勘探分公司攻克關(guān)鍵核心技術(shù)開啟油氣“大糧倉”

□ 文/ 圖 本刊記者 賀 彥

勘探分公司深耕頁巖氣領(lǐng)域12 年，累計(jì)提交頁巖氣儲(chǔ)量超萬億立方米，其中，探明儲(chǔ)量7926.41億立方米、預(yù)測儲(chǔ)量2435.63億立方米。從白手起家到碩果累累，勘探分公司以滿足油氣核心需求為己任，集中資源攻克頁巖氣勘探開發(fā)關(guān)鍵核心技術(shù)，先后在涪陵、綦江、元壩、道真等地區(qū)取得海相中淺層、深層頁巖氣、陸相頁巖油氣及盆外殘留向斜常壓頁巖氣等多個(gè)領(lǐng)域的勘探重大突破及商業(yè)發(fā)現(xiàn)，為提升能源供給質(zhì)量和自我保障能力作出了積極貢獻(xiàn)。1月25日，勘探分公司頁巖氣勘探再結(jié)碩果—部署在重慶綦江區(qū)趕水鎮(zhèn)的重點(diǎn)探井丁頁7井，在4400米深的龍馬溪組頁巖層喜獲日產(chǎn)42.8萬立方米高產(chǎn)氣流，標(biāo)志著川東南深層頁巖氣勘探攻關(guān)取得重大進(jìn)展。

一場騙局？

進(jìn)入新世紀(jì)以來，北美頁巖氣蓬勃發(fā)展，但到2011 年，我國先后實(shí)施了120 余口頁巖氣勘探井，效果均不理想，業(yè)內(nèi)一度出現(xiàn)“頁巖氣是一場騙局”的悲觀論調(diào)。

頁巖堪稱“最復(fù)雜的巖石”：它是由粒徑小于0.0625毫米的顆粒碎屑、黏土、有機(jī)質(zhì)等組成的，孔隙度僅為4%，孔隙直徑僅為0.01～0.1微米，比新冠病毒0.1微米的直徑還小，頁巖氣就藏匿于這些納米級(jí)孔隙中。

北美地臺(tái)是一個(gè)完整的大盤子，而四川盆地年代老，經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊加改造，像一個(gè)摔碎的大盤子，頁巖氣散落在錯(cuò)綜復(fù)雜的“迷宮”中，令諸多國際公司折戟于此。

勘探分公司科研骨干研究分析涪陵頁巖氣田發(fā)現(xiàn)成功的關(guān)鍵因素。

因此，想要實(shí)現(xiàn)中國的頁巖氣勘探突破，決不能照搬北美經(jīng)驗(yàn)，必須具體問題具體分析。2009年，勘探分公司相繼成立了頁巖氣項(xiàng)目管理部、勘探研究院頁巖氣勘探研究室，正式踏上頁巖氣攻關(guān)之旅。

四川盆地是中國頁巖氣資源最豐沛的盆地之一，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)按照“立足盆內(nèi)、突破周緣、準(zhǔn)備外圍”的思路，以四川盆地及周緣為重點(diǎn)，精耕細(xì)作。

他們一邊調(diào)研國外頁巖氣成功經(jīng)驗(yàn)，一邊系統(tǒng)復(fù)查40余口井的老井資料、6500多千米老二維地震、25條露頭剖面、10萬余個(gè)分析測試數(shù)據(jù)，實(shí)測60條近3萬米頁巖露頭剖面，剖析3口頁巖氣淺井，開展1萬多項(xiàng)次分析測試研究。

轉(zhuǎn)向海相

在復(fù)查元壩氣田常規(guī)老井時(shí)，科研人員發(fā)現(xiàn)，川東北地區(qū)湖相地層侏羅系大安寨段有較好的泥頁巖，雖然都獲得頁巖氣流，但湖相泥頁巖有機(jī)質(zhì)豐度相對(duì)低、相帶變化快、非均質(zhì)性強(qiáng)，氣井產(chǎn)量低，難以實(shí)現(xiàn)商業(yè)開發(fā)。

湖相頁巖氣勘探失利沒有阻擋住科研人員的步伐。他們開展了“勘探南方探區(qū)頁巖氣選區(qū)及目標(biāo)評(píng)價(jià)”項(xiàng)目攻關(guān)，初步查明了元壩和涪陵地區(qū)陸相和海相頁巖氣的主控因素，提出了總有機(jī)碳（TOC）保存條件是四川盆地周緣下古生界頁巖氣成藏的主控因素等新觀點(diǎn)。

在這一觀點(diǎn)啟發(fā)下，勘探分公司轉(zhuǎn)變思維，將主攻目標(biāo)由陸相調(diào)整為海相。

攻關(guān)團(tuán)隊(duì)依托“上揚(yáng)子及滇黔桂區(qū)頁巖氣資源調(diào)查評(píng)價(jià)與選區(qū)”等4個(gè)國家及中國石化重大科研項(xiàng)目，厘定頁巖厚度、有機(jī)碳含量、脆性指數(shù)等18項(xiàng)參數(shù)，創(chuàng)新構(gòu)建了選區(qū)評(píng)價(jià)體系，評(píng)價(jià)五峰組-龍馬溪組下部是頁巖氣有利層段，優(yōu)選了涪陵焦石壩等28個(gè)有利區(qū)。

二元富集

2011年盛夏，勘探分公司論證部署了第一口海相頁巖氣參數(shù)井焦頁1HF井。

2012年11月28日，焦頁1HF井試獲日產(chǎn)20.3萬立方米不含硫化氫的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)頁巖氣流?！俺了瘮?shù)億年，一醒驚天下”，這口井為當(dāng)時(shí)低迷的頁巖氣勘探帶來了生氣，成為中國頁巖氣勘探開發(fā)的里程碑。

因榨菜出名的涪陵，又因頁巖氣而備受世界矚目，這里誕生了除北美地區(qū)外全球首個(gè)千億立方米級(jí)儲(chǔ)量規(guī)模的頁巖氣田，相當(dāng)于一個(gè)億噸級(jí)油田。

相較于北美簡單的“大盤”，在四川盆地這個(gè)“碎盤”，富集和保存條件都極其復(fù)雜。攻關(guān)團(tuán)隊(duì)精細(xì)解剖焦頁1HF井，開展古地理地貌恢復(fù)，重塑了頁巖氣生成、滯留、散失過程，建立了頁巖氣保存模型和五種頁巖氣逸散破壞模型，進(jìn)一步揭示了保存條件對(duì)頁巖氣富集的控制作用，首次提出“二元富集”理論，即深水陸棚優(yōu)質(zhì)泥頁巖發(fā)育是頁巖氣“成烴控儲(chǔ)”的基礎(chǔ)，而良好的保存條件是頁巖氣“成藏控產(chǎn)”的關(guān)鍵。

作為該理論的主要構(gòu)建者之一，該公司總地質(zhì)師魏志紅說，“二元富集”理論指導(dǎo)頁巖氣勘探從焦石壩主體走向外圍，從淺層走向中淺層、深層，以及外圍構(gòu)造復(fù)雜區(qū)，不斷擴(kuò)容頁巖氣“大糧倉”。

挺進(jìn)深層

2012年底，集團(tuán)公司在成都召開頁巖氣推進(jìn)會(huì)，會(huì)后幾位頁巖氣專家商量，讓隆盛1井（后來的丁頁2HF井）加深一下，取下芯，說不定能實(shí)現(xiàn)盆地周緣的突破。

加深鉆探的建議，源于攻關(guān)團(tuán)隊(duì)的精細(xì)研究?？蒲腥藛T發(fā)現(xiàn)，丁山地區(qū)實(shí)際上位于深水陸棚沉積相帶，于是大膽提出在常規(guī)井的基礎(chǔ)上加深鉆探丁頁2HF井的建議，一旦突破，將解放川東南1000多平方千米的區(qū)帶。

果不其然，丁頁2HF井加深后，鉆遇61米厚的優(yōu)質(zhì)泥頁巖。但在“臨門一腳”壓裂時(shí)，卻遭遇了“步步驚心”。

該井是當(dāng)時(shí)國內(nèi)最深的頁巖氣探井，垂深超過4400米，地層溫度高達(dá)146攝氏度、壓力近140兆帕，而當(dāng)時(shí)國內(nèi)外測井工具最高抗壓僅105 兆帕。

壓裂第一段，僅上了不到兩立方米砂就“堵死”了，現(xiàn)場人員全蒙了。

沒有任何經(jīng)驗(yàn)可借鑒，對(duì)加砂造縫情況完全不了解，實(shí)際與預(yù)測差距大，只能摸著石頭過河。好不容易結(jié)束第二段施工，本該上“射孔聯(lián)作”了，可合作的外國公司（全球最大的油服公司之一）卻因該井壓力太高、施工沒有把握，不干了。

那時(shí)，橋塞射孔聯(lián)作工藝被幾家國際大公司壟斷，屬于“卡脖子”技術(shù)。不得已，中原測井隊(duì)伍來到現(xiàn)場，開啟了“步步驚心”的泵送橋塞作業(yè)。

經(jīng)過“九九八十一難”，最終，他們攻克了“電纜射孔泵送橋塞分段壓裂聯(lián)作工藝”這個(gè)世界級(jí)難題，9次下井都做到了100%順利，創(chuàng)造了“應(yīng)用一項(xiàng)新技術(shù)、實(shí)現(xiàn)三個(gè)首次、刷新四項(xiàng)紀(jì)錄”的佳績，打破了國外公司技術(shù)壟斷。

2013年12月，丁頁2HF井試獲日產(chǎn)頁巖氣10.5萬立方米，實(shí)現(xiàn)深層頁巖氣突破。

2019年，四川盆地首口埋深大于4200米的頁巖氣井東頁深1井，試獲日產(chǎn)超31萬立方米高產(chǎn)頁巖氣流，令國內(nèi)外同行眼前一亮。

該井的突破，基本落實(shí)東溪—丁山地區(qū)5000米以淺有利區(qū)塊面積700多平方千米、地質(zhì)資源量5300多億立方米，有力推動(dòng)了中國石化川東南探區(qū)超2萬億立方米深層頁巖氣的勘探開發(fā)。

突破常壓

貴州遵義道真縣，以漢代名儒尹珍之字道真為名。真頁1HF井的突破，讓這個(gè)縣城多了一張“名片”，先賢不會(huì)想到，這里竟然是頁巖氣的聚寶盆。

相對(duì)于盆內(nèi)高壓區(qū)，盆緣常壓頁巖氣地質(zhì)條件更復(fù)雜。如何優(yōu)選常壓頁巖氣中的“高壓甜點(diǎn)”，是當(dāng)時(shí)的世界性難題。

攻關(guān)團(tuán)隊(duì)依據(jù)“二元富集”理論，按照“點(diǎn)線面”思路，先敲定“點(diǎn)”上的地質(zhì)信息，再尋找“線”上差異及演化特征，最后“面”上總結(jié)規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了20～30米厚的優(yōu)質(zhì)頁巖層。

經(jīng)過大量研究，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)最終成功降伏了“五峰組底界構(gòu)造圖必須準(zhǔn)確精細(xì)、最大主應(yīng)力方向必須準(zhǔn)確、距靶點(diǎn)西側(cè)最近一條大斷裂的距離必須準(zhǔn)確”三只“攔路虎”，找到了甜點(diǎn)。

2020年2月19日，真頁1HF井試獲日產(chǎn)5萬多立方米氣流，取得了盆地外圍復(fù)雜構(gòu)造區(qū)常壓頁巖氣勘探新突破。

重返陸相

近幾年，四川盆地及周緣地區(qū)海相頁巖氣勘探開發(fā)如火如荼，但海相中淺層有利目標(biāo)儲(chǔ)備不足。為尋找新的“大糧倉”，勘探分公司樹立“勘探無禁區(qū)”理念，重啟陸相頁巖氣研究。

早在2017 年，勘探分公司就未雨綢繆，在突破深層頁巖氣的同時(shí)，組建陸相頁巖氣攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，依托“四川盆地侏羅系頁巖氣整體評(píng)價(jià)與目標(biāo)優(yōu)選”項(xiàng)目，開展老井復(fù)查及選區(qū)工作。

越難走的路，機(jī)會(huì)也會(huì)更多。攻關(guān)團(tuán)隊(duì)重新梳理四川盆地侏羅系20 多口取芯井及元壩90 余口過路井的資料，運(yùn)用多種手段開展定性分析和定量研究，剖析陸相頁巖油氣富集高產(chǎn)的主控因素，尋找油氣“糧倉”，鎖定甜點(diǎn)目標(biāo)。

最終，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)明確半深湖優(yōu)質(zhì)頁巖是物質(zhì)基礎(chǔ)，保存好、地層超壓是成藏保障，微裂縫發(fā)育是高產(chǎn)關(guān)鍵，為涪頁10井、泰頁1井及元頁3井等一批重點(diǎn)井的部署提供了支撐。

為了暢通頁巖氣逸出通道，他們敢想、敢試、敢干，探索形成了湖相深層“超密切割、高強(qiáng)度加砂、暫堵轉(zhuǎn)向、均衡壓裂”高效壓裂關(guān)鍵技術(shù)。

2021年，泰頁1井在涪陵北部復(fù)興地區(qū)涼高山組試獲日產(chǎn)油9.8立方米、氣7.5萬立方米；元頁3井在元壩地區(qū)千佛崖組測試獲日產(chǎn)油15.6立方米、氣1.18萬立方米，實(shí)現(xiàn)了陸相頁巖油氣勘探重大突破。

如今，從海相到陸相，從中淺層到深層、超深層，從盆內(nèi)到盆外，勘探分公司掌握的金鑰匙越來越多，未來，更深更隱蔽的頁巖氣也將被一一揭開神秘面紗。