四川盆地致密砂巖氣藏勘探現(xiàn)狀與資源潛力評價

卞從勝，王紅軍，汪澤成，徐兆輝

(中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

1 前言

四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組是我國致密砂巖氣勘探和開發(fā)的重點層系。近5年來，須家河組天然氣儲量發(fā)現(xiàn)快速增長，截至2011年年底，累計探明天然氣地質(zhì)儲量近7 000×108m3，控制加預(yù)測儲量超過5 000×108m3，已經(jīng)形成了萬億立方米的大氣區(qū)，成為繼三疊系飛仙關(guān)組和二疊系長興組之后，四川盆地天然氣儲量增長的重要區(qū)域之一［1］?？碧阶C實，須家河組含氣范圍幾乎遍布整個盆地，不僅探明了川中地區(qū)八角場、廣安與合川等大氣田，以及川西中壩、平落壩氣田，而且在川北地區(qū)的龍崗、川西北的九龍山以及川西南的白馬廟地區(qū)，也都獲得了重要發(fā)現(xiàn)，天然氣勘探層系和范圍仍有進(jìn)一步擴(kuò)大趨勢［2，3］。

須家河組致密砂巖氣的規(guī)模開發(fā)利用已經(jīng)有近半個世紀(jì)的歷史［4～6］，早期發(fā)現(xiàn)的氣田主要位于川西龍門山前構(gòu)造發(fā)育區(qū)，以構(gòu)造和裂縫型氣藏為主，氣藏規(guī)模小，但儲量豐度高，氣層厚度較大。隨著勘探和研究的深入，近年來不斷在川中地區(qū)發(fā)現(xiàn)大氣田，如廣安、合川等氣田，探明儲量都在千億立方米以上，以構(gòu)造—巖性或巖性氣藏為主，含氣面積大，可達(dá)幾百至上千平方千米，氣柱高度低，基本在10～25 m，含水飽和度較大，一般大于40%，氣藏儲量豐度低，一般為1×108～3×108m3/km2，屬中低豐度天然氣藏［1～3］。目前已發(fā)現(xiàn)的氣田主要分布在須二、四、六段砂巖集中發(fā)育段，近期勘探又在須一、三、五段氣源灶內(nèi)部獲得了重要發(fā)現(xiàn)，可以說，須家河組致密砂巖氣具有滿盆含氣、全層系立體勘探的特點。然而，須家河氣藏尤其在川中地區(qū)具有含水飽和度高，氣藏充滿度低的特點，開發(fā)過程中產(chǎn)氣量低、產(chǎn)水量高，嚴(yán)重制約氣藏的規(guī)模有效開發(fā)進(jìn)程。針對須家河組致密砂巖氣的特點和存在的問題，對須家河組天然氣成藏特征和勘探現(xiàn)狀進(jìn)行了探討，結(jié)合該地區(qū)成藏研究的新成果對須家河組重點區(qū)域資源潛力進(jìn)行了評價，以期為須家河組致密砂巖氣下一步勘探和開發(fā)有所幫助。

2 須家河組天然氣成藏特征與勘探現(xiàn)狀

研究表明，須家河組須一、三、五段烴源巖和須二、四、六段儲層呈大面積交互分布，構(gòu)成“三明治”生儲蓋組合，為須家河組致密砂巖氣大型化成藏提供了基礎(chǔ)。須家河組天然氣藏具有含氣面積大、氣藏豐度低，“經(jīng)濟(jì)性”成藏呈“斑塊狀”分布等特點，整體成藏呈大范圍分布［4］(見圖1)。

2.1 生儲蓋組合呈大面積廣覆式交互分布

四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組發(fā)育一套含煤碎屑巖河湖相沉積，由于古地形平緩，物源充足，形成了大面積近滿盆分布的辮狀河—三角洲砂泥巖和煤系地層［7～9］(見圖1)。煤系氣源巖主要分布在須一、三、五段，以高含有機(jī)碳的煤層和炭質(zhì)泥巖為主，分布面積達(dá)8×104～12×104km2，煤和炭質(zhì)泥巖單層厚度在5～20 m，單層生氣強(qiáng)度在5×108～20×108m3/km2。砂巖儲集體主要分布在須二、四、六段砂巖集中段和須一、三、五段內(nèi)部，孔隙度基本在5%～10%，滲透率平均為0.01～0.5 mD，屬于致密砂巖儲層，其分布面積可達(dá)11×104～14×104km2，每一層的厚度基本在10～30 m。須一、三、五段氣源巖和蓋層與須二、四、六段儲集體呈大面積緊密接觸，直接接觸面積可達(dá)8×104～11×104km2，構(gòu)成了大規(guī)模間互發(fā)育的“三明治”結(jié)構(gòu)。同時，在須一、三、五段內(nèi)部發(fā)育的同期沉積砂體同樣是含氣性儲層，單段分布面積可達(dá)5 000～11 000 km2，儲層連續(xù)性較好，它與烴源巖構(gòu)成指狀交互發(fā)育特征，比須二、四、六段儲層成藏具有近水樓臺的優(yōu)勢［1］。因此，這種典型的“三明治”結(jié)構(gòu)生儲蓋組合是須家河組大范圍含氣的重要基礎(chǔ)。

圖1 四川盆地須家河組氣源巖與儲層分布圖Fig.1 Source rock and reservoir distribution in Xujiahe formation，Sichuan Basin

2.2 氣層厚度薄、含氣面積大，氣藏充滿度不高

須家河組儲層是在地形平緩的淺水湖沼環(huán)境中形成的辮狀河三角洲沉積體系，由于河道的快速遷移、歸并和疊加，導(dǎo)致沉積砂體的結(jié)構(gòu)和連續(xù)性較差，加上后期強(qiáng)烈的壓實和膠結(jié)作用，留下來的儲集體單體規(guī)模較小，側(cè)向連續(xù)性較差［10，11］，形成的氣層厚度也相對較薄，含氣儲層往往被致密砂巖或泥巖隔開，呈孤立—半孤立狀，但多層氣藏相互疊加，形成了集群式分布的氣藏群，規(guī)模非常大。如廣安氣田，單個氣層厚度 4～13 m，探明儲量面積579 km2，由40～60個氣藏群組成，探明天然氣儲量1 355×108m3。合川潼南須二氣田(見圖2)，單個氣層厚度5～15 m，探明儲量面積 1 058 km2，由40～50個氣藏群組成，探明天然氣儲量約2 300×108m3。

須家河組氣藏總體充滿度不高，特別是川中地區(qū)，受構(gòu)造影響較大，位于構(gòu)造低部位的儲層往往產(chǎn)水，而構(gòu)造高部位即便儲層物性較差，含氣性也較好。廣安須六段氣藏儲層段的物性均較好，構(gòu)造高部位的廣安2井區(qū)平均含氣飽和度可達(dá)55%，生產(chǎn)測試以純氣為主，基本不產(chǎn)水，而構(gòu)造低部位的廣安105井區(qū)平均含氣飽和度不到40%，生產(chǎn)測試氣水同產(chǎn)，且產(chǎn)氣量很低。在合川—潼南地區(qū)，須二段上部儲層物性相對較差，其孔隙度和滲透率分別為5% ～7%和0.05～0.3 mD，而含氣飽和度基本在50%以上，是該地區(qū)的主要產(chǎn)氣層。須二段下部物性較好，其孔隙度和滲透率分別為7% ～10%和0.1～0.5 mD，但含水飽和度一般在60% ～75%。這與該區(qū)須家河組氣源灶整體生氣總量不充分，天然氣優(yōu)先聚集在儲層的上部高部位有關(guān)。因此，構(gòu)造因素在川中地區(qū)天然氣成藏富集中具有重要作用(見表1)。

圖2 合川地區(qū)須二段氣藏剖面圖Fig.2 Gas reservoir section figure of Xu 2 in Hechuan gas filed

表1 四川盆地川中地區(qū)須家河組氣藏特征統(tǒng)計Table 1 Gas reservoirs characteristics statistics of Xujiahe formation，central Sichuan Basin

2.3 天然氣成藏以巖性氣藏為主，局部發(fā)育構(gòu)造氣藏

統(tǒng)計表明，須家河組氣藏以巖性和構(gòu)造—巖性復(fù)合型為主，尤其是近年來川中地區(qū)發(fā)現(xiàn)的一系列大氣田，如廣安、合川、安岳和八角場等，探明儲量可達(dá)6 300多億m3。廣安氣田須六氣藏，是一個構(gòu)造與儲層物性共同控制下的構(gòu)造—巖性氣藏，而須四氣藏是一個斜坡背景下的巖性氣藏，合川—潼南須二氣藏也是低幅構(gòu)造背景下的巖性氣藏。這一類氣藏的共同特征是構(gòu)造平緩，地層傾角基本在1°～3°，含氣面積大，可達(dá)數(shù)百至數(shù)千平方千米，氣層厚度薄，一般單層5～15 m，氣水分異較差，含氣飽和度普遍較低，一般為45% ～65%，單井產(chǎn)水較多，以常壓和異常高壓為主，氣藏分隔性強(qiáng)。這些現(xiàn)象表明須家河組低孔滲天然氣藏含氣面積大，但氣水分異較差，具有大范圍斑塊狀成藏的特征，規(guī)模開發(fā)的難度相對較大。

另一方面，在川西北和川西南地區(qū)靠近龍門山造山帶地區(qū)，也發(fā)現(xiàn)了一些背斜或斷層型構(gòu)造氣藏，這些氣藏大多數(shù)發(fā)現(xiàn)較早，勘探難度相對較低，所占儲量比例也很低，探明儲量總計近500×108m3，但是這些氣藏的技術(shù)可采儲量較高，近400×108m3。如中壩須二氣藏，是一個典型的背斜型氣藏，邛西須二氣藏，是一個斷塊型氣藏。這些氣藏通常表現(xiàn)為含氣面積小，一般在十幾到幾十平方千米，氣水界面清楚，裂縫較發(fā)育，單井產(chǎn)氣量較高，以常壓為主。由于這些氣藏發(fā)育地區(qū)烴源巖厚度大，煤層和炭質(zhì)泥巖厚度在20～30 m，氣源充足，氣藏豐度較高，規(guī)模開發(fā)的經(jīng)濟(jì)性好。

2.4 天然氣以近源成藏為主，成藏豐度受本地氣源灶控制

四川盆地須家河組天然氣主要為成熟—高成熟的煤成氣，氣藏中烴類氣體含量為96% ～99%，不含硫化氫氣體，與其下部的海相天然氣和上部的侏羅系天然氣區(qū)別明顯，地化特征表明屬于須家河組自生自儲的天然氣［12，13］。

前已述及，須家河組儲層致密且非均質(zhì)性強(qiáng)，地層構(gòu)造平緩，使得氣源灶生成的天然氣以短距離的垂向運(yùn)移聚集為主，難以發(fā)生大規(guī)模的側(cè)向運(yùn)移聚集。首先，川西凹陷和川中地區(qū)天然氣特征差異明顯，川西中壩和平落壩須二氣藏甲烷含量高，干燥系數(shù)0.95～0.97，甲烷碳同位素 －33‰ ～ －36 ‰，反映天然氣成熟度高，與該地區(qū)氣源灶演化程度高相對應(yīng)。而廣大川中地區(qū)天然氣藏的甲烷含量相對要低一些，干燥系數(shù)在 0.86～0.93，甲烷碳同位素－38‰～－42‰，反映天然氣成熟度較低，同樣與該地區(qū)氣源灶演化程度低相對應(yīng)。說明川西凹陷的天然氣沒有發(fā)生大規(guī)模的側(cè)向運(yùn)移進(jìn)入川中地區(qū)的儲層。

另一方面，川中地區(qū)的天然氣也是以近源聚集為主，在不同地區(qū)和不同層段，天然氣地化特征差異明顯。如合川與潼南兩個地區(qū)的須二段氣藏，合川地區(qū)天然氣甲烷含量較潼南地區(qū)高4%，而乙烷含量低3%，合川地區(qū)甲乙烷碳同位素較潼南地區(qū)重0.3‰～0.4‰，表明氣源差異明顯。并且，在同一套含氣層系中，在儲層物性大體相當(dāng)?shù)那闆r下，含氣飽和度差異較大，測試產(chǎn)量和地層壓力等參數(shù)也不相同，如潼南須二氣藏(見圖3)，剖面中根據(jù)氣層壓力的變化分為4個獨(dú)立的氣藏單元，各個氣藏的含氣飽和度從35%至60%以上變化不等，測試產(chǎn)量也在產(chǎn)水46 m3/d到產(chǎn)純氣4.1×104m3/d之間變化。仔細(xì)研究后發(fā)現(xiàn)，各個氣藏單元的含氣飽和度與其內(nèi)部或下伏的煤層和炭質(zhì)泥巖分布有關(guān)，當(dāng)其下伏的煤層與炭質(zhì)泥巖厚度較大的時候，上部儲層的含氣飽和度就大，產(chǎn)氣量高，如潼南104、108井，含氣飽和度基本大于50%，測試產(chǎn)氣1.9×104～4.1×104m3/d;而與其相鄰的潼南103井，儲層物性同樣較好，但是由于其下伏氣源巖薄，測試以產(chǎn)水為主，說明該含氣層系內(nèi)部各氣藏與其內(nèi)部或下伏的源巖構(gòu)成了相對獨(dú)立的成藏組合，具有近源聚集成藏的特點。

圖3 潼南地區(qū)須二段近東西向氣藏剖面圖Fig.3 Gas reservoir section figure of Xu 2 from east to west in Tongnan gas filed

2.5 “甜點富集區(qū)”控制經(jīng)濟(jì)性資源的分布，是目前勘探開發(fā)的重點

須家河組氣田的開發(fā)實踐表明存在一類“甜點富集區(qū)”，這些區(qū)域由于原始沉積和后期成巖改造，使得儲層物性相對較好，含氣飽和度相對較高，開發(fā)井產(chǎn)氣性好，不產(chǎn)水或者產(chǎn)水量較低，是經(jīng)濟(jì)性資源分布的地區(qū)，多呈不連續(xù)性分布，是中低豐度天然氣藏群產(chǎn)能建設(shè)的主要貢獻(xiàn)者，也是現(xiàn)階段對這類儲量開發(fā)的重點。

廣安須六氣田的廣安2井區(qū)，屬于“甜點富集區(qū)”，儲層平均孔隙度達(dá)10% ～12%，滲透率在0.5～1.3 mD，含氣飽和度達(dá)55%以上，儲量豐度在5.19 ×108m3/km2，初始產(chǎn)量可達(dá)32.2 ×104m3/d，是該氣田的主要經(jīng)濟(jì)性資源分布區(qū);而該井區(qū)之外的廣安101井區(qū)，孔隙度在6% ～10%，滲透率為0.06～0.8 mD，含氣飽和度在40%以下，儲量豐度只有1×108～3×108m3/km2，初始產(chǎn)量只有2×104～3×104m3/d，且后期產(chǎn)水量顯著增加。合川—潼南須二氣田的合川1井區(qū)構(gòu)造發(fā)育，儲量豐度較高，達(dá) 3.8×108m3/km2，日產(chǎn)氣無阻流量達(dá)26×106m3，氣藏開發(fā)過程中產(chǎn)水較少;而合川西南部和潼南氣田由于構(gòu)造不發(fā)育，儲量豐度較低，僅為2.2×108m3/km2，氣水分異差，開發(fā)動用難度較大，日產(chǎn)氣無阻流量只有3.7×106～7.5×106m3。因此，“甜點富集區(qū)”是須家河組目前天然氣勘探和開發(fā)的主要貢獻(xiàn)者。

3 須家河組天然氣資源潛力與勘探發(fā)展方向

四川盆地須家河組天然氣成藏范圍大，資源分布廣，可供勘探面積可達(dá)16×104km2。據(jù)最新資源評價結(jié)果認(rèn)為須家河組資源量可達(dá) 6.1×1012m3［14］，而目前的資源探明率僅12%，剩余資源潛力巨大。與國內(nèi)東部等成熟勘探盆地相比，須家河組天然氣的勘探和開發(fā)程度都很低，目前勘探主要集中在川中中部和川西北部地區(qū)，勘探層系以須二、四、六段為主，對于廣大的川中—川西過渡帶以及須一、三、五段源內(nèi)天然氣的勘探程度很低，而這些區(qū)域氣源灶條件較其他地區(qū)更好，只要能找到規(guī)模儲集體和有利圈閉，獲得重大突破的幾率很高。近期在川中西部的蓬萊地區(qū)須二段和川西北地區(qū)須三段的勘探都獲得了重要發(fā)現(xiàn)，表明須家河組下一步的勘探前景十分廣闊。

3.1 須家河組天然氣成藏潛力與分布

須家河組天然氣成藏研究表明，有利富集區(qū)的分布主要受氣源灶、儲集體、構(gòu)造高部位和裂縫發(fā)育4要素的控制，經(jīng)濟(jì)性成藏呈斑塊狀分布，氣藏連續(xù)性較差，因此，優(yōu)質(zhì)氣源灶和高孔滲儲集體的疊置發(fā)育帶是天然氣富集的主要地區(qū)。在須二、四、六段，儲集體集中發(fā)育，同時與氣源灶緊密交互接觸，成藏潛力大。川中地區(qū)是這些層段儲集體發(fā)育最好的地區(qū)，不僅厚度大，而且物性好，構(gòu)造也發(fā)育，目前已發(fā)現(xiàn)儲量的80%以上集中在這一地區(qū)，是目前須家河組勘探和開發(fā)的重點。但是由于氣源巖厚度相對較薄，供氣不夠充分，導(dǎo)致氣藏含水量大，規(guī)模開發(fā)難度較大。在川中西部地區(qū)，氣源巖厚度和生氣強(qiáng)度增大(見圖1)，氣源條件相對充分，同時該地區(qū)地層埋藏深度適中，儲集體物性保持較好，蓬萊地區(qū)多口井顯示這一地區(qū)裂縫發(fā)育，因此，成藏潛力非常大，應(yīng)該是須家河組下一步勘探重點區(qū)域。

另一方面，近期的研究和勘探證實，須家河組須一、三、五段源內(nèi)具有天然氣成藏的有利條件，特別是最近幾年，多口井鉆遇須一、三、五段時獲得了工業(yè)氣流，很多井有明顯的氣測顯示、井噴和井漏現(xiàn)象(見表2)。截至2009年，各類鉆遇須家河組須一、三、五段的出氣井已達(dá)38口，主要分布在川西北、川西南和川中西部地區(qū)。如西充1井在須一段試氣獲近1×104m3/d，劍門1井在須三段試氣獲近9×104m3/d，磨溪?dú)馓锬?19井在須五段測試獲近30×104m3/d的高產(chǎn)氣流。同時，在劍門和九龍山區(qū)塊須三段獲得了天然氣地質(zhì)儲量，控制與預(yù)測儲量超過了1 000×108m3，這揭示了須家河組須一、三、五段源內(nèi)天然氣成藏潛力巨大，成為該地區(qū)新的接替領(lǐng)域。

表2 須家河組須一、三、五段出氣井統(tǒng)計表Table 2 Gas wells statistics of Xu 1，Xu 3 and Xu 5 formation

3.2 須家河組重點區(qū)域資源潛力評價

根據(jù)須家河組天然氣成藏主控因素的特征與分布，通過盆地模擬的方法，利用最新的勘探和研究成果，開展了須家河組重點潛力區(qū)的區(qū)帶綜合評價，為須家河組天然氣勘探和研究提供參考。從須家河組天然氣的成藏特征分析，評價立足氣源灶，根據(jù)每一層段烴源巖埋藏期熱成熟生氣和抬升期煤系解吸氣供氣強(qiáng)度以及構(gòu)造格局劃分供氣單元，作為評價的基本單元，然后疊加儲集體厚度和物性參數(shù)，并結(jié)合其他各項石油地質(zhì)條件進(jìn)行綜合評比。該次評價共優(yōu)選10個資源潛力較大的區(qū)帶，有利勘探面積達(dá)6.5×104km2，資源潛力在4×1012～5×1012m3。其中一類區(qū)的面積為3.6×104km2，主要分布在廣安—合川、金華—蓬溪以及劍閣—柘壩場地區(qū)，資源潛力2.5×1012～3×1012m3;二類區(qū)面積為2.9×104km2，主要分布在龍崗—營山、雅安—成都地區(qū)，資源潛力2×1012～2.5×1012m3(見圖4)。下面以兩個典型有利區(qū)帶為例對資源潛力進(jìn)行分析。

3.2.1 金華—蓬溪須二區(qū)帶

該區(qū)位于川中—川西過渡帶，屬于前陸斜坡區(qū)，有利面積為2.46×104km2。該區(qū)氣源灶煤和炭質(zhì)泥巖的總厚度為10～20 m，須一段生氣強(qiáng)度在8×108～10×108m3/km2，須三段生氣強(qiáng)度在 15 ×108～30×108m3/km2，該區(qū)總供氣量可達(dá) 6.72 ×1012m3，氣源條件非常充足。該區(qū)須二段儲層沉積相為川西北和川東南兩大物源水系交匯部位，水下分流河道非常發(fā)育，儲層單層厚2～8 m，累計厚度20～30 m，孔隙度可達(dá)6% ～10%。同時，蓬萊地區(qū)鉆井揭示儲層裂縫較發(fā)育，有利于氣井的高產(chǎn)，如蓬萊4井和蓬萊11井在該段分別獲得了45.2×104m3和15.4 ×104m3的高產(chǎn)氣流，氣藏壓力系數(shù)在1.3～1.6，有利于天然氣的保存，評價出資源潛力在3 000×108～5 000×108m3，目前已發(fā)現(xiàn)蓬萊氣田，預(yù)測儲量近1 600×108m3，是目前勘探的重點目標(biāo)區(qū)。

圖4 四川盆地須家河組天然氣成藏有利區(qū)帶綜合評價圖Fig.4 Comprehensive evaluation of gas accumulation potential regions of Xujiahe formation，Sichuan Basin

3.2.2 劍閣—九龍山須三區(qū)帶

該區(qū)位于川西北地區(qū)，鄰近龍門山和九龍山造山帶，構(gòu)造發(fā)育，儲層埋藏相對較深，在3 500～4 500 m，有利面積1.64×104km2。該區(qū)須三段氣源灶供氣強(qiáng)度平均在10×108～20×108m3/km2，氣源充足。該區(qū)須三段發(fā)育三角洲分流河道沉積，砂巖厚度為30～60 m，延伸規(guī)模在20 km以上，連續(xù)性好，儲層單層厚度在3～10 m，孔隙度平均為3% ～6%，物性較差，但井下裂縫非常發(fā)育，有利于源內(nèi)天然氣的直接充注和富集成藏，多口氣井在該地區(qū)獲得高產(chǎn)，如劍門102井須三段獲得了101×104m3的工業(yè)氣流，氣藏壓力系數(shù)在 1.7 ～2.0，超壓強(qiáng)度大，氣藏能量高，評價資源潛力在2 500×108～4 000×108m3，目前該區(qū)已提交控制、預(yù)測儲量約1 200×108m3，資源潛力大。由于氣藏壓力大，目前基本不含邊底水，開發(fā)效果要比川中其他地區(qū)偏好。

4 結(jié)語

四川盆地須家河組天然氣勘探正在如火如荼地進(jìn)行，已經(jīng)成為我國最重要的致密砂巖氣勘探開發(fā)基地之一。須家河組天然氣成藏具有源儲大面積廣覆式發(fā)育的條件，以近源成藏為主，成藏豐度受本地氣源灶質(zhì)量的控制。氣源灶供氣不充分是川中地區(qū)須二、四、六段氣藏含水飽和度高和充滿度低的主要原因，甜點富集區(qū)是目前天然氣開發(fā)產(chǎn)量穩(wěn)定的重點區(qū)域。下一步勘探應(yīng)向氣源灶更加發(fā)育的川中以西方向推近，川中—川西過渡帶的金華—蓬溪地區(qū)須二段和須四段、川西北劍閣—柘壩場地區(qū)須三段氣源灶發(fā)育，生氣強(qiáng)度大，有利儲集體和裂縫較發(fā)育，綜合評價資源潛力在2.5×1012～3 ×1012m3，是重要的成藏潛力區(qū)，尤其是劍閣地區(qū)須三段源內(nèi)成藏是須家河組天然氣勘探的重要新領(lǐng)域，目前已獲得良好的儲量發(fā)現(xiàn)和多口高產(chǎn)氣流井，將成為下一步致密氣勘探的重點區(qū)域。

［1］趙文智，卞從勝，徐春春，等.四川盆地須家河組須一、三和五段天然氣源內(nèi)成藏潛力與有利區(qū)評價［J］.石油勘探與開發(fā)，2011，38(4):385 －393.

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