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渤海油田近10年地质认识创新与油气勘探发现*

2016-06-10夏庆龙

中国海上油气 2016年3期
关键词:潜山浅水渤海

夏庆龙

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300452)

渤海油田近10年地质认识创新与油气勘探发现*

夏庆龙

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300452)

近10年渤海油田在潜山、中深层、岩性油气藏及天然气领域的勘探实践证实,地质新认识为油气勘探发现提供了理论指导和科学部署。其中,源-汇时空耦合控砂原理的提出使得渤海海域古近系富砂沉积体系预测成功率由40%提高到80%,大大提高了中深层勘探成功率;极浅水三角洲沉积体系的发现证实了浅水湖盆中心优质储层的发育,指导了凹陷区浅层油气勘探;走滑转换带增压区为中深层大中型油气藏提供了良好保存条件,围绕郯庐断裂带发现了一系列大中型油气田;脊-断-砂耦合控制了凸起浅层油气运移路径和汇聚,使得石臼坨凸起浅层岩性-构造油气藏勘探获得重大突破;混合沉积的存在有效改善了中深层储层物性条件,在秦南凹陷陡坡带发现了亿吨级油田;花岗岩潜山“似层状”油藏模式的提出为中国最大中生界花岗岩潜山油藏评价提供了依据,落实了蓬莱9-1花岗岩潜山油藏的整体储量规模。这些地质新认识的提出进一步丰富和发展了油气勘探理论,指导了渤海油田“十一五”以来油气勘探持续发现,具有很好的推广意义。

渤海油田;源-汇耦合控砂;极浅水三角洲沉积体系;走滑转换带;脊-断-砂耦合控藏;混合沉积;花岗岩潜山油藏模式;油气勘探发现

渤海油田经历了50余年的勘探开发,目前已经基本实现一次三维地震数据满覆盖,截至2014年底共钻探井824口,累计发现油田或含油气构造167个,共发现探明油当量32.4亿t,已连续5年稳产3 000万t以上,累计产油超过3.0亿t油当量,成为我国北方重要的能源生产基地(图1)。渤海油田50多年的勘探经历了4个阶段:①早期自力更生探索阶段(20世纪50年代—1984年),借鉴陆上潜山油田勘探经验,以凸起潜山勘探为主,发现了近海埕北、427等中小油田;②对外合作勘探阶段(1985—1994年),古近系中深层油气为勘探重点,外方无勘探发现,自营勘探发现了绥中36-1油田(被誉为渤海油田“命根子”油田);③合作与自营并举勘探阶段(1995—2005年),创新提出了“晚期成藏理论”,在渤海海域凸起浅层发现了一批大型稠油油田,如蓬莱19-3、秦皇岛32-6油田等亿吨级大油田;④坚持多层系立体勘探阶段(2006年—现今),在潜山、中深层、岩性油气藏及天然气勘探领域获得重大发现和突破,先后发现了蓬莱9-1、秦皇岛29-2、旅大6-2、旅大21-2、垦利10-1等一批大中型油气田,储量发现一直保持较高水平,为实现油田稳产增产及中国海油“二次跨越”奠定了坚实的储量基础[1-4]。回顾近10年的勘探研究和实践,源-汇时空耦合控砂原理、极浅水三角洲沉积体系、脊-断-砂耦合控藏模式、走滑转换带控藏机理、混合沉积理论以及花岗岩潜山优质储层发育机理等地质新认识的提出为油气勘探发现提供了理论指导和科学部署,引领了渤海油田近10年来油气勘探的持续发现,这些地质新认识具有很好的推广意义。

图1 渤海油田勘探形势图

1 源-汇时空耦合控砂原理与古近系勘探突破

国际和国内陆相断陷盆地控砂作用研究主要集中在沟谷控砂、坡折控砂和层序控砂这3个方面。早在20世纪60年代,沟谷对扇体形成的重要性已被沉积学家所认识,后来在胜利油田东营凹陷陡坡带勘探过程中认识到了沟-扇对应关系,有效地指导了陡坡扇砂砾岩体的勘探。樊太亮、林畅松 等[5-6]在对济阳坳陷层序和沉积储层研究中提出和阐述了坡折带的概念、特征、对砂体控制作用以及在隐蔽油气藏中的作用,但由于陆相断陷盆地构造极其复杂,控砂因素多样,沉积相带窄,上述控砂原理并不能准确预测砂体的时空分布,在渤海海域陆相断陷盆地应用时都遇到了不同程度的问题。渤海油田勘探人员通过对古近系近10年的探索,提出了从“源”到“汇”的陆相断陷湖盆沉积体系分析思想[7-8],形成了一套技术分析方法、理论体系。

1.1 源-汇时空耦合控砂基本思想

2004年以来,徐长贵 等[9]提出复杂断陷盆地应从古地貌-古湖盆系统的研究思路进行沉积体系分析,并提出“山-沟-坡-面”四要素耦合控砂的思想;徐长贵 等进一步将“山-沟-坡-面”认识丰富和完善,提出将沉积物从剥蚀到搬运、沉积的整个沉积动力学过程看成一个完整的源-汇系统来探讨砂岩的富集机理,并做了大量的区域沉积研究,形成了源-汇耦合控砂原理[7],得到了勘探实践的证实(图2)。 陆相断陷盆地源-汇时空耦合系统包括三大体系,即有效物源体系、高效汇聚体系和基准面转换体系。其中,有效物源体系包括显性物源体系和隐蔽性物源体系,隐蔽性物源体系包含时间上的隐蔽性物源体系和空间上的隐蔽性物源体系;高效汇聚体系由输砂通道、坡折带、碎屑物质的可容纳空间共同构成;基准面转换体系主要控制了一个层序内砂体发育的时期。而隐蔽性物源体系的识别、刻画是断陷盆地物源体系研究的难点之一,尤其是精细的古地貌恢复技术以及走滑断层水平位移而导致沉积体系“鱼跃式”分布研究,这是下一步渤海油田中深层沉积体系的研究重点。

图2 渤海海域源-汇时空耦合控砂模式[7]

1.2 推动渤海古近系勘探突破

陆相断陷盆地源-汇时空耦合控砂原理在渤海近10年的勘探实践中得到了良好运用,极大地推动了渤海古近系勘探突破。在渤海大量的区域研究基础上,系统地总结了渤海8种富砂型源-汇体系,分别是断槽式汇聚体系、缓坡沟谷汇聚体系、凸起轴向沟谷汇聚体系、盆缘断裂墙角式汇聚体系、盆缘断裂走向斜坡式汇聚体系、盆缘断裂同向消减式汇聚体系、盆缘断裂沟谷式汇聚体系、走滑汇聚体系(图2)。源-汇控砂原理的应用大大提高了渤海油田中深层勘探的成功率,使得渤海古近系储层预测成功率由原来的40%提高到了80%,发现了锦州25-1、锦州20-2北、秦皇岛29-2、垦利10-1等一大批大中型油气田。

2 极浅水三角洲沉积体系与新近系优质油气勘探突破

传统研究认为渤海海域新近系以河流相沉积为主,局部发育小规模、分隔的滨浅湖相沉积,而陆上新近系沉积总体以山麓洪积相、冲积平原-河流平原相粗碎屑岩为主[10]。近年研究表明,新近纪渤中凹陷为渤海湾盆地沉积沉降中心,是陆源碎屑物质的最终归宿,该区存在湖泊发育的直接和间接证据,如丰富的淡水湖泊生物化石、低的砂岩含量、泥岩质地较纯、发育块状层理、极少有古土壤等暴露标志。现代洞庭湖、鄱阳湖浅水湖泊的枯水期、洪水期平均水深为6.3~8.4 m,最大水深23.5~25.1 m,湖泊面积为2 625~3 283 km2,与黄河口凹陷新近纪发育面积相当(大约为2 570 km2),推测黄河口凹陷浅水深度为6~9 m。这种广布的浅水湖泊为形成较大规模的极浅水三角洲提供了可容空间,从而形成了黄河口凹陷新近系从凸起河流相向极浅水三角洲相的沉积演化规律(图3)。

2.1 极浅水三角洲砂体识别标志及沉积模式

关于渤海海域新近系浅水三角洲的报道文献较多,如徐长贵 等[11]较早提出了渤中坳陷新近系三角洲的发现、沉积特征及其油气勘探意义;朱伟林 等[12]论述了浅水三角洲形成的古地理背景、识别标志、浅水三角洲分布与大中型油气田的关系;张新涛 等[13]详细探讨了敞流沉积环境中浅水三角洲前缘砂体体系及沉积模式。极浅水三角洲的识别标志包括相对发育的水下分流河道砂岩、不甚发育的河口坝沉积、不连续的垂向沉积层序、广泛分布的席状砂、类似于三角洲沉积的砂体形态、三层式的沉积结构不明显、以浅湖相为主的前三角洲沉积、前三角洲中极少发育重力流性质的砂体。结合水槽试验模拟、现代沉积考察、地震属性对三角洲砂体的精细雕刻,建立了环渤中凹陷新近系分流河道型、分流砂坝型2种极浅水三角洲沉积模式。近年来,有学者提出了环渤中凹陷新近系发育叠复型极浅水三角洲沉积模式,含砂率超过50%,最大可达到70%,单砂体厚度超过30 m,这与传统认识的浅水三角洲沉积模式差异较大。

图3 黄河口凹陷新近系河-湖交互分布图

2.2 拓展渤海新近系优质油气勘探新领域

极浅水三角洲沉积体系的提出打破了以往以孤立浅水湖泊周缘三角洲为勘探目标的约束,突破了渤海新近系河流冲积环境背景下砂体分布规律,证实了湖盆中心有大面积厚层连续砂体广泛发育,同时发育良好的盖层条件,实现了浅层油气勘探由凸起区向凹陷区的转移,成功拓展了渤海新近系优质油气勘探的新领域。近年来,围绕黄河口凹陷先后发现了渤中26-3、垦利3-2、渤中28-34油田群等一批大中型极浅水三角洲岩性或岩性-构造复合型优质油气田。

3 走滑转换带控藏机理与郯庐断裂带持续大发现

近年来,渤海湾盆地郯庐断裂带与油气聚集成藏的密切关系被勘探实践不断证实。截至2012年底,渤海油田68%的已发现地质储量皆沿郯庐断裂带分布,但不同构造贫化与富集差异特征明显。大量区域基础研究表明,与走滑断层相伴生的或者由断层的走滑运动“转换”而成的各类构造对油气具有明显控制作用。而转换带的概念最早来自于Dahlstrom[14]对加拿大落基山挤压变形中褶皱逆冲断层的几何形态研究时首先提出的,国内外一些学者随后将其应用于伸展构造体系研究中,其中走滑转换构造一词由叶洪[15]做了系统的论述,系指与走滑断层相伴生或者由断层的走滑运动转换而成的各类张性、压性或张扭性、压扭性构造,在区域变形过程中仍能保持伸展量与收缩量相对守恒的构造调节带。

3.1 走滑转换带类型划分及控藏机理

2013年,徐长贵 等[7]基于对渤海走滑断裂体系的系统分析,对走滑转换带的类型、分级、动力学机制做了详细的分析,提出增压型走滑转换带控制郯庐断裂带大中型油田分布的认识。按照走滑断层性质、类型及分布,可将走滑转换带分为断内转换带、断间转换带、断间转换及共轭转换等四大类,进一步又可细分为S型转换带、叠覆型转换带、双重型转换带、帚状转换带、叠瓦扇型转换带及共轭转换带等6小类。而按照应力背景则可将走滑转换带分为增压型、释压型2种。实际上,走滑转换带往往以多类型复合、多级次叠加的形式出现。增压型走滑转换带控藏机理内涵为:增压型走滑转换带表现为挤压收敛、控制了大型圈闭的发育,是大中型油气田形成的重要基础;调节断裂控制转换带内油气运移,走滑增弯段具有良好的侧封条件;增压型转换带增压强度与走滑调节断层发育程度共同控制油气的富集程度。

3.2 指导辽东湾地区勘探持续大发现

近10年的勘探实践证实,增压型走滑转换带是郯庐断裂带大中型油气田形成的主要场所,该控藏机理成功指导并发现了辽东湾地区旅大21-2、旅大5-2北、旅大6-2、锦州23-2等一系列大中型油田。

4 脊-断-砂耦合控藏模式与凸起区浅层岩性圈闭勘探突破

“九五”期间,在渤海油田提出了新构造运动油气晚期成藏理论,该理论指导渤海海域凸起区发现了诸如蓬莱19-3、秦皇岛32-6等一批亿吨级油田;在凸起区陡坡带下降盘建立的“中转站”油气运移模式,证实了大断层(沟通烃源岩)下降盘砂体发育规模与烃源岩有效接触面积对浅层油气成藏的影响[16]。但是对凸起区浅层斜坡低幅构造背景下的构造-岩性油气藏的成藏研究较少,同时缺乏对断层-砂体耦合、构造脊-断层耦合之间配置关系的研究,进而影响到对浅层油气藏分布、油气充满度及油柱高度等的预测。

4.1 脊-断-砂耦合控藏模式

图4为渤海石臼坨凸起区脊-断-砂三元耦合控藏模式。其中,脊为馆陶组构造脊,是油气沿着边界断层向上运移至凸起后横向输导的优势运移路径和方向。断层的性质、规模、活动性对油气运移具有明显控制作用,当断层断穿至馆陶组砂体输导层,可以沟通馆陶组油气进行纵向输导,将油运移至浅层明化镇组,尤其是切穿至馆陶组构造脊的断层对油气纵向上的运移更为优越;反之,则为无效油源断层。砂体为明化镇组河流-浅水三角洲砂体,明化镇组砂地比30%~50%,砂体纵、横向变化较大。勘探实践证实,石臼坨凸起区油气成藏除了受馆陶组构造脊影响外,断层-砂体耦合时空配置关系决定了输导体系的有效性,决定了中浅层明下段油气藏的形成与分布[17-18]。

图4 石臼坨凸起脊-断-砂耦合控藏模式

4.2 指导石臼坨凸起区新近系岩性圈闭勘探突破

脊-断-砂三元耦合控藏模式成功指导并发现了石臼坨凸起区浅层秦皇岛33-1南亿吨级油气田(群),实现了在秦皇岛32-6亿吨级油田周边找油田的目标。该方法在渤海油田凸起区浅层岩性-构造、构造-岩性油气藏勘探领域具有重要的应用价值,对其他类似凸起区岩性油气藏勘探具有参考意义。近年来,随着凸起区浅层油气勘探不断深入,油气发现难度越来越大,油气优势汇聚路径精细研究与刻画是渤海海域凸起区浅层勘探的核心问题。勘探实践证实,凸起边界断层与馆陶组构造脊的耦合控制了油气优势运移路径,主成藏期构造脊与断层活动性、断层-砂体的耦合都与油气成藏密切相关,脊-断-砂三元耦合控藏模式为凸起浅层油气勘探提供了新的思路和方法。

5 混合沉积理论与中深层勘探突破

混合沉积是指陆源碎屑与碳酸盐岩的混合沉积现象,在20世纪50年代就已经被认识到并被一些学者所研究。20世纪80年代国内外开始对混积岩的分类、成因、因素、环境等进行研究和讨论,并且在1984年Mount[19]首次明确地提出了“混合沉积物”的概念。近年来关于混合沉积的研究主要集中在混合沉积微相类型和相模式[20-21],而对于碎屑岩和碳酸盐岩混合沉积研究相对薄弱。近几年渤海油田的钻探实践表明,混积岩在渤海海域中深层油气勘探中极具价值。

5.1 混合沉积成因类型及优质储层形成机制

渤海油田中深层沙一、二段广泛发育混合沉积,混积岩岩石主要为白云质细砂岩、白云质砂砾岩、白云质生屑砾岩、含螺生物灰岩、白云质泥岩等。通过大量的岩心、薄片资料,建立了渤海油田原地混合型、母源混合型、相缘混合型、“事件性”混合型等4类单成因模式和1类复合成因模式。不同类型混合沉积优质储层形成机制均表现为早期形成的包壳与衬垫白云石对原生孔隙起到了保护作用:早期沉积水体中内碎屑提供了丰富的镁离子,在表生成岩条件下由于水体蒸发浓缩使得镁离子的浓度提高,加上陡坡带地形提供的优越流体驱动条件,从而形成了包壳和衬垫白云石;成岩期碳酸盐、长石等矿物的溶蚀改善了储层质量(图5)。在埋藏演化过程中,烃源岩在生烃演化过程中形成并排出了丰富的酸性流体,加上深埋条件下较好的热力学条件,使得混积岩中大量的碳酸盐和长石等矿物加速溶蚀,形成了大量的孔隙空间,大大改善了储层的物性条件。

图5 秦南凹陷混积岩储层特征(铸体薄片)

5.2 指导秦南凹陷陡坡带勘探突破

近年来,在混积岩优质储层成因机制理论的指导下,秦南凹陷陡坡带秦皇岛29-2东构造发现了大型混积岩型油气田,酸化后QHD29-2E-5井沙一、二段日产油当量超千吨,打破了渤海油田碎屑岩储层测试最高产能纪录。另外,环渤中凹陷陡坡带秦皇岛35-2油田、秦皇岛36-3油田及曹妃甸5-5含油气构造在沙一、二段均发现了大量的混合沉积现象,展示了渤海油田陡坡带中深层优质储层勘探的广阔前景。

6 花岗岩潜山优质储层发育机理与蓬莱9-1潜山突破

在渤海油田的勘探起步阶段,借鉴陆上潜山油田勘探经验,对渤海凸起的太古界变质岩、古生界碳酸盐岩和中生界火成岩潜山进行了钻探,发现了427、渤中28-1等中小型油田,之后潜山勘探一直停滞不前。直到2006年之后,渤海油田开展立体勘探,再一次加大对潜山油气藏的勘探力度,通过对花岗岩潜山优质储层发育机理的深入研究,在2012年成功评价了蓬莱9-1油田。该油田是近年来中国近海首次发现的一个以中生代花岗岩潜山风化壳为储层的大型油气田[22-23],但花岗岩潜山岩性、储集层物性、储层发育程度与主控因素较为复杂,曾一度困扰潜山勘探决策[24],国内没有成熟经验可以借鉴,仅委内瑞拉的拉帕滋油田、越南的白虎油田等花岗岩潜山油藏可与之媲美[25-28]。

6.1 花岗岩潜山优质储层发育机理

蓬莱9-1构造花岗岩分布面积约110 km2,含油面积约80 km2。花岗岩储层成因机理主要为花岗岩节理发育、表生岩溶作用、构造变形,受气候、地形、地貌、生物等风化作用影响下形成的风化壳具有明显垂直分带性。依据风化强度和与油气密切相关的储集空间类型,将蓬莱9-1潜山花岗岩划分为4个带:土壤带、砂砾质风化带(砂质亚带和砾质亚带2个亚带)、裂缝带和基岩。自上而下风化作用逐渐减弱,储层发育逐渐变差,储集空间类型由以孔隙型为主逐渐转变为以裂缝型为主。根据花岗岩储层发育特征、不同位置的油气显示、储层发育深度、测试结果等,发现平面上不同位置的油水界面均不相同,整体表现为潜山顶面埋深越大,油水界面越深。随着研究的不断深入,认为花岗岩潜山油藏为“似层状”油藏模式(图6),油气呈似层状平行于潜山顶面分布。

6.2 指导蓬莱9-1潜山勘探突破

“似层状”潜山油藏模式的提出有效地指导了蓬莱9-1花岗岩潜山油藏评价井的部署,探边的评价井不断外扩,含油面积由最初的45.2 km2增加到80.2 km2,最终落实了潜山油藏的整体储量规模。2012年完成了蓬莱9-1油田花岗岩潜山的整体评价,共获得探明石油地质储量超过2亿t。这表明,花岗岩潜山优质储层发育机理研究成果丰富和完善了潜山石油地质理论,对海域类似地区的花岗岩潜山勘探具有极大的推广价值,为花岗岩潜山油气勘探找到了一条切实可行的勘探之路。

图6 蓬莱9-1构造花岗岩潜山风化壳分带模式

7 结束语

近10年来,渤海油田的勘探家们针对渤海油田石油地质特征,转变勘探思路、创新理论认识,在盆地边缘凹陷、潜山、岩性油气藏及天然气勘探领域获得了重大发现和突破,累计发现了17个大中型油气田,其中探明石油地质储量15.5亿t,天然气300亿m3。勘探实践证实,地质认识的创新才能带来勘探的柳暗花明,是油气可持续发现的保障。源-汇时空耦合控砂原理、极浅水三角洲沉积体系、走滑转换带控藏机理、脊-断-砂耦合控藏模式、混合沉积理论与潜山优质储层发育机理等油气地质新认识,进一步丰富和发展了渤海海域石油地质理论,指导了渤海油田近10年来油气勘探的持续发现,必将推动未来渤海油田油气勘探再创新的辉煌。

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(编辑:周雯雯)

Innovation of geological theories and exploration discoveries in Bohai oilfields in the last decade

Xia Qinglong

(TianjinBranchofCNOOCLtd.,Tianjin300452,China)

Exploration practices of the last decade in buried hills, middle-deep layers, lithologic reservoirs, and naturual gas in Bohai oilfields show that new geological understandings provide theoretical guidance and scientific deployment to oil and gas exploration discovery. The success rate of sand-enriched sedimentary systems prediction in the Eocene increases from 40% to 80% due to the presence of sand controlled mechanism of source-to-sink coupling in time and space, which greatly improves the success rate of middle-deep exploration. The theory of sedimentary system of extra shallow delta confirms the good reservoirs develop in the lake center, which guides the exploration of shallow layers in the sag. The stress increasing area in strike-slip transform belts provides favorable accumulation conditions for middle-large reservoirs in the middle-deep layers, which leads to a series of discoveries of middle-large oil and gas fields around Tan-lu fault zone. The ridge-fault-sand coupling controls oil paths and convergence in shallow uplift and causes the breakthrough in litho-structual hydrocarbon prospecting in Shijiutuo uplift. The existence of mixed sedimentation effectively improves the physical properties of the reservoirs in middle-deep layers, and an oilfield with hundreds of millions of tons reserves is discovered in the steep slope belt of Qinnan sag. The stratiform-like reservoir models makes it possible for the evaluation of the biggest Mesozoic granite buried hill reservoir in China and the overall reserves scale of granite buried hill reservoir in Penglai 9-1 is certified. These new understandings further enrich and develop the exploration theories and contribute to the sustaining discoveries since the “Eleventh Five-Year” of Bohai oilfields, which has excellent application prospects.

Bohai oilfields; sand controlled mechanism of source-to-sink coupling; sedimentary system of extra shallow delta; strike-slip transform belt; reservoir controlled mechanism of ridge-fault-sand coupling; mixed sedimentation; granite buried hill reservoir model; hydrocarbon exploration discoveries

夏庆龙,男,博士,教授级高级工程师,现任中海石油(中国)有限公司天津分公司常务副总经理,长期从事海上油气勘探研究与管理工作。地址:天津市滨海新区渤海石油路688号海洋石油大厦(邮编:300452)。

1673-1506(2016)03-0001-09

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.03.001

TE121

A

2015-11-20 改回日期:2016-03-04

*“十二五”国家科技重大专项“渤海海域大中型油气田地质特征(编号:2011ZX05023-006-002)”部分研究成果。

夏庆龙.渤海油田近10年地质认识创新与油气勘探发现[J].中国海上油气,2016,28(3):1-9.

Xia Qinglong.Innovation of geological theories and exploration discoveries in Bohai oilfields in the last decade[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(3):1-9.

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