2021年5月
第26卷 第3期
中国石油勘探
CHINA PETROLEUM EXPLORATION
基金项目：中国海油重大项目“鄂尔多斯盆地东缘致密气成藏机理与控制因素分析”（CNOOC-KJ ZDXM14）。
第一作者简介：米立军（1965-），男，天津武清人，博士，2007年毕业于中国石油大学（北京），教授级高级工程师，现主要从事油气勘探开发工作。地址：北京市朝阳区太阳宫南街6号院中海油大厦B 座，：100028。E-mail：**************
收稿日期：2021-04-13；修改日期：2021-05-02
鄂尔多斯盆地东北缘临兴—神府致密气田
成藏地质特征及勘探突破
米立军1 朱光辉2
（ 1中海石油（中国）有限公司北京研究中心；2中联煤层气有限责任公司 ）
摘 要：鄂尔多斯盆地东缘晋西挠褶带一直以煤层气勘探为主，由于成藏特征认识不清，致密气勘探鲜有重大突破。2013年，中国海油大胆由煤层气勘探转向致密气勘探，通过系统总结晋西挠褶带北段致密气成藏条件及气藏特征，揭示了其选择性差异富集成藏规律，指出了有利区并获得储量发现。研究结果表明：（1）临兴—神府气田产层为石炭系本溪组、二叠系太原组、石盒子组，为典型致密砂岩气藏；（2）煤系地层是主要烃源岩，CH 4平均含量为95%，不含H 2S；（3）气藏埋深为1300～2200m，压力系数为0.85～1.01；（4）储层为大面积分布的三角洲砂岩和障壁沙坝砂岩，前者平均孔隙度为8.8%、渗透率为1.10mD，孔喉半径多小于1.5μm，后者平均孔隙度为7.6%、渗透率为0.59mD，孔喉半径多小于1.1μm；（5）受东部离石走滑断裂带和南部紫金山火山热活动影响，断裂发育具东强西弱、南强北弱的特征，且南部受火山热活动影响，生烃强度高，向北逐渐降低；（6）晚侏罗世生烃后经历3期构造活动，天然气以垂向运聚成藏为主，南部临兴区块以源内、近源、远源立体成藏为主，北部神府区块以源内成藏为主，近源成藏为辅，气藏规模相对较小；（7）创新形成3套勘探关键技术，为致密气的勘探开发提供了技术保障。在以上认识和技术指导下，2021年中国海油在临兴—神府区块探明天然气地质储量1010×108m 3，随着自南向北滚动，该区域有可能再次新增千亿立方米储量。
关键词：鄂尔多斯盆地东北缘；临兴—神府气田；致密砂岩气；气藏富集规律；关键技术中图分类号：TE122 文献标识码：A DOI : 10.3969/j.issn.1672-7703.2021.03.005
Geological characteristics and exploration breakthrough in Linxing-Shenfu tight gas fi eld,
northeastern Ordos Basin
Mi Lijun 1, Zhu Guanghui 2
（ 1 Beijing Research Center of CNOOC (China) Co., Ltd.; 2 China United Coalbed Methane Co., Ltd. ）
Abstract: It has been known that CBM exploration is predominant in the Jinxi flexural fold belt in the eastern margin of Ordos Basin. However, due to unclear understanding of gas accumulation, there has been no major breakthrough of tight gas exploration. In 2013, CNOOC made a fi rm decision to shift from CBM exploration to tight gas exploration. By systematically summarizing the gas accumulation condition and gas reservoir characteristics, the company revealed the differential enrichment law of tight gas, proposed favorable areas and obtained tight gas reserves. The research result suggests that: (1) Pay zones of Linxing-Shenfu Gas Field are mainly in the Carboniferous Ben
xi Formation and Permian Taiyuan and Shihezi Formations, which are typical tight sandstone gas reservoirs; (2) The main source rocks are coal measure strata, with an average CH 4 content of 95% and no H 2S; (3) The burial depth of gas reservoir is between 1300-2200 m, and the pressure coeffi cient ranges from 0.85-1.01; (4) The reservoir consists of widely spread delta sandstone and barrier bar sandstone, of which the former
引用：米立军，朱光辉．鄂尔多斯盆地东北缘临兴—神府致密气田成藏地质特征及勘探突破[J].中国石油勘探，2021,26(3):53-67.
Mi Lijun, Zhu Guanghui. Geological characteristics and exploration breakthrough in Linxing-Shenfu tight gas fi eld, northeastern Ordos Basin[J]. China Petroleum Exploration, 2021,26(3):53-67.
54中国石油勘探2021年 第26卷has an average porosity of 8.8%, permeability of 1.10 mD, and pore throat radius less than 1.5 μm, while the latter has an average porosity of 7.6%, permeability of 0.59 mD, and pore throat radius less than 1.1 μm; (5) Infl uenced by the Lishi strike-slip fault zone in the east and the Zijin Mountain volcanic activities in the south, fault activity is strong in the east and weak in the west, while strong in the south and weak in the north. The hydrocarbon generation intensity is high in the south and gradually decreases towards the north affected by volcanic activities;
(6) The study area experienced three periods of tectonic movement after hydrocarbon generating in the Late Jurassic, and the gas reservoir is dominated by vertical migration and accumulation. In Lingxing block, gas reservoir is mainly inside the source, near source and far source accumulation, whereas in Shenfu block it is mainly inside source and supplemented by near source accumulation with smaller scale of gas reservoir; (7) Three sets of key exploration technologies have been developed, which provide solid technical support for tight gas exploration and development. Until 2021, the proven natural gas reserves in Linxing-Shenfu block are 1010×108 m3 guided by above knowledge and technology and another one hundred billion cubic meters of geological reserves could be increased with the progressive exploration from south to north.
Key words: northeastern margin of Ordos Basin, Linxing-Shenfu Gas Field, tight sand gas, gas enrichment law, key technology
0引言
鄂尔多斯盆地素有“满盆气、半盆油”的美誉。其大规模勘探始于20世纪80年代，经历多次转变，在致密气、致密油领域不断取得新的突破和进展[1-3]。目前，致密气资源量约为14.5×1012m3，已经发现苏里格、乌审旗、大牛地、神木等探明地质储量超过千亿立方米的致密气田，累计探明地质储量超过3.
8×1012m3，显示了盆地丰富的致密气资源[4]。随着鄂东大气区勘探的滚动扩边和逐步深入，盆地东缘晋西挠褶带逐渐开展致密气勘探。中国海油临兴—神府区块位于晋西挠褶带北段，面积约为5500km2，由于对成藏特征及规律认识不清，勘探进程举步维艰，主要表现为：（1）构造复杂，构造对成藏所起的作用不明确；（2）源内成藏组合的本溪组、太原组和山西组砂岩储层分布差异大，展布规律不清；（3）源内成藏组合以上多个含气层系的沉积储层展布和天然气富集规律亟待明确；（4）储层岩电特征多样，气层、水层均具有低电阻率特征，识别技术需要建立；（5）岩性组合复杂，85%的气层厚度小于5m，地球物理储层预测技术亟待攻关；（6）单井单层试气产量为（0.5～5.0）× 104m3/d，如何经济有效地推动开发，显著提高单井单层产量与多层系气层动用程度是重点攻关方向。
2010—2020年，经过3个阶段的勘探历程，通过区域成藏条件对比，创新形成3套勘探关键技术，逐渐揭示了烃源岩—构造—沉积成岩三者耦合的“煤岩生烃、烃源控潜；相带控砂、微相控储；断砂输导、物性控藏；差异聚集、优储控产”的“选择性—非连续”致密气成藏规律。2021年，临兴—神府区块探明超千亿立方米的致密气地质储量，展现了东部复杂构造条件下致密气勘探的广阔前景。本文拟通过对盆地东缘致密气成藏地质条件、成藏富集规律及勘探关键技术研究，为其他类似地区致密气勘探提供地质经验及可借鉴的技术。
1临兴—神府气田发现及勘探历程
临兴—神府气田位于陕西省神木市和山西省临县境内，西邻神木气田，东靠吕梁山，构造位置隶属于鄂尔多斯盆地次级构造单元晋西挠褶带北段（图1）。
-1175
-667
-158
350
859本溪组顶面断层
气田范围
20km
斯
地
伊盟隆起
伊陕斜坡
起
晋
西
挠
褶
带
二级构造单元边界
盆地边界
SM-1
SM-2
SM-3
SM-4
SM-5
SM-6
SM-7
SM-8
SM-9
LX-1
LX-2
LX-3
LX-4
LX-5
LX-6
LX-7
LX-8LX-9
LX-10
LX-11
LX-12
LX-13
LX-14
LX-15
LX-16
海拔/m
图1 临兴—神府致密气田构造位置
Fig.1 Structural location map of Linxing-Shenfu tight
gas field
米立军等：鄂尔多斯盆地东北缘临兴—神府致密气田成藏地质特征及勘探突破55
第3期构造形态表现为东部隆升，西部为西倾斜坡，地层倾角由西部的1°～2°陡变为东部的12°～23°。发育上古生界石炭系—二叠系，由下而上沉积一套海陆交互相含煤地层。依据与煤系烃源岩的距离，将该气田
划分为3套成藏组合[4]，分别是由本溪组（C 2b）、太原组（P 1t）和山西组（P 1s）组成的源内成藏组合，下石盒子组（P 2x）近源成藏组合，由上石盒子组（P 2s）和石千峰组（P 3s）组成的远源成藏组合（图
2）。
泥岩
细砂岩
中砂岩山西省
粉砂岩
煤层
石灰岩
白云岩
图2 临兴—神府致密气田地层综合柱状图
Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of Linxing-Shenfu tight gas field
临兴—神府气田主要气藏类型为低产、特低丰度、中浅层、特大型致密砂岩气藏。截至目前，该气田探明天然气地质储量1010.43×108m 3，含气面积为728.11km 2；产气层主要是上古生界石炭系本溪组和二叠系太原组、石盒子组，其次为山西组、石千峰组；气层单层厚度介于0.5～17.7m，平均厚度为2.4m，单井气层累计厚度介于2.3～113.3m，平均厚度为32.0m。
1.1气田周边发现
2010年以前，临兴—神府气田周边一直作为煤层气资源的一类有利区进行勘探，以必和必拓公司、中澳煤层气能源有限公司为主的国内外公司将本溪组、太原组和山西组的煤层作为勘探重点，陆续钻探了一批有发现的煤层气探井。2010年到2013
56中国石油勘探2021年 第26卷
年，对作为煤层围岩的砂岩进行了探索。2011年，在兔坂构造钻遇致密气层，盒2段压后无阻流量为5.3×104m3/d，证实了该区致密气具有经济性产量，开拓了致密气勘探前景，但对比盆内主要致密气田，由于产层不同，以及研究认识的不足，并没有获得更多的高产井发现和储量发现，致密气勘探进入了一个相对缓慢的推进期。
1.2气田早期勘探
2013年，中国海油进入临兴—神府区块，在梳理前期煤层气和致密气勘探认识的基础上，系统对比盆缘与盆内地质条件的差异性，大胆提出全面向致密气勘探的战略转变。2014年，中国海油提出以常规气藏的勘探思路寻构造—岩性气藏，围绕兔坂构造相继部署了5口探井。第一轮3口探井以构造为主，兼顾砂岩厚度，平均钻遇气层6.9m，效果不佳。第二轮2口探井以岩性为主，在构造稳定区内寻砂体叠合带，在LX-4井钻遇气层79.8m，太2段常规射孔试气获商业气流13.3×104m3/d，显示了该区块极好的含气性和资源潜力。研究结果表明：自北向南太原组发育海相浅水三角洲和障壁—潮坪沉积体系，（水下）分流河道砂体和障壁沙坝砂体构成了主要储集体，残余原生孔和次生溶孔发育，物性好（图3）；砂岩储层与煤系烃源岩互层分布，烃源岩R
o
大于1.5%，形成了自生自储式的源内成藏组合，具备形成大型岩性气藏的有利条件。基于该思路，逐
步落实了LX-4井区稳定分布的太原组含气砂体，并扩展到山2段和盒8段，含气性均较好，是天然气富集区，为扩大勘探规模奠定了基础。遵循源内成藏组合及近源盒8段成藏认识，以落实富集区为目的相继取得了高产井发现。2015年，LX-4井区探明地质储量超过200×108m3，临兴—神府致密气田初见雏形。
1.3气田规模勘探
随着LX-4井区的逐步外扩，以及北部神府区块的勘探推进，2016年下半年，储量探明工作进程缓慢，勘探难题逐步显现。为加快落实储量，勘探人员加大了新一轮的综合研究与专项攻关：（1）开展鄂尔多斯盆地东缘离石走滑断裂带北段研究，明确了其时空关系和紫金山火山热事件的演化特征，指出了构造的东西分带性、南北分区性，揭示了构造影响致密砂岩气的富集和逸散；（2）开展盆地东缘上古生界沉积体系研究，不断完善沉积演化认识，明确南北沉积相的差异性，从优质储层发育控制因素角度逐步落实其分布规律，提出差异部署思路，在临兴区块以LX-4井区向西南扩大储量规模、向东扩大含气面积，在神府区块以SM-6井区向南、向西扩大本1段、太原组、山2段储量规模，向东扩大含气面积；（3）开展多因素耦合条件下的天然气运聚成藏机理研究，通过构建复杂构造条件下的“选择性—非连续”致密气成藏模式，明确了临兴—神府区块南北成藏差异性，南部山西组、石盒子组、石千峰组具有形成大型岩性气藏的有利地质条件，以多层系立体勘探为主。北部由于生烃强度变弱，以本1段、太原组、山2段源内成藏组合和近源盒8段勘探为主；（4）形成以核磁共振测井、阵列声波测井与热中
子成像测井新技术创新应用为核心的岩石物理研究与测井综合评价技术体系，提高了气层识别精度；（5）建立考虑煤层影响和不同微相岩性组合控制的“层—相”共控储层预测技术体系，提高了气层预测精度；（6）创新形成以“分区分类、应钻尽钻；深化试验、经济有效；迭代学习、持续改正”三大核心为基础的勘探开发一体化技术系列，提高了气田储量动用率，加快了气田产能建设和高效开发。
以成藏规律和关键技术攻关为基础，2017—2020年，中国海油加大自南向北的多层系立体勘探与源内层系局部勘探力度，不断扩大叠合含气面积，探明地质储量逐年增加。2021年，临兴—神府致密气田成为东缘又一个超千亿立方米级别的特大型气田，目前已建成产能超过15×108m3/a。
2气藏地质特征
2.1烃源岩特征
临兴—神府气田上古生界以煤型气为主，气源为本溪组、太原组和山西组煤系地层，各层中均有不同厚度的煤层发育，且广泛分布，单层厚度介于0.5～18.2m，平均厚度为2.8m，其中4+5号煤自南向北厚度增加，8+9号煤自南向北厚度变化不大，向东厚度增加。煤岩有机碳含量高达57.10%，碳质泥岩有机碳含量为12.03%～15.73%，泥岩有机碳含量为0.10%～7.09%；煤岩和碳质泥岩以腐殖型干酪根为主，有机质成熟度R
o
大于0.5%，进入生烃阶段，
煤岩生烃潜量S
1
+S
2
介于136.3～217.4mg/g，碳质泥岩生烃潜量介于27.8～84.5mg/g，煤岩是主要的烃源岩。
米立军等：鄂尔多斯盆地东北缘临兴—神府致密气田成藏地质特征及勘探突破57
第3期图3 LX-4井太2段岩心综合柱状图
Fig.3 Comprehensive column of core section of 2nd member of Taiyuan Formation of Well LX-4
含砾粗砂岩泥质条带
粗砂岩炭化植物茎
中砂岩碳质纹层煤层(d) 1715.45m, 粒内溶孔
(c) 1712.77m, 粒间溶孔
(b) 1708.16m, 残余粒间孔
(a) 1703.58m, 残余粒间孔
1μm
1μm
1μm
1μ
m
冲刷面
交错层理
黄铁矿
Fe S
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