式。

2.2 沉積-成巖協(xié)同影響下的儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)技術(shù)

該評(píng)價(jià)技術(shù)是把儲(chǔ)層宏觀沉積相和微觀孔隙結(jié)構(gòu)相結(jié)合，通過(guò)細(xì)分沉積微相，在不同沉積微相劃分的基礎(chǔ)上，結(jié)合微觀巖心分析、電鏡掃描和毛管壓力曲線等資料，明確成巖作用，進(jìn)而通過(guò)大量統(tǒng)計(jì)分析，最終建立了研究區(qū)5種成巖相帶(表3)，明確了有效儲(chǔ)層的發(fā)育特征，從而實(shí)現(xiàn)區(qū)域儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)的目的。5種儲(chǔ)層主要有：Ⅰ類(lèi)黏土包裹相儲(chǔ)層、Ⅱ類(lèi)溶蝕相儲(chǔ)層、Ⅲ類(lèi)石英膠結(jié)相儲(chǔ)層、Ⅳ類(lèi)混合膠結(jié)相儲(chǔ)層、Ⅴ類(lèi)致密相儲(chǔ)層[6]。Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層多在辮狀河三角洲(水下)分流河道中發(fā)育，典型的成巖特征為綠泥石包膜發(fā)育，幾乎觀察不到石英次生加大的發(fā)育，儲(chǔ)層中原生粒間孔占比高，并且次生溶孔和黏土礦物晶間孔也大量發(fā)育。Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層發(fā)育在曲流河三角洲(水下)分流河道，長(zhǎng)石溶蝕強(qiáng)烈，石英次生加大發(fā)育，無(wú)原生粒間孔保留，溶蝕孔占比高，發(fā)育黏土礦物晶間孔。Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層多在障壁沙壩和潮汐水道相帶發(fā)育，石英次生加大強(qiáng)烈，雜基和膠結(jié)物含量低，孔隙以殘余粒間孔為主。Ⅳ類(lèi)儲(chǔ)層在曲流河三角洲(水下)分流河道和辮狀河三角洲(水下)分流河道中發(fā)育，石英次生加大嚴(yán)重，無(wú)原生粒間孔保留，部分溶蝕孔隙也被鐵方解石和黏土礦物膠結(jié)，黏土礦物晶間孔占比高。Ⅴ類(lèi)儲(chǔ)層在漫溢砂、天然堤、混合坪中發(fā)育，儲(chǔ)層粒度細(xì)，雜基被強(qiáng)烈壓實(shí)和大量的碎屑黏土充填在粒間孔中，鏡下孔隙幾乎不發(fā)育。借助該項(xiàng)技術(shù)明確了鄂爾多斯盆地東緣致密氣有效儲(chǔ)層的形成機(jī)理，為后續(xù)甜點(diǎn)區(qū)的定量預(yù)測(cè)與識(shí)別奠定基礎(chǔ)。

表3 臨興-神府地區(qū)典型成巖相發(fā)育特征

2.3 地質(zhì)地震一體化的“雙甜點(diǎn)”識(shí)別技術(shù)

針對(duì)致密氣強(qiáng)非均質(zhì)性的特點(diǎn)，勘探上表現(xiàn)為“有砂不一定有氣、有氣不一定達(dá)產(chǎn)、達(dá)產(chǎn)不一定高產(chǎn)”等挑戰(zhàn)?；谝雁@井資料及測(cè)試化驗(yàn)資料，總結(jié)各主力目的層沉積相差異性和自身巖性組合，通過(guò)砂地比劃分為富砂、中砂、貧砂3類(lèi)巖性組合，分別對(duì)應(yīng)堆疊型河道砂、側(cè)疊型河道砂、孤立型河道砂3種復(fù)合河道砂體構(gòu)型。按照巖性組合特征選擇適用的地震屬性刻畫(huà)砂體空間展布，輔以地震沉積學(xué)、90度相移、地層切片、RGB融合等三維地震技術(shù)提高預(yù)測(cè)識(shí)別精度，尋找地質(zhì)有利沉積相帶，落實(shí)有利砂體范圍。其次，在落實(shí)砂體空間展布的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步通過(guò)疊前反演、巖性因子反演、相控地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演等多項(xiàng)烴類(lèi)檢測(cè)技術(shù)預(yù)測(cè)砂體含氣性，以達(dá)到識(shí)別致密氣層、刻畫(huà)“地質(zhì)甜點(diǎn)有利區(qū)”的目的。并進(jìn)一步開(kāi)展“工程甜點(diǎn)”主控因素研究，以巖心、成像測(cè)井資料為基礎(chǔ)，利用已知井的裂縫發(fā)育特征，明確地質(zhì)成因及裂縫發(fā)育特征，創(chuàng)新形成了地震多尺度裂縫預(yù)測(cè)，落實(shí)裂縫的分布規(guī)律、可壓性條件及“工程甜點(diǎn)”有利區(qū)。有效地指導(dǎo)了勘探過(guò)程中的隨鉆井位優(yōu)化、快速選區(qū)評(píng)價(jià)、壓裂選層選段和工藝參數(shù)優(yōu)化，實(shí)施200多口探井，甜點(diǎn)區(qū)氣層預(yù)測(cè)吻合率高達(dá)85%。同時(shí)，指導(dǎo)區(qū)域水平井高效動(dòng)用優(yōu)質(zhì)甜點(diǎn)區(qū)，水平井平均砂層鉆遇率90%，儲(chǔ)層改造獲得良好產(chǎn)能效果。

2.4 “多層段+差異化+氮助排+低傷害”的壓裂增產(chǎn)技術(shù)

由于研究區(qū)致密氣儲(chǔ)層孔隙度低、基質(zhì)滲透率小、天然裂縫不發(fā)育，導(dǎo)致單井自然產(chǎn)能低[7]。為此，需要通過(guò)壓裂增產(chǎn)改造提高單井產(chǎn)能，實(shí)現(xiàn)致密氣資源的經(jīng)濟(jì)有效動(dòng)用；加之，鄂爾多斯盆地東緣致密砂氣儲(chǔ)層具有垂向上氣層分布散、單層厚度薄、地層壓力小、地層溫度低和含水飽和度高等特點(diǎn)，給壓裂改造帶來(lái)多層改造程度不均衡、壓裂過(guò)程容易發(fā)生砂堵、返排不徹底、壓裂液破膠困難、儲(chǔ)層敏感性較強(qiáng)、儲(chǔ)層保護(hù)工作嚴(yán)峻等巨大挑戰(zhàn)。通過(guò)真三軸壓裂物理模擬開(kāi)展大尺寸“煤巖-砂巖-泥巖”等多種組合模型下的室內(nèi)試驗(yàn)(圖9)，配套研發(fā)了“控縫高、造長(zhǎng)縫、避產(chǎn)水”的壓裂液體系，黏度控制在20～40 mPa·s。并針對(duì)原始地層壓力低，采取液氮全程伴注，實(shí)現(xiàn)快速返排、減少儲(chǔ)層污染，釋放單井產(chǎn)能。通過(guò)近年來(lái)大量的礦場(chǎng)實(shí)踐，創(chuàng)新形成了“高強(qiáng)度+大排量+氮助排+低傷害”的地質(zhì)工程一體化的壓裂增產(chǎn)改造技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)壓后高產(chǎn)井(無(wú)阻流量>5萬(wàn)m3)無(wú)阻流量從9.3萬(wàn)m3/d提升到21.7萬(wàn)m3/d。

圖9 臨興-神府地區(qū)不同巖層中起裂位置實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图敖Y(jié)果圖

3 鄂爾多斯盆地東緣非常規(guī)氣勘探方向及潛力

基于盆地東緣全油氣系統(tǒng)成藏模式(圖10)，按照儲(chǔ)集類(lèi)型、賦存狀態(tài)和開(kāi)采工藝的差異性，將鄂爾多斯盆地東緣臨興-神府地區(qū)非常規(guī)氣資源，整體劃分為3套有利的天然氣資源，即下生上儲(chǔ)的致密氣(簡(jiǎn)稱(chēng)上油氣系統(tǒng))、自生自?xún)?chǔ)的煤層氣(簡(jiǎn)稱(chēng)中油氣系統(tǒng))和上生下儲(chǔ)的碳酸鹽巖和鋁土巖天然氣(簡(jiǎn)稱(chēng)下油氣系統(tǒng))，其中上油氣系統(tǒng)的致密氣資源是近年勘探開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)，并主要依靠雙甜點(diǎn)識(shí)別和地質(zhì)工程一體化壓裂改造技術(shù)；中油氣系統(tǒng)的煤層氣資源是未來(lái)區(qū)域突破的核心領(lǐng)域，這部分資源普遍埋藏深度大于2 000 m，其開(kāi)采需要壓裂改造+后期排水采氣工藝技術(shù)相結(jié)合；下油氣系統(tǒng)的新資源屬于未來(lái)攻關(guān)的重點(diǎn)領(lǐng)域，這部分資源主要是鋁土巖及碳酸鹽巖氣，裂縫型儲(chǔ)集層是這部分地層的重要儲(chǔ)集層，需要裂縫改造+酸化等增產(chǎn)改造措施[7]。上述三類(lèi)非常規(guī)氣資源量約2萬(wàn)億方，目前致密氣已基本探明近3 000億方，深煤層和鋁土巖取得單井突破，正在開(kāi)展試驗(yàn)區(qū)建設(shè)，一旦獲得成功，可支撐建成中國(guó)海油陸上萬(wàn)億方儲(chǔ)量規(guī)模大氣區(qū)。

圖10 鄂爾多斯盆地東緣全油氣系統(tǒng)成藏模式圖

3.1 持續(xù)深化勘探，將建成2個(gè)超千億方致密氣田

鄂爾多斯盆地東北緣致密氣的勘探取得階段性突破，已經(jīng)探明了臨興超千億立方米的大型氣田。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(qiáng)度的差異化匹配，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(guò)渡性差異富集規(guī)律[1]。在有效儲(chǔ)層空間分布的局限性上疊加了斷裂和生烴強(qiáng)度的不同，決定了盆緣復(fù)雜構(gòu)造條件下的致密氣富集程度的差異性。從不同成藏區(qū)帶以及多層系的勘探突破認(rèn)識(shí)到，致密砂巖氣勘探在2個(gè)區(qū)塊具有較大的勘探潛力[3]。

臨興區(qū)塊斷裂相對(duì)發(fā)育，縱向上古生界共計(jì)10個(gè)含氣層段，目前累計(jì)探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量超過(guò)1 000億方，完成測(cè)試600余口井1 500余層次，主要采用多層合采開(kāi)發(fā)模式，基本建成天然氣產(chǎn)能(量)20億方。下一步勘探將從緩坡帶走向構(gòu)造更加復(fù)雜的陡坡帶和斷階帶，多期斷裂活動(dòng)為盆地東北緣多層氣藏形成提供了有效輸導(dǎo)通道，一是垂向上輸導(dǎo)控制了主力層系石炭系—二疊系氣藏橫向的差異性；二是縱向輸導(dǎo)條件拓展了氣藏分布層系，三疊系淺層氣藏發(fā)育[9]，可望再探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量約500億方。

神府區(qū)塊斷裂不發(fā)育，源巖熱演化程度較低，生烴強(qiáng)度較臨興明顯減弱，氣體垂向運(yùn)移距離短，儲(chǔ)集層段相對(duì)集中，以源內(nèi)氣藏為主。目前已在神府區(qū)塊南部基本探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量超過(guò)600億方，往北拓展已經(jīng)完成了三維地震勘探滿(mǎn)覆蓋，并獲得大量工業(yè)天然氣流井，隨后將再探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量 600億方，神府區(qū)塊將建成超1 000億方大氣田。

3.2 超前謀劃統(tǒng)籌勘探深煤層氣，保障非常規(guī)氣產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展

中國(guó)煤層氣勘探開(kāi)發(fā)是在經(jīng)典煤層氣理論“吸附-解吸-擴(kuò)散-滲流”指導(dǎo)下，首先在沁水盆地小于1 000 m的高階煤中取得成功，已經(jīng)建成年產(chǎn)17億方規(guī)模。鄂爾多斯盆地煤層氣勘探是未來(lái)的主戰(zhàn)場(chǎng)，其主力煤層埋深接近2 000 m，屬于深煤層氣范疇，其地質(zhì)條件較淺部煤層發(fā)生了顯著變化。表現(xiàn)為，隨著埋藏深度的增加，地層溫度升高、煤層有效應(yīng)力加大、煤巖壓縮性增強(qiáng)，由此導(dǎo)致的煤層孔隙結(jié)構(gòu)、滲流能力、巖石力學(xué)性質(zhì)、地應(yīng)力和含氣量等特征都發(fā)生顯著變化。這也是導(dǎo)致鄂東深煤層氣一直沒(méi)有實(shí)質(zhì)性勘探進(jìn)展和技術(shù)突破的主要原因。目前仍處于探索階段，尚未形成系統(tǒng)的、能夠指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐的成熟理論與技術(shù)，成為制約深煤層氣勘探開(kāi)發(fā)的瓶頸。亟需突破固有勘探理論，在新區(qū)新領(lǐng)域建立新的煤層氣勘探理論和思路，是擺在地質(zhì)家面前的重大課題[11]。深煤層氣成藏要素及其耦合效應(yīng)較為復(fù)雜，應(yīng)開(kāi)展復(fù)雜多因素影響地質(zhì)條件下深部煤層氣成藏地質(zhì)條件、成藏機(jī)理和富集主控因素研究，建立深煤層氣地質(zhì)理論和選區(qū)評(píng)價(jià)技術(shù)。

早期嘗試致密氣老井再利用開(kāi)發(fā)深煤層資源，在臨興氣田利用致密氣老井開(kāi)展深煤層氣壓裂改造試驗(yàn)，沒(méi)有取得成功。近年來(lái)通過(guò)深化認(rèn)識(shí)、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、優(yōu)化工藝，重上深煤層領(lǐng)域，從選區(qū)評(píng)價(jià)、改造規(guī)模、壓裂配方及排采工藝等方面系統(tǒng)改進(jìn)，優(yōu)選6口致密氣老井(直/定向井)和利用致密氣老井臺(tái)新部署4口水平井，同時(shí)開(kāi)展深煤層試驗(yàn)，目前6口定向井全部壓裂，壓后皆獲得工業(yè)氣流，且出現(xiàn)了不需要經(jīng)過(guò)排水降壓解吸而直接產(chǎn)氣、生產(chǎn)過(guò)程中低產(chǎn)水甚至不產(chǎn)水特征，單井日產(chǎn)氣量高達(dá)2 600 m3，展現(xiàn)出巨大的生產(chǎn)潛力。同時(shí)，新鉆探的水平井煤層鉆遇率達(dá)到96%，后續(xù)將開(kāi)展大規(guī)模壓裂。整體來(lái)說(shuō)，深煤層厚度穩(wěn)定，分布范圍廣，總面積約5 000 km2，目前臨興-神府氣田已利用致密氣勘探開(kāi)發(fā)井完成深煤層氣取心井39口，未來(lái)將繼續(xù)部署200余口致密氣井取煤心。深煤層氣資源量近10 000億方，預(yù)計(jì)未來(lái)提交深煤層氣探明地質(zhì)儲(chǔ)量數(shù)千億方，保障臨興-神府氣田儲(chǔ)產(chǎn)量持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

3.3 精細(xì)挖潛，拓展奧陶系碳酸鹽巖、鋁土巖等勘探新領(lǐng)域

鄂爾多斯盆地是中國(guó)典型多旋回疊合的克拉通盆地，其下古生界廣泛發(fā)育寒武系—奧陶系碳酸鹽巖沉積地層[12]。20世紀(jì)90年代盆地中部靖邊大氣田的發(fā)現(xiàn)與探明，揭開(kāi)了盆地海相碳酸鹽巖勘探的序幕，靖邊氣田的主力儲(chǔ)層是奧陶系馬家溝組頂部馬五段風(fēng)化殼溶蝕孔洞型儲(chǔ)層，氣源主要來(lái)自上覆石炭—二疊系煤系烴源巖。根據(jù)儲(chǔ)層及成藏特征，一般將奧陶系劃分為三套含氣組合：馬五1—馬五4亞段風(fēng)化殼氣藏為上組合，馬五5—馬五10亞段白云巖氣藏為中組合，馬四段及以下白云巖為下組合[13]。

臨興-神府區(qū)近年來(lái)鉆致密氣探井L47在馬五1亞段灰質(zhì)白云巖儲(chǔ)層射孔見(jiàn)氣，同時(shí)也在中組合有所突破；S11井在馬五5亞段鉆遇8.5 m含膏灰質(zhì)白云巖儲(chǔ)層，射孔后可見(jiàn)1.5 m火焰。目前以上古生界致密氣藏勘探開(kāi)發(fā)為主，兼探馬家溝組，已經(jīng)有10口井在奧陶系鉆遇較厚含氣層，平均氣層厚度6.3 m、孔隙度6.2%、滲透率0.66 mD、含氣飽和度60%，物性與靖邊氣田馬五段儲(chǔ)層基本相當(dāng)。下一步將以馬家溝組中組合馬五6—10白云巖巖性圈閉及下組合馬四段“丘灘體” 儲(chǔ)層形成的構(gòu)造-巖性圈閉作為主要勘探方向，預(yù)計(jì)資源潛量約500億方。

此外，石炭系本溪組鋁土巖中天然氣主要儲(chǔ)集在鋁土礦物的溶蝕孔中，儲(chǔ)層特征呈“三明治”結(jié)構(gòu)，至下往上分別為角礫狀鋁土質(zhì)泥巖、豆鮞狀鋁土巖、碳質(zhì)泥巖+紋層狀鋁土質(zhì)泥巖[14]，氣層主要集中在中部層段。在臨興中區(qū)塊L41-3D井開(kāi)展鋁土巖天然氣試采試驗(yàn)，高峰日產(chǎn)氣量達(dá)4 800 m3，顯示了良好的產(chǎn)氣潛力。下一步將充分利用致密氣老井開(kāi)展壓裂試采，提交鋁土巖氣藏探明儲(chǔ)量數(shù)百億方。

4 鄂爾多斯盆地東緣非常規(guī)氣勘探部署

基于中國(guó)海油陸上萬(wàn)億大氣區(qū)的發(fā)展戰(zhàn)略，遵循“資源保障為前提、理論研究為基礎(chǔ)、技術(shù)突破為核心、管理創(chuàng)新為載體”的勘探部署，提出在致密氣甜點(diǎn)區(qū)，以致密氣的開(kāi)發(fā)帶動(dòng)深煤層氣評(píng)價(jià)；在致密氣風(fēng)險(xiǎn)區(qū)內(nèi)，以深煤層氣開(kāi)發(fā)帶動(dòng)低品位致密氣資源動(dòng)用；兼顧探索評(píng)價(jià)奧陶系碳酸鹽巖和鋁土巖氣藏。統(tǒng)籌地面工程和井筒配套工藝，實(shí)施立體開(kāi)發(fā)，以實(shí)現(xiàn)萬(wàn)億大氣區(qū)規(guī)模、效益、可持續(xù)發(fā)展。

4.1 明確三大勘探對(duì)象，突出基礎(chǔ)地質(zhì)理論研究

致密氣方面，未來(lái)以神府中北部低勘探程度區(qū)和臨興東構(gòu)造復(fù)雜區(qū)作為重點(diǎn)勘探領(lǐng)域。以尋找高能沉積環(huán)境下的有利沉積相帶為主線。加強(qiáng)對(duì)臨興東區(qū)晚期斷裂期次和成藏耦合性性研究，將上古生界石盒子組和淺層氣作為重點(diǎn)勘探目標(biāo)；深化神府中北部地區(qū)沉積相和成藏規(guī)律認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)成藏規(guī)律認(rèn)識(shí)，指導(dǎo)致密氣勘探提儲(chǔ)。

煤層氣方面，深煤層氣是未來(lái)鄂爾多斯盆地東緣重點(diǎn)勘探領(lǐng)域，煤層分布雖然相對(duì)連續(xù)穩(wěn)定，但煤儲(chǔ)層非均質(zhì)性十分明顯，煤層形成時(shí)期的沉積環(huán)境和沉積微相共同決定煤巖組分，表現(xiàn)為鏡質(zhì)組含量高的煤層，其含氣性和滲透性都會(huì)變好。同時(shí)，構(gòu)造應(yīng)力對(duì)煤層含氣量及儲(chǔ)層改造起較大作用。由于深層煤氣具有常規(guī)儲(chǔ)層和非常規(guī)儲(chǔ)層共存、游離氣和吸附氣共生、自源氣和它源氣互補(bǔ)聚集、有序分布的特征。為此，需要強(qiáng)化深部煤層氣地質(zhì)甜點(diǎn)和工程甜點(diǎn)的選區(qū)評(píng)價(jià)技術(shù)體系研究，創(chuàng)新深部煤層氣富集理論和聯(lián)合井網(wǎng)立體開(kāi)發(fā)模式，優(yōu)先在微幅構(gòu)造和構(gòu)造平坦區(qū)開(kāi)展深部煤層氣勘探開(kāi)發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn)。

新領(lǐng)域方面，鋁土巖和奧陶系碳酸鹽巖氣作為近年新發(fā)現(xiàn)的氣藏類(lèi)型，主要儲(chǔ)集在鋁土礦物的溶蝕孔和奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層中。從目前國(guó)內(nèi)外勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐來(lái)看，鄂爾多斯盆地鋁土巖氣藏的發(fā)育主要受控于古構(gòu)造、古巖溶地貌背景下的風(fēng)化殼厚度及水鋁石礦物的分布及孔隙度、滲透率條件。碳酸鹽巖氣藏主要受控于沉積環(huán)境、成巖演化和巖溶古地貌等聯(lián)合控藏，未來(lái)將積極開(kāi)展奧陶系碳酸鹽巖氣和鋁土質(zhì)泥巖氣富集規(guī)律和主控因素研究，圈定有利區(qū)帶，有序推進(jìn)新領(lǐng)域評(píng)價(jià)。

4.2 堅(jiān)定地質(zhì)工程一體化，攻克適應(yīng)性的提儲(chǔ)上產(chǎn)勘探技術(shù)

致密氣方面，未來(lái)需要突破以下幾方面的技術(shù)瓶頸：①臨興下石盒子組盒七和盒八段儲(chǔ)層橫向連續(xù)性差，波阻抗差異小，地球物理識(shí)別氣層難度大，需要開(kāi)展暗點(diǎn)型儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)攻關(guān)。②神府地區(qū)受煤層屏蔽影響，地球物理手段受限，需破解煤系地層儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)攻關(guān)。③靠近盆地東緣，斷層裂縫發(fā)育，氣藏保存條件差，針對(duì)含水飽和度高的儲(chǔ)層，壓裂測(cè)試工藝及含水氣層的開(kāi)采工藝需要進(jìn)一步攻關(guān)。④臨興氣田縱向跨度大、含氣層段多，多層壓裂效果不理想，需要持續(xù)攻關(guān)針對(duì)性壓裂工藝。

煤層氣方面，未來(lái)需要突破以下幾方面的技術(shù)瓶頸：①深煤層產(chǎn)能主控因素不明確，試采井少，由于埋深大，高溫條件下煤儲(chǔ)層性質(zhì)發(fā)生變化，需要加強(qiáng)滲流與氣體解吸機(jī)理研究。②深煤層地應(yīng)力在構(gòu)造應(yīng)力與重力雙重作用下發(fā)生轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致壓裂施工難度大，需要尋找相適應(yīng)的壓裂液體系和配套工藝。③針對(duì)深部煤層氣與致密氣生產(chǎn)機(jī)理和排采工藝不同，需要探索二氣共采相適應(yīng)的井筒排采技術(shù)。

新領(lǐng)域方面，未來(lái)需要突破以下幾方面的技術(shù)瓶頸：①針對(duì)新的氣藏類(lèi)型，深化新領(lǐng)域選區(qū)評(píng)價(jià)技術(shù)體系。②厘定測(cè)井響應(yīng)特征，建立測(cè)井解釋評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。③明確產(chǎn)能主控因素，探索新的酸化壓裂改造工藝技術(shù)體系。

4.3 統(tǒng)籌融合勘探，創(chuàng)新提質(zhì)增效綠色低碳的管理模式

非常規(guī)天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展立足規(guī)模化與效益化并重，走勘探、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、工程和銷(xiāo)售等多專(zhuān)業(yè)融合的道路。以新技術(shù)與新工藝助力降本增效，以立體開(kāi)發(fā)和多資源綜合利用提升經(jīng)濟(jì)效益，以信息化和市場(chǎng)化優(yōu)化資源配置，促進(jìn)非常規(guī)天然氣綠色低碳發(fā)展。

踐行“一盤(pán)棋”的管理理念，統(tǒng)籌考慮資源動(dòng)用、管網(wǎng)建設(shè)和地面設(shè)施，協(xié)同發(fā)展鄂東地區(qū)煤層氣、致密氣、鋁土巖和碳酸鹽巖氣等多種天然氣資源，避免重復(fù)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域資源與效益最大化。把多種資源是同步開(kāi)發(fā)還是接替動(dòng)用放在海油發(fā)展和國(guó)家能源安全的戰(zhàn)略層面加以論證，需要從工藝技術(shù)、氣田穩(wěn)產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)效益等方面著眼，摒棄傳統(tǒng)各自為戰(zhàn)的狹隘觀念，既要考慮致密氣快速建產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)、也要兼顧深煤層突破后持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)的特點(diǎn)、還要想到未來(lái)接替資源的潛力。如：致密氣老井如何適時(shí)轉(zhuǎn)化為煤層氣井，致密氣與煤層氣井網(wǎng)如何綜合部署、井場(chǎng)如何重復(fù)利用、站容如何科學(xué)配置、多氣種壓力系統(tǒng)如何共享地面管網(wǎng)與設(shè)施等問(wèn)題。

強(qiáng)化企地融合和綠色協(xié)調(diào)發(fā)展的生態(tài)圈，天然氣的勘探開(kāi)發(fā)要與當(dāng)?shù)卣呒罢?lì)機(jī)制相匹配，在用地、集輸、銷(xiāo)售、環(huán)保等方面，需要深化企地關(guān)系，做到合規(guī)經(jīng)營(yíng)，互惠互利。陸上非常規(guī)油氣勘探開(kāi)發(fā)需要充分發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，井場(chǎng)及場(chǎng)站分布密度大、范圍廣、累積占地多的特點(diǎn)，具有優(yōu)越的風(fēng)、光、氣等綠色資源，探索并引入綠色低碳能源是立足長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展、助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的有效道路。

5 結(jié)論

1)系統(tǒng)梳理鄂爾多斯盆地東緣非常規(guī)氣源基礎(chǔ)、沉積環(huán)境和成藏地質(zhì)特征，總結(jié)臨興-神府氣田勘探實(shí)踐，創(chuàng)新提出了 “源-儲(chǔ)-斷”控制下的非常規(guī)氣富集模式，形成了地質(zhì)工程一體化的“雙甜點(diǎn)”定量識(shí)別與改造等實(shí)用技術(shù)，有力支持了非常規(guī)天然氣的勘探突破和快速增儲(chǔ)上產(chǎn)，建成年產(chǎn)能20億方。

2)通過(guò)近年勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐，指出盆地東緣具有良好的成藏條件和廣闊的勘探前景，研究區(qū)縱向具有豐富的油氣資源，即上部層段的致密砂巖氣資源、中部層段的煤層氣資源和下部層段的奧陶系碳酸鹽巖氣和鋁土巖天然氣資源，實(shí)現(xiàn)了致密氣、深煤層氣、鋁土巖氣的突破，進(jìn)而提出未來(lái)鄂爾多斯盆地東緣萬(wàn)億大氣區(qū)(超級(jí)油氣群)的勘探開(kāi)發(fā)策略。

3)采用“致密氣富集區(qū)兼探煤層氣，煤層氣富集區(qū)帶動(dòng)致密氣，老井再利用探索新資源”的模式。不斷提升理論認(rèn)識(shí)、攻關(guān)核心技術(shù)、創(chuàng)新管理模式，全力支撐中國(guó)海油實(shí)現(xiàn)陸上萬(wàn)億大氣區(qū)規(guī)模、效益、可持續(xù)發(fā)展，為保障國(guó)家能源安全和實(shí)現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略貢獻(xiàn)力量。