□薛 婧 鄧正仙

最是一年春好處。3月27日，在一片生機勃勃的新綠之中，西南油氣針對寒武系筇竹寺組粉砂質頁巖部署的第二口評價井——金山1HF井正進行第20段壓裂施工，將進一步評價新區(qū)新類型頁巖氣藏潛力。

四川盆地海相發(fā)育兩套優(yōu)質頁巖，上部五峰-龍馬溪組頁巖于2012年率先取得突破，而下部寒武系頁巖一直未取得突破。涪陵、威榮、綦江、永川產能建設和開發(fā)評價如火如荼，相比之下，位于四川省樂山市井研縣-犍為縣的寒武系筇竹寺組地層顯得“先天不足”——黑色頁巖厚度比不上、品質比不過。面對這個巨大難題，突破點在哪里？希望又在哪里？

“先天不足”還是“得天獨厚”？

故事的起點是5億多年前的寒武紀。許多大陸被淺海覆蓋，在幾百萬年間，幾乎是“同時”且“突然”地出現(xiàn)了大量具有堅硬外殼、門類眾多的海生無脊椎動物，其中三葉蟲最為常見。這就是古生物學和地質學上的一大懸案——寒武紀生命大爆發(fā)，在此時，繁華綻放又匆匆隕落的生命被砂石掩埋，層層堆疊、沉積、升華成大自然對人類的豐厚饋贈——油氣。

“抻面看過吧？”西南油氣勘探開發(fā)研究院非常規(guī)油氣研究所黨支部書記董曉霞介紹，“在寒武系筇竹寺組沉積蓋層形成、演化過程中，地殼就像個面團，被頻繁隆起、拉張，拉張槽逐漸形成：隆起時上部地層變薄，海水退低；拉張時地層凹陷，沉積物填充，深水覆蓋，周而復始形成‘淺水陸棚-深水陸棚’夾疊的頁巖地層，以書頁的形態(tài)記錄著幾億年前的生命史詩?！?/p>

在頁巖中，大量小孔徑、連通性較好的有機質孔為油氣提供儲集、移動的空間，形成有效的頁巖儲集層。頁巖氣勘探一般是將頁巖是否富含有機質作為靶區(qū)和目標層選擇的主要依據(jù)。因此，深水陸棚沉積形成的富含有機質黑色頁巖一直是地質家眼中的不二之選，北美地區(qū)如此，涪陵、威榮等龍馬溪組大型頁巖氣田也是如此，實現(xiàn)了頁巖氣的勘探開發(fā)。

得天獨厚的“寒武紀生命大爆發(fā)”為筇竹寺組提供更富含有機質的黑色頁巖，但遺憾的是，1200平方公里工區(qū)內多口井鉆探顯示，這套頁巖不發(fā)育，工區(qū)內筇竹寺組似乎“先天不足”。

黑色頁巖還是粉砂質頁巖？

受龍馬溪組頁巖氣勘探經(jīng)驗的影響，科研人員一直緊盯筇竹寺組黑色頁巖層。

早在2012年，筇竹寺組就被科研人員捕捉到了蛛絲馬跡。井研—犍為區(qū)塊首口常規(guī)氣井——金石1井，在筇竹寺組直井段聯(lián)合測試獲產2.88萬立方米/日。

2015年，西南油氣部署了針對筇竹寺組的專層探井——金頁1HF井，優(yōu)選黑色頁巖為勘探目標實施水平井，獲產5.95萬立方米/日，取得該層系勘探突破，證實黑色頁巖段是一套高效、優(yōu)質的烴源巖，但厚度僅有15米，難以實現(xiàn)商業(yè)突破。

2017年，第二口筇竹寺組專層井金頁2井完鉆，黑色頁巖厚度依然不穩(wěn)定，勘探進程漸入冷線?？蒲腥藛T意識到，在富含有機質的黑色頁巖中尋找頁巖氣，在井研—犍為工區(qū)“此路不通”，只能潛心研究、默默堅守。

2019年，西南油氣組織科研人員再評價老井，在老資料中找出路?？蒲腥藛T發(fā)現(xiàn)，在距下部黑色頁巖200多米的上部粉砂質頁巖發(fā)現(xiàn)天然氣顯示。

為了弄清這是一套什么樣的地層，西南油氣果斷決策：那就打一口井系統(tǒng)取芯。2020年，金石103井完鉆，筇竹寺組300米地層系統(tǒng)取芯完成，深埋地下幾千米的巖芯實物資料直觀呈現(xiàn)在科研人員眼前。

他們發(fā)現(xiàn)“富有機質”的黑色頁巖最厚只有15米，且橫向分布并不穩(wěn)定，而“貧有機質”卻物性好、含氣性好的粉砂質頁巖層段，厚度在80~100米。這一發(fā)現(xiàn)讓科研人員眼前一亮，如果這些巨厚的粉砂質頁巖層段連片穩(wěn)定分布，是不是也有天然氣大潛力？

他們反復梳理老井資料，開展井間對比研讀，該工區(qū)5口井的單井圖和對比圖上都能“看見”粉砂質頁巖層連片穩(wěn)定分布?？蒲腥藛T欣喜不已：這是一套隱藏在筇竹寺組中上部、不同尋常的非常規(guī)目標層，面積廣、厚度大。

厚度夠了，夠不夠“肥”？頁巖的含氣性是評價頁巖氣資源潛力和衡量目標層系是否具有開采潛力的重要參數(shù)。這種新類型低有機質粉砂質頁巖氣前景如何，在國內并無先例可以借鑒，科研人員只能依托勘探先導項目攻關，穩(wěn)妥推進勘探實踐。

他們充分挖掘常規(guī)兼探井實物資料價值，開展大量試驗分析，確定其含氣飽和度超50% ，這無疑給科研人員吃下一顆定心丸。

2022年9月，首口粉砂質頁巖專層井——金石103HF井成功實施2005米長水平段，壓裂測試獲日產天然氣25.86萬立方米商業(yè)氣流，估算探區(qū)筇竹寺組資源量3878億立方米，率先在國內取得寒武系新類型、新層系、新領域頁巖氣勘探評價重大突破，展示了寒武系筇竹寺組頁巖氣規(guī)模增儲的巨大潛力。

繪制頁巖氣形成過程“手翻書”

從傳統(tǒng)頁巖氣勘探的角度來看，這套粉砂質頁巖不是優(yōu)質烴源巖；低孔隙度、特低滲透率的物性，也達不到儲集層的標準；儲集空間中有機孔占比低，與頁巖高有機孔發(fā)育的特點也不相符。但實鉆資料卻證實這套粉砂質頁巖含氣性很好，用傳統(tǒng)的勘探思路和方法不能很好地解釋“為什么”。

科研人員持續(xù)深化基礎地質研究，建立新的層序模型，深化成藏規(guī)律認識，開展新層系頁巖油氣形成條件研究，用200余張地質圖件，繪制了筇竹寺期頁巖氣形成過程“手翻書”，描繪出黑色頁巖與粉砂質頁巖“一母同胞、相愛相生”的動人故事。

首先是油氣來源。這套粉砂質頁巖橫向、縱向都存在富有機質黑色頁巖，具有靠近優(yōu)質烴源巖的先天優(yōu)勢。黑色頁巖段在生成油氣的過程中常會出現(xiàn)異常高壓，類似“水滿自溢”。這種天然驅動力，使粉砂質頁巖產生微小裂縫，就像在水杯里插入一根根極細的吸管，油氣進入“吸管”，逐步向儲集層推進。隨著運移距離增加，驅動力逐漸降低，油氣受“自封閉作用”得以在粉砂質頁巖內滯留、聚集、成藏。

其次是保存條件。粉砂質頁巖生成油氣雖少，但可以優(yōu)先占據(jù)儲集空間，為后期相鄰黑色頁巖生成的大量油氣運移、聚集所需空間提供保護；這套粉砂質頁巖與相鄰黑色頁巖相比，具有相對更高的滲透率和更大厚度，有利于油氣規(guī)模運移；井研—犍為區(qū)塊位于拉張槽西斜坡，坡面平緩、沒有斷層，甚至少見裂縫，油氣沒有向上移動到龍王廟組等常規(guī)儲層的通道，“被迫”滯留在孔隙度相對較好的粉砂質頁巖層。

“原地早油占孔，深部疏導富集”的粉砂質頁巖氣藏富集條件形成。在此基礎上，科研人員首創(chuàng)適應筇竹寺組粉砂質頁巖儲層的評價參數(shù)指標體系，優(yōu)中選優(yōu)落實最優(yōu)靶體，筇竹寺組頁巖氣勘探邁出新步伐。

截至目前，金石103HF井投產近半年，累計產氣超1000萬立方米，第二口粉砂質頁巖專層井金山1HF井正進行壓裂施工，只在富有機質黑色頁巖中尋找頁巖氣的傳統(tǒng)思維被打破，四川盆地頁巖氣勘探開發(fā)從龍馬溪組單一層系向多層系轉變，頁巖氣勘探領域進一步擴大。

精心呵護“先鋒”評價井

□薛 婧 江飛亞

“精心呵護、精細管理、精準控產量控壓降……”說起確保金石103HF井平穩(wěn)生產的措施，采氣四廠油氣田開發(fā)專家卜淘如數(shù)家珍。該井是西南油氣部署在井研—犍為區(qū)塊的首口粉砂質頁巖專層井。

作為頁巖氣規(guī)模開發(fā)向新區(qū)、新層系、新類型領域縱深推進的“先鋒”評價井，金石103HF井的開采情況是準確評價氣藏開發(fā)潛力的重要支撐，也是確定區(qū)塊整體開發(fā)對策的重要參考。2022年10月，金石103HF井投產，沒有開采經(jīng)驗可借鑒，擺在技術人員面前的第一道題就是摸清氣井“脾性”，實現(xiàn)精準控產控壓。

他們按照試采要求，嚴格執(zhí)行6萬立方米/日的配產制度，實時跟蹤氣井動態(tài)數(shù)據(jù)，定期開展靜流壓監(jiān)測，分析流量和壓力變化情況，做到既控制產量，又控制壓力下降速度，同時滿足試采要求和用戶需求。

“一般用來調產的油嘴孔徑都是4毫米、5毫米這種整數(shù)的類型，但這口井比較特殊，精準控制產量是個大難題?！辈诽哉f。

為了保證氣井監(jiān)測評價效果，金石103HF井采用控產控壓方式生產，但是下游是民用，用氣量不穩(wěn)定，白天多、夜間少，且整體用量較少，使用4毫米孔徑油嘴，氣不夠用，使用5毫米孔徑油嘴，氣用不完，只能燒掉一部分，造成油氣資源浪費。經(jīng)過分析研判和現(xiàn)場試驗，他們?yōu)闅饩可矶ㄖ屏?.5毫米孔徑的專屬油嘴，完美解決了精準便捷控制產量的問題。

該井采用臨時輸氣流程生產一直比較穩(wěn)定，可是好景不長，接入正式輸氣流程僅一個月，氣井就“鬧起脾氣”導致緊急關停。

“我們在巡檢過程中發(fā)現(xiàn)水套加熱爐盤管穿孔刺漏，經(jīng)過拆解取樣分析，認為是井筒出砂造成的。”卜淘說。非常規(guī)頁巖氣井在儲層改造過程中，需要進行大規(guī)模體積壓裂施工，注入大量砂支撐起人工縫。氣井生產過程中，一定量的細砂會被高速流動的天然氣攜帶涌出井筒，對輸氣流程內壁形成持續(xù)沖蝕、切割，最終造成管道穿孔刺漏。如何行之有效地控制出砂，成為擺在技術人員面前的第二道題。

天然氣從井筒涌出的過程類似自來水從園丁澆花的長軟管中流出的過程，如果園丁捏扁管道出口，通道變小，出口壓力突然變化，水會高速噴出，水流沖擊力會陡然增大。若此時水流中有細砂，會進一步加大沖蝕、切割力度，時間長了就會“水滴石穿”。

金石103HF井接入正式輸氣流程后，啟用油管生產，井筒流動通道變小，氣體攜砂能力變強；為滿足用戶用氣壓力要求，氣體壓力需要從井口處的23兆帕節(jié)流到0.5兆帕，巨大的壓差使氣體攜砂流速加快，在輸氣流程的彎管處，刺漏穿孔最先發(fā)生了。

打蛇打七寸。技術人員深入研究氣井除砂機理和防砂工藝，從頁巖氣試氣開發(fā)模式、工藝技術、采輸流程建設等方面綜合考慮，采取多項措施有效管控出砂刺漏問題。

他們在流程前端安裝旋流除砂器，將濾網(wǎng)精度從0.1毫米調整為0.06毫米，將大部分砂攔截到沉砂裝置中，為輸氣流程換上“N95口罩”，提升流程防砂能力；通井掃塞時采用大尺寸油嘴，加注泡排藥劑，通過放噴攜砂的方式，“催吐”井底沉砂；將二級節(jié)流變?yōu)槿壒?jié)流，逐步降低氣流壓力和氣體溫度，為壓力下降裝上“臺階”，嚴格控制氣體攜砂流速，減小出砂對薄弱部位的沖蝕；加強氣井出砂情況監(jiān)測，定期對彎頭、三通等易受沖蝕部位進行壁厚檢測，提前更換顯著減薄的設備配件；足量儲備油嘴、油嘴套、密封件等易損設備配件，同時進行典型案例經(jīng)驗分享，提升員工技能儲備及應急處置能力。

在西南油氣采氣四廠員工的精心呵護下，截至3月20日，金石103HF井累計生產天然氣超1000萬立方米，井口彈性產率超200萬立方米/兆帕，為該地區(qū)勘探開發(fā)評價奠定了堅實基礎。

向更多類型更廣領域進軍

西南石油局有限公司執(zhí)行董事、黨委書記，西南油氣分公司代表郭彤樓

黨的二十大報告強調，要深入推進能源革命，加大油氣資源勘探開發(fā)和增儲上產力度，為我國能源產業(yè)高質量發(fā)展提供了根本遵循。

當前，國際能源市場波動加大，能源供應短缺加劇，再次體現(xiàn)了能源安全的極端重要性。今年的全國兩會強調立足國內，持續(xù)加強重要能源勘探開發(fā)和增儲上產，更加凸顯了能源飯碗必須端在自己手里的重要性。

“雙碳”目標下，中國石化全力增強綠色能源供給能力，天然氣作為最清潔的化石能源，是向新能源轉型的重要橋梁。

隨著國內常規(guī)天然氣勘探開發(fā)難度和成本越來越高，資源供給增速有限，頁巖氣因資源量巨大，成為天然氣儲產增量的主要依靠。

我國頁巖氣勘探開發(fā)經(jīng)歷了20年的探索，在東部頁巖油、四川盆地頁巖氣取得長足進步，支撐了國內穩(wěn)油增氣。2022年，四川盆地頁巖氣產量占盆地總產氣量的1/3，首次超過200億立方米，占全國天然氣產量近1/10。

我國頁巖氣研究和勘探起步于本世紀初，以2012年涪陵頁巖氣田的發(fā)現(xiàn)為標志，頁巖氣勘探開發(fā)進入快速發(fā)展時期，相繼在涪陵、長寧、威榮、威遠、南川、瀘州取得頁巖氣快速突破，實現(xiàn)規(guī)模建產，在頁巖氣成藏理論、工程技術方面取得重大進展。我國是美國、加拿大之后，全球第三個實現(xiàn)頁巖氣規(guī)模開發(fā)的國家。

2022年，西南油氣部署在井研—犍為地區(qū)，針對寒武系筇竹寺粉砂質頁巖的金石103HF井壓裂測試獲產25.86萬立方米/日，估算探區(qū)筇竹寺組資源量3878億立方米，率先在國內取得寒武系新類型、新層系、新領域頁巖氣勘探評價重大突破。

寒武系新類型頁巖氣的突破意義重大：一是實現(xiàn)四川盆地頁巖氣勘探開發(fā)從龍馬溪組單一層系向多層系的轉變，改變了只在富有機質黑色頁巖中尋找頁巖氣的傳統(tǒng)思維與方法，大大拓展了頁巖氣勘探開發(fā)領域；二是創(chuàng)新形成的頁巖氣成藏富集機理，對其他層系頁巖氣、致密氣的成藏富集具有示范作用，有利于天然氣勘探開發(fā)領域的進一步擴大。

作為中國石化最大的天然氣勘探開發(fā)企業(yè)，西南油氣將深入學習貫徹黨的二十大精神，貫徹落實黨組決策部署，立足大盆地、聚焦大目標、尋求大突破，扎實推進“深地工程·川渝天然氣基地”建設，在頁巖氣勘探開發(fā)、穩(wěn)產上產等方面繼續(xù)攻關，以更高質量的天然氣勘探開發(fā)成果保障國家能源安全。（薛 婧 整理）

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筇竹寺組與規(guī)模開發(fā)的龍馬溪組有何不同？

寒武系筇竹寺組和志留系龍馬溪組是四川盆地海相頁巖氣勘探的兩大主力層系。筇竹寺組地層形成時間比龍馬溪組地層早約1億年。龍馬溪組富有機質頁巖形成于深水陸棚，筇竹寺組新類型頁巖則形成于淺水陸棚，不同的沉積環(huán)境使兩套頁巖有明顯差異。

龍馬溪組富有機質頁巖呈黑色，水平層理明顯，可以看見大量筆石、有孔蟲、放射蟲、海綿骨針等生物化石，有機碳含量在2%~4%之間，生烴物質基礎豐富。礦物組成以硅質礦物（石英、長石）和黏土礦物（伊利石、伊/蒙混層、綠泥石）為主，其中硅質礦物含量占40%~50%、黏土礦物含量占30%~40%，且有機質含量與硅質含量呈明顯的正相關性。儲集空間類型豐富，以有機孔和無機孔為主，發(fā)育少量微裂縫，儲集物性表現(xiàn)出中孔隙度、特低滲透率的特征。

與龍馬溪組相比，筇竹寺組新類型頁巖為深灰-灰色粉砂質頁巖、夾泥質、灰質紋層，局部發(fā)育包卷層理，見少量朵氏昆明蟲、小遵義蟲等生物化石，揭示水體環(huán)境相對較淺，有機碳含量低于1%，生烴能力較弱。礦物組成與龍馬溪組頁巖類似，但硅質礦物含量在60%~70%、黏土礦物含量15%~30%，黏土礦物以綠泥石和伊利石為主，伊/蒙混層較少。受有機碳含量影響，儲集空間類型以無機孔和微裂縫為主，有機孔占比不足5%，儲集物性表現(xiàn)出低孔隙度、特低滲透率的特征。