安天下,宋國奇,王永詩,郝雪峰,向立宏,伍松柏,劉瑞娟,尹麗娟,林璐
(1.中國石化勝利油田分公司 勘探開發(fā)研究院,山東 東營 257015;2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院,北京 100083;3.中國石化勝利油田分公司,山東 東營 257001)
含油氣盆地中的油氣勘探是一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)、高投入活動(dòng),正因如此,科學(xué)的勘探思路和方法是保障油氣勘探活動(dòng)效益最大化的前提和關(guān)鍵,這也是一直以來石油地質(zhì)學(xué)者關(guān)注和研究的熱點(diǎn)[1-2]。勘探實(shí)踐表明,對(duì)于地下油氣資源分布規(guī)律的認(rèn)識(shí)及其發(fā)現(xiàn)過程存在階段性。在不同的階段,勘探的主要目的和勘探目標(biāo)的地質(zhì)條件差異較大,針對(duì)不同勘探階段形成的勘探思路和方法、理論認(rèn)識(shí)和勘探技術(shù)都具有階段性和片面性[3],隨著勘探程度的提高,勘探對(duì)象的特點(diǎn)不斷變化,需要適時(shí)創(chuàng)新和探索新的思路和方法,才能不斷指導(dǎo)勘探實(shí)踐取得突破。近年來,前人也在這個(gè)方面開展了積極探索,如羅佳強(qiáng)等[4]以泌陽、東營凹陷為例,提出在油源分析的前提條件下,重點(diǎn)描述油氣主要運(yùn)移通道特征,采用以類似“順藤(主運(yùn)移通道)摸瓜(油氣藏)”的方式優(yōu)選目標(biāo)的勘探方法;李令喜等[5]針對(duì)東濮凹陷提出根據(jù)凹陷的不同構(gòu)造帶特征,采用相適用的技術(shù)對(duì)策的勘探思路;侯連華等[3]針對(duì)大民屯及興隆臺(tái)古潛山,準(zhǔn)噶爾西北緣上盤石炭系等老油區(qū),提出了地質(zhì)問題再評(píng)價(jià),多學(xué)科綜合研究地質(zhì),以方法技術(shù)創(chuàng)新為保障的老油氣區(qū)勘探思路;趙賢正等[6-7]針對(duì)渤海灣盆地饒陽凹陷提出了以整體認(rèn)識(shí)、整體評(píng)價(jià)和整體部署為核心的二次勘探以及精研細(xì)究、精雕細(xì)刻、精查細(xì)找、精耕細(xì)作、精篩細(xì)選和創(chuàng)新管理的“五精一創(chuàng)”新勘探思路和方法;孟衛(wèi)工等[8]針對(duì)遼河坳陷中淺層提出以區(qū)帶評(píng)價(jià)優(yōu)選、老井精細(xì)復(fù)查、油藏地質(zhì)再認(rèn)識(shí)、精細(xì)目標(biāo)刻畫以及勘探開發(fā)一體化勘探思路和方法,均取得了較好的勘探效果。
國內(nèi)的含油氣盆地在經(jīng)歷了130余年勘探活動(dòng)之后[9-10],目前大部分已進(jìn)入高勘探程度階段,在該階段,勘探對(duì)象日趨復(fù)雜隱蔽、儲(chǔ)量規(guī)模越來越小、儲(chǔ)量品位不斷變差是老區(qū)油氣勘探工作者面臨的新的勘探特點(diǎn),但從國內(nèi)外含油氣盆地的儲(chǔ)量增長情況看,高勘探程度區(qū)主力含油層系內(nèi)的儲(chǔ)量空白區(qū)仍然是未來較長一段時(shí)期的重要增儲(chǔ)領(lǐng)域[2-3,11];同時(shí),著眼國家能源安全和低油價(jià)下效益勘探的戰(zhàn)略,如何在高勘探程度區(qū)內(nèi)開展精細(xì)勘探,實(shí)現(xiàn)油氣商業(yè)發(fā)現(xiàn)和尋找規(guī)模優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)量的目標(biāo),成為老區(qū)油氣勘探工作者面臨的難題[2-12]。
本文以渤南洼陷為例,在分析制約主力含油層系儲(chǔ)量空白區(qū)勘探關(guān)鍵問題及對(duì)策的基礎(chǔ)上,從剩余資源評(píng)價(jià)、油氣成藏主控因素、儲(chǔ)量空白區(qū)成因、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)及目標(biāo)評(píng)價(jià)部署等方面入手,結(jié)合現(xiàn)有的理論認(rèn)識(shí)和勘探技術(shù),探索總結(jié)出一套科學(xué)的適合于高勘探程度區(qū)主力含油層系油氣精細(xì)勘探的工作思路和方法,以期實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)量空白區(qū)含油連片,指導(dǎo)勝利油田的高效增儲(chǔ)。
渤南洼陷位于濟(jì)陽坳陷北部沾化凹陷內(nèi),為北東走向、北陡南緩、東陡西緩、北斷南超的典型箕狀斷陷湖盆。北以埕南斷層為界,與埕東凸起相連,西以義東斷層為界,與義和莊凸起相鄰,南部緊鄰陳家莊凸起,東部以孤西斷層為界,與孤北洼陷相鄰[13]。盆地地層自下而上發(fā)育孔店組(Ek)、沙河街組(Es)、東營組(Ed)、館陶組(Ng)和明化鎮(zhèn)組(Nm);沙河街組自下而上可分為沙河街組四段(Es4)、沙河街組三段(Es3)、沙河街組二段(Es2)和沙河街組一段(Es1)[14]。渤南洼陷作為我國東部陸相斷陷盆地高勘探程度區(qū)帶典型代表之一,其面積為1 800 km2,共完鉆探井544口,探井密度0.3口/km2,三次資源評(píng)價(jià)資源量13.3億t。截至2018年底,共探明石油儲(chǔ)量約為6.92億t,其中周邊凸起帶Ng探明1.53億t,Es探明4.88億t,探明率51%,剩余資源豐度2.35×105t/km2。Es3為主力含油層系之一,內(nèi)部各類沉積體勘探和認(rèn)識(shí)程度不同,中部洼陷帶濁積巖探明程度高,南部緩坡、北部陡坡碎屑巖沉積體發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)量少,存在大量儲(chǔ)量空白區(qū),見圖1。
斷陷盆地的主力含油層系的勘探程度相對(duì)較高,勘探難度大,投資回報(bào)率低,特別是在近年來國際原油價(jià)格持續(xù)低迷的情況下,在多個(gè)方面影響勘探?jīng)Q策部署。以渤南洼陷Es3為例,首先,研究區(qū)目前探井密度較大,雖然已發(fā)現(xiàn)較多儲(chǔ)量,但在儲(chǔ)量之間的空白區(qū)仍有大量出油點(diǎn)發(fā)現(xiàn)(出油點(diǎn)是指鉆探并獲得工業(yè)油流,但未上報(bào)儲(chǔ)量的油氣探井),但勘探潛力及方向不明確;儲(chǔ)量空白區(qū)內(nèi)勘探對(duì)象以復(fù)雜的隱蔽圈閉為主,出油點(diǎn)區(qū)域的油氣藏類型不明確,而且該區(qū)域多為多個(gè)沉積體系的交匯區(qū),斷裂復(fù)雜,油氣藏主控因素不明。失利單井分析表明,勘探技術(shù)精度要求較高,比如小斷層精細(xì)刻畫及封閉性研究、薄砂體預(yù)測及有效性評(píng)價(jià)、不整合圈閉的有效性及成藏過程分析等。通過以上分析,筆者認(rèn)為制約渤南洼陷Es3主力含油層系儲(chǔ)量空白區(qū)精細(xì)勘探的關(guān)鍵問題包括儲(chǔ)量空白區(qū)的剩余資源潛力、待發(fā)現(xiàn)油氣藏類型、成藏主控因素、儲(chǔ)量空白區(qū)成因不明及適應(yīng)的勘探關(guān)鍵技術(shù)如何攻關(guān)等5個(gè)方面問題。
在分析制約渤南洼陷主力含油層系儲(chǔ)量空白區(qū)勘探關(guān)鍵問題的基礎(chǔ)上,筆者認(rèn)為在高勘探程度階段應(yīng)以“剩余資源→油藏類型→成藏主控因素分析→儲(chǔ)量空白區(qū)成因→勘探關(guān)鍵技術(shù)”為主線,作為精細(xì)勘探思路和方法(表1),對(duì)策如下。
圖1 渤南洼陷區(qū)域位置及綜合柱狀圖
(1)對(duì)于主力含油層系探明程度高、剩余潛力方向如何預(yù)測的問題,可利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法,明確下步勘探潛力及方向。
(2)對(duì)于主力含油層系待發(fā)現(xiàn)油氣藏類型不清的問題,以盆地油藏分布有序性為指導(dǎo),預(yù)測潛力區(qū)可能發(fā)育的油藏類型,作為勘探的重點(diǎn)油藏類型。
(3)對(duì)于成藏主控因素的問題,以精細(xì)地質(zhì)模型重建為基礎(chǔ),開展精細(xì)構(gòu)造解釋、沉積體系重建、儲(chǔ)層精細(xì)刻畫,將要素逐個(gè)與已發(fā)現(xiàn)油藏進(jìn)行疊合,明確儲(chǔ)量空白區(qū)油氣成藏的主控因素。
(4)對(duì)于儲(chǔ)量空白區(qū)成因問題,應(yīng)系統(tǒng)建立成藏要素對(duì)比大表,尋找油氣地質(zhì)條件大體相近的成功井與失利井進(jìn)行正反對(duì)比,逐一對(duì)比排除,明確儲(chǔ)量空白區(qū)的成因。
(5)對(duì)于勘探關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)問題,結(jié)合儲(chǔ)量空白區(qū)成因認(rèn)識(shí),對(duì)現(xiàn)有勘探技術(shù)進(jìn)行集成及創(chuàng)新應(yīng)用,指導(dǎo)有利勘探層系的勘探目標(biāo)綜合評(píng)價(jià)。
表1 主力含油層系儲(chǔ)量空白區(qū)精細(xì)勘探面臨的問題、難點(diǎn)及對(duì)策分析
圖砂組剩余資源潛力地質(zhì)帕萊托法預(yù)測結(jié)果
在明確下步潛力勘探層系或潛力區(qū)后,如何有效地判斷可能發(fā)育的油藏類型,將極大提高勘探工作的針對(duì)性和勘探效率。中國石油地質(zhì)工作者在斷陷盆地開展油氣勘探的同時(shí),一直致力于對(duì)油氣分布規(guī)律的不斷總結(jié)[9-10,19]。復(fù)式油氣聚集帶和隱蔽油氣藏理論的提出,體現(xiàn)了在不同勘探階段對(duì)油氣分布有序性理論的認(rèn)識(shí)[20-22]。隨著認(rèn)識(shí)程度不斷加深,對(duì)斷陷盆地內(nèi)油藏分布有序性的內(nèi)涵及表現(xiàn)形式也越來越清楚,成藏要素、油藏類型及油藏屬性均呈有序分布特征[23-28]。
從概念而言,油藏分布有序性是指斷陷盆地的形成發(fā)展過程中,在區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)控制下,盆地內(nèi)部構(gòu)造單元、沉積與生儲(chǔ)油條件、蓋層以及油氣層等分布具有顯著規(guī)律性,這些方面以構(gòu)造演化為主導(dǎo)有機(jī)聯(lián)系,決定了油氣藏分布的有序性,并構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的油氣分布整體[24,29-30]。
表2 Es3剩余資源潛力地質(zhì)帕萊托法預(yù)測結(jié)果
渤南洼陷古近紀(jì)在多期構(gòu)造演化過程中,總體具有結(jié)構(gòu)完整,沉積充填樣式豐富且油氣運(yùn)聚過程多期連續(xù)的特征。盆地構(gòu)造、沉積充填的有序性變化,如圖3所示,控制了圈閉類型、輸導(dǎo)體系、動(dòng)力結(jié)構(gòu)的有序性,最終決定了渤南洼陷油藏分布序列的有序性特征。具體表現(xiàn)為:洼陷中心向邊緣依次發(fā)育巖性油藏-構(gòu)造巖性油藏-巖性構(gòu)造油藏-構(gòu)造油藏-地層油藏,不同類型中間往往有過渡類型存在。洼陷帶超壓區(qū)含油高度大于150 m;斷階帶壓力過渡區(qū)含油高度70~80 m;斜坡帶常壓區(qū)含油高度50~60 m??傮w上呈油藏連續(xù)分布、類型有序演化、縱向疊置、橫向毗鄰且復(fù)式富集的油氣成藏特征,見圖4,圖1(a)。
圖3 Es3各砂組沉積體系分布規(guī)律
Fig.3 Distribution law of sedimentary system of each sand formation of Es3
圖4 渤南洼陷Es3油藏分布序列
Fig.4 Reservoir distribution sequence of Es3in Bonan sag
勘探對(duì)象復(fù)雜程度不斷提高,要求對(duì)油藏預(yù)測精度越來越高。通過對(duì)主力含油層系構(gòu)造、沉積的精細(xì)認(rèn)識(shí),分析成藏要素及運(yùn)聚方式有序性規(guī)律,建立油藏分布序列模式,能夠揭示油氣分布的規(guī)律性,實(shí)現(xiàn)對(duì)油藏的預(yù)測從可能性向必然性轉(zhuǎn)變,指導(dǎo)勘探選區(qū)。渤南洼陷Es3南部斜坡帶和北部陡坡帶區(qū)域均發(fā)育儲(chǔ)量空白區(qū),二者油藏類型及主控因素不同,南部斜坡帶儲(chǔ)量空白區(qū)巖性-構(gòu)造類油藏的主控因素為圈閉的有效性,成藏主要受控于構(gòu)造、儲(chǔ)層發(fā)育及斷層兩側(cè)對(duì)接狀況,埋深淺;北部洼陷帶儲(chǔ)量空白區(qū)巖性類油藏主控因素為巖性圈閉發(fā)育和地層壓力,埋深大,優(yōu)選南部斜坡帶儲(chǔ)量空白區(qū)為重點(diǎn)解剖和勘探對(duì)象。
明確成藏主控因素是認(rèn)識(shí)和分析儲(chǔ)量空白區(qū)成因和確定勘探技術(shù)攻關(guān)方向的基礎(chǔ)。根據(jù)精細(xì)地質(zhì)研究,開展各類基礎(chǔ)圖件編制,并將已發(fā)現(xiàn)油氣分布、油氣藏類型及含油高度與構(gòu)造、沉積體系、儲(chǔ)層展布、物性特征、壓力場等兩兩疊合,見圖5,明確了渤南洼陷斜坡帶油氣成藏主要受砂體展布、斷層封堵性及圈閉充滿程度等3個(gè)要素控制。具體而言,研究區(qū)Es3斜坡帶常壓區(qū)的儲(chǔ)層空白區(qū),油藏分布受儲(chǔ)層展布控制,隨砂遷移,逐層分布、優(yōu)相富集;圈閉類型受斷層及儲(chǔ)層分布控制,以斷層封堵型為主,局部發(fā)育上傾尖滅型,斷層封堵性控制圈閉的有效性;油藏類型以斷層切割三角洲前緣砂體和水道側(cè)翼砂體尖滅形成的巖性-構(gòu)造油藏為主;油藏含油高度與圈閉閉合高度、儲(chǔ)層傾角和斷層泥巖涂抹因子等3個(gè)參數(shù)具有較好的相關(guān)性。
圖油藏分布與成藏要素疊合圖
結(jié)合成藏主控因素的認(rèn)識(shí),通過成功與失利探井的對(duì)比分析,能夠明確儲(chǔ)量空白區(qū)的成因。高勘探程度區(qū)已發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)量區(qū)周圍存在的大量儲(chǔ)量空白區(qū)[11-12],按成藏條件及潛力可分為兩類:一類為成藏條件差,無勘探潛力的“不利空白區(qū)”;另一類為成藏條件好,有勘探潛力,目前尚未發(fā)現(xiàn)的“有利空白區(qū)”。通過失利探井分析發(fā)現(xiàn),渤南洼陷Es3斜坡帶“不利空白區(qū)”形成原因有3個(gè):一是受物源方向、沉積體系類型及后期的剝蝕改造控制的儲(chǔ)層邊界外和儲(chǔ)層范圍內(nèi)物性差沒達(dá)到成藏下限的儲(chǔ)量空白區(qū)。以義901井為例,該井在8,9砂組均鉆遇砂體,但僅在9砂組獲得較好油氣顯示,8砂組為熒光,砂體物性分析表明,9砂組砂體物性平均值20%,而8砂組孔隙度平均值1.6%,因此,8砂組在義901井區(qū)形成了空白區(qū),見圖6(a);二是對(duì)于發(fā)育有利儲(chǔ)層,但由于斷層不封堵未形成斷層封堵型圈閉的儲(chǔ)量空白區(qū)。以羅35井為例,該井在8砂組鉆遇兩套砂體,但上部砂體為水層,下部為油層,油藏解剖顯示,在砂體上傾方向,下部砂體為砂-泥對(duì)接,斷層封堵,形成了巖性-構(gòu)造油藏,上部砂體在斷層兩側(cè)為砂-砂對(duì)接,斷層不封堵,油氣向高部位運(yùn)移至墾26井,故形成了空白區(qū),見圖6(b);三是有效圈閉范圍內(nèi),含油高度邊界以外的儲(chǔ)量空白區(qū),見圖6(c)。以義139井為例,該井在8砂組鉆遇物性較好的砂體,但測試為水層,分析顯示,其鉆遇的位置在該處圈閉的油水界面之下,或者說是含油高度范圍之外,形成了空白區(qū)。在以上三類“不利空白區(qū)”之外的區(qū)域應(yīng)為成藏條件有利,有勘探潛力,但受地質(zhì)認(rèn)識(shí)或勘探技術(shù)限制,目前未發(fā)現(xiàn)的“有利空白區(qū)”,也正是高勘探程度區(qū)內(nèi)需要探尋的目標(biāo)區(qū)域。
儲(chǔ)量空白區(qū)成因分析及儲(chǔ)量區(qū)和空白區(qū)成藏條件對(duì)比結(jié)果表明,制約渤南洼陷斜坡帶Es3空白區(qū)勘探的關(guān)鍵為圈閉的精確落實(shí)、圈閉有效性判識(shí)及含油高度評(píng)價(jià)等3個(gè)因素。針對(duì)性地開展了關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān),基于地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法,在物源判識(shí)的基礎(chǔ)上,利用三維精細(xì)地質(zhì)建模技術(shù)落實(shí)有利儲(chǔ)層分布規(guī)律,明確有利圈閉;對(duì)于發(fā)育的斷層封堵型圈閉,主要通過計(jì)算斷層啟閉性和斷層連通概率來判斷圈閉有效性[31-33],計(jì)算結(jié)果<0.6時(shí),認(rèn)為能夠封堵油氣,形成有利圈閉(式(1),(2)),見表3;利用含油高度與成藏要素疊合研究成果,將砂體傾角、圈閉閉合高度、物性指數(shù)、斷層泥總量因子4個(gè)參數(shù)與油藏的含油高度進(jìn)行多元回歸,建立含油高度預(yù)測模型(式(3)),對(duì)各有效圈閉進(jìn)行含油高度及產(chǎn)油能力評(píng)價(jià)。
斷層啟閉性判識(shí)模型
C=P/(δ·SGR),
(1)
圖6 渤南洼陷南斜坡Es3儲(chǔ)量空白區(qū)成因模式圖
斷層連通概率的數(shù)學(xué)模型
(2)
式中:C為啟閉系數(shù),無量綱;P為泥巖流體壓力,MPa;δ為斷面正應(yīng)力,MPa;SGR為斷裂帶泥巖涂抹因子,%;f為斷層連通概率,無量綱。
圈閉含油高度預(yù)測模型
H=0.293h-753.113k+1.25θ+
29.841T+17.715,
(3)
式中:H為油藏含油高度,m;h為圈閉高度,m;k為物性指數(shù);θ為砂體傾角,°;T為斷層泥總量因子。
渤南南部斜坡Es3主要發(fā)育以斷層封堵型巖性-構(gòu)造類圈閉為主,因此,通過精細(xì)地質(zhì)建模技術(shù),落實(shí)了Es3構(gòu)造特征、沉積體系及儲(chǔ)層分布規(guī)律,基于對(duì)各砂組精細(xì)解釋的構(gòu)造線與儲(chǔ)層分布疊合,明確有利的圈閉位置及規(guī)模,進(jìn)一步通過計(jì)算斷層啟閉性判斷圈閉有效性,利用建立的含油高度預(yù)測模型(式(3)),對(duì)各有效圈閉進(jìn)行含油高度及產(chǎn)油能力評(píng)價(jià),最后將優(yōu)選評(píng)價(jià)結(jié)果作為勘探目標(biāo)。以沙三中亞段8砂組為例,在斜坡帶利用構(gòu)造線與儲(chǔ)層分布疊合共預(yù)測了13個(gè)有利圈閉,圈閉有效性及含油高度評(píng)價(jià)結(jié)果顯示其中有12個(gè)為有效圈閉,具有較好產(chǎn)油能力,可作為勘探目標(biāo),如表4所示。在該方法指導(dǎo)下,渤南洼陷Es3相繼完鉆探井6口,新增探明和控制儲(chǔ)量約3 010萬t,實(shí)現(xiàn)了拔掉連片主力含油層系儲(chǔ)量空白區(qū)“釘子戶”的目的。
(1)高勘探程度區(qū)主力含油層系內(nèi)的儲(chǔ)量空白區(qū)仍然是未來較長一段時(shí)期的重要增儲(chǔ)領(lǐng)域,在新的勘探形勢下,應(yīng)結(jié)合階段的勘探特點(diǎn),適時(shí)調(diào)整勘探思路,積極探索精細(xì)勘探思路和方法,才能不斷地獲得新的油氣發(fā)現(xiàn)。
(2)制約主力含油層系內(nèi)儲(chǔ)量空白區(qū)精細(xì)勘探因素主要有剩余資源潛力、待發(fā)現(xiàn)油氣藏類型及成藏主控因素、儲(chǔ)量空白區(qū)成因及勘探關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)等問題,其解決對(duì)策:利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法預(yù)測剩余資源潛力,基于油氣分布有序性認(rèn)識(shí)預(yù)測可能發(fā)育的油藏類型,通過已發(fā)現(xiàn)油氣藏與地質(zhì)要素的疊合解剖明確成藏主控因素,基于成功與失利探井的對(duì)比分析,落實(shí)儲(chǔ)量空白成因,利用現(xiàn)有技術(shù)的集成及創(chuàng)新應(yīng)用形成適用于儲(chǔ)量空白區(qū)的勘探關(guān)鍵技術(shù)。
表4 渤南洼陷砂組圈閉綜合評(píng)價(jià)結(jié)果
(3)渤南洼陷南部斜坡帶沙三段儲(chǔ)量空白區(qū)仍具有勘探潛力,巖性-構(gòu)造類油氣藏是潛力區(qū)可能發(fā)育的油氣藏類型,油藏分布受儲(chǔ)層展布控制,圈閉有效性主要受構(gòu)造、儲(chǔ)層發(fā)育、斷層封堵性及含油高度等因素控制,儲(chǔ)層條件差、斷層不封堵及含油高度低為儲(chǔ)量空白區(qū)成因,利用科技攻關(guān)形成的有利儲(chǔ)層預(yù)測、圈閉有效性及含油高度定量評(píng)價(jià)的關(guān)鍵技術(shù),應(yīng)用該勘探思路和方法取得了較好的勘探部署效果。