準噶爾盆地天然氣勘探實踐與克拉美麗氣田的發現

摘 要

摘要：2006年初，中國石油新疆油田公司確定了準噶爾盆地天然氣勘探的4大領域，根據“突破東西兩翼、堅持南緣、探索深層大構造”的部署原則，將陸東-五彩灣地區作為主攻領
摘要：2006年初，中國石油新疆油田公司確定了準噶爾盆地天然氣勘探的4大領域，根據“突破東西兩翼、堅持南緣、探索深層大構造”的部署原則，將陸東-五彩灣地區作為主攻領域，由此發現了天然氣探明儲量超過1000×108m3的克拉美麗氣田。總結陸東-五彩灣地區石炭系火山巖氣藏的勘探實踐工作，具有重大意義。為此詳細闡述了該區火山巖氣藏勘探的7個步驟，即：①綜合分析選擇突破口——滴南凸起；②開展火山巖巖性巖相研究，建立火山巖序列結構；③解剖已知氣藏，確定控藏因素與氣藏類型；④開展地震采集處理攻關，改善石炭系內幕成像質量；⑤井震結合識別火山巖體，綜合評價優選鉆探井位；⑥加強組織管理，探索適宜鉆試工藝，加快勘探節奏；⑦勘探開發一體化，加快產能建設步伐。歸納了在滴南凸起石炭系火山巖油氣勘探實踐過程中逐步形成的6項配套技術。結論指出：市場需求是驅動中國石油新疆油田公司天然氣勘探快速發展的重要動力，勘探領域及其突破口的正確選擇是發現該氣田的關鍵；合理的勘探程序和適宜的配套技術是該氣田能夠快速探明并投產的保證。
關鍵詞：準噶爾盆地；石炭紀；火山巖；氣藏；勘探；克拉美麗氣田
1 準噶爾盆地天然氣勘探領域及其主攻區的確定
   進入21世紀以來，準噶爾盆地周邊城市對天然氣的需求量迅速增大，中國石油新疆油田公司(以下簡稱新疆油田公司)天然氣儲量和產量不能滿足日益增大的需求，由此驅動了新疆油田公司的天然氣勘探工作，特別是對陸東-五彩灣地區石炭系火山巖氣藏的勘探和準南沖斷帶古近系構造氣藏的勘探。
   關于準噶爾盆地天然氣的富集規律與勘探領域，已有不少研究者從不同角度做過分析和論述[1～7]。2006年初，根據氣源巖分布特點，新疆油田公司確定了準噶爾盆地天然氣勘探的4大領域：①以石炭系為氣源巖的陸東-五彩灣地區；②以侏羅系為氣源巖的準南沖斷帶；③以下二疊統佳木河組為氣源巖的中拐-五、八區；④以高熟的中二疊統下烏爾禾組和下二疊統風城組為氣源巖的腹部深大構造。
   在這4大領域中，腹部深大構造目的層超深、儲層風險較大、勘探投入大；中拐-五、八區目的層構造較陡，形成大中型氣藏的可能性相對較小；準南沖斷帶大部分構造以工程難度大而著稱。相比較而言，以陸東-五彩灣地區石炭系火山巖作為目標更為有利。因此，經過中國石油天然氣集團公司專家討論與領導決策，確立了“一年準備，三年突破，五年大發展”的總體思路，以及“突破東西兩翼、堅持南緣、探索深層大構造”的部署原則。按照這一部署原則，確定了以陸東-五彩灣地區為主攻領域，發現了千億立方米級的克拉美麗氣田；堅持南緣勘探，發現了300億立方米級的高產高效瑪河氣田。
2 陸東-五彩灣地區石炭系火山巖氣藏勘探的基本做法
    在陸東-五彩灣地區石炭系火山巖氣藏勘探過程中，逐步建立了從綜合分析選擇勘探突破口到勘探開發一體化7個步驟的基本做法(圖1)。其中第一步最為關鍵，它是后續6步的基礎。第二、三、四步在初期為同步開展的工作。探井部署并開鉆之后，各步驟的工作都處于不斷的循環與完善之中。
 
2.1 綜合分析選擇突破口——滴南凸起
    陸東-五彩灣地區面積有數千平方公里，包含滴南凸起、滴北凸起、滴水泉凹陷、右東凸起、五彩灣凹陷、白家海凸起、東道海子凹陷這7個二級構造單元的部分或全部。2005年之前已有47口鉆揭石炭系的探井散布于該區廣大區域，只在滴南凸起、白家海凸起、五彩灣凹陷的個別探井獲得少量的發現。新一輪勘探前，如何選擇勘探突破口成為勘探能否取得成功的關鍵。為此，根據對石炭系烴源巖發育與相關氣藏發現情況、石炭系火山巖發育程度與儲層物性好壞、區域構造背景與區帶性蓋層發育情況、石炭系地震資料品質等4個條件的綜合分析，選擇了滴南凸起上的一個鼻狀構造帶作為勘探突破口。
    陸東-五彩灣地區鉆揭石炭系的探井，鉆揭石炭系厚度為52～1775m，平均為403m，其中烴源巖厚度為0～354m，平均為46.2m。烴源巖厚度分布平面上差別很大，相對而言，緊鄰東道海子凹陷北部、滴水泉凹陷南側厚度較大。石炭系烴源巖的母質類型主要為腐殖型，有機質豐度為中等-好，成熟度在平面上的分布特征大致為滴南凸起和五彩灣凹陷較高，向南、北兩側降低凹[8～10]。2005年前，陸東-五彩灣地區已發現許多來源于石炭系源巖的油氣藏[11～12]，產層層位既有石炭系也有侏羅系和白堊系。
    在陸東-五彩灣地區磁力二次導數平面圖上發現，滴西5井至滴西10井一帶磁力二次導數異常，反映了火山巖的發育情況，這與滴西5井和滴西10井的實鉆巖性相符合。并且，滴西5井和滴西10井火山巖的實測儲層物性也較好，如滴西10井19塊樣品孔隙度介于2.2%～14.6%，平均為9.7%，滲透率介于(0.02～77)×10-3μm2，平均為6.88×10-3μm2；滴西5井14塊樣品孔隙度介于9.8%～23.7%，平均為15.5%，滲透率介于(0.17～3.63)×10-3μm2，平均為0.96×10-3μm2。滴西10井石炭系獲得高產更充分證實了其良好的儲集性能。
    滴南凸起石炭系頂面構造為由東向西傾沒的鼻狀隆起，隆起帶上發育與隆起帶走向一致的大型擠壓斷裂帶，構造變形強烈。石炭系之上梧桐溝組泥巖發育，厚度一般超過100m，蓋層條件良好。
    滴南凸起有5塊三維地震覆蓋，滿覆蓋面積1347km2，其中4塊分別于2001、2002、2003、2004年度施工，面元均為25m×50m，石炭系頂界面較清楚且內部仍有較好反射，為進一步改善資料品質奠定了基礎。
2.2 開展火山巖巖性巖相研究，建立火山巖序列結構
    1) 開展石炭系巖心的火山巖巖性復查和物性分析。這項工作在2006年上半年即已完成，其中復查了16口井92筒巖心的235張特征照片和631塊巖石薄片觀察鑒定結果，確定了巖性定名；并且補選巖性、物性樣品334塊，分析23口井的物性數據233個。
    2) 建立火山巖地球物理測井響應特征。首先完成了123塊樣品的全巖氧化物含量(特別是重礦物元素MnO、Fe203、TiO2等)和放射性元素(U、Th、K)含量分析，以針對性的實際資料證實了從基性到酸性火山巖U、Th、K的含量逐漸增大、放射性逐步增強以及重礦物含量逐漸減少的規律。然后以取心井為基礎，用標準火山巖巖心標定到測井曲線上，確定了不同巖性火山巖的典型測井響應特征，強化了由基性巖到酸性巖自然伽馬值升高、密度降低、聲波時差值升高的基本規律。
3) 通過巖心、薄片刻度測井建立火山巖常規測井巖性識別圖版。火山巖巖性識別是建立火山巖巖相模式、識別火山巖體的基礎，以巖心、薄片刻度測井建立火山巖常規測井巖性識別圖版，充分發揮了各自的作用。基于47口井631塊巖石薄片巖性分析數據建立的圖版如圖2所示，由圖2可知，從基性巖到酸性巖，GR變大、DEN減小、AC增大的特征清晰，規律明顯。
 
    4) 確立巖性識別的方法和流程。首先以自然伽馬和電阻率曲線交會圖區分沉積巖和火山巖，其次以常規測井自然伽馬與密度、自然伽馬與聲波時差曲線交會圖開展火山巖成分分析和初步的結構分析，再次以成像測井進行結構與構造印證，最后開展綜合巖性解釋。對工區內所有47口井進行了綜合巖性解釋，重新解釋的巖性與巖心分析結果對比，更為合理。
5) 建立以測井新技術為支撐的火山巖物性評價技術。針對火山巖多為裂縫、孔隙雙重介質儲層的特點，應用FMI、DSI進行裂縫評價(用FMI識別裂縫類型及裂縫參數，用DSI識別裂縫的有效性)，應用CMR、ECS結合常規測井進行基質物性評價(用核磁共振測井可以較好的反應火山巖的物性和孔隙結構；用ECS測井、物性分析資料刻度測井可以較好的確定巖石骨架參數。上述兩種方法相結合可以準確地確定儲層的物性參數)。
6) 開展野外地質調查，建立野外石炭系火山巖序列結構。在克拉美麗山區共踏勘5條石炭系地質剖面，其中對白堿溝剖面進行了實測。野外剖面研究證實，石炭系自下而上巖性具有從基性巖到酸性巖演變的序列特征。
7) 地面、鉆井、地震結合，建立井下火山巖序列結構。在前面6項工作的基礎上，地面與井、震結合，建立了滴南凸起石炭系由1套沉積巖相隔的上、下2套從基性巖到酸性巖演化的火山巖序列結構。該序列結構的建立，為火山巖體與圈閉識別奠定了良好的基礎。
2.3 解剖已知氣藏，確定控藏因素與氣藏類型
    2005年底之前，按照石炭系頂面構造控藏模式在陸東-五彩灣地區鉆探的47口井中，僅滴西5、滴西10、彩25等個別井獲得發現，隨后針對這些發現而部署的探井大多都失利。因此分析這些探井的失利原因，解剖氣藏的控藏因素與氣藏類型就至關重要。下面以滴西5井區和滴西10井區為例進行解剖。
    1) 滴西5井區。滴西5井是1998年12月在滴南凸起上鉆探的一口預探井，1999年9月在石炭系頂面的3650～3665m段試油，經壓裂改造7.5mm油嘴自噴日產氣10736m3，日產水32m3。同年底，按頂面構造氣藏模式提交滴西5井區及相鄰的構造位置稍高的滴西8井區(滴西2號背斜，尚未開鉆)預測天然氣地質儲量56.36×108m3。2000年8月滴西8井完鉆，石炭系無顯示，巖性為凝灰質砂泥巖層，與滴西5井的火山角礫巖、安山巖互層大不相同，試油2層均為低產水層。
    2006年通過井震結合對滴西5井區進行了解剖，從巖性巖相變化模式確定滴西5和滴西8井區石炭系為不同的巖相巖體，認為滴西5井以火山角礫巖為儲層，以安山巖為隔層，氣藏類型為受火山巖(角礫巖)巖性控制的層狀地層氣藏，而不是以前認識的構造氣藏(圖3)。
 
    2) 滴西10井區。滴西10井鉆于2003年，石炭系巖性為流紋巖，2004年在石炭系試氣2層均獲得高產工業氣流。按照頂面構造控藏模式，2004、2005年分別鉆探滴101井和滴102井2口評價井，石炭系巖性均為凝灰巖，無油氣顯示。2005年底，按斷鼻構造氣藏圈定滴西10井井控面積4.74km2(圖4中的上圖)，探明天然氣地質儲量20.20×108m3。2006年，對滴西10井區按巖性圈閉模式進行了重新解釋，提出了新的氣藏模式(圖4中的下圖)，并對滴102井進行了加深鉆探以驗證新模式。滴102井于3310m開始加深，3460m完鉆，至3340～3370m井段鉆遇流紋巖與滴西10井出氣段巖性一致。鉆探結果證實了新模式的正確性，指導了后續探井的部署。2008年，按照巖性巖相控藏模式，鉆探了滴103井和滴104井，均獲得成功，新增含氣面積13.57km2，新增探明天然氣地質儲量83.07×108m3。
 
    通過對滴西5、滴西10井氣藏的解剖，認識到滴南凸起石炭系至少存在兩種類型的氣藏，即地層型及火山巖巖性型。
2.4 開展地震采集處理攻關，改善石炭系內幕成像質量
    要改善石炭系內幕成像質量，可以從兩個途徑入手：一是采集新的地震資料，二是重新處理老地震資料。為此，2006年新部署格架二維地震12條1229km、滴6井三維161km2、滴西5井西三維139km2，滴西三維連片處理8塊1964km2；2007年開展滴西疊前三維連片處理1163km2。新采集的地震資料經處理解釋，石炭系基巖的反射成像得到顯著改善；重新處理也使石炭系火山巖成像明顯改善，頂界不整合關系更清楚，上、下火山序列與沉積巖夾層顯示更清楚。
2.5 井震結合識別火山巖體，綜合評價優選鉆探井位
    首先，通過地質、測井、地震相結合，建立了4種識別火山巖巖性巖相的地震相模式(表1)。在此基礎上，2006年3～7月利用連片三維，結合已鉆井資料，識別火山巖體45個，面積2446km2。對火山巖體進行綜合評價優選后，部署了滴西14、滴西17、滴西18這3口發現井。此后，結合鉆探結果井震結合不斷標定，完善對火山巖體的刻畫，使目標巖體逐步清晰，并優選部署評價井。
表1 石炭系火山巖巖性、巖相的地震相識別模式表
地震組
巖性
巖相
平行連續強反射
安山巖與角礫巖互層
溢流相與爆發相
亞平行弱連續
安山巖
溢流相
弱連續雜亂反射
流紋巖
溢流相
弱連續弱反射
熔結角礫巖夾安山巖
爆發相與溢流相
2.6 加強組織管理，探索適宜的鉆試工藝，加快勘探節奏
    在滴南凸起石炭系火山巖勘探中，存在以下4個方面的工程難點：
    1) 縱向壓力變化大，合理井身結構確定困難。縱向上存在3個壓力系統：①白堊系和侏羅系為低壓異常到常壓壓力系統，壓力系數介于0.8～1.0；②三疊系和二疊系為高壓異常壓力系統，壓力系數為1.2～1.35；③石炭系也為高壓異常壓力系統，但壓力系數介于1.1～1.28，普遍低于三疊系和二疊系。
    2) 淺層成巖性差、深層裂縫發育，井漏嚴重。白堊系和侏羅系存在易漏井段，三疊系和二疊系存在易垮井段。井漏現象在第一輪井(主要為預探井)的鉆進過程中普遍發生。
    3) 機械鉆速低，鉆頭選型困難，提速難。
    4) 壓裂液濾失嚴重，儲層改造難度大。
為了克服以上工程難題，加快勘探節奏，首先從組織管理上采取了以下措施：①強化監督，做到從鉆前到開鉆、從測井到完鉆、從完井到試油的無縫銜接；②靠前指揮，即時掌握動態，通過多方聯席會議方式，做到及時決策，推動現場及時執行；③通過地質和工程結合，從鉆頭選型、防漏堵漏、中途測試和壓裂改造著手，探索適宜的鉆試工藝。
個性化鉆頭選型以提高機械鉆速(后另文詳述)，取得了陸東會戰各井區全井平均機械鉆速提高17%～40%、月速度提高17%、生產時率提高4%、單井平均節約工期25d的效果。
在防漏堵漏方面：①通過積極開展地層孔喉特征分析、常用橋堵材料性能分析等方面的機理研究，為合理防漏堵漏技術措施的制定提供科學依據；②結合實鉆地層及井漏狀況，采用微泡沫鉆井液、正電膠鉆井液、超級凝膠技術和隨鉆堵漏劑，開展綜合防漏堵漏。通過上述措施，克拉美麗氣田的滴西14、滴西17、滴西18和滴西10井區單井漏失次數、漏失量及井漏處理時間總體呈大幅下降趨勢。
中途測試在滴西14、滴西17、滴西18、滴西182井成功獲得應用。為保證求得地層產能，在測試工藝要求時間內使地層產出更多的流體，采取一次流動的工作制度，大壓差開井。采用中測程序可以比采用一般程序提前1～1.5個月的時間部署下一輪評價井。
對多裂縫儲層的壓裂改造，采用纖維加砂壓裂技術。纖維對多裂縫儲層降濾失效果明顯，同時使得進入地層的支撐劑在壓裂液破膠后均勻鋪設在水力裂縫中，提高壓裂改造效率。滴西182井采用纖維加砂壓裂，后期退液試產地面未見壓裂砂外吐，說明纖維對防砂、控砂效果明顯。
2.7 勘探開發一體化，加快產能建設步伐
   為了在2008年底前建成規模產能，滿足烏魯木齊市冬季供氣需求，新疆油田公司成立了克拉美麗氣田勘探開發聯合領導小組，統一協調、管理勘探開發一體化工作。勘探開發一體化突出“三個結合、四個統一”。三個結合是指研究、管理、施工三方在研究與實施、地質與工程、勘探與開發上的結合。四個統一是指：通過資料共享、相互印證統一地質認識，統一制定部署方案與鉆試方案，統一錄、測、試油資料錄取，統一協調鉆機隊伍和試油隊伍。
     在評價勘探的同時，2008年在滴西14井區和滴西18井區部署開發井11口，2009年又在上述兩井區部署開發井4口。
通過勘探開發一體化，克拉美麗氣田開發進展順利。2008年12月，滴西14井、滴西17井、滴西18井、滴西10井(擴大)4個氣藏全部探明(圖5)，新增天然氣探明地質儲量1 033.14×108m3，與此同時，滴西14井和滴西18井氣藏投產并向烏魯木齊供氣。
 
3 勘探成效
3.1 探明千億立方米克拉美麗氣田并投產
    2006年9月滴西14井氣藏的發現，表明了選擇滴南凸起為突破口的正確性。2007年3月和5月滴西18井氣藏和滴西17井氣藏的發現，更說明了這一點。2008年12月15日，新疆油田公司第一個千億立方米整裝氣田——克拉美麗氣田竣工投產。投產當天，該氣田探井和4口開發井日外輸天然氣水平達150×104m3，達到工程設計能力。2008年12月18日向烏魯木齊供氣；年底建成3.7×108m3產能。截至2009年6月底，已有9口開發井投產。
3.2 配套技術
    在滴南凸起石炭系火山巖油氣勘探實踐過程中，逐步形成了以下一些配套技術：①巖心刻度測井的火山巖巖性巖相識別技術；②以ECS及成像等測井新技術為支撐的火山巖物性評價技術；③井震結合的火山巖體刻畫技術；④地震疊前反演預測火山巖巖性技術；⑤個性化鉆頭設計，防漏、堵漏的火山巖鉆井工藝技術；⑥多裂縫儲層壓裂及中途測試為主導的火山巖試油工藝技術。
    這些技術不但為克拉美麗氣田的快速探明并投產奠定了基礎，同時也為其他地區的火山巖油氣勘探提供了參考。
3.3 取得的地質認識
    1) 滴南凸起晚石炭世發育2期正序列火山巖，其間發育1套沉積巖；由于后期風化剝蝕嚴重，上石炭統分布很不完整。
    2) 火山巖儲集性能受巖相、巖性及成巖后期改造作用影響明顯：中酸性火山巖原生孔隙易于保存，后期易于產生裂縫；中基性火山巖原生孔隙易于被充填，后期易于發生次生變化及溶蝕作用；風化殼附近的塊狀熔巖及火山碎屑巖，經風化淋濾作用，易形成較好的儲集體。
   3) 上石炭統與下石炭統一樣發育烴源巖且不乏高豐度烴源巖，但其分布可能較為局限，有效烴源巖可能主要分布在東道海子凹陷及周緣。
    4) 有利的火山巖巖性巖相帶、側向封堵和蓋層的配置關系是控制滴南凸起天然氣成藏的主要因素。
4 結論
    1) 市場需求是驅動新疆油田公司天然氣勘探快速發展的重要動力。
    2) 勘探領域及其突破口的正確選擇是發現克拉美麗氣田的關鍵。
    3) 對滴西5井區和滴西10井區氣藏模式的正確解剖，保證了勘探的成功率。按照石炭系頂面構造控藏的氣藏模式進行勘探，推遲了克拉美麗氣田的發現；按照石炭系火山巖巖性巖相控藏模式進行勘探，促進了克拉美麗氣田滴西14井區、滴西18井區、滴西17井區氣藏的快速發現和滴西10井區氣藏的擴大。
    4) 合理的勘探程序(本文前述基本做法所包含的7個步驟)和適宜的配套技術是克拉美麗氣田能夠快速探明并投產的保證。
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(本文作者：匡立春 呂煥通 王緒龍 楊迪生 孫中春 凌立蘇 中國石油新疆油田公司)