徐長貴 朱光輝 季洪泉 祝彥賀 孫強(qiáng)

（1 中國海洋石油集團(tuán)有限公司；2 中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司；3 中海油研究總院有限責(zé)任公司 ）

0 引言

中國海洋石油集團(tuán)有限公司（簡稱中國海油）緊密圍繞國家高質(zhì)量發(fā)展和“雙碳”目標(biāo)的能源戰(zhàn)略需求，長期致力于天然氣領(lǐng)域的發(fā)展和突破。2012 年，中國海油通過收購中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司首次登陸并開始國內(nèi)非常規(guī)天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展，區(qū)塊總面積約為9500km2，主要在沁水盆地開展中淺層煤層氣勘探開發(fā)，在鄂爾多斯盆地東部開展致密氣勘探和開發(fā)，經(jīng)過多年實(shí)踐，逐步在非常規(guī)天然氣的勘探開發(fā)上取得巨大進(jìn)步，在2012 年1500×108m3探明地質(zhì)儲量的基礎(chǔ)上，通過加大致密氣勘探投入和技術(shù)研發(fā)，強(qiáng)化沁水盆地煤層氣滾動挖潛，2019 年發(fā)現(xiàn)了臨興千億立方米致密氣田，非常規(guī)天然氣儲量呈現(xiàn)明顯增長，2020 年底已累計探明地質(zhì)儲量達(dá)到4000×108m3，探明儲量年增長率保持在15%。近幾年，隨著儲量、產(chǎn)量的快速增長和對區(qū)塊內(nèi)資源品質(zhì)的深化認(rèn)識，特別是基于全油氣系統(tǒng)理論的指導(dǎo)[1]，充分認(rèn)識到鄂爾多斯盆地東部煤系地層中“煤源多儲”的成藏特征，評價認(rèn)為現(xiàn)有探礦權(quán)內(nèi)上古生界致密氣、煤層氣、鋁土巖氣和下古生界奧陶系常規(guī)天然氣等資源總量巨大，可達(dá)30000×108m3，能夠?qū)崿F(xiàn)儲量的跨越式增加。通過深入的思考，中國海油于2021 年初適時提出建設(shè)陸上萬億立方米天然氣增儲的勘探發(fā)展戰(zhàn)略，即陸上萬億立方米大氣區(qū)建設(shè)規(guī)劃，并全力開展地質(zhì)規(guī)律的深化認(rèn)識和關(guān)鍵技術(shù)的試驗(yàn)攻關(guān)和推廣，天然氣探明地質(zhì)儲量3 年內(nèi)快速增長至7500×108m3，這一戰(zhàn)略規(guī)劃對中國海油的天然氣產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展起著舉足輕重的作用。

本文通過鄂爾多斯盆地東部和沁水盆地煤系地層烴源巖類型與古生界儲層類別分析，研究不同成藏組合成藏規(guī)律和模式，提出了實(shí)現(xiàn)這一勘探戰(zhàn)略構(gòu)想的三大現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域、三大潛在領(lǐng)域及其對應(yīng)的技術(shù)方案。三大現(xiàn)實(shí)增儲領(lǐng)域是致密氣、中淺層煤層氣（單層厚度大于2m 且埋深小于1500m）和深層煤層氣（單層厚度大于2m 且埋深大于1500m），三大潛在增儲領(lǐng)域是薄層煤層氣（單層厚度小于2m）、奧陶系常規(guī)天然氣和鋁土巖氣。

1 中國海油陸上天然氣勘探開發(fā)概況

2012 年以來，中國海油陸上非常規(guī)天然氣勘探開發(fā)穩(wěn)步推進(jìn)，相繼開展了臨興8-9 井區(qū)、臨興4井區(qū)等一批勘探開發(fā)一體化區(qū)建設(shè)和神府解家堡建產(chǎn)示范區(qū)的配套工藝試驗(yàn)，獲得了多項(xiàng)勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)的突破，創(chuàng)新建立了致密氣、中淺層煤層氣、深層煤層氣的勘探開發(fā)一體化和地質(zhì)工程一體化技術(shù)體系，并予以推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了中國海油陸上非常規(guī)天然氣儲量和產(chǎn)量的快速增長，中國海油非常規(guī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展逐步走向快車道（圖1）。

1.1 陸上區(qū)塊基本油氣地質(zhì)特征

中國海油陸上區(qū)塊主要分布在鄂爾多斯盆地東部和沁水盆地南部、北部（圖2）。其中鄂爾多斯盆地東部區(qū)塊面積約為4500km2，橫跨伊陜斜坡和晉西撓褶帶，自西向東構(gòu)造逐漸抬升，局部地區(qū)地層出露。區(qū)塊內(nèi)自下而上發(fā)育奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系及以上地層，沉積了一套局限海臺地到濱淺海沉積再到海陸過渡相三角洲沉積，最后演化為陸相河流沉積的地層（圖3）。奧陶系局限海臺地主要發(fā)育膏鹽巖、白云巖和石灰?guī)r，白云巖局部發(fā)育有效儲層，形成構(gòu)造—巖性氣藏、巖性氣藏。奧陶系頂面為不整合面，與石炭系本溪組直接接觸，本溪組底部發(fā)育了一套薄層山西式鋁土巖，其形成于炎熱潮濕、貧氧—還原、海陸交替的潮坪—潟湖淺水環(huán)境，局部地區(qū)鉆井見氣測異常。本溪組、太原組和山西組發(fā)育大量煤層，是鄂爾多斯盆地東部區(qū)塊主要的烴源巖，最大累計厚度超過30m，最厚的煤層是太原組底部的8+9 號煤層，埋深超過1500m，區(qū)塊內(nèi)煤層氣資源量近14000×108m3。本溪組及以上地層發(fā)育大量海相和三角洲相、河流相砂巖，普遍致密，局部物性好，形成致密氣藏，資源量約為8000×108m3。其他新領(lǐng)域包括奧陶系碳酸鹽巖常規(guī)天然氣、鋁土巖氣等，資源潛力有待進(jìn)一步明確，初步估算資源量約為3000×108m3。整體來看，鄂爾多斯盆地東部區(qū)塊多種天然氣合計資源量約為25000×108m3。

圖3 鄂爾多斯盆地地層綜合柱狀圖Fig.3 Comprehensive stratigraphic column in Ordos Basin

沁水盆地是經(jīng)受強(qiáng)烈擠壓作用形成的大型復(fù)式向斜，軸向整體呈北北東向，次級褶皺和斷裂發(fā)育。中國海油區(qū)塊面積約為5000km2，主要位于盆地北部軸端和東南部復(fù)式向斜的東翼。研究區(qū)內(nèi)自下而上發(fā)育奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系及以上地層，沉積環(huán)境由陸表海過渡為海陸過渡相三角洲，再到大型河流—湖泊陸相沉積。上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)發(fā)育障壁海岸、三角洲等含煤沉積體系，山西組3 號煤層和太原組15 號煤層厚度大、分布穩(wěn)定，是煤層氣主要勘探層和開發(fā)層（圖4）。3 號煤層和15 號煤層之間發(fā)育5～14 號煤層，厚度薄、分布不穩(wěn)定、局部尖滅，2022年在盆地南部薄煤層發(fā)育區(qū)獲得局部產(chǎn)量突破，是近年煤層氣勘探突破的潛在領(lǐng)域，區(qū)塊內(nèi)煤層氣資源量約為5000×108m3。雖然廣泛發(fā)育的煤層是良好的烴源巖，海陸過渡相—陸相砂巖是良好的儲集巖，但沁水盆地中生代遭受區(qū)域強(qiáng)烈擠壓破壞，新生代發(fā)育大量走滑斷層，斷層規(guī)模大、斷距大，天然氣的保存條件極差，致密氣不發(fā)育，均為致密干層和水層。

1.2 天然氣勘探開發(fā)歷程與成效

中國海油陸上天然氣勘探開發(fā)已歷經(jīng)了3 個關(guān)鍵階段，即中淺層煤層氣緩慢發(fā)展階段、中淺層煤層氣穩(wěn)步發(fā)展與致密氣快速發(fā)展階段、“雙氣”勘探開發(fā)并舉階段（圖1）。在各個階段，通過一系列規(guī)律認(rèn)識和關(guān)鍵勘探開發(fā)一體化技術(shù)攻關(guān)，快速推動了儲量的增長和產(chǎn)量的跨越式上升。

中淺層煤層氣緩慢發(fā)展階段（1996—2013 年）：主要在沁水盆地和鄂爾多斯盆地東部開展中淺層煤層氣勘探開發(fā)，探明地質(zhì)儲量約1600×108m3，目前儲量探明區(qū)分布在沁水盆地南部和北部構(gòu)造簡單的資源高豐度區(qū)。同時，在兩個盆地構(gòu)造復(fù)雜、斷裂發(fā)育區(qū)先后部署超過40 口探井，但產(chǎn)量均無法達(dá)到提儲要求，產(chǎn)水量普遍較大，導(dǎo)致勘探步伐收緊。這一時期的勘探工作重點(diǎn)主要聚焦在單井和井組的壓裂工藝試驗(yàn)方面，以期穩(wěn)步提升現(xiàn)有生產(chǎn)井產(chǎn)量，勘探儲量未有大的發(fā)現(xiàn)。

中淺層煤層氣穩(wěn)步發(fā)展與致密氣快速發(fā)展階段（2014—2018 年）：這一時期的勘探重心轉(zhuǎn)移到鄂爾多斯盆地東部區(qū)塊，通過盆緣與盆內(nèi)的成藏條件對比，認(rèn)識到區(qū)塊內(nèi)致密氣發(fā)育具有相對有利的成藏條件，于是在南部臨興區(qū)塊開展致密氣部署，首口壓裂井在下二疊統(tǒng)太原組太二段獲得無阻流量12×104m3/d 的突破，致密氣勘探進(jìn)入快速發(fā)展階段。通過致密氣東西分帶、南北分區(qū)的差異富集成藏規(guī)律認(rèn)識，攻關(guān)形成了致密氣儲層預(yù)測和評價技術(shù)體系，加大了壓裂工藝試驗(yàn)的投入，工業(yè)氣流井比例大幅增加，致密氣探明地質(zhì)儲量從零快速增加到1200×108m3。同時，在沁水盆地北部局部構(gòu)造高部位開展中淺層煤層氣直井與定向井大井組試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了單井達(dá)產(chǎn)，增加探明地質(zhì)儲量約150×108m3，勘探前景逐漸明朗。截至2018 年底，區(qū)塊內(nèi)已累計探明地質(zhì)儲量近3000×108m3，致密氣的快速發(fā)展使中國海油陸上天然氣儲量出現(xiàn)了顯著增長。

“雙氣”勘探開發(fā)并舉階段（2019 年至今）：這一時期，從兩個方面開展部署。一方面，快速轉(zhuǎn)變技術(shù)發(fā)展思路，在兩個盆地開展一體化技術(shù)攻關(guān)，通過致密氣“選擇性—非連續(xù)”富集成藏理論的認(rèn)識和甜點(diǎn)識別技術(shù)優(yōu)化、多級壓裂工藝提升與降本等一體化技術(shù)的現(xiàn)場實(shí)施，兩年時間內(nèi)快速發(fā)現(xiàn)臨興千億立方米致密氣田，成功備案國家儲量達(dá)到1010×108m3，并陸續(xù)在致密氣領(lǐng)域開展深度挖潛，之后發(fā)現(xiàn)了神府千億立方米致密氣田。截至2023 年11 月，在鄂爾多斯盆地東部已累計探明致密氣地質(zhì)儲量2800×108m3。另一方面，以地質(zhì)—工程一體化“雙甜點(diǎn)”評價為核心的井組和水平井相結(jié)合的技術(shù)體系在沁水盆地推廣應(yīng)用，連續(xù)獲得產(chǎn)量突破，生產(chǎn)井達(dá)產(chǎn)比例大幅提升，產(chǎn)量穩(wěn)步提高，累計探明中淺層煤層氣地質(zhì)儲量2000×108m3。同時，基于“微相控煤、源熱控?zé)N、溫壓控態(tài)、保存控富”的四控深層煤層氣富集成藏規(guī)律認(rèn)識，在鄂爾多斯盆地東部通過綜合選區(qū)，在富集區(qū)內(nèi)試驗(yàn)直井和水平井極限體積壓裂技術(shù)，達(dá)產(chǎn)率在60%以上，2021 年以來累計探明深層煤層氣地質(zhì)儲量近2700×108m3，其中神府區(qū)塊在2023 年成功備案國家探明儲量，探明地質(zhì)儲量超1100×108m3。

通過清晰的戰(zhàn)略定位、客觀的地質(zhì)資源認(rèn)識、針對性的工程工藝提升和精準(zhǔn)的勘探部署，精準(zhǔn)施策、加強(qiáng)投入、示范試驗(yàn)，帶來了儲量的快速增長，3 年間發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)儲量近乎翻倍。同時，中國海油在天然氣產(chǎn)量上持續(xù)發(fā)力，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)量的快速增長，近3 年陸上天然氣年產(chǎn)量從20×108m3快速提升到近50×108m3，煤層氣產(chǎn)量和致密氣產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)了雙增長，年增長比例保持在20%以上。這充分說明了中國海油現(xiàn)有區(qū)塊的資源潛力和上產(chǎn)能力，特別是煤系地層“煤源多儲”的多氣種立體成藏，為增儲上產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的資源基礎(chǔ)。

2 中國海油陸上天然氣勘探發(fā)展戰(zhàn)略

目前，基于陸上天然氣戰(zhàn)略規(guī)劃的有效實(shí)施，中國海油非常規(guī)天然氣探明地質(zhì)儲量快速增長，資源高豐度區(qū)和構(gòu)造簡單區(qū)的資源量已經(jīng)快速轉(zhuǎn)化為儲量。隨著近幾年勘探的不斷深入，面臨的挑戰(zhàn)越來越大，致密氣和煤層氣的儲量探明難度急劇增加，規(guī)模儲量落實(shí)程度不斷降低。目前，所轄區(qū)塊內(nèi)剩余天然氣資源量約為13000×108m3，致密氣資源低豐度區(qū)（<0.4×108m3/km2）、中淺層煤層氣低達(dá)產(chǎn)區(qū)（達(dá)產(chǎn)比例小于20%）、深層煤層氣勘探高成本區(qū)（水平井成本過高導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益極低）等制約了儲量和產(chǎn)量增加的步伐。

面對挑戰(zhàn)，中國海油針對陸上萬億立方米大氣區(qū)建設(shè)規(guī)劃，制定了針對性的勘探戰(zhàn)略指導(dǎo)思想：基于“常規(guī)與非常規(guī)油氣藏有序共生富集理論”[1-3]，加深煤系地層全油氣系統(tǒng)研究，在兩個盆地開展不同方向攻關(guān)。一是主攻鄂爾多斯盆地東部，深化成藏理論與勘探開發(fā)技術(shù)，致密氣與深層煤層氣并重，開展縱向互補(bǔ)式勘探，同時，探索奧陶系常規(guī)氣與鋁土巖氣，實(shí)現(xiàn)新領(lǐng)域和新層系突破；二是立足沁水盆地中淺層煤層氣達(dá)產(chǎn)技術(shù)攻關(guān)與推廣應(yīng)用，快速帶動規(guī)模增儲，進(jìn)行薄層煤層氣地質(zhì)工程一體化試驗(yàn)和成熟技術(shù)推廣，帶動新的儲量發(fā)現(xiàn)。

中國海油陸上萬億立方米大氣區(qū)建設(shè)將在致密氣、深層煤層氣和中淺層煤層氣3 個現(xiàn)實(shí)增儲方向進(jìn)行重點(diǎn)攻關(guān)和儲量落實(shí)，規(guī)劃增儲3000×108m3以上，同時，探索薄層煤層氣、奧陶系常規(guī)天然氣和鋁土巖氣3 個潛在領(lǐng)域，規(guī)劃增儲500×108m3（圖5）。

3 鄂爾多斯盆地東部開展煤系地層天然氣全成藏系統(tǒng)勘探，夯實(shí)增儲上產(chǎn)基礎(chǔ)

3.1 烴源條件

鄂爾多斯盆地東部上古生界氣源為本溪組、太原組和山西組煤系地層，煤層厚度大且全區(qū)分布，廣覆式生烴，生烴強(qiáng)度高，占主體，碳質(zhì)泥巖和暗色泥巖為次要烴源巖。其中8+9 號煤層（太原組底面）和4+5 號煤層（山西組底面）是主力烴源巖，生烴量貢獻(xiàn)超過90%，單層厚度介于3.5～25.2m，平均厚度為10.8m，TOC 平均為72%，最高為98%，有機(jī)質(zhì)熱成熟度Ro介于0.5%～2.6%，已進(jìn)入大量生氣階段，整體與西部中國石油神木氣田相當(dāng)，煤層含氣量介于8～25m3/t，為半亮煤，鏡質(zhì)組含量超過70%，煤體結(jié)構(gòu)為原生—碎裂煤。由于區(qū)塊南部受到紫金山火山巖熱烘烤影響[4-5]，南部煤層有機(jī)質(zhì)成熟度Ro能夠達(dá)到2.6%，向北煤層變質(zhì)程度逐漸降低到0.5%，煤系烴源巖的整體生烴強(qiáng)度在（5～28）×108m3/km2，呈現(xiàn)南高北低的特征。

3.2 沉積及儲層條件

研究區(qū)內(nèi)古生界—中生界自下而上沉積了一套局限海臺地到濱淺海沉積再到海陸過渡相三角洲的沉積序列，最后演化為陸相河流沉積，下古生界局限海臺地與上石炭統(tǒng)濱淺海沉積之間由于區(qū)域構(gòu)造抬升，使志留系、泥盆系剝蝕，存在沉積間斷。受華北?？刂疲鹿派鐘W陶系馬家溝組局限海相沉積分布范圍廣，發(fā)育海進(jìn)期碳酸鹽巖和海退期膏鹽巖的交互式沉積旋回，地層厚度一般為300～500m。海進(jìn)期發(fā)育海相石灰?guī)r及粉晶—細(xì)晶白云巖，馬二段、馬四段及馬六段主要形成于該類沉積環(huán)境。海退期主要發(fā)育泥晶—粉晶白云巖、含膏白云巖及湖相硬石膏巖，馬一段、馬三段、馬五段形成于該類環(huán)境[6-8]。在不同的巖性頻繁互層的組合中，受沉積相和奧陶系頂面不整合影響，形成了奧陶系巖溶型白云巖儲層和丘灘型白云巖儲層。上古生界石炭系本溪組沉積早期，形成了一套薄層的風(fēng)化殼型鋁土巖，由灰色、灰黑色泥質(zhì)鋁土巖、鋁土質(zhì)泥巖、鋁土巖組成，儲層普遍致密，局部見溶孔發(fā)育的鋁土巖儲層。之后二疊紀(jì)經(jīng)歷了由障壁海岸到三角洲的沉積演化，縱向上自下而上形成了濱淺海障壁沙壩、三角洲平原分流河道和三角洲前緣水下分流河道等不同成因類型的儲集砂體[9]。

區(qū)塊內(nèi)古生界多種類型儲層物性差異明顯（表1）。下古生界奧陶系馬家溝組主要發(fā)育白云巖儲層，其中巖溶型白云巖儲層發(fā)育于蒸發(fā)臺地相中的含膏云坪和膏云坪微相，儲集空間為膏?？住⒕чg溶孔、溶洞及微裂縫，同生期層間巖溶和裸露期風(fēng)化殼巖溶是膏模孔形成的主要機(jī)制[10-12]，儲層厚度為3.2～5.6m，孔隙度在3.9%～6.2%之間，滲透率在0.5～2.6mD之間；丘灘型白云巖儲層主要發(fā)育于臺緣灘、臺內(nèi)灘和臺內(nèi)丘微相，儲集空間為殘余粒間（溶）孔、微生物格架（溶）孔、晶間（溶）孔，機(jī)械沉積和微生物造丘是原生孔隙形成的重要機(jī)制[13-14]，儲層厚度為2.0～3.2m，孔隙度在3.6%～4.8%之間，滲透率在0.04～0.9mD 之間。上古生界砂巖儲層孔隙度中值多低于10%，滲透率中值在0.7mD 以下，以特低孔、特低滲致密儲層為主，致密氣主要分布在源內(nèi)成藏組合、近源成藏組合中，遠(yuǎn)源成藏組合氣層減少，在二疊系石千峰組和三疊系劉家溝組可發(fā)育局部小規(guī)模致密氣藏。儲層分為3 類，一類和二類儲層為優(yōu)質(zhì)儲層，分布于障壁沙壩主體、分流河道和水下分流河道主河道心灘內(nèi)，孔隙度多在8.0%～17.8%之間，滲透率在0.7～8.0mD 之間，主要孔徑寬度為1～10μm，排驅(qū)壓力低于0.7MPa，全區(qū)90%的致密氣層分布于這兩類儲層中，壓裂后單井日產(chǎn)量均在1×104m3以上，最高日產(chǎn)量超過50×104m3，普遍具有經(jīng)濟(jì)性。三類儲層分布于河口壩、河道側(cè)緣、障壁沙壩側(cè)翼和砂坪微相中，孔隙度在3.0%～9.0%之間，滲透率在0.01～0.5mD 之間，主要孔徑寬度為0.2～3μm，排驅(qū)壓力在0.7～1.8MPa 之間，全區(qū)10%的致密氣層分布于這類儲層中，單層厚度普遍在0.6～2.2m之間，且與致密干層互層，壓裂后產(chǎn)量低或無產(chǎn)量，不具有經(jīng)濟(jì)性。上古生界鋁土巖發(fā)育受控于奧陶系頂面古地貌形態(tài)，鋁土巖厚度差異很大，在1.0～8.4m 之間，儲層空間類型為粒內(nèi)和基質(zhì)溶孔、晶間孔、微裂縫，孔隙度在0.5%～9.9%之間，滲透率在0.12～4.2mD之間。煤巖作為烴源巖，同時也具有儲層的特性，孔隙度在1.8%～4.4%之間，滲透率在0.01～0.13mD之間，比其他類型儲層更致密。

表1 鄂爾多斯盆地東部古生界儲層類型及主要特征統(tǒng)計表Table 1 Summary of the Paleozoic reservoir types and main characteristics in the eastern Ordos Basin

3.3 煤系地層全油氣系統(tǒng)有序共存特征

基于研究區(qū)烴源巖綜合分析、儲層類型和特征的描述，可以看到，鄂爾多斯盆地東部區(qū)塊內(nèi)發(fā)育的煤系烴源巖分布廣、廣覆式生烴、生烴規(guī)模大。共發(fā)育4 類儲層，下古生界巖溶型和丘灘型白云巖儲層，上古生界致密砂巖儲層、煤巖儲層和風(fēng)化殼鋁土巖儲層。縱向上，上古生界煤系烴源巖位于煤系地層下部，煤系地層中煤層與砂巖儲層和鋁土巖儲層彼此交互，上部發(fā)育有大規(guī)模的多套砂巖儲層，具有近距離和遠(yuǎn)距離充注成藏的條件，同時，煤系烴源巖與底部奧陶系巖溶型白云巖儲層和丘灘型白云巖儲層上下疊置，具有近距離充注成藏的條件（圖6a）。從成藏要素的時間匹配關(guān)系看（圖6b），三疊世早期，石炭系—二疊系砂巖開始致密化，晚侏羅世已完成砂巖致密化進(jìn)程。上古生界烴源巖在中侏羅世開始大量排烴，自晚侏羅世開始經(jīng)歷了3 期充注，天然氣在致密砂巖中富集形成致密氣藏[15-16]，在煤巖中富集形成煤層氣藏，在鋁土巖中形成巖性氣藏，在奧陶系馬家溝組形成巖性氣藏、構(gòu)造—巖性氣藏，整體具有縱向多氣種立體規(guī)模成藏條件（圖6c）。從資源規(guī)模來看，煤層氣分布最廣，資源基礎(chǔ)最可靠，致密氣平面上大規(guī)模準(zhǔn)連續(xù)疊置分布，潛力巨大?；谌蜌庀到y(tǒng)天然氣藏有序共生成藏理論，分析認(rèn)為研究區(qū)具有煤層氣和致密氣大規(guī)模富集的優(yōu)越地質(zhì)條件，成藏潛力最大。奧陶系和鋁土巖中天然氣富集條件苛刻，聚集規(guī)模較小，需要繼續(xù)探索，進(jìn)一步落實(shí)資源潛力。

圖6 鄂爾多斯盆地東部古生界煤系地層天然氣全成藏系統(tǒng)模式圖Fig.6 Gas accumulation pattern of full petroleum system in the Paleozoic coal measure strata in the eastern Ordos Basin

近幾年的勘探實(shí)踐證明，在上古生界煤系地層烴源巖的持續(xù)供烴下，研究區(qū)內(nèi)中高生烴強(qiáng)度—構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)致密砂巖氣藏發(fā)育于石炭系本溪組及二疊系太原組、石盒子組，同時二疊系石千峰組和三疊系劉家溝組也有局部小規(guī)模致密氣藏發(fā)育，表現(xiàn)為氣層縱向多薄層疊置，氣藏平面連片且局部富集，已探明地質(zhì)儲量近2800×108m3。作為主力烴源巖的8+9 號煤層和4+5 號煤層表現(xiàn)出高的氣測異常和較高的含氣量，煤層厚度普遍大于10m，整體埋藏深度大于1500m，最深達(dá)到2300m。通過估算，煤層氣資源豐度超過2.1×108m3/km2，具有極大的深層煤層氣資源潛力。另一方面，位于石炭系本溪組底部的鋁土巖與上部主力烴源巖8+9 號煤層距離小于30m，局部地區(qū)鉆井氣測異常高，異常段的厚度在0.7～5.6m 之間，平均為3.8m，氣測峰值最大為12%，峰基比普遍在2～5之間，具有近距離成藏潛力。因此，從上古生界烴源巖與上、下古生界儲層之間的匹配關(guān)系來看，上古生界致密氣和深層煤層氣是主要勘探氣種，資源潛力和規(guī)模最大，是主要的勘探增儲方向。而鋁土巖氣和奧陶系碳酸鹽巖天然氣資源潛力有待進(jìn)一步落實(shí)，需做好探索并盡快實(shí)現(xiàn)點(diǎn)上突破。

綜上，鄂爾多斯盆地東部4 類天然氣藏發(fā)育條件不同，每種氣藏面臨的勘探難度和挑戰(zhàn)是不同的，需要在勘探重點(diǎn)和攻關(guān)方向上做好整體統(tǒng)籌和分步規(guī)劃，繼而全方面、高質(zhì)量地推動中國海油陸上萬億立方米大氣區(qū)的建設(shè)和實(shí)現(xiàn)。

3.4 未來主要勘探及攻關(guān)方向

3.4.1 致密氣勘探及攻關(guān)方向

自致密氣進(jìn)入快速勘探以來，充分認(rèn)識到鄂爾多斯盆地東緣致密氣差異成藏的特殊性及復(fù)雜性，通過煤系烴源巖熱演化程度及生烴強(qiáng)度的南北分區(qū)性、區(qū)域構(gòu)造背景和斷裂發(fā)育特征的東西分帶性、沉積相邊界及砂體規(guī)模變化、儲層強(qiáng)非均質(zhì)性與物性差異等方面的深化認(rèn)識，明確了致密氣有效成藏充注的生烴強(qiáng)度下限為5×108m3/km2，揭示了盆地東緣致密氣“烴源控潛、源斷控區(qū)、斷砂控層、局部甜點(diǎn)”的差異成藏富集規(guī)律，建立了成藏模式（圖7）。在西部構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)，致密氣生烴強(qiáng)度高，資源豐度高于1.0×108m3/km2，氣層呈現(xiàn)南北差異富集特征，南部生烴強(qiáng)度高，紫金山隆起形成的層間斷裂發(fā)育，氣層在本溪組到石千峰組顯示為立體多層系富集，致密氣已基本全部探明。北部生烴強(qiáng)度降低，構(gòu)造更穩(wěn)定，斷層不發(fā)育，氣層在源內(nèi)和近源盒八段富集，且由于充注動力減弱，呈現(xiàn)局部高產(chǎn)的甜點(diǎn)特征，致密氣部分探明。在東部構(gòu)造斷階帶，大型斷裂發(fā)育，對氣藏起到破壞和調(diào)整作用，形成了構(gòu)造—巖性致密氣藏，資源品質(zhì)明顯變差，豐度降低。據(jù)此分區(qū)劃帶、以點(diǎn)帶面，部署了超過500 口探井，指導(dǎo)了區(qū)內(nèi)近10 年的致密氣勘探開發(fā)工作，實(shí)現(xiàn)了儲量從無到2800×108m3，產(chǎn)量從零到2022 年底30.4×108m3的巨大突破。

圖7 鄂爾多斯盆地東部致密氣成藏特征與分布規(guī)律圖Fig.7 Gas accumulation characteristics and distribution law of tight gas in the eastern Ordos Basin

由于區(qū)塊面積的限制，未來增儲區(qū)僅剩東部和北部的低生烴強(qiáng)度—構(gòu)造斷階帶，生烴強(qiáng)度低于5×108m3/km2區(qū)域內(nèi)天然氣動力已無法突破致密儲層最低限度的毛細(xì)管壓力，天然氣無法充注，生烴強(qiáng)度為（5～10）×108m3/km2區(qū)域內(nèi)天然氣可以有效充注[17-18]，但致密氣藏已體現(xiàn)出廣泛的氣水混層、單井產(chǎn)量低且產(chǎn)水量高的突出問題，勘探成效明顯降低。通過對該類區(qū)帶資源的再次評價，認(rèn)為還有約1500×108m3的資源量，若能深化成藏主控因素，開展甜點(diǎn)識別和精細(xì)評價，有望新增儲量500×108m3以上。在低生烴強(qiáng)度的構(gòu)造斷階帶，地層受到擠壓，向東地層逐漸隆升并出露剝蝕，地層傾角大于20°，斷層斷距普遍在20～120m，而北部進(jìn)入走滑斷裂帶末端的走滑區(qū)和拉張區(qū)，發(fā)育小型撓褶及微斷裂，向北過渡為正斷層控制的壘塹構(gòu)造，正斷層規(guī)模大，致密氣藏已不是單一的巖性氣藏，更多表現(xiàn)為構(gòu)造—巖性氣藏的特點(diǎn)。因此，急需開展地質(zhì)—地球物理一體化的聯(lián)合攻關(guān)，加強(qiáng)儲層、氣層預(yù)測精度提升，在系統(tǒng)開展縱向和平面氣—水分布規(guī)律研究和精細(xì)構(gòu)造—斷裂體系刻畫指導(dǎo)分區(qū)的基礎(chǔ)上，提高斷裂解釋精度，聚焦斷裂—優(yōu)質(zhì)儲層耦合關(guān)系和特征來尋找甜點(diǎn)，刻畫甜點(diǎn)邊界和規(guī)模，指導(dǎo)井位部署。同時，結(jié)合隨鉆跟蹤開展基于多井的氣層迭代精細(xì)預(yù)測技術(shù)攻關(guān)，優(yōu)化關(guān)鍵參數(shù)并提高預(yù)測符合率，落實(shí)甜點(diǎn)區(qū)，是致密氣未來增儲的技術(shù)攻關(guān)方向。

3.4.2 深層煤層氣勘探及攻關(guān)方向

研究區(qū)內(nèi)深層煤層氣資源量近10000×108m3，其中8+9 號煤層厚度大、分布穩(wěn)定，是主要目的層，4+5 號煤層厚度相對較小、分布不穩(wěn)定，是次要目的層，煤層與致密砂巖儲層互層疊置發(fā)育，整體勘探潛力巨大[19-21]。在充分利用研究區(qū)內(nèi)大量的致密氣鉆井與三維地震資料條件下，精細(xì)化認(rèn)識煤層分布范圍和煤儲層特征，做到“雙氣”互補(bǔ)式聯(lián)合部署，以主攻構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)8+9 號煤層、突破4+5 號煤層為主體方向，分區(qū)分步實(shí)施，基于“好帶差”的勘探滾動評價理念，推動深層煤層氣超千億立方米的儲量探明。未來，將針對深層溫壓臨界轉(zhuǎn)換條件下煤層吸附氣和游離氣的賦存狀態(tài)機(jī)理和動態(tài)變化開展深化研究，揭示多因素控制作用下深層煤層氣的富集規(guī)律與成藏機(jī)理，指導(dǎo)深層煤層氣的甜點(diǎn)區(qū)優(yōu)選，并開展定量評價。同時，隨著埋深的加大，地層溫度升高、地應(yīng)力變大，煤巖的壓縮性增加，儲層的改造難度變大，不同的地質(zhì)條件需要匹配不同的壓裂工藝和參數(shù)，并建立針對性、適用性、經(jīng)濟(jì)性的有效壓裂增產(chǎn)工藝[22]。針對深部煤儲層地應(yīng)力高、壓縮性強(qiáng)及含氣飽和度高、見氣快等特點(diǎn)，研究不同地質(zhì)條件下的儲層改造工藝及量化排采管理制度（圖8），包括壓裂施工參數(shù)優(yōu)化（砂量、液量、排量等）、影響改造效果地質(zhì)因素分析（巖性組合、煤體結(jié)構(gòu)等），以及影響排采的儲層特征（含氣量、儲層壓力等）、排采量化指標(biāo)確定（初期壓降速率、排采時率等），進(jìn)而建立基于地質(zhì)條件的以提高產(chǎn)能和達(dá)產(chǎn)率為目標(biāo)的地質(zhì)—工程“雙甜點(diǎn)”分區(qū)評價標(biāo)準(zhǔn)，推動深層煤層氣理論建立和勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)形成，使其高質(zhì)量快速發(fā)展，助力經(jīng)濟(jì)性規(guī)模儲量發(fā)現(xiàn)，預(yù)期增儲2000×108m3以上。

3.4.3 薄層煤層氣勘探及攻關(guān)方向

除8+9 號和4+5 號主力煤層之外，鄂爾多斯盆地東部區(qū)塊還發(fā)育1、2、3、6、7、10 和11 號等多套薄煤層，分布不穩(wěn)定，橫向連續(xù)差，單井累計厚度在1～14m 之間，平均單井厚度為8m，縱向跨度約為150m，粗略估算煤層氣資源量近4000×108m3，具備較好的勘探前景。未來，將依靠豐富的鉆井資料建立層序地層格架下薄煤層的聚煤模式，預(yù)測薄煤層勘探有利區(qū)和富集區(qū)，開展多套薄煤層大跨度分壓合排技術(shù)攻關(guān)，推動先導(dǎo)試驗(yàn)，進(jìn)行技術(shù)迭代升級，獲得不同開發(fā)方式下的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)能，與主力煤層勘探進(jìn)行有效組合，提高勘探價值。

3.4.4 奧陶系常規(guī)天然氣勘探及攻關(guān)方向

研究區(qū)內(nèi)奧陶系天然氣藏具有上古生界煤系烴源巖、下古生界碳酸鹽巖烴源巖“雙源”供烴優(yōu)勢，巖溶型、丘灘型白云巖儲層發(fā)育，鏡下可見晶間孔和粒間孔、未充填裂縫和巖心溶孔（圖9）。通過區(qū)域?qū)Ρ群? 口已鉆井成藏條件分析，鄂爾多斯盆地東部區(qū)塊具有“丘灘控儲、斷裂通源、構(gòu)造高點(diǎn)聚集”的成藏特點(diǎn)，研究區(qū)內(nèi)繼承性的背斜區(qū)、大斷裂發(fā)育區(qū)均有利于天然氣運(yùn)聚并富集成藏[23-25]。未來，要積極探索奧陶系碳酸鹽巖南北成藏差異，重點(diǎn)落實(shí)上組合和下組合成藏主控因素和成藏模式，進(jìn)行富集區(qū)優(yōu)選，開展酸壓工藝技術(shù)試驗(yàn)，進(jìn)行技術(shù)提升和完善，以期在奧陶系常規(guī)天然氣藏形成新的儲量增長。

3.4.5 鋁土巖氣勘探及攻關(guān)方向

研究區(qū)內(nèi)本溪組底部鋁土巖縱向上呈現(xiàn)“三段式”結(jié)構(gòu)，下段為富鐵的泥質(zhì)鋁土巖；中段為純鋁土巖，鏡下可見到溶蝕孔和晶間孔（圖10），物性和含氣性相對較好，可作為勘探目的層；上段主要為鋁土質(zhì)泥巖和碳質(zhì)泥巖的薄互層。平面上，鋁土巖厚度及儲層物性受奧陶系頂面古地貌控制，在潛坑及溝槽等巖溶古地貌較低部位呈現(xiàn)優(yōu)質(zhì)鋁土巖局部富集的特征[26-27]。由于鋁土巖與上古生界煤系烴源巖上下疊置，可形成“上生下儲”和“側(cè)生側(cè)儲”的源儲空間配置關(guān)系?；诒鞠M沉積早期的沉積微相展布及巖溶古地貌刻畫結(jié)果，初步明確區(qū)塊南部潛坑及溝槽位置是勘探有利區(qū)域，鋁土巖儲層識別和富集成藏規(guī)律、甜點(diǎn)識別是下一步攻關(guān)方向。

4 沁水盆地中淺層煤層氣和薄層煤層氣分區(qū)推動，進(jìn)一步擴(kuò)大勘探開發(fā)領(lǐng)域

沁水盆地是我國最早進(jìn)行煤層氣勘探開發(fā)的區(qū)域之一，經(jīng)過20 多年的勘探開發(fā)，形成了以直/定向井結(jié)合為主、水力壓裂增產(chǎn)工藝助達(dá)產(chǎn)的成熟技術(shù)系列，累計探明地質(zhì)儲量超過5000×108m3，累計產(chǎn)量超過240×108m3，是我國最大的煤層氣產(chǎn)業(yè)基地。

4.1 上古生界煤系地層建造及煤層特征

沁水盆地上石炭統(tǒng)太原組至下二疊統(tǒng)山西組沉積期植物生長達(dá)到空前繁盛，逐漸由障壁海岸沉積體系演化為河流—三角洲沉積體系，整個華北塊體內(nèi)部構(gòu)造相對穩(wěn)定，為成煤提供了優(yōu)越的“古植物、古氣候、古地理、古構(gòu)造”條件，發(fā)育多套煤層，其中山西組3 號煤層和太原組15 號煤層厚度大、分布穩(wěn)定，屬于中高階煤，含氣量普遍大于13m3/t，是煤層氣主要勘探目的層。山西組3 號煤層全盆廣泛分布、橫向上穩(wěn)定，煤層結(jié)構(gòu)簡單，整體南厚北薄，主要原因是盆地東南部為三角洲沉積，煤層厚度為5～7m，北部的廣大地區(qū)是分流河道發(fā)育區(qū)，由于分流河道的側(cè)向遷移和沖蝕，影響了煤層的穩(wěn)定聚積，煤層厚度為3～5m。太原組15 號煤層在全盆廣泛分布，但厚度變化大，由于太原組沉積時期海侵來自沁水盆地的東南方向，導(dǎo)致區(qū)域上聚煤作用首先發(fā)生在盆地北部，煤層較厚，為4～8m，而盆地南部聚煤作用發(fā)生較晚，煤層相對較薄，為2～5m。整體上15 號煤煤層結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，含1～5 層夾矸，這是由于障壁海岸沉積環(huán)境水體不穩(wěn)定、潮汐水流作用較強(qiáng)所導(dǎo)致的。此外5～14 號煤層，具有煤層厚度薄、分布不穩(wěn)定、局部尖滅的特征，是次要勘探目的層。

4.2 中淺層煤層氣勘探及攻關(guān)方向

中國海油在沁水盆地已探明煤層氣地質(zhì)儲量2000×108m3，主要分布在1000m 以淺、構(gòu)造簡單且斷裂不發(fā)育、以原生結(jié)構(gòu)煤為主且含水層不發(fā)育的優(yōu)越區(qū)域。2013 年以來，中淺層煤層氣勘探進(jìn)展緩慢，主要是由于剩余資源量分布區(qū)內(nèi)的煤層氣地質(zhì)條件變差所導(dǎo)致，盡管近年來水平井分段壓裂技術(shù)取得了一定成效，但仍存在以下難題需要攻關(guān)：一是構(gòu)造更復(fù)雜、斷裂密度更大，局部地層撓褶發(fā)育，需進(jìn)行煤層精細(xì)地質(zhì)刻畫及配套建模技術(shù)，在提高水平井煤層鉆遇率的基礎(chǔ)上，試驗(yàn)經(jīng)濟(jì)有效的水平井壓裂增產(chǎn)工藝；二是針對構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)，試驗(yàn)頂板水平井間接壓裂技術(shù)，突破構(gòu)造煤勘探開發(fā)“禁區(qū)”；三是針對煤層鄰近含水層發(fā)育區(qū)，試驗(yàn)水平井控縫高壓裂技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煤層氣的避水試采突破。此外，實(shí)施中淺層煤層氣低效井二次壓裂、老井解堵試驗(yàn)等增產(chǎn)改造措施并進(jìn)行評估，與不同地質(zhì)條件下水平井增產(chǎn)技術(shù)有效結(jié)合（圖11），實(shí)現(xiàn)中淺層低品質(zhì)煤層氣的整體盤活，高質(zhì)量支撐中淺層煤層氣儲量再增長（500～800）×108m3。

4.3 薄層煤層氣勘探及攻關(guān)方向

沁水盆地南部薄煤層的勘探在2021 年取得突破，由于盆地南部潘莊區(qū)塊薄煤層煤體結(jié)構(gòu)好、含氣量高、滲透率高，地質(zhì)條件得天獨(dú)厚，已探明薄煤層煤層氣地質(zhì)儲量約80×108m3，通過采用大跨度多層級壓裂技術(shù)實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)，穩(wěn)產(chǎn)期產(chǎn)量約為1.3×108m3/a，產(chǎn)能達(dá)標(biāo)率110%。除潘莊區(qū)塊以外，在盆地南部的柿莊南、柿莊北、大寧等區(qū)塊薄煤層煤體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、含氣量變化大、滲透率低，探明難度極大，初步估算這些區(qū)塊薄煤層煤層氣資源量約為1000×108m3，整體勘探程度較低。以盆地南部柿莊南區(qū)塊為例，79 口鉆井揭示5～14 號煤層厚度分布在0.10～2.32m 之間，單井煤層累計厚度分布在1.32～7.88m 之間，平均為3.91m，其中11 號和13號煤層最發(fā)育，其次為7 號、8 號和9 號煤層。相鄰煤層間距分布在1.8～30.8m 之間，5 號和14 號煤層之間的縱向跨度約為100m，與主力勘探層3 號煤層和15 號煤層有相似的沉積—熱演化特征，具有煤階高、含氣性好、埋深淺的特點(diǎn)，具備一定的勘探潛力，但面臨5～14 號煤層縱向分散、層數(shù)多、單層薄、發(fā)育不穩(wěn)定等問題，下一步將與鄂爾多斯盆地東部區(qū)塊薄層煤層氣進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)，探索利用地質(zhì)建模技術(shù)刻畫薄煤層的空間分布，攻關(guān)多套薄煤層壓裂最優(yōu)組合評價技術(shù)及增產(chǎn)改造技術(shù)，以期獲得薄煤層煤層氣勘探的局部突破，為增儲添力。

5 結(jié)論與認(rèn)識

（1）中國海油陸上鄂爾多斯盆地東部和沁水盆地區(qū)塊烴源巖類型多、分布廣、厚度大，儲層類型多樣，天然氣資源量巨大，可達(dá)30000×108m3，致密氣—煤層氣并舉、多氣種立體勘探是實(shí)現(xiàn)陸上萬億立方米增儲戰(zhàn)略的重要路徑，后續(xù)勘探開發(fā)的重點(diǎn)是加快鄂爾多斯盆地東緣深層煤層氣和致密氣攻關(guān)，快速推動沁水盆地中淺層煤層氣達(dá)產(chǎn)，并開展關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)和壓裂增產(chǎn)工藝的試驗(yàn)實(shí)施及技術(shù)推廣。

（2）鄂爾多斯盆地東部區(qū)塊具有“煤源多儲”的立體成藏條件，目前已探明地質(zhì)儲量5500×108m3，剩余資源規(guī)模在12800×108m3，未來增儲規(guī)劃在2500×108m3以上。后續(xù)應(yīng)聚焦致密氣、攻關(guān)深層煤層氣，開展基礎(chǔ)理論研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。致密氣氣—水分布規(guī)律和構(gòu)造—巖性型甜點(diǎn)評價是研究重點(diǎn)。深層煤層氣和中淺層煤層氣富集成藏規(guī)律和達(dá)產(chǎn)主控因素、低成本達(dá)產(chǎn)工藝攻關(guān)是落實(shí)儲量的關(guān)鍵。奧陶系儲層識別和斷裂刻畫及成藏規(guī)律研究是發(fā)現(xiàn)規(guī)模氣藏的前提。而鋁土巖有效儲層識別和富集成藏規(guī)律、甜點(diǎn)識別是研究重點(diǎn)。同時，鋁土巖氣和奧陶系天然氣的關(guān)鍵增產(chǎn)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)儲量有效補(bǔ)充的關(guān)鍵。

（3）沁水盆地中淺層煤層氣分布廣泛，資源豐度高，目前已探明地質(zhì)儲量2000×108m3，剩余資源量約2000×108m3，均位于煤層氣成藏復(fù)雜區(qū)，這些地區(qū)構(gòu)造更復(fù)雜、煤層更破碎，且地層微幅構(gòu)造和撓褶發(fā)育使煤層橫向連續(xù)性變差，后續(xù)的增儲方向應(yīng)聚焦構(gòu)造相對穩(wěn)定、煤體結(jié)構(gòu)以碎裂—碎裂結(jié)構(gòu)為主的地區(qū)，深化水平井鉆完井技術(shù)，提高煤層鉆遇率，地質(zhì)—工程一體化達(dá)產(chǎn)技術(shù)、精細(xì)排采技術(shù)需持續(xù)攻關(guān)，推動中淺層煤層氣再上一個臺階，實(shí)現(xiàn)滾動外擴(kuò)，規(guī)劃整體增儲（500～800）×108m3。