冀东南堡凹陷非常规油气资源潜力研究

袁立新，毕永斌，张 梅，高广亮，李福堂

（中国石油冀东油田勘探开发研究院，河北唐山 063004）

冀东南堡凹陷非常规油气资源潜力研究

袁立新，毕永斌，张 梅，高广亮，李福堂

（中国石油冀东油田勘探开发研究院，河北唐山 063004）

利用地球化学、岩石矿物、测井及录井等资料系统研究冀东南堡凹陷非常规油气资源，认为南堡凹陷火山岩、泥页岩厚度大、有机质丰度高、类型好、成熟度分布范围广，具备形成油气藏的物质基础；南堡凹陷火成岩气孔或裂缝发育、泥页岩裂缝发育，均具有一定的储集性能，同时有利于油气的开采。通过对火山岩、泥页岩进行试油试采，在沙河街组火山岩中试气获得了日产16×104m3的高产天然气流，在沙三段泥页岩进行压裂投产，初期日产液30 m3，目前日产液5 m3，日产油2 t，已累计产油500 t。研究结果表明南堡凹陷非常规油气藏具有良好的勘探开发潜力，展示了良好的勘探开发前景。

南堡凹陷；火山岩；泥页岩；潜力

目前，世界石油天然气工业已进入常规油气与非常规油气并重发展的时代，而且非常规油气在世界油气新增储量和产量中所占的比重越来越大，加大非常规油气藏的勘探开发规模已成为世界石油与天然气工业发展的必然趋势。我国非常规油气藏分布亦十分广泛，无论是中部的鄂尔多斯盆地和四川盆地，还是西部的塔里木、准噶尔、吐哈盆地，以及东部的松辽、渤海湾海域盆地等均有广泛分布，其中资源潜力最大、分布最广、且在现有技术经济条件下最具有勘探开发价值的是致密油气（包括致密砂岩油气和致密碳酸盐岩油气）、页岩油气（包括页岩气和页岩油）、煤层气等[1-2]。非常规油气资源作为能源体系中的一股新生替代力量，正处于技术快速发展和产业化成长阶段，发展非常规油气资源符合可持续的能源发展战略的需要。中国非常规油气具有地质研究起步较晚，资源潜力认识不清，开发技术相对落后等特征。本文基于非常规油气的特点，对渤海湾冀东南堡凹陷非常规油气资源勘探与开发潜力进行初步探讨，并结合目前勘探开发现状，提出非常规油气资源勘探开发的建议。

1 非常规油气资源潜力

渤海湾盆地是我国非常规油气资源较为丰富的含油气盆地之一，其中致密气地质资源量为1.0 ×1012～ 1.5×1012m3，可采资源量为0.5×1012～ 0.8 ×1012m3；致密油有利勘探面积为2.0×104km2，地质资源量为11.0×108t[3]。冀东油田目前主要工区是南堡凹陷，南堡凹陷是渤海湾盆地内一个有代表性的小型断陷盆地，它的形成与演化有着与渤海湾其他凹陷相似之处，决定了它也具有蕴含非常规油气资源的潜力。

冀东油田为了拓展新的勘探开发领域，针对已钻井见到良好油气显示的非常规油气层位和地区开展了地质研究，并进行了初步的试油试采工作，结果表明火山岩、泥页岩等非常规油气藏在该工区具有重要的勘探开发潜力。

1.1火山岩潜力分析

火山岩油气藏是近些年来国内油气勘探的一个新领域，也是一个难度较大的勘探领域，国内已经有许多专家学者做了研究[4-8]。南堡凹陷火山岩较为发育，其中南堡1号、2号构造的馆陶组以及5号构造的沙河街组均发育火山岩，目前冀东油田首先在南堡5号构造开展了火山岩储层预测及试油试采工作。

1.1.1 成藏条件

南堡凹陷5号构造火山岩油气藏主要位于沙河街组内部，与上下沉积地层呈层状整合接触，未遭受风化，被沙河街组的烃源岩包裹，构造形态不明显，油气富集主要受控于火山岩储层发育情况。南堡5号构造深层烃源岩条件比较优越，古近系各层段均发育良好的烃源岩，发育的主要层段为东三、沙一、沙三1-3和沙三4-5等4个层段。有效烃源岩厚度约为850 m，其中，东三段、沙一段和沙三4亚段为主要烃源岩。有机质丰度以东三和沙三4-5为最好，均已达到好烃源岩的标准，尤其是沙三4亚段烃源岩，属于同一生油洼陷——林雀次凹的高19-10、高11、高18等井均发现厚层优质烃源岩——油页岩，这套优质烃源岩有机质丰度比较高，TOC多数大于2%，部分高达8%，具备良好的天然气生成条件，图1展示了高19-10井沙三4亚段地化指标。

图1 南堡凹陷优质烃源岩有机地化垂向分布特征

火山岩储层主要来自于溢流相火山熔岩和爆发相火山碎屑岩，均具有一定的储集性能，其储油空间为气孔或裂缝，这些储集空间随深度的变化不大，这是在深部底层火山岩形成油气藏优势所在。溢流相玄武岩气孔、爆发相砾间孔缝均是较好的原生孔隙，虽然连通性差，但经过后期风化淋滤和构造裂缝的影响，可极大地改变其储集性能。以玄武岩为代表的火山熔岩储层和以凝灰岩为代表的火山碎屑岩储层，其中玄武岩顶部、底部通常气孔发育带，由于顶部气孔孔径大、含量高，喷出时即暴露于地表，易于溶蚀改造，使得储集空间扩大，从而成为最优质的火山岩储层；凝灰岩多覆盖于玄武岩之上或之下，虽气孔小但受成岩作用改造，可改善储集性能，成为较好的储层。因此多期火山喷发形成的火山岩储层，后期被沉积物覆盖形成多种类型的圈闭，它们与沙三段成熟的优质烃源岩穿插分布，供烃条件优越；上覆沙一段大套厚层泥岩可作为良好的盖层。

1.1.2 气藏特征

研究表明本区火山岩油气藏受控于局部构造和有利火山岩储层分布，位于生气窗之下的层段油气藏相态以凝析油气藏为主。油气分布预测存在两种类型：其一是大面积席状分布的火山岩单体，在火山岩单体构造高部位富集，在构造低部位受火山岩物性控制呈局部富集；其二是透镜状分布的火山岩单体，形成透镜状油气藏（图2）。

1.1.3 潜力研究

通过对南堡凹陷火山岩成藏研究，表明了该区具有油气成藏条件，为了进一步落实潜力，陆续实施了6口井试气、1口井系统试井工作。其中南堡5-85、南堡5-80井获得工业气流；南堡5-10井在沙河街组火山岩中试气获日产16×104m3高产天然气流（图3），目前该井日产气量稳定在2 ×104m3左右，已累计生产天然气428×104m3，展示5号火山岩具有良好的勘探开发潜力。

1.2泥页岩潜力分析

在常规油气勘探中，泥页岩常常被作为生烃岩或盖层而非储集岩。但是近年来，北美地区在海相页岩中勘探天然气所获得的巨大成功表明，泥页岩既可以作为烃源岩，也可以作为储集岩。南堡凹陷泥页岩较为发育，但目前油气显示较好的主要分布在南堡2号构造，为潜山的上伏泥岩。根据南堡280、南堡288检测出的孢粉化石以被子为主，且栎粉＞榆粉，桦科、胡桃科分子以及具双气囊的松科组分占有相当分量为主要特色，与本区以及整个渤海湾盆地古近纪沙三段的孢粉组合对比具有一定的相似性，同时通过地震追踪引层，故划归沙三段。

图2 南堡5号构造沙河街组岩性圈闭油藏剖面

图3 南堡5-10井生产曲线

1.2.1 岩性分析

南堡2号构造潜山上覆泥岩沙三段地层为深湖还原沉积环境，据X-射线衍射全岩矿物分析结果表明，岩性以黑灰色、泥晶灰岩、泥岩为主，石英、方解石含量高，含量在60%以上，该类型泥页岩在完井压裂过程中容易产生裂缝，利于页岩油气的开采。岩心的有机碳分析表明，烃源岩自上而下有机质丰度变好，TOC达1.17% ～ 1.58%，S1+S2为2.78 ～ 5.59 mg/g，氯仿沥青“A”在0.13%～ 0.32%，平均0.2%，干酪根类型为Ⅱ2型，且已处于成熟期，是一套优质烃源岩。

1.2.2 孔隙度与渗透率

利用核磁共振对南堡2号构造沙三段泥页岩岩心进行孔隙度及渗透率分析，结果表明：南堡2号构造沙三段泥页岩孔隙度和渗透率低，孔隙度一般为3.81% ～ 9.71%，渗透率一般为（0.02 ～ 0.07）×10-3μm2，反映了泥岩本身的物性特征。从孔隙度及渗透率随深度变化情况来看（表1），压实作用一直伴随着泥页岩的埋藏过程，随着埋深作用的增加和温度、压力的升高，孔隙度及渗透率逐渐降低。对于南堡凹陷泥页岩来说，如果裂缝不发育，则很难形成储层。

1.2.3 裂缝研究

泥页岩裂缝形成主要有超压裂缝、成岩收缩裂缝以及构造缝等。超压裂缝是岩石在一定埋深、封闭压力条件下，烃类生成，黏土矿物脱水、水热增加、自生矿物充填孔隙、胶结作用等产生异常高压，当异常压力超过上覆泥岩承受力，泥岩破裂形成破裂缝；成岩收缩缝是泥岩失水体积收缩产生裂缝，同时黏土矿物蒙皂石脱水转化为伊利石也会形成裂缝。

表1 南堡280井核磁共振泥岩物性分析结果

研究表明南堡2号构造沙三段泥岩具有形成裂缝的条件：一是厚度大，埋藏深，易形成封闭环境；二是从烃源岩排烃动力演变来看，中深层地层也容易形成异常压力；三是据南堡280、2-82井黏土矿物成分检测，伊利石含量高，其次伊蒙混层，推测为蒙皂石脱水变成伊利石所致；四是南堡凹陷历经多期区域构造运动，在脆性地层中不可避免地形成多期构造（断裂）缝，特别是靠近断层，在派生应力作用下，断层上升盘易形成伴生张节理缝，从南堡280井全岩矿物成分看，方解石含量较高，从岩石荧光薄片分析结果看，泥岩多富含钙质、灰质成分，这种岩性具有较大的脆性和潜在的造缝能力，对构造缝的形成十分有利。

为了判识该工区泥页岩的裂缝发育程度，采用测井及物探相干属性预测方法进行研究分析。典型井南堡280的测井曲线（图4）表明，该井在钻探沙三段泥页岩时，井眼扩径明显，气测全烃值升高，声波跳跃，XMAC显示地层有各向异性，同时通过相干属性预测表明（图5），该工区泥页岩裂缝比较发育。

1.2.4 含油气性研究

在石油天然气的地质勘探中，气测录井技术是最主要的录井技术手段。气测中全烃的含量一般认为是岩石中游离相的部分。从南堡2号构造多口井沙三段泥页岩发育段的气测显示来看（表2），气测显示平均为70 m/19层，全烃最高值可达100%，表现出较好的含油气性。

图4 南堡280井测井曲线图

图5 南堡2号构造沙河街南堡280井区相干体属性预测图

表2 典型井岩心气测显示情况

1.2.5 潜力研究

通过研究分析表明，南堡凹陷沙三段泥页岩具有油气成藏条件，为了进一步落实潜力，2011年6月优选南堡280井沙三段泥页岩进行压裂投产。图6显示该井生产情况。

图6 南堡280井生产曲线

南堡280井为目前国内一口最深页岩气压裂工艺井，压裂井深4 025 ～ 4 220 m，由于该井泥页岩埋藏深，温度高、施工压力大，为保证压裂成功，主压裂前首先进行小型压裂测试求取相关参数，指导主压裂施工；在主压裂施工中力求形成立体缝网系统，实现了体积压裂。该井压裂投产后初期日产液30 t，目前日产液5 t，日产油2 t，累计产油500 t，该井的成功开发表明了南堡凹陷沙三段泥页岩具有良好的勘探开发潜力。

2 结论

（1）冀东南堡凹陷非常规油气资源中火成岩、泥页岩较为发育，厚度大，分布广、有机质丰度高、类型好、成熟度分布范围广泛，具备良好的油气生成条件，勘探开发前景较好。

（2）冀东南堡凹陷火成岩、泥页岩勘探开发工作虽然处于初期阶段，但是已取得了一定的突破，非常规油气藏试油试采井的成功实施表明该工区具有一定的工业开采价值。

（3）随着冀东南堡凹陷非常规资源勘探开发的不断深入，需要在现有基础研究及勘探开发取得成果的基础上，研究不同类型非常规油气相应的开发配套工艺技术，制定科学有序的非常规油气资源总体发展战略，确保非常规油气资源的有效开发。

[1] 钱伯章，朱建芳．世界非常规天然气资源及其利用概况[J]．天然气经济，2006（4）：20-23．

[2] 李玉喜，张金川．我国非常规油气资源类型和潜力[J]．国际石油经济，2011，19（3）：61-67．

[3] 贾承造，郑民，张永峰．中国非常规油气资源与勘探开发前景[J]．石油勘探与开发，2012，39（2）：129-136．

[4] 薛永安，余宏忠，项华，等．渤海湾盆地主要凹陷油气富集规律对比研究[J]．中国海上油气，2007，19（3）：145-148．

[5] 张功成．中国近海天然气地质特征与勘探新领域[J]．中国海上油气，2005，17（5）：289-295．

[6] 杨甲明．中国近海天然气资源[J]．中国海上油气，2000，14（5）：300-305．

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大港油田“勘探开发研究云”投用

10月21日，大港油田勘探开发研究院首席专家孟立新在评价“勘探开发研究云”的深化应用成果时说：“今年歧口开发室针对港东二区四断块结合聚合物性质制作了20套方案，以往单机环境中往往需要3～ 4周，通过利用‘研究云’环境，油藏模拟时间每个方案仅需2 ～ 3小时，两天就完成了全部工作量。”

“勘探开发协同研究云”作为大港油田信息化建设重要成果，主要用于支撑油田核心业务勘探开发科研生产工作。

在传统工作模式中，石油勘探开发工作涉及海量数据。以油藏描述项目为例，需要大量井筒、地震和油井生产等专业数据，通常需要用3 ～ 4个月时间进行准备。科研人员在将数据录入软件的过程中，经常会因为数据没有进行标准化、录入人员不同描述各异，导致实际研究中出现数据偏差，从而浪费大量人力和时间。

大港油田作为中国能源行业第一家真正全面实现全球领先云架构环境的企业，经过几年的建设，“勘探开发协同研究云”已初具规模，并在油藏研究中发挥重要作用。如今，在石油勘探研究中，建模工作已从过去的十几个小时缩短到几十分钟，油藏数值模拟研究效率提升10倍，油田勘探开发研究总体效率较以往提升30%。今年年初以来，大港油田有120个勘探开发研究项目在“研究云”环境中相继开展，成效显著。

摘编自《中国石油报》2014年10月22日

Study of the Hydrocarbon Potential of Unconventional Oil and Gas Resources in Jidong Nanpu Depression

YUAN Lixin, BI Yongbin, ZHANG Mei, GAO Guangliang, LI Futang
（Exploration and Development Research Institute,Jidong Oilfield Company,PetroChina,Tangshan063004,China）

Study of the unconventional oil and gas resources in Nanpu depression has been conducted with the geochemical, rock and mineral, well logging and mud logging data. It is concluded that volcano rocks and shales in Nanpu Sag are large in thickness, with high abundance of organic matter and good organic matter types, and wide range in maturity, which provided material basis for formation of oil gas reservoir. In addition, igneous rock pores or cracks and shale fractured well are well developed in this depression, with good reservoir properties, being favorable for oil and gas exploitation. Through oil production testing on volcano rocks and shales, 160 000 m3/d high yield of natural gas was obtained in Shahejie Fm volcano rock. Fracturing was conducted in shale of Sha-3 Member, with initial liquid production of 30 m3/d. At present, the daily liquid production is 5 m3/d, and daily oil production is 2 t/d, and the accumulative oil production is 500 t by now. The study results show that the unconventional oil and gas reservoirs has great potential in hydrocarbon exploration and development in Nanpu depression, with excellent prospects for hydrocarbon exploration and development.

Nanpu depression; volcano rock; shale; potential

TE 132.2

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2014.04.016

1008-2336（2014）04-0016-06

国家重大科技专项“大型油气田及煤层气开发”子项目“渤海湾盆地南堡凹陷勘探开发示范工程”（编号:2008ZX05050）资助。

2013-06-21；改回日期：2014-04-29

袁立新，女，1982年生，工程师，2008年毕业于中国石油大学油气田开发专业，获硕士学位，从事油田开发工作。

E-mail：yuanlixin2008@petrochina.com.cn。