金山1HF井压裂施工现场。 刘叔石 摄

黑色页岩岩芯

西南油气员工正在金石103井进行安全检查 。任远均 摄

    □薛 婧 邓正仙

    最是一年春好处。3月27日，在一片生机勃勃的新绿之中，西南油气针对寒武系筇竹寺组粉砂质页岩部署的第二口评价井——金山1HF井正进行第20段压裂施工，将进一步评价新区新类型页岩气藏潜力。

    四川盆地海相发育两套优质页岩，上部五峰-龙马溪组页岩于2012年率先取得突破，而下部寒武系页岩一直未取得突破。涪陵、威荣、綦江、永川产能建设和开发评价如火如荼，相比之下，位于四川省乐山市井研县-犍为县的寒武系筇竹寺组地层显得“先天不足”——黑色页岩厚度比不上、品质比不过。面对这个巨大难题，突破点在哪里？希望又在哪里？

    “先天不足”还是“得天独厚”？

    故事的起点是5亿多年前的寒武纪。许多大陆被浅海覆盖，在几百万年间，几乎是“同时”且“突然”地出现了大量具有坚硬外壳、门类众多的海生无脊椎动物，其中三叶虫最为常见。这就是古生物学和地质学上的一大悬案——寒武纪生命大爆发，在此时，繁华绽放又匆匆陨落的生命被砂石掩埋，层层堆叠、沉积、升华成大自然对人类的丰厚馈赠——油气。

    “抻面看过吧？”西南油气勘探开发研究院非常规油气研究所党支部书记董晓霞介绍，“在寒武系筇竹寺组沉积盖层形成、演化过程中，地壳就像个面团，被频繁隆起、拉张，拉张槽逐渐形成：隆起时上部地层变薄，海水退低；拉张时地层凹陷，沉积物填充，深水覆盖，周而复始形成‘浅水陆棚-深水陆棚’夹叠的页岩地层，以书页的形态记录着几亿年前的生命史诗。”

    在页岩中，大量小孔径、连通性较好的有机质孔为油气提供储集、移动的空间，形成有效的页岩储集层。页岩气勘探一般是将页岩是否富含有机质作为靶区和目标层选择的主要依据。因此，深水陆棚沉积形成的富含有机质黑色页岩一直是地质家眼中的不二之选，北美地区如此，涪陵、威荣等龙马溪组大型页岩气田也是如此，实现了页岩气的勘探开发。

    得天独厚的“寒武纪生命大爆发”为筇竹寺组提供更富含有机质的黑色页岩，但遗憾的是，1200平方公里工区内多口井钻探显示，这套页岩不发育，工区内筇竹寺组似乎“先天不足”。

    黑色页岩还是粉砂质页岩？

    受龙马溪组页岩气勘探经验的影响，科研人员一直紧盯筇竹寺组黑色页岩层。

    早在2012年，筇竹寺组就被科研人员捕捉到了蛛丝马迹。井研—犍为区块首口常规气井——金石1井，在筇竹寺组直井段联合测试获产2.88万立方米/日。

    2015年，西南油气部署了针对筇竹寺组的专层探井——金页1HF井，优选黑色页岩为勘探目标实施水平井，获产5.95万立方米/日，取得该层系勘探突破，证实黑色页岩段是一套高效、优质的烃源岩，但厚度仅有15米，难以实现商业突破。

    2017年，第二口筇竹寺组专层井金页2井完钻，黑色页岩厚度依然不稳定，勘探进程渐入冷线。科研人员意识到，在富含有机质的黑色页岩中寻找页岩气，在井研—犍为工区“此路不通”，只能潜心研究、默默坚守。

    2019年，西南油气组织科研人员再评价老井，在老资料中找出路。科研人员发现，在距下部黑色页岩200多米的上部粉砂质页岩发现天然气显示。

    为了弄清这是一套什么样的地层，西南油气果断决策：那就打一口井系统取芯。2020年，金石103井完钻，筇竹寺组300米地层系统取芯完成，深埋地下几千米的岩芯实物资料直观呈现在科研人员眼前。

    他们发现“富有机质”的黑色页岩最厚只有15米，且横向分布并不稳定，而“贫有机质”却物性好、含气性好的粉砂质页岩层段，厚度在80~100米。这一发现让科研人员眼前一亮，如果这些巨厚的粉砂质页岩层段连片稳定分布，是不是也有天然气大潜力？

    他们反复梳理老井资料，开展井间对比研读，该工区5口井的单井图和对比图上都能“看见”粉砂质页岩层连片稳定分布。科研人员欣喜不已：这是一套隐藏在筇竹寺组中上部、不同寻常的非常规目标层，面积广、厚度大。

    厚度够了，够不够“肥”？页岩的含气性是评价页岩气资源潜力和衡量目标层系是否具有开采潜力的重要参数。这种新类型低有机质粉砂质页岩气前景如何，在国内并无先例可以借鉴，科研人员只能依托勘探先导项目攻关，稳妥推进勘探实践。

    他们充分挖掘常规兼探井实物资料价值，开展大量试验分析，确定其含气饱和度超50% ，这无疑给科研人员吃下一颗定心丸。

    2022年9月，首口粉砂质页岩专层井——金石103HF井成功实施2005米长水平段，压裂测试获日产天然气25.86万立方米商业气流，估算探区筇竹寺组资源量3878亿立方米，率先在国内取得寒武系新类型、新层系、新领域页岩气勘探评价重大突破，展示了寒武系筇竹寺组页岩气规模增储的巨大潜力。

    绘制页岩气形成过程“手翻书”

    从传统页岩气勘探的角度来看，这套粉砂质页岩不是优质烃源岩；低孔隙度、特低渗透率的物性，也达不到储集层的标准；储集空间中有机孔占比低，与页岩高有机孔发育的特点也不相符。但实钻资料却证实这套粉砂质页岩含气性很好，用传统的勘探思路和方法不能很好地解释“为什么”。

    科研人员持续深化基础地质研究，建立新的层序模型，深化成藏规律认识，开展新层系页岩油气形成条件研究，用200余张地质图件，绘制了筇竹寺期页岩气形成过程“手翻书”，描绘出黑色页岩与粉砂质页岩“一母同胞、相爱相生”的动人故事。

    首先是油气来源。这套粉砂质页岩横向、纵向都存在富有机质黑色页岩，具有靠近优质烃源岩的先天优势。黑色页岩段在生成油气的过程中常会出现异常高压，类似“水满自溢”。这种天然驱动力，使粉砂质页岩产生微小裂缝，就像在水杯里插入一根根极细的吸管，油气进入“吸管”，逐步向储集层推进。随着运移距离增加，驱动力逐渐降低，油气受“自封闭作用”得以在粉砂质页岩内滞留、聚集、成藏。

    其次是保存条件。粉砂质页岩生成油气虽少，但可以优先占据储集空间，为后期相邻黑色页岩生成的大量油气运移、聚集所需空间提供保护；这套粉砂质页岩与相邻黑色页岩相比，具有相对更高的渗透率和更大厚度，有利于油气规模运移；井研—犍为区块位于拉张槽西斜坡，坡面平缓、没有断层，甚至少见裂缝，油气没有向上移动到龙王庙组等常规储层的通道，“被迫”滞留在孔隙度相对较好的粉砂质页岩层。

    “原地早油占孔，深部疏导富集”的粉砂质页岩气藏富集条件形成。在此基础上，科研人员首创适应筇竹寺组粉砂质页岩储层的评价参数指标体系，优中选优落实最优靶体，筇竹寺组页岩气勘探迈出新步伐。

    截至目前，金石103HF井投产近半年，累计产气超1000万立方米，第二口粉砂质页岩专层井金山1HF井正进行压裂施工，只在富有机质黑色页岩中寻找页岩气的传统思维被打破，四川盆地页岩气勘探开发从龙马溪组单一层系向多层系转变，页岩气勘探领域进一步扩大。