雷頁1井壓裂現(xiàn)場(chǎng)。 蔣人義 攝

四川達(dá)州，山水流翠、風(fēng)光旖旎，素有“中國(guó)氣都、巴人故里”之稱，是“川氣東送”工程的起點(diǎn)。

今年3月，位于達(dá)州的雷頁1井試獲日產(chǎn)42.66萬立方米高產(chǎn)頁巖氣流，“深地工程·川渝天然氣基地”又獲重大突破。該井埋深超4000米，是我國(guó)首次在二疊系大隆組地層實(shí)現(xiàn)海相深層頁巖氣勘探重大突破，進(jìn)一步拓寬了四川盆地頁巖氣勘探領(lǐng)域，有力保障了國(guó)家能源安全。

該井的突破，開啟了勘探分公司探索四川盆地新區(qū)新層系新“藍(lán)金”的新征程。

走向新層系

位于長(zhǎng)江上游的四川盆地，在距今4.4億年的奧陶紀(jì)以前，是一片面積近13萬平方千米的海洋，海生動(dòng)物空前繁榮，火山活動(dòng)頻繁，沉積發(fā)育富硅高碳的優(yōu)質(zhì)頁巖，是頁巖氣的“搖籃”。

在四川盆地，中國(guó)石化礦權(quán)區(qū)內(nèi)埋深大于3500米的頁巖氣資源量達(dá)5.8萬億立方米，是亟待突破和實(shí)現(xiàn)資源戰(zhàn)略接替的重要領(lǐng)域。

近年來，勘探分公司在深耕川東南地區(qū)五峰—龍馬溪組頁巖氣勘探，發(fā)現(xiàn)涪陵頁巖氣田和綦江頁巖氣田的同時(shí)，大膽“走出志留系，走向新層系”。形成于距今近3億年、持續(xù)演化了4500萬年的二疊系，就是其中的主要領(lǐng)域之一。

扮演“開拓者”角色的，是川東北二疊系大隆組頁巖，它到底能不能出氣？究竟要如何打贏這場(chǎng)硬仗？

“與五峰—龍馬溪組頁巖相似，大隆組頁巖也是分布在川北—川東地區(qū)的一套區(qū)域性頁巖。”勘探分公司頁巖氣項(xiàng)目部經(jīng)理魏祥峰說，“但相比五峰—龍馬溪組頁巖，大隆組頁巖儲(chǔ)層巖性復(fù)雜、厚度較薄，前期的針對(duì)性研究較少，缺乏相關(guān)工程施工經(jīng)驗(yàn)，要精準(zhǔn)找到頁巖‘甜點(diǎn)’、實(shí)現(xiàn)測(cè)試高產(chǎn)、取得油氣勘探突破，挑戰(zhàn)極大。”

對(duì)此，科研人員不斷創(chuàng)新地質(zhì)理論、升級(jí)地震預(yù)測(cè)技術(shù)、攻克關(guān)鍵工程技術(shù)，終于實(shí)現(xiàn)了雷頁1井重大突破。

噴泉狀的浸水實(shí)驗(yàn)

二疊系大隆組是一套重要的烴源巖。川東北元壩大氣田油氣來源主要就是大隆組烴源巖，普光大氣田的油氣來源也同樣有大隆組烴源巖。之前，對(duì)大隆組的科研重點(diǎn)，集中在烴源巖展布與供烴作用研究等方面。

烴源巖和頁巖氣層都指向了暗色泥頁巖。隨埋深增加生成油氣暗色泥頁巖就是烴源巖，烴源巖生成的天然氣外溢后聚集，就是常規(guī)氣藏；沒有外溢的，保留在頁巖層內(nèi)的就是頁巖氣，這時(shí)暗色泥頁巖就是頁巖氣層。

勘探分公司物探研究院總地質(zhì)師劉珠江說：“基于這樣的理論，我們認(rèn)為，大隆組要是頁巖氣層，應(yīng)該有較好的油氣顯示?！?/p>

2016年起，頁巖氣研究團(tuán)隊(duì)以此為切入點(diǎn)，開展針對(duì)大隆組的非常規(guī)頁巖氣層的勘探評(píng)價(jià)基礎(chǔ)研究。

在精細(xì)復(fù)查川北—川東16口老井過程中，他們驚喜地發(fā)現(xiàn)川東北普光和南江地區(qū)大隆組具有厚度大、油氣顯示好等特點(diǎn)，具有良好的頁巖氣層勘探潛力。

2017年，研究團(tuán)隊(duì)又系統(tǒng)開展野外地質(zhì)調(diào)查，實(shí)測(cè)剖面7條、采樣1400余件，極大拓展了大隆組實(shí)物資料庫，進(jìn)一步深化大隆組頁巖認(rèn)識(shí)，精細(xì)落實(shí)了川東北地區(qū)大隆組頁巖平面展布。

“扎實(shí)的基礎(chǔ)研究讓我們從理論上找到了答案，但仍需要實(shí)踐來檢驗(yàn)?！眲⒅榻f。

2019年，部署在川東北南江地區(qū)的樂壩1井在大隆組取芯，現(xiàn)場(chǎng)含氣量最高達(dá)11.5立方米/噸。

“從來沒見過噴泉狀的浸水實(shí)驗(yàn)，聽說只在焦石壩五峰—龍馬溪組取芯的時(shí)候發(fā)生過?！蹦慷昧恕按檀獭蓖饷皻獾氖r，在涪陵頁巖氣田發(fā)現(xiàn)后才參加工作的勘探分公司海相頁巖氣室科研人員魏富彬激動(dòng)不已，“樂壩1井大隆組取芯良好的油氣顯示，證實(shí)了大隆組烴源巖層可作為頁巖氣層”！

“1字號(hào)”的榮耀

“1字號(hào)”井，通常是某一區(qū)塊的第一口探井，屬于闖禁區(qū)的先驅(qū)，成功了就是一片新天地。

樂壩1井大隆組的取芯新發(fā)現(xiàn)，給了研究團(tuán)隊(duì)新希望。他們乘勝追擊，圍繞“相帶、保存”核心問題，系統(tǒng)開展目標(biāo)評(píng)價(jià)。

結(jié)合樂壩1井取芯、露頭和老井資料，研究團(tuán)隊(duì)精細(xì)劃分對(duì)比20口井（剖面）地層、沉積層序，搭建6條區(qū)域格架剖面，新編平面圖10余幅，落實(shí)了川東北大隆組優(yōu)質(zhì)頁巖展布規(guī)律和有利保存區(qū)，優(yōu)選普光雷音鋪構(gòu)造作為突破有利目標(biāo)。

“如果將川東南五峰—龍馬溪組頁巖地層比作是一塊大肥肉，那么川東北大隆組頁巖就更像是一塊被擠壓的五花肉。”勘探分公司物探研究院院長(zhǎng)王威介紹，相比川東南五峰—龍馬溪組，大隆組頁巖面臨兩大挑戰(zhàn)：一是地層巖性復(fù)雜，非均質(zhì)性強(qiáng)，頁巖“甜點(diǎn)”落實(shí)難度大；二是區(qū)域構(gòu)造復(fù)雜，斷裂發(fā)育，具有“頁巖+構(gòu)造”雙復(fù)雜特征，頁巖氣探井軌跡設(shè)計(jì)難度非常大。

研究團(tuán)隊(duì)利用老井資料開展精細(xì)地震標(biāo)定，加強(qiáng)地震正演分析，系統(tǒng)總結(jié)了大隆組不同典型沉積相地震響應(yīng)特征，結(jié)合多維波形分類技術(shù)，圈定優(yōu)質(zhì)頁巖發(fā)育有利目標(biāo)區(qū)；通過研發(fā)分頻迭代高分辨率反演技術(shù)，預(yù)測(cè)了優(yōu)質(zhì)頁巖厚度變化及空間展布，落實(shí)了頁巖“甜點(diǎn)”區(qū)，于2020年在普光地區(qū)部署了第一口頁巖氣專探井——雷頁1井。

“作為復(fù)雜構(gòu)造區(qū)新層系的‘1字號(hào)’井，部署僅算開了個(gè)頭，鉆井遇到的難題一點(diǎn)不比部署少?！笨碧椒止疚锾窖芯吭嚎偣こ處熽惓f。

在該井導(dǎo)眼井鉆探過程中，頁巖氣研究團(tuán)隊(duì)組建了現(xiàn)場(chǎng)跟蹤小組，開展單井精細(xì)評(píng)價(jià)，歷時(shí)兩個(gè)月完成全井段120余米巖芯的分析描述，開展測(cè)試化驗(yàn)1200余次，明確了有利巖相特征，進(jìn)一步深化了頁巖發(fā)育和成儲(chǔ)機(jī)理認(rèn)識(shí)，并明確了側(cè)鉆水平井靶窗段。

“雷頁1井導(dǎo)眼井實(shí)鉆大隆組頁巖厚度、頁巖品質(zhì)與前期地震預(yù)測(cè)完全一致，證實(shí)了前期‘甜點(diǎn)’技術(shù)的適用性。”陳超說，“但新問題隨之而來，實(shí)鉆地層構(gòu)造與地震資料差異較大，水平井軌跡設(shè)計(jì)成為一大難題?！?/p>

為此，勘探分公司組建地質(zhì)、測(cè)井、地震等多學(xué)科聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，基于最新資料建立起井旁構(gòu)造模型，迅速開展速度掃描和快速偏移成像攻關(guān)，耗時(shí)不到兩周就精細(xì)落實(shí)了井周構(gòu)造細(xì)節(jié)特征，確定了水平井方案。

功夫不負(fù)有心人，雷頁1井水平段鉆長(zhǎng)1315米，優(yōu)質(zhì)頁巖鉆遇率100%，實(shí)現(xiàn)了打成井、打好井的目標(biāo)。

“鐵板”里開出新天地

頁巖和鐵板一樣，需要壓裂才能開發(fā)，但雷頁1井大隆組頁巖巖性非均質(zhì)性強(qiáng)、埋深大、構(gòu)造復(fù)雜，即使有20多年現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)，勘探分公司元壩項(xiàng)目部黨支部書記高航獻(xiàn)面對(duì)前所未有的難題，也感覺壓力很大，這又是一場(chǎng)攻堅(jiān)戰(zhàn)。

果然，施工過程中出現(xiàn)了施工時(shí)間長(zhǎng)，砂量、液量大，施工排量大、壓力高，安全風(fēng)險(xiǎn)大，設(shè)備維護(hù)工作量大等難題。

沒有壓裂施工經(jīng)驗(yàn)，研究團(tuán)隊(duì)就充分調(diào)研國(guó)內(nèi)外二疊系頁巖壓裂施工方法；新層系頁巖巖性復(fù)雜，他們就利用雷頁1井大隆組實(shí)鉆取芯資料，開展大量巖石物理試驗(yàn)，明確大隆組可壓性特征；新區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，他們建立地質(zhì)模型，開展大規(guī)模裂縫擴(kuò)展數(shù)值模擬研究，形成合適的壓裂工藝參數(shù)；目的層埋深大，他們充分借鑒前期在五峰—龍馬溪組深層頁巖積累的壓裂施工經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合實(shí)際特點(diǎn)，形成了“多段密縫+前置擴(kuò)縫+超前打磨+階梯提排+多級(jí)中頂+多粒徑長(zhǎng)段塞”的二疊系海相頁巖復(fù)雜巖性組合深層頁巖氣層“穿層擴(kuò)體”壓裂技術(shù)。

“新的壓裂技術(shù)在雷頁1井前7段壓裂施工中收到了設(shè)計(jì)效果，中途放噴產(chǎn)量好于預(yù)期?！笨碧椒止竟こ碳夹g(shù)管理部測(cè)試室副主任段華說，“及格從來不是我們的追求，我們要爭(zhēng)取拿到更高的分?jǐn)?shù)?！?/p>

雷頁1井前7段壓裂施工完成后，勘探分公司迅速組織地質(zhì)、工程技術(shù)專家和現(xiàn)場(chǎng)施工單位開展成果分析，總結(jié)前7段壓裂施工的經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化了后續(xù)壓裂施工工藝。

經(jīng)過至暗時(shí)刻，迎來希望曙光。在新技術(shù)新工藝加持下，雷頁1井大隆組測(cè)試獲高產(chǎn)頁巖氣流，首次在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了二疊系大隆組海相深層頁巖氣勘探重大突破，創(chuàng)國(guó)內(nèi)二疊系海相頁巖氣最高測(cè)試產(chǎn)量紀(jì)錄。（賀彥 姜智利 畢亦巍）

轉(zhuǎn)戰(zhàn)海相新層系 開辟頁巖氣勘探新陣地

3月，中國(guó)石化在川東北普光地區(qū)針對(duì)二疊系大隆組實(shí)施的首口頁巖氣專探井——雷頁1井，首次在我國(guó)實(shí)現(xiàn)二疊系大隆組海相深層頁巖氣勘探重大突破，這是普光地區(qū)高能相帶取得突破之后，時(shí)隔20年又在低能深水陸棚相區(qū)取得的重大突破。

2012年，國(guó)內(nèi)首個(gè)頁巖氣田——涪陵頁巖氣田發(fā)現(xiàn)之后，經(jīng)歷10余年發(fā)展，我國(guó)在四川盆地奧陶系五峰組—志留系龍馬溪組，相繼發(fā)現(xiàn)了長(zhǎng)寧、昭通、威榮、永川、綦江等多個(gè)頁巖氣田，為保障國(guó)家能源安全作出了重要貢獻(xiàn)。我國(guó)頁巖氣地質(zhì)理論認(rèn)識(shí)逐步深化，地質(zhì)工程一體化綜合評(píng)價(jià)技術(shù)體系日趨完善，在五峰—龍馬溪組海相深層、常壓及復(fù)雜構(gòu)造區(qū)頁巖氣新領(lǐng)域相繼取得重大突破。

為實(shí)現(xiàn)四川盆地頁巖氣可持續(xù)發(fā)展，勘探分公司堅(jiān)決貫徹落實(shí)集團(tuán)公司“走出志留系，走向新層系”的戰(zhàn)略部署，立足全盆地，積極開展海相深層新層系——二疊系的基礎(chǔ)地質(zhì)條件和勘探潛力評(píng)價(jià)，組建了一支“專家+新博士+老師傅”模式的勘探科研攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，聚焦川東北地區(qū)開江—梁平深水陸棚相區(qū)，在米倉山山前帶開展大量野外地質(zhì)工作，利用地質(zhì)露頭、鉆井取巖芯和超3000項(xiàng)次分析化驗(yàn)資料，結(jié)合地震資料編制沉積相圖，認(rèn)識(shí)到：中上二疊統(tǒng)發(fā)育大隆組、吳家坪組、茅口組3套海相富有機(jī)質(zhì)頁巖，3種類型頁巖分布受“三階段”沉積格局轉(zhuǎn)換控制，建立了“初始擴(kuò)張裂陷、地殼均衡坳陷、強(qiáng)烈拉張裂陷”構(gòu)造沉積演化模式；綜合頁巖品質(zhì)、保存條件及埋深，明確了南江與普光兩個(gè)有利目標(biāo)。

2019~2020年，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)利用南江地區(qū)常規(guī)風(fēng)險(xiǎn)探井樂壩1井，開展兼探取芯評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)大隆組頁巖具有良好含氣性，揭示了二疊系大隆組海相頁巖總體為高脆、低黏頁巖，高脆性礦物頁巖具有良好抗壓?？啄芰Γ裆?400米超壓區(qū)依然發(fā)育高孔儲(chǔ)層，為進(jìn)一步勘探堅(jiān)定了方向。

2020~2023年，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)積極開展大隆組頁巖氣深化評(píng)價(jià)研究工作，優(yōu)選普光地區(qū)雷音鋪構(gòu)造，決定部署實(shí)施四川盆地首口大隆組頁巖氣風(fēng)險(xiǎn)探井——雷頁1井。

該井位于宣漢—達(dá)縣地區(qū)雷音鋪構(gòu)造，構(gòu)造較為復(fù)雜，二疊系優(yōu)質(zhì)頁巖分布非均質(zhì)性強(qiáng)，且埋深大于4000米。但通過老井復(fù)查和構(gòu)造分析詳細(xì)研究，發(fā)現(xiàn)雷音鋪構(gòu)造“優(yōu)質(zhì)頁巖發(fā)育、構(gòu)造背景獨(dú)特、保存條件好、微裂縫發(fā)育”，這些都有利于大隆組深層頁巖氣富集高產(chǎn)，由此建立了盆內(nèi)高陡超壓型富集模式。

以此為理論依據(jù)，勘探分公司部署實(shí)施了四川盆地二疊系大隆組第一口頁巖氣專探井，導(dǎo)眼井鉆探后，實(shí)際情況與鉆前預(yù)判基本一致，大隆組頁巖氣“甜點(diǎn)”層含氣量高、可壓性好，決定實(shí)施水平井鉆探。

但在水平井鉆探中又面臨新問題：因構(gòu)造復(fù)雜，井軌跡控制存在較大難度。對(duì)此，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)充分利用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向+伽馬成像，結(jié)合三維地震實(shí)時(shí)標(biāo)定，對(duì)井軌跡進(jìn)行精準(zhǔn)控制調(diào)整，探索了形成復(fù)雜構(gòu)造區(qū)“導(dǎo)眼井信息指引+快速偏移成像+伽馬成像+旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向”的水平井軌跡控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了該井水平段鉆長(zhǎng)1315米優(yōu)質(zhì)頁巖鉆遇率100%的目標(biāo)。

針對(duì)大隆組頁巖灰質(zhì)含量高、泥灰?guī)r夾層多、埋深大特征，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)與施工單位緊密合作，開展地質(zhì)工程一體化研究，優(yōu)化施工工藝，探索形成了二疊系海相復(fù)雜巖性深層頁巖氣“多段密縫+前置擴(kuò)縫+超前打磨+階梯提排+多級(jí)中頂+多粒徑長(zhǎng)段塞”的壓裂工藝技術(shù)。按照“先壓完7段，中途放噴評(píng)價(jià)壓裂效果，優(yōu)化后再完成后期壓裂”的方案，順利完成了全井段壓裂施工，實(shí)現(xiàn)了埋深大于4000米大隆組新層系的高產(chǎn)。

雷頁1井二疊系深層頁巖氣的突破不是一蹴而就的，是科研人員始終以問題為導(dǎo)向，集中攻關(guān)、持續(xù)攻關(guān)、做細(xì)研究，在創(chuàng)新海相新層系復(fù)雜巖性富集機(jī)理和頁巖氣關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)上取得的。雷頁1井大隆組頁巖氣層為國(guó)內(nèi)新層系新類型深層頁巖氣層，其測(cè)試產(chǎn)量為目前國(guó)內(nèi)二疊系海相頁巖氣最高，評(píng)價(jià)川北—川東北二疊系深層頁巖氣資源量超萬億立方米，具有良好的勘探開發(fā)前景，極大地拓寬了頁巖氣勘探領(lǐng)域，為推動(dòng)“深地工程·川渝天然氣基地”建設(shè)提供了強(qiáng)大動(dòng)力。

勘探無禁區(qū)，創(chuàng)新無止境。未來，勘探分公司將全力打好海陸相頁巖油氣高產(chǎn)規(guī)模增儲(chǔ)突破攻堅(jiān)戰(zhàn)，加強(qiáng)雷頁1井試采、普光地區(qū)目標(biāo)精細(xì)評(píng)價(jià)、川東—川東北二疊系整體評(píng)價(jià)與部署，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)新的勘探突破。（魏祥峰）（作者為勘探分公司頁巖氣項(xiàng)目部經(jīng)理）

鏈接：

雷頁1井

雷頁1井是勘探分公司針對(duì)二疊系大隆組部署的第一口頁巖氣專探井。2020年，勘探分公司優(yōu)選宣漢—達(dá)縣地區(qū)雷音鋪構(gòu)造為二疊系海相頁巖氣勘探有利目標(biāo)，部署風(fēng)險(xiǎn)探井雷頁1井。通過地質(zhì)物探工程一體化攻關(guān)與實(shí)踐，2023年3月28日，雷頁1井測(cè)試獲日產(chǎn)42.66萬立方米高產(chǎn)頁巖氣流，實(shí)現(xiàn)了四川盆地二疊系大隆組頁巖氣勘探重大突破。

四川盆地海相頁巖有何特點(diǎn)？

四川盆地發(fā)育多套海相頁巖，是海水相對(duì)較深較平靜的環(huán)境下，由富含有機(jī)質(zhì)的沉積物像書頁一樣一層一層沉積而成，是四川盆地很多大中型氣田的天然氣來源。在我國(guó)進(jìn)行非常規(guī)油氣勘探之前，海相頁巖一直被當(dāng)作只能生成油氣的烴源巖。而實(shí)際上，海相頁巖中分布著大量筆石表皮、硅質(zhì)放射蟲體腔內(nèi)的微納米孔縫，可以作為重要的油氣儲(chǔ)集空間。當(dāng)這些油氣儲(chǔ)集空間內(nèi)儲(chǔ)集天然氣后，海相頁巖就不再只是烴源巖，同時(shí)也是頁巖氣層。頁巖氣像海綿里的水，隱匿在富含有機(jī)質(zhì)的頁巖層段中，以吸附氣、游離氣和溶解氣狀態(tài)儲(chǔ)藏，具有源儲(chǔ)一體、自生自儲(chǔ)、連續(xù)大面積聚集的特點(diǎn)。

川東北頁巖氣勘探有哪些難點(diǎn)？

川東北二疊系頁巖氣受多期構(gòu)造影響，地質(zhì)條件復(fù)雜，勘探面臨以下難點(diǎn)：二疊系頁巖非均質(zhì)性強(qiáng)，不同相帶優(yōu)質(zhì)頁巖的基本特征及分布規(guī)律不太清楚；二疊系不同層段頁巖氣有利巖相/巖性組合及“甜點(diǎn)”層段尚不明確；二疊系頁巖儲(chǔ)層巖性復(fù)雜，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層較薄，夾層發(fā)育，預(yù)測(cè)技術(shù)需要進(jìn)一步攻關(guān)；針對(duì)性的目標(biāo)評(píng)價(jià)體系需要建立，頁巖氣資源潛力和有利目標(biāo)需進(jìn)一步落實(shí)；目的層埋深大（大于4000米）、巖性非均質(zhì)性強(qiáng)，灰質(zhì)夾層多，對(duì)后期的壓裂改造帶來極大挑戰(zhàn)。

形成了哪些關(guān)鍵技術(shù)？

一是波形約束的分頻迭代高分辨率反演技術(shù)，明確了有利相帶及優(yōu)質(zhì)頁巖空間展布。

二是“導(dǎo)眼井信息指引+快速偏移成像+伽馬成像+旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向”復(fù)雜構(gòu)造區(qū)水平井軌跡控制技術(shù)，結(jié)合三維地震實(shí)時(shí)標(biāo)定，對(duì)井軌跡進(jìn)行精準(zhǔn)控制調(diào)整，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)頁巖氣層鉆遇率100%。

三是二疊系海相頁巖復(fù)雜巖性組合深層頁巖氣層“穿層擴(kuò)體”壓裂技術(shù)，形成具有大改造體積且高導(dǎo)流的復(fù)雜裂縫，為復(fù)雜巖相頁巖儲(chǔ)層改造提供借鑒。