雙魚石區(qū)塊棲霞組氣藏試采認(rèn)識(shí)及早期開發(fā)技術(shù)對(duì)策

李旭成 萬亭宇 羅 靜 文 雯 吳婷婷 李開發(fā)

1.中國石油西南油氣田公司川西北氣礦 2.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院

0 引言

隨著國內(nèi)勘探開發(fā)領(lǐng)域的不斷拓展，資源類型和規(guī)模不斷攀升，常規(guī)優(yōu)質(zhì)天然氣資源勘探開發(fā)不斷深入，使得后續(xù)勘探開發(fā)對(duì)象日趨復(fù)雜[1]，逐步由陸相向海相、由淺層向深層、超深層探索發(fā)展[2-8]。對(duì)于深層、超深層海相氣藏的勘探開發(fā)而言，埋深超7 000 m、地層壓力超70 MPa，這樣的含硫氣藏在開發(fā)評(píng)價(jià)過程中存在諸多挑戰(zhàn)[9-13]。對(duì)于滿盆含氣的四川盆地而言，龍門山克拉通邊緣裂陷作為川西地區(qū)下二疊統(tǒng)氣藏的重要勘探領(lǐng)域，近年來在開發(fā)評(píng)價(jià)過程中取得了一系列認(rèn)識(shí)性進(jìn)展。2017年中國石油西南油氣田公司編制完成《雙魚石區(qū)塊棲霞組氣藏試采方案》并獲得批復(fù)，拉開了該區(qū)開發(fā)評(píng)價(jià)的序幕。川西北部地區(qū)雙魚石區(qū)塊棲霞組氣藏位于四川省廣元市劍閣縣境內(nèi)，方案設(shè)計(jì)試采井10口，設(shè)計(jì)規(guī)模10 108m3/a。通過階段試采，初步總結(jié)了該類超深高壓含硫氣藏的開發(fā)特征，制定了適應(yīng)的早期開發(fā)技術(shù)對(duì)策，為該氣藏下步的深化認(rèn)識(shí)、正式開發(fā)方案的編制以及同類型氣藏的開發(fā)評(píng)價(jià)奠定了基礎(chǔ)。

1 氣藏主要特征

1.1 構(gòu)造特征

雙魚石區(qū)塊下二疊統(tǒng)棲霞組氣藏構(gòu)造復(fù)雜，斷層發(fā)育并產(chǎn)生一系列呈北東南西向展布、近平行的褶皺斷高構(gòu)造群，發(fā)育多個(gè)背斜、斷背斜及斷鼻構(gòu)造圈閉，整體表現(xiàn)出構(gòu)造圈閉多、單個(gè)圈閉面積不大的特征。區(qū)塊由西至東可劃分為6個(gè)構(gòu)造高帶，共發(fā)育局部構(gòu)造15個(gè)，構(gòu)造圈閉均為近北東向展布，單個(gè)圈閉面積0.9～46.7 km2，累計(jì)面積243.31 km2（圖1）。受擠壓斷裂影響，區(qū)內(nèi)地腹中層構(gòu)造褶皺強(qiáng)烈，斷裂十分發(fā)育，共解釋斷層84條，長度主要分布范圍為1～40 km（圖2）。

圖1 雙魚石區(qū)塊棲霞組氣藏構(gòu)造分帶示意圖

圖2 雙魚石區(qū)塊三維過雙探1井深度域地震剖面圖

1.2 沉積特征

雙魚石區(qū)塊棲霞組沉積期遭廣泛海侵，繼承了云南運(yùn)動(dòng)對(duì)泥盆系、石炭系改造后的古地貌背景，形成了臺(tái)緣灘帶，棲霞組為一套碳酸鹽巖沉積地層，分布較為穩(wěn)定，棲一段以深灰色中薄層含生物泥晶灰?guī)r為主，發(fā)育臺(tái)地邊緣灘間海亞相；棲二段以淺灰色厚塊狀云巖為主，發(fā)育臺(tái)緣灘亞相[14]。目前完鉆井均位于臺(tái)緣灘有利發(fā)育區(qū)，白云巖發(fā)育且分布穩(wěn)定，白云巖垂厚15～36 m，主要分布在棲二段的中下部。

1.3 儲(chǔ)層特征

雙魚石區(qū)塊儲(chǔ)集巖以晶粒白云巖和殘余砂屑白云巖為主，儲(chǔ)集空間主要為晶間孔、晶間溶孔和溶洞[15]，取心及成像測井顯示區(qū)內(nèi)裂縫較發(fā)育，裂縫有一定儲(chǔ)集作用但主要改善儲(chǔ)層的滲透能力（圖3）。試采區(qū)完試井儲(chǔ)層測井解釋評(píng)價(jià)平均孔隙度約為3.68%，取心井巖心滲透率平均11.54 mD，具有低孔、中—低滲特征。部分儲(chǔ)層孔隙度與滲透率具有一定正相關(guān)關(guān)系（圖4），認(rèn)為該類儲(chǔ)層儲(chǔ)集類型為裂縫—孔隙型[16]；而低孔高滲儲(chǔ)層的儲(chǔ)集類型為孔隙—裂縫型。

圖3 雙魚石區(qū)塊棲霞組巖心及薄片照片

1.4 溫壓系統(tǒng)及流體性質(zhì)

氣藏原始地層壓力約96 MPa，壓力系數(shù)1.3左右，地層溫度約155℃。天然氣以甲烷為主，硫化氫含量0.34%～0.73%，二氧化碳含量0.4%～2.0%，屬高溫、高壓、中含硫化氫、低含二氧化碳的干氣氣藏。

1.5 氣藏類型

測試及試采資料顯示，氣藏完鉆測試的18口井中有2口井測試產(chǎn)水，3口井試采時(shí)見水，水型為氯化鈣。目前認(rèn)為氣藏整體含氣，未見區(qū)域性邊、底水分布，可能存在局部水體，為構(gòu)造-巖性復(fù)合圈閉氣藏。

2 試采初步認(rèn)識(shí)

2.1 生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征

氣藏自2020年進(jìn)入整體試采。初期試采規(guī)模230 104m3/d，投產(chǎn)單井配產(chǎn)4 104～75 104m3/d，平均為28.75 104m3/d。單井生產(chǎn)效果差異大，目前各井以不同試采規(guī)模保持相對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)。2口井位于④號(hào)高帶北部構(gòu)造高部位，產(chǎn)量較高；1口井位于構(gòu)造低部位，產(chǎn)量較低；③號(hào)高帶現(xiàn)有4口井生產(chǎn)，其中3口井產(chǎn)地層水；另有雙探12井位于①號(hào)高帶高部位，產(chǎn)量較高。

2.2 氣藏連通關(guān)系

構(gòu)造處理解釋成果顯示，區(qū)塊可大致劃分為6個(gè)構(gòu)造高帶（圖1），結(jié)合測試、測壓及生產(chǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測資料，對(duì)氣藏的壓力系統(tǒng)、井間連通關(guān)系進(jìn)行分析。將壓力折算至同一海拔后，各井的原始地層壓力基本一致；③號(hào)、④號(hào)高帶部署的試采井儲(chǔ)層橫向可追蹤對(duì)比，具備連通的地質(zhì)條件；距離較近的氣井在試采初期表現(xiàn)出先期壓降特征（圖5）；雙魚001-1井的專項(xiàng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測成果也證實(shí)了該井與鄰井的連通干擾特性，因此可以基本證實(shí)③號(hào)、④號(hào)高帶壓力連通。不同條帶之間，同一海拔的地層壓力則有所差異（圖6），推測可能受斷層分割的影響，使得高帶間壓力系統(tǒng)較為復(fù)雜，連通關(guān)系還有待進(jìn)一步證實(shí)。

圖5 ③、④號(hào)高帶氣井地層壓力隨時(shí)間變化圖

圖6 雙魚石區(qū)塊各高帶氣井原始地層壓力趨勢圖

2.3 氣井滲流特征

氣藏儲(chǔ)層發(fā)育主要受到灘相分布及白云巖化作用的控制，試井解釋結(jié)果（表1）顯示氣井主要表現(xiàn)為多區(qū)復(fù)合滲流特征，井間、同一口井不同半徑內(nèi)的滲透率有一定差異，表現(xiàn)出宏觀非均質(zhì)性，但孔、洞、縫搭配較好時(shí)，也可表現(xiàn)出視均質(zhì)滲流特征。例如雙魚001-1井歷次壓力恢復(fù)試井解釋雙對(duì)數(shù)曲線圖均顯示出視均質(zhì)的特征，歷次解釋的儲(chǔ)層徑向流位置相當(dāng)，遠(yuǎn)井區(qū)儲(chǔ)層滲透率出現(xiàn)變好的趨勢，證實(shí)儲(chǔ)層滲流能力較好，而距離雙魚001-1井僅2.5 km的雙魚132井物性則明顯變差，滲透率相對(duì)較低。

表1 雙魚石區(qū)塊棲霞組各井壓力恢復(fù)試井解釋結(jié)果表

2.4 地層水活動(dòng)特征

氣藏氣水關(guān)系復(fù)雜，完鉆井中雙探10井、雙探6井測試產(chǎn)水，根據(jù)構(gòu)造位置及鄰井測試情況，認(rèn)為雙探10井是局部封存水。雙探6井根據(jù)構(gòu)造、測井解釋結(jié)果認(rèn)為水源可能來自下部地層。生產(chǎn)井中雙探3井、雙探8井及雙魚X133井產(chǎn)地層水，因雙探3井經(jīng)歷了復(fù)雜的二次完井之后產(chǎn)能低，水性與雙探8井、雙魚X133井存在差異，其產(chǎn)水來源有多種可能。根據(jù)“何曉東”水侵類型判別圖版（圖7），雙探8井和雙魚X133井早期屬于不同的水侵方式，雙探8井屬于強(qiáng)舌進(jìn)水侵，雙魚X133井屬于裂縫型水竄，其產(chǎn)水特征有一定差異。

圖7 雙探8井、雙魚X133井水侵類型判別圖版

2.5 氣井產(chǎn)能特征及穩(wěn)產(chǎn)能力分析

已試油的16口井原始無阻流量為3.26 104～426 104m3/d，平均192.70 104m3/d，井間產(chǎn)能差異較大，位于構(gòu)造帶局部高點(diǎn)的氣井產(chǎn)能普遍較高，③、④號(hào)高帶產(chǎn)能明顯高于其他高帶，高產(chǎn)能井相對(duì)集中（圖8）。工藝井產(chǎn)能得到明顯改善，水平井產(chǎn)能、生產(chǎn)效果明顯優(yōu)于直井、斜井。

圖8 雙魚石區(qū)塊棲霞組氣藏各井無阻流量對(duì)比圖

因氣藏投產(chǎn)時(shí)間較短，早期動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量計(jì)算結(jié)果存在不確定性。因此，利用現(xiàn)代產(chǎn)量遞減法開展各井穩(wěn)產(chǎn)能力預(yù)測，各井穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間2.33～15.31年之間，穩(wěn)產(chǎn)期末累計(jì)產(chǎn)氣95.69 108m3，穩(wěn)產(chǎn)期末采出程度為60.23%，氣藏具有一定的穩(wěn)產(chǎn)能力。

3 早期開發(fā)技術(shù)對(duì)策

3.1 試采方案執(zhí)行效果分析

根據(jù)前期區(qū)塊勘探開發(fā)思路，2016—2017年主要在區(qū)塊甩開預(yù)探、控制含氣范圍，局部提交控制儲(chǔ)量，2017—2018年持續(xù)開展預(yù)探與優(yōu)化評(píng)價(jià)，整體控制、局部探明，啟動(dòng)區(qū)塊試采方案編制，2019—2020年雙魚石南優(yōu)化評(píng)價(jià)、整體探明，啟動(dòng)開發(fā)方案編制。截至2021年6月，棲霞組已提交三級(jí)儲(chǔ)量1 169.45 108m3，含氣面積463.5 km2；其中雙探1井主體區(qū)控制儲(chǔ)量811.3 108m3，雙探9井區(qū)預(yù)測儲(chǔ)量250.71 108m3（圖9）。

圖9 雙魚石區(qū)塊儲(chǔ)量申報(bào)提交邊界范圍圖

試采方案設(shè)計(jì)井10口，7口井投入試采，測試效果總體達(dá)到方案要求，但受鉆井進(jìn)度滯后和部分氣井產(chǎn)水影響，截至2021年6月，試采規(guī)模未達(dá)預(yù)期，日產(chǎn)氣規(guī)模約202 104m3，低于方案設(shè)計(jì)；試采區(qū)外雙探12井試采效果超過預(yù)期，日產(chǎn)氣規(guī)模31 104m3。氣藏試采方案設(shè)計(jì)配產(chǎn)與實(shí)際產(chǎn)氣量的對(duì)比如圖10所示。

根據(jù)試采階段認(rèn)識(shí)成果，氣藏基本地質(zhì)特征與方案設(shè)計(jì)時(shí)認(rèn)識(shí)基本一致，但氣水分布認(rèn)識(shí)有所變化，氣水關(guān)系復(fù)雜，同時(shí)受試采井?dāng)?shù)及分布限制，各條帶間的連通關(guān)系認(rèn)識(shí)有待進(jìn)一步深化。根據(jù)前期氣藏類型分析定義，氣藏的圈閉類型為構(gòu)造—巖性復(fù)合圈閉，圈定的含氣面積范圍是以區(qū)內(nèi)最深氣層底界獲氣井作為最低圈閉線參考。但隨著研究認(rèn)識(shí)的逐步深入，最新構(gòu)造解釋雙探7井的氣層底界已超過最低構(gòu)造圈閉線，而儲(chǔ)量擬升級(jí)區(qū)斷層邊界封隔性、西南及東北位置巖性外推原則也有待進(jìn)一步落實(shí)?；诂F(xiàn)部署井井控，初步劃定區(qū)塊具備升級(jí)探明儲(chǔ)量的含氣面積約為236.8 km2，按2.54 108m3/km2儲(chǔ)量豐度推算，探明儲(chǔ)量基礎(chǔ)僅為580 108m3。已推算的儲(chǔ)量基礎(chǔ)存在一定不確定性，且高度依賴于目前實(shí)施的探井及開發(fā)評(píng)價(jià)井的投產(chǎn)情況。受復(fù)雜地質(zhì)條件認(rèn)識(shí)影響，部分井井工程條件復(fù)雜，儲(chǔ)量提交進(jìn)度可能較預(yù)期有所滯后。面對(duì)氣藏試采期間出現(xiàn)的各種問題，需進(jìn)一步加大區(qū)域滾動(dòng)開發(fā)力度、優(yōu)化開發(fā)技術(shù)對(duì)策[17-20]。雙魚石區(qū)塊儲(chǔ)量擬升級(jí)申報(bào)的簡況如圖11所示。

圖11 雙魚石區(qū)塊儲(chǔ)量擬升級(jí)申報(bào)簡況圖

3.2 技術(shù)對(duì)策

3.2.1 氣藏采速

按照天然氣開發(fā)管理綱要相關(guān)要求，考慮氣藏穩(wěn)產(chǎn)7年左右，合理采速應(yīng)控制在3%以下。目前氣藏?cái)M提交探明儲(chǔ)量580 108m3，按整體生產(chǎn)規(guī)模233 104m3/d，采速為1.33%，滿足要求，但各條帶儲(chǔ)量動(dòng)用不均衡，生產(chǎn)井及后續(xù)投產(chǎn)井均集中于③、④高帶，局部采速高，為科學(xué)高效開發(fā)氣藏，應(yīng)根據(jù)不同構(gòu)造條帶特征（圖12，圖1），分別設(shè)計(jì)采氣速度。其中①號(hào)高帶靠近山前帶，構(gòu)造復(fù)雜，但該條帶內(nèi)單井試采效果好，構(gòu)造高部位含氣性好，未受水侵影響，建議采氣速度2%；②號(hào)高帶儲(chǔ)層品質(zhì)相對(duì)較差，完試井測試產(chǎn)量均較低，含氣性差，且東南部可能存在水體，建議采氣速度1.5%；③號(hào)高帶完鉆井測試均獲氣，條帶含氣性好，但構(gòu)造兩側(cè)可能存在水體，目前3口產(chǎn)水井均位于該條帶，水侵風(fēng)險(xiǎn)較大，建議采氣速度1.5%；④號(hào)高帶儲(chǔ)層品質(zhì)好，分布穩(wěn)定，井網(wǎng)密度高，氣井試采效果較好，建議采氣速度2%。

圖12 雙魚石區(qū)塊棲霞組頂界地震反射構(gòu)造圖（2020）

3.2.2 井網(wǎng)井型

區(qū)塊氣藏呈條帶狀分布，形態(tài)適宜不規(guī)則的線性井網(wǎng)，各條帶間由于干擾情況未知，僅對(duì)③號(hào)、④號(hào)高帶予以探究分析。雙魚001-1井距雙魚132井2.52 km，井間干擾明顯，而雙探8井距雙魚X133井4.6 km，未見明顯的井間干擾。③號(hào)、④號(hào)高帶部署井平均單井控制面積7 km2，井網(wǎng)密度為0.09口/km2，后續(xù)部署井投產(chǎn)后，井網(wǎng)密度可達(dá)0.14口/km2（圖13），目前各井井控半徑差異較大，現(xiàn)有試采區(qū)井網(wǎng)具備進(jìn)一步完善空間。對(duì)于井型而言，前期區(qū)塊完試探井及開發(fā)評(píng)價(jià)井多為直井，加之區(qū)塊儲(chǔ)層整體較薄，在氣井產(chǎn)能發(fā)揮上，存在一定限制，通過技術(shù)攻關(guān)，利用工藝井技術(shù)提高儲(chǔ)層鉆遇厚度，提產(chǎn)效果顯著，增產(chǎn)倍比在2倍以上（圖14），對(duì)評(píng)價(jià)類似條帶狀、薄儲(chǔ)層超深氣藏工藝井適應(yīng)性具有重要意義。通過預(yù)測薄儲(chǔ)層氣藏不同井型下日產(chǎn)氣與累產(chǎn)氣對(duì)比，進(jìn)一步證實(shí)相同構(gòu)造、儲(chǔ)層條件下，水平井提產(chǎn)效果顯著，該區(qū)低滲薄儲(chǔ)層具有實(shí)施工藝井的潛力需要，同時(shí)支撐下步開發(fā)方案制定。

圖13 雙魚石區(qū)塊試采區(qū)井網(wǎng)井距示意圖

圖14 雙魚石區(qū)塊棲霞組氣藏各井無阻流量統(tǒng)計(jì)圖

3.2.3 合理配產(chǎn)

氣藏生產(chǎn)早期，確定氣井配產(chǎn)的方法主要包括經(jīng)驗(yàn)法、節(jié)點(diǎn)分析法、采氣曲線法和攜液流量法等[21]。文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)氣藏早期配產(chǎn)大致為絕對(duì)無阻流量的1/5到1/6，因此按照這個(gè)原則，并結(jié)合氣藏水體分布及構(gòu)造位置、氣井產(chǎn)液情況等因素來進(jìn)行配產(chǎn)預(yù)測。在上述結(jié)果的分析基礎(chǔ)上，利用流入流出曲線、采氣指數(shù)曲線等方法綜合論證，單井合理配產(chǎn)區(qū)間5 104～75 104m3/d，氣藏5口井合理配產(chǎn)規(guī)模為160 104～165 104m3/d（表2）。目前5口井生產(chǎn)規(guī)模171 104m3/d，略高于合理配產(chǎn)，為保障氣藏科學(xué)合理高效開發(fā)，建議盡快調(diào)整氣井配產(chǎn)至合理規(guī)模。

表2 氣藏各井配產(chǎn)預(yù)測方法及結(jié)果表

3.2.4 動(dòng)態(tài)監(jiān)測

氣藏作為超深高壓含硫氣藏，具有埋藏深、溫度高、構(gòu)造復(fù)雜、非均質(zhì)性強(qiáng)等特點(diǎn)。隨著氣藏開發(fā)不斷深入，亟需深化氣藏認(rèn)識(shí)，解決試采階段面臨的氣藏連通關(guān)系認(rèn)識(shí)不足、水體能量認(rèn)識(shí)不清、工藝井產(chǎn)能評(píng)價(jià)認(rèn)識(shí)不準(zhǔn)等難題。需要完善的動(dòng)態(tài)監(jiān)測體系，以評(píng)價(jià)儲(chǔ)層滲流特征參數(shù)、計(jì)算水體能量、掌握氣井產(chǎn)能等，準(zhǔn)確把握開發(fā)關(guān)鍵問題。因此針對(duì)氣藏試采特點(diǎn)設(shè)計(jì)不同條帶、不同構(gòu)造位置的氣井專項(xiàng)試井工作，為氣藏下步開發(fā)評(píng)價(jià)奠定基礎(chǔ)（表 3）。

表3 雙魚石區(qū)塊棲霞組氣藏動(dòng)態(tài)監(jiān)測方案

4 結(jié)論及建議

1）川西北部地區(qū)雙魚石區(qū)塊棲霞組氣藏超深、超高壓、含硫，構(gòu)造地質(zhì)條件復(fù)雜，儲(chǔ)層低孔—中低滲、非均質(zhì)較強(qiáng)且儲(chǔ)層較薄，但部分井仍能保持在高產(chǎn)條件下穩(wěn)產(chǎn)，證實(shí)該區(qū)具有一定的勘探開發(fā)評(píng)價(jià)潛力。

2）區(qū)塊開發(fā)評(píng)價(jià)進(jìn)程略低于方案預(yù)期，試采井井位部署、井工程進(jìn)度以及動(dòng)態(tài)監(jiān)測作業(yè)有待進(jìn)一步攻關(guān)優(yōu)化?，F(xiàn)階段認(rèn)識(shí)氣藏整體含氣，但氣藏構(gòu)造斷層的封閉性、局部位置存在的水體以及不同構(gòu)造位置氣井測試產(chǎn)能的差異，影響了區(qū)塊儲(chǔ)量升級(jí)、開發(fā)方案編制以及整體開發(fā)技術(shù)對(duì)策的制定。

3）目前認(rèn)為氣藏③號(hào)、④號(hào)高帶連通，條帶井網(wǎng)密度合理，但采速過高，在保障合理穩(wěn)產(chǎn)年限基礎(chǔ)上，結(jié)合專項(xiàng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測成果及氣井試采成果認(rèn)識(shí)，建議優(yōu)化調(diào)整氣井配產(chǎn)，降低部分井的試采規(guī)模。

4）為加快推動(dòng)儲(chǔ)量升級(jí)，建議進(jìn)一步深化研究刻畫巖性邊界，加大井控程度較低區(qū)域構(gòu)造、儲(chǔ)層預(yù)測的研究力度，強(qiáng)化氣藏氣水檢測方法攻關(guān)，結(jié)合動(dòng)態(tài)認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步明確水體來源方向，有效落實(shí)儲(chǔ)量申報(bào)面積及規(guī)模，支撐下步整體開發(fā)方案的編制及科學(xué)開發(fā)。