坪地1HF井

坪地1HF井屬于南川頁巖氣田，目的層埋深1000米左右，壓力系數(shù)0.99，為典型的淺層常壓頁巖氣。該井的突破可盤活老廠坪背斜埋深500~2000米的淺層常壓頁巖氣。

南川頁巖氣田探明面積1.7萬多平方千米，探明儲量近2000億立方米，動用儲量1100多億立方米，累計產(chǎn)氣68.7億立方米，日產(chǎn)氣500多萬立方米。南川頁巖氣田勝頁2平臺是目前我國最大常壓頁巖氣開發(fā)平臺，部署13口水平井已全部投產(chǎn)，日產(chǎn)氣21萬立方米。

華東油氣厘清賦存機(jī)理 淺層常壓氣浴火重生

□唐利民 崔 璟 姚 鵬

何貴松 馬 軍 王俊方

截至5月30日，華東油氣南川頁巖氣田坪地1HF井連續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)451天，日產(chǎn)氣量2.4萬立方米，累計產(chǎn)氣1894萬立方米。坪地1HF井位于渝東南武隆工區(qū)，于2021年4月投產(chǎn)，2023年4月首次采用液驅(qū)無桿泵試采，實(shí)現(xiàn)了淺層頁巖氣自噴生產(chǎn)。該井的連續(xù)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)突破，證明了淺層常壓頁巖氣具有良好的勘探開發(fā)潛力。

位于重慶市武隆區(qū)土坎鎮(zhèn)的老廠坪頓時吸引了眾人的目光。

規(guī)模逸散后淪為“常壓”

大約4.4億年前，這里是一片汪洋。隨著漫長的深水陸棚沉積，五峰組、龍馬溪組等頁巖相繼成巖。

就生氣條件而言，老廠坪似乎一枝獨(dú)秀，這里的五峰組-龍馬溪組TOC（總有機(jī)碳）含量大于4%的優(yōu)質(zhì)頁巖段連續(xù)厚度達(dá)25米，豐富的有機(jī)質(zhì)為頁巖氣的生成奠定了得天獨(dú)厚的物質(zhì)基礎(chǔ)；主要為Ⅰ型有機(jī)質(zhì)，有利于生成甲烷氣；有機(jī)質(zhì)熱演化程度高，處于過成熟階段。甲烷在這里大量生成并連續(xù)展布，催生了優(yōu)質(zhì)的原生頁巖氣藏。

保存條件是頁巖氣勘探的另一項重要指標(biāo)。后期構(gòu)造運(yùn)動改造，包括地層斷裂和剝蝕，都會改變氣藏的保存條件，導(dǎo)致氣藏散失。

渝東南地區(qū)經(jīng)歷多期構(gòu)造運(yùn)動的強(qiáng)烈改造，在老廠坪地區(qū)塑造出復(fù)雜的“兩凹兩凸夾一隆”的“馬鞍形”構(gòu)造。地質(zhì)工作者將其形象地比喻為“原來渾然一體的倉廩，東廂塌了半邊，西廂破了天窗，只剩中堂搖搖欲墜”。

地質(zhì)運(yùn)動改造疊加風(fēng)化，導(dǎo)致渝東南的盆外頁巖大量破裂，原本“家境殷實(shí)”的頁巖氣資源規(guī)模逸散后，淪為“常壓”氣藏，老廠坪因此被打入“高風(fēng)險探區(qū)”之列。

距離老廠坪20多千米的焦石壩卻因?yàn)榈靥幩拇ㄅ璧貎?nèi)部躲過了高烈度的地質(zhì)運(yùn)動改造，完整保存了儲層，穩(wěn)定保持高壓，成就了涪陵頁巖氣田。

經(jīng)過兩年的反復(fù)勘查與論證，2020年3月2日，華東油氣風(fēng)險探井坪地1HF井在重慶市武隆區(qū)土坎鎮(zhèn)清水村悄然開鉆。但采用單管射流泵工藝排水采氣，到2023年2月，坪地1HF井日均采氣量僅7930立方米。

吸附氣“插翅難逃”

頁巖氣在頁巖中賦存主要有兩種方式：游離狀態(tài)的頁巖氣，與常規(guī)天然氣性質(zhì)相仿，難以在不良保存條件下儲集；吸附狀態(tài)的頁巖氣，如同海綿中的水滴被牢牢鎖定，在自然狀態(tài)下難以憑借自身的力量擺脫吸附、成功逃逸。

科研人員猜想，老廠坪規(guī)模逸散的應(yīng)該是巖石孔隙與裂隙中的游離氣，而在有機(jī)質(zhì)顆粒、黏土礦物顆粒、干酪根顆粒及孔隙表面的吸附氣則可能“插翅難逃”。

測井解釋顯示：老廠坪背斜的平均總含氣量為3.46立方米/噸，其中吸附氣含量為2.78立方米/噸，占比達(dá)80.3%。

科研人員隨即展開四川盆地東南緣常壓頁巖氣井的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)埋深越淺，頁巖中的總含氣量、游離氣含量越少，而吸附氣含量保持相對穩(wěn)定，且吸附氣占比隨埋深減小呈增大趨勢。

接下來，他們對不同埋深的頁巖吸附能力的控制因素展開了全方位的研究，發(fā)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)豐度、地層溫度、壓力是決定頁巖吸附氣含量差異的關(guān)鍵因素，隨著深度增加，溫度、壓力增大，頁巖吸附氣量先增大后減小，900～1300米是頁巖吸附氣量隨深度變化的臨界點(diǎn)。

坪地1HF井目的層溫度38攝氏度、壓力為9.8兆帕，臨界深度為1100米，五峰組頁巖埋深1000米左右，接近臨界深度，意味著這里的頁巖吸附能力有望接近峰值。

根據(jù)頁巖氣賦存狀態(tài)，科研人員按照吸附氣占比重新定義頁巖氣藏類型：吸附氣占比大于60%，為吸附氣氣藏；吸附氣占比在40%～60%，為游離-吸附氣氣藏或吸附-游離氣氣藏；吸附氣占比小于40%，為游離氣氣藏。老廠坪頁巖氣為典型的淺層常壓吸附氣氣藏。

人工制造解吸大壓差

從淺層常壓頁巖氣藏到淺層常壓吸附頁巖氣藏，科研人員對老廠坪的認(rèn)識愈加深刻。然而要實(shí)現(xiàn)從儲量到產(chǎn)量、從資源到能源的轉(zhuǎn)化，依然任重道遠(yuǎn)。

老廠坪淺層常壓吸附氣藏必須借助人工制造大壓差，使甲烷氣擺脫吸附力的控制，同時使地層產(chǎn)物完成井筒內(nèi)的舉升。尤其到了開發(fā)后期，更需要大壓差來對沖地層能量的衰減，以確保地層遠(yuǎn)端流體能夠在壓差作用下流入井筒，從而實(shí)現(xiàn)氣井長期連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。

氣水矛盾是坪地1HF井排采過程中的主要矛盾，排水是采氣的關(guān)鍵所在。

傳統(tǒng)的排采工藝一般采用射流泵，但在坪地1HF井遭遇“滑鐵盧”。由于采用硬體材料加工，射流泵只能懸掛在井身結(jié)構(gòu)的垂直段，無法深入水平段，因此難以對地層流體進(jìn)行“沉浸式”抽汲，形成有利于吸附氣解吸的大壓差。

采用柔性材料制造的液力無桿泵進(jìn)入了科研人員的視野。2021年，華東油氣臨汾煤層氣公司便開始應(yīng)用液力無桿泵對深層煤層氣進(jìn)行排采?？蒲腥藛T發(fā)現(xiàn)：吸附頁巖氣藏與煤層氣藏相比，物質(zhì)組分趨同，保存機(jī)理趨同，不同的只是附著介質(zhì)。

柔性復(fù)合管與井下泵使用鋼絲繩連接，可以無障礙通過水平井段，從而將氣錨和排液泵送入水平井段，對地層流體進(jìn)行“暴力強(qiáng)排”。坪地1HF井水平段A點(diǎn)斜深為1190米，剛性射流泵止步于1103米，而柔性液力無桿泵則長驅(qū)直入至1165米，游刃有余。

2023年3月10日，液力無桿泵投入使用。3月28日，在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)18天后，井筒積液奇跡般抽汲殆盡，液力無桿泵斷電停機(jī)，坪地1HF井迎來了自噴生產(chǎn)。

坪地1HF井的浴火重生，徹底盤活了老廠坪背斜近1000億立方米淺層常壓頁巖氣資源，也進(jìn)一步落實(shí)了渝東南地區(qū)埋深500～2000米淺層有利區(qū)資源量超5000億立方米。目前該地區(qū)已部署4口探評井和1個試驗(yàn)井組，以期加快淺層頁巖氣勘探開發(fā)步伐，盡早落實(shí)產(chǎn)建陣地。

鏈接：什么是常壓頁巖氣？

按照地層壓力系數(shù)，我國頁巖氣可劃分為低壓、常壓、超壓、超高壓4種類型。常壓頁巖氣藏是指地層壓力系數(shù)介于0.9~1.3、以吸附氣為主要賦存方式的頁巖氣藏。

常壓頁巖氣廣泛分布于我國南方復(fù)雜構(gòu)造區(qū)，與高壓頁巖氣同屬于深水陸棚相沉積，優(yōu)質(zhì)頁巖發(fā)育，資源潛力大，但因遭受更為強(qiáng)烈的構(gòu)造改造，具有構(gòu)造變形強(qiáng)烈、保存條件差、微孔占比高、含氣量和游離氣占比低、構(gòu)造應(yīng)力變化快、應(yīng)力差異系數(shù)大、地溫梯度低等地質(zhì)特點(diǎn)，單井產(chǎn)能和EUR（評估的最終可采儲量）低，面臨“甜點(diǎn)”優(yōu)選難度大、鉆完井周期長、壓裂形成復(fù)雜縫網(wǎng)難度大等挑戰(zhàn)，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)模效益開發(fā)。

江漢油田：摸清富集模式 深層常壓氣立體開發(fā)

白馬區(qū)塊

涪陵頁巖氣田白馬區(qū)塊位于齊岳山、石門兩個斷裂帶之間的狹長區(qū)域，在億萬年的擠壓作用下，地下構(gòu)造非常復(fù)雜，窄陡、破碎、深埋、斷層異常發(fā)育……這些因素疊加，給勘探開發(fā)帶來極大挑戰(zhàn)。

白馬區(qū)塊常壓頁巖氣藏于2021年提交探明地質(zhì)儲量超千億立方米，目前共部署水平井88口，投產(chǎn)58口，動用儲量300多億立方米，儲量動用率30.3%，累計產(chǎn)氣近8.5億立方米，日產(chǎn)氣130多萬立方米，有力支撐了涪陵頁巖氣田持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)。

□夏 梅 吉 婧

日前，江漢油田焦頁159-3HF井喜獲21.6萬立方米/日高產(chǎn)氣流，創(chuàng)造了白馬常壓區(qū)塊開發(fā)以來單井測試產(chǎn)量最高紀(jì)錄。白馬區(qū)塊常壓頁巖氣藏這個“后進(jìn)生”終于嶄露頭角。

面對白馬區(qū)塊勘探開發(fā)難點(diǎn)，江漢油田勘探開發(fā)研究院持續(xù)攻關(guān)8年，創(chuàng)新形成富集成藏模式、高產(chǎn)規(guī)律，推動上下部氣層立體開發(fā)，實(shí)現(xiàn)常壓頁巖氣藏高效勘探開發(fā)。

頁巖氣的“后進(jìn)生”

“天生體質(zhì)差，后天又營養(yǎng)不良。”江漢油田勘探開發(fā)研究院專家劉超形容白馬區(qū)塊的地質(zhì)條件，常壓是體質(zhì)差，埋藏深則是營養(yǎng)不好，雖然是沉積中心，但整體含氣性差。

白馬區(qū)塊勘探始于2015年，繼焦石壩區(qū)塊頁巖氣商業(yè)開發(fā)取得成功后，科研人員把深層常壓作為產(chǎn)能接替陣地。最初，他們認(rèn)為只要照搬焦石壩相關(guān)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ骄涂梢裕?jīng)驗(yàn)到了這里“水土不服”，之前建立的測井曲線模型根本用不上，只能重新做。白馬區(qū)塊地下復(fù)雜程度遠(yuǎn)超想象。

按照傳統(tǒng)背斜找氣理論，他們圍繞背斜部署新井，卻頻頻失利：焦頁145-2HF井，導(dǎo)眼井取芯后分析含氣飽和度只有31%，業(yè)界普遍認(rèn)為含氣飽和度低于50%就沒有研究價值，這口井被放棄；焦頁143-5HF井向外擴(kuò)展到斷鼻帶，但其為裂縫型氣藏，持續(xù)生產(chǎn)效果差。

多輪嘗試受挫，白馬區(qū)塊勘探陷入“有發(fā)現(xiàn)，無儲量，無產(chǎn)量”的困境。2017~2019年，該區(qū)塊生產(chǎn)工作整體暫停，科研人員也意識到必須調(diào)整勘探思路。在422平方千米的斷崖險灘找氣猶如大海撈針，國內(nèi)外沒有類似的成熟理論可供借鑒，科研人員只能摸索創(chuàng)新，既然背斜不行，他們就把目光轉(zhuǎn)向向斜。

再次進(jìn)入解題模式

富集成藏模式是什么樣的？實(shí)現(xiàn)白馬區(qū)塊常壓氣藏勘探開發(fā)突破，是擺在科研人員面前的必答題。

白馬區(qū)塊構(gòu)造變形樣式、形態(tài)多，有背斜、斜坡、向斜、斷鼻、斷塊，細(xì)化構(gòu)造單元工作量大。科研人員先后完成10余次地震資料處理與解釋，通過構(gòu)造精細(xì)解釋和構(gòu)造樣式解剖，完成9個4級構(gòu)造單元劃分，其中白馬向斜、白馬南斜坡等又可分為多個5級構(gòu)造單元，開展了數(shù)百次室內(nèi)模擬試驗(yàn)，精細(xì)評價頁巖氣保存條件、含氣性和可壓性。

經(jīng)過大量基礎(chǔ)研究，科研人員終于建立常壓頁巖氣富集成藏模式，明確向斜構(gòu)造含氣性最好，并以向斜為中心，呈環(huán)帶式變差。之后，他們開始圍繞向斜部署評價井，其中焦頁147-1HF井放噴測試獲日產(chǎn)12.7萬立方米氣流。“這口井到現(xiàn)在生產(chǎn)效果都很好，單井可采儲量到了9000萬立方米以上?！眲⒊f，該井的成功佐證了新認(rèn)識，后續(xù)又加快部署實(shí)施了焦頁147開發(fā)井組。

然而大家期待的大場面并沒有出現(xiàn)。焦頁147平臺4口井，從西向東，埋藏深度逐漸增大，都是300米井距，產(chǎn)量臺階式下降，日產(chǎn)從13萬立方米降到3萬立方米。同一個平臺，4倍的產(chǎn)量差距，單井產(chǎn)能主控因素是什么？高產(chǎn)有什么規(guī)律？科研人員再次進(jìn)入解題模式。

“最早大家認(rèn)為不同埋深導(dǎo)致產(chǎn)量有差異，但隨著研究深入，發(fā)現(xiàn)實(shí)際情況更復(fù)雜?！苯瓭h油田勘探開發(fā)研究院天然氣開發(fā)所副所長李凱說，“我們挨個因素推導(dǎo)、找規(guī)律再總結(jié)。之前裂縫描述只有發(fā)育和不發(fā)育，現(xiàn)在可以清晰描述裂縫屬性特征、發(fā)育強(qiáng)度，應(yīng)力性質(zhì)、大小、方向也有定量表述?！?/p>

常壓深層頁巖氣高產(chǎn)因素的標(biāo)準(zhǔn)體系逐步建立，除了埋深，裂縫發(fā)育強(qiáng)度，應(yīng)力的性質(zhì)、方向、大小等對單井產(chǎn)能都會產(chǎn)生影響。富集成藏模式和單井高產(chǎn)因素疊加，科研人員很快明確有利區(qū)帶，最終優(yōu)選白馬向斜、白馬南斜坡為突破有利目標(biāo)區(qū)；將白馬區(qū)塊劃分為5個區(qū)，定量排序打分，優(yōu)選潛力最大的東3區(qū)，指導(dǎo)部署實(shí)施焦頁155、107、156三個開發(fā)井組。

小步前進(jìn)高效開發(fā)

2月，科研人員開展了焦頁159井組立體評建效果分析。如何確保上部氣層和下部氣層儲量同時高效動用是提高采收率的主要工作，立體開發(fā)在白馬區(qū)塊方案設(shè)計之初就占據(jù)主導(dǎo)。

鑒于立體開發(fā)技術(shù)已經(jīng)成熟，白馬區(qū)塊采取一次性整體開發(fā)，吃干榨凈資源的同時推動區(qū)塊高效開發(fā)。

技術(shù)進(jìn)步是一方面，立體開發(fā)也有著現(xiàn)實(shí)需求——白馬區(qū)塊常壓頁巖氣藏天生稟賦差?！皢尉刹蓛α烤瓦@么多，離效益開發(fā)有距離?！眲⒊苁菬o奈。

圍繞常壓頁巖氣藏高效開發(fā)，科研人員基于區(qū)塊不同地質(zhì)背景下上部氣層評價井實(shí)施效果，基本明確常壓頁巖氣立體開發(fā)可行性和技術(shù)政策關(guān)鍵參數(shù)，落實(shí)白馬區(qū)塊上部氣層開發(fā)有利區(qū)面積100平方千米?？蒲腥藛T很有信心，預(yù)測立體開發(fā)實(shí)施后可提高有利區(qū)采收率10個百分點(diǎn)，升至20%。

“雖然有技術(shù)、有信心，但白馬區(qū)塊產(chǎn)建進(jìn)度并沒有想象的快。常壓頁巖氣藏巖性、構(gòu)造復(fù)雜，隨著埋深加大，地層敏感性高，工程工藝技術(shù)容錯率低，為保證開發(fā)效益，甚至一個平臺先干東邊還是西邊都要論證一下。目的就是確保塊塊有效益、井組有效益?！眲⒊f。

通過焦頁147開發(fā)井組試驗(yàn)，科研人員發(fā)現(xiàn)在白馬區(qū)塊地表結(jié)構(gòu)、地下構(gòu)造“雙復(fù)雜”的特點(diǎn)下，儲層改造必須“一井一藏”，一口井一套工藝設(shè)計。

為了實(shí)現(xiàn)成本最優(yōu)、改造效果最好，他們加強(qiáng)地質(zhì)工程一體化，開展“瘦身井”試驗(yàn)。2023年9月焦頁155平臺壓裂施工時，5口井共100多段，每壓裂一段，李凱和同事們都要和工程技術(shù)人員現(xiàn)場診斷，不斷優(yōu)化工藝參數(shù)。最終，該平臺7口井日均產(chǎn)氣30萬立方米，其中3口井累計產(chǎn)氣已超1000萬立方米。

通過對開發(fā)關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)選評價，形成了常壓頁巖氣藏分區(qū)差異化開發(fā)技術(shù)政策，相比早期，白馬區(qū)塊平均鉆井周期縮短40.68%，儲層改造效果顯著增強(qiáng)，為常壓頁巖氣藏高效開發(fā)打下良好基礎(chǔ)。

新聞會客廳

問：常壓頁巖氣藏的高效勘探開發(fā)有何意義？

高玉巧：我國頁巖氣地質(zhì)資源量為131.42萬億立方米，可采資源量為25.08萬億立方米。其中，常壓頁巖氣地質(zhì)資源量約9萬億立方米，占我國頁巖氣資源總量的6.8%。常壓頁巖氣藏的高效勘探開發(fā)對于保障國家能源安全、提升能源供給能力具有重要戰(zhàn)略意義。

問：目前形成了哪些常壓頁巖氣勘探開發(fā)創(chuàng)新成果？

高玉巧：第一，針對常壓頁巖氣構(gòu)造作用較強(qiáng)、壓力系數(shù)低、含氣量低、地應(yīng)力差異系數(shù)大等特點(diǎn)，以原型盆地分析為主線，開展頁巖生排烴模擬、古壓力恢復(fù)等研究，結(jié)合埋藏史和構(gòu)造應(yīng)力分析，揭示常壓頁巖氣形成與聚散機(jī)理，建立了生-排-滯-聚動態(tài)成藏模式，提出了“三因素控藏”富集理論，形成了以保存條件和地應(yīng)力為核心的常壓頁巖氣“雙甜點(diǎn)”評價體系，有效指導(dǎo)“甜點(diǎn)”區(qū)和“甜點(diǎn)”段優(yōu)選。

第二，針對常壓頁巖孔徑小、微尺度效應(yīng)強(qiáng)、毛管壓力大等特點(diǎn)，采用地質(zhì)工程一體化理念，揭示了常壓頁巖氣滲流機(jī)理，制定了常壓頁巖氣效益開發(fā)技術(shù)政策。

第三，針對常壓頁巖氣鉆井速度慢、周期長，人造裂縫復(fù)雜程度低，工程建設(shè)難度大、投資高等難題，緊緊圍繞增產(chǎn)和降本，形成了優(yōu)快鉆完井及高效壓裂縫網(wǎng)改造等低成本技術(shù)系列，鉆采成本大幅降低，有力支撐了常壓頁巖氣效益勘探開發(fā)。

劉 超：白馬區(qū)塊受“構(gòu)造變形強(qiáng)、斷裂裂縫發(fā)育、壓力系數(shù)低、埋深跨度大、應(yīng)力場復(fù)雜”等地質(zhì)特征影響，儲量動用與效益建產(chǎn)難度大。按照地質(zhì)工程一體化、室內(nèi)現(xiàn)場一體化、建模數(shù)模一體化研究思路，形成了多項創(chuàng)新成果。

一是創(chuàng)建了以“方解石定期次+構(gòu)造演化定強(qiáng)度+構(gòu)造物理模擬試驗(yàn)定主控”的復(fù)雜構(gòu)造帶變形特征“三定”分析法，首次厘清了涪陵地區(qū)存在三期構(gòu)造變形期次，明確了擠壓逆沖推覆作用力是白馬區(qū)塊構(gòu)造變形差異的關(guān)鍵。

二是做細(xì)天然裂縫宏觀與微觀聯(lián)合描述，構(gòu)建了白馬常壓頁巖氣藏斷層-裂縫耦合發(fā)育模式，形成了擠壓背景下頁巖氣差異化富集成藏模式，明確了白馬向斜等有利構(gòu)造目標(biāo)。

三是創(chuàng)建了復(fù)雜向斜型常壓頁巖氣藏開發(fā)地質(zhì)分區(qū)評價指標(biāo)體系，圍繞富集成藏有利目標(biāo)，細(xì)化開發(fā)分區(qū)，明確建產(chǎn)順序，為壓裂工藝技術(shù)的針對性優(yōu)化和開發(fā)技術(shù)政策的差異化制定提供了地質(zhì)依據(jù)。

最終形成了“整體部署、分區(qū)建產(chǎn)”的開發(fā)思路，預(yù)計2024年產(chǎn)氣量將超4億立方米，有力支撐涪陵頁巖氣田持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)。

問：未來的工作重點(diǎn)是什么？

高玉巧：破解常壓頁巖氣效益開發(fā)難題，需要以提產(chǎn)、降本、增效為核心，深化富集高產(chǎn)機(jī)理和開發(fā)技術(shù)研究，強(qiáng)化鉆完井及壓裂技術(shù)等低成本工程工藝技術(shù)攻關(guān)，深化勘探開發(fā)一體化、地質(zhì)工程一體化，創(chuàng)新形成常壓頁巖氣效益勘探開發(fā)技術(shù)體系，推動低品位常壓頁巖氣實(shí)現(xiàn)規(guī)模效益開發(fā)。

劉 超：針對涪陵頁巖氣田白馬區(qū)塊的常壓頁巖氣勘探開發(fā)，需要重點(diǎn)推進(jìn)三方面工作：一是做好分區(qū)回顧性評價，持續(xù)細(xì)化地質(zhì)認(rèn)識；二是做好白馬西1區(qū)一體化開發(fā)方案編制，持續(xù)提升儲量動用率，打造“大上游”合作典范；三是做好立體開發(fā)潛力分區(qū)研究，持續(xù)提升氣藏采收率。