辽河高成熟探区持续勘探发现技术及应用

2020-03-04孟卫工

特种油气藏 2020年6期

孟卫工

(中国石油辽河油田分公司，辽宁盘锦 124010)

1 辽河探区勘探及研究现状

辽河探区探矿权面积为2.11×104km2，主要包括辽河坳陷陆上、辽河滩海及外围中生代盆地三大勘探领域[1]。截至2019年年底，辽河探区三大领域共完钻各类探井3 173口，已探明石油地质储量为24.69×108t、天然气地质储量为728.5×108m3，石油资源探明率达到53.5%，天然气资源探明率达到16.2%。

“十三五”以来，辽河探区勘探程度日益增高，勘探目标日趋复杂。油气勘探对象从常规油气藏逐步转向非常规油气藏，油气储量增长点逐步从优质储层向低孔低渗储层转变。面对资源接替矛盾日益突出的状况，辽河勘探研究人员进一步解放思想、坚定找油信心，在夯实油气地质研究的基础上加强新理论、新方法、新技术的学习和应用，创新了高成熟探区持续勘探的新思路和新技术体系，发现了一批亿吨级及千万吨级的优质储量区块，为“十三五”乃至“十四五”辽河探区油气发现提供了理论和技术保障。

2 高成熟探区持续勘探思路

高成熟探区是指具有较高勘探程度和已经探明较多油气储量，且仍具有较大勘探潜力的凹陷[2-3]，一般具备以下特点：①地震勘探程度高，三维地震全覆盖或二次三维地震全覆盖，部分地区开展过“两宽一高”的目标采集；②各构造带钻探程度高，所有正向构造带已部署实施探井；③探区内已探明储量占总体资源量的50%以上(辽河坳陷探明率达到50%以上)，探明区块中的60%以上已正式投入开发(辽河坳陷已投入开发储量占总储量80%以上)；④地质认识程度较高，对区内的源岩、沉积、构造等控藏因素开展过专项研究。根据自然资源部“十三五”油气资源评价成果，辽河探区已探明资源量超20×108t，是典型的高成熟探区，凹陷剩余油气资源丰富，勘探领域广阔，油气勘探增储潜力依然很大[4-5]。

20世纪以来，关于高成熟探区持续勘探思路的研究与油气勘探发现的历程是同步的[6-8]。根据辽河坳陷的勘探实践过程，提出富油气凹陷勘探思路主要包括5个基本理论，即源控论、二级构造带控藏、复式油气聚集带控藏、变质岩内幕油气藏含油气系统、富油气凹陷“满凹含油”理论[9]。

“十二五”末期，辽河油田提出了高成熟探区持续勘探的新思路：首先要转变思路重新审视全凹陷的油气藏类型，以老资料重建为基础，以“两宽一高”等新技术为手段，以构建新的油气藏模型为核心，面向全凹陷开展“整体认识、整体评价、整体部署”全方位勘探。其关键是要不断解放思想、突破固有理论、创新技术方法，目标是解剖所有具备成藏条件的勘探领域，发现规模优质油气储量。

3 高成熟探区持续勘探发现技术方法

高成熟探区持续勘探的流程方法如图1所示。由图1可知，高成熟探区持续勘探发现技术方法的基础是以凹陷为单元的三维地震数据及测井、录井数据库，核心是构建全凹陷油气成藏模式，重点是以目标为导向的地震资料重建和地质资料重建，最终通过勘探开发一体化实现规模增储上产。

图1 高成熟探区持续勘探发现方法流程图

3.1 地震资料重建技术

三维地震资料是开展凹陷级整体研究的基础，在以往的地震资料采集、处理过程中，通常以三级构造带为目标实施三维地震工作，三级构造带之间的正向构造与洼陷之间的三维地震资料采集及处理参数差异较大，无法满足凹陷整体评价，尤其是无法满足岩性地层圈闭识别刻画的需求。高成熟探区持续勘探提出的地震资料重建技术包括2个方面：①以凹陷为单元的老采集资料连片偏移处理及深度挖潜，以满足凹陷级的整体研究及重点构造带的深度研究；②针对特殊地质目标采集的“两宽一高”地震资料的深度应用，解决致密储层、裂缝型储层等复杂地质问题。

3.1.1 老地震资料的深度挖潜

老地震资料重建思路分为2步：①以凹陷为单元开展全凹陷地震资料的基础处理，在一致性处理、静校正、速度分析、Q场建立等方面，以凹陷整体偏移成像为目标，为全凹陷整体构造解析、层序地层划分、沉积相研究提供高保幅保真资料；②在已获得全凹陷速度场及Q场的基础上，针对局部构造带或地质目标开展目标处理，进一步提高利用地震资料解决复杂地质问题的能力。精细保幅去噪、精细静校正等基础工作已在第①步中完成，因此，第②步在追求保幅保真处理的同时，能够快速实现效率最大化，为重点目标实施集中快速勘探部署提供保障。

老地震资料重建技术在西部凹陷、东部凹陷、大民屯凹陷的整体研究中起到了重要支撑作用。在兴隆台潜山中生界等重点勘探领域，通过地震资料重建，首次实现了中生界潜山内幕地层结构刻画以及断裂系统的研究(图2)，累计发现内幕圈闭126 km2，发现了中生界巨厚砾岩油藏，上报储量超亿吨。

图2 兴隆台潜山中生界地震资料重建对比图

3.1.2 “两宽一高”资料的深度应用

“两宽一高”是指地震资料具有“宽频带、宽方位、高密度”特点，其丰富的频带及方位信息是常规地震采集资料无法比拟的，能够有效解决复杂裂缝系统预测的难题[10]。辽河探区页岩油藏、火山岩油气藏资源丰富，这些复杂油气藏的“甜点”预测对地震勘探技术要求极高。为解决上述难题，形成了“两宽一高”地震资料处理、解释技术，主要包括以OVT域Q叠前偏移为核心的宽方位处理技术、富有机质页岩岩石物理建模技术、叠前各向异性频散反演有效裂缝预测技术，实现了“两宽一高”资料的全方位信息深度应用，并在西部凹陷雷家页岩油、大民屯凹陷页岩油、东部凹陷火山岩油藏等领域的重大勘探突破中发挥了至关重要的作用。大民屯凹陷页岩油层段地震资料主频拓宽了10 Hz，首次实现了内部3层结构解释，通过叠前各向异性频散反演AVOZF预测方法，有效区分了真裂缝与地应力产生的各向异性(图3)，支撑了风险探井SY1井近1 800 m水平段的顺利实施，这是常规叠前各向异性反演方法无法实现的。

图3 大民屯凹陷SY1井裂缝预测剖面图

3.2 地质资料重建技术

高成熟探区丰富的钻完井资料为地质资料的深度挖潜提供了基础。同时，由于勘探程度日益提高，勘探对象涉及的储层类型日益复杂，且非主力含油层系钻井取心资料往往较少，前期对储层岩性、油气层的评价存在很多不足，这也为地质资料的深入挖潜提供了广阔空间。高成熟探区持续勘探提出的地质资料重建技术包括2个方面：一是复杂岩性的重新识别及厘定，二是复杂油气水层的重新认识。

3.2.1 复杂岩性地质资料重建

随着勘探程度的不断提高，过去作为非主力勘探层系的中生界角砾岩油藏、湖相碳酸盐岩油藏等逐步成为深化勘探的主要领域。受地质条件和资料条件的制约，传统研究认为中生界角砾岩仅发育一种岩石类型，与物性、含油性无法建立统计关系，进而影响对油藏的地质认识。

复杂岩性地质资料重建技术，是将岩心与岩屑资料作为重点复查对象，将其与测井资料相结合，利用岩心刻度测井资料，建立测井-岩性解释模型。在兴隆台中生界角砾岩油藏中，通过岩性地质资料重建，将原认为的一种角砾岩重新鉴定成9种角砾岩岩石类型，而通过测井识别归为5种。以XG7-4井为例，原始录井为仅有砂砾岩一种岩性，重建后，将岩性重新解释为花岗质角砾岩及混合角砾岩(图4)。通过分析化验、物性分析、含油性分析等，首次提出中生界角砾岩优势岩性序列，认为花岗质角砾岩为最优质储层。这一认识不仅突破了原有岩性的认识，而且识别出优势储层，对兴隆台中生界勘探起到了重要作用。利用重建的测井岩性解释图版，重新解释135口探井及开发井，确定了花岗质角砾岩的分布特征，并厘清了中生界角砾岩油藏主控因素及富集规律。

图4 兴隆台中生界XG7-4井岩性重建剖面图

3.2.2 复杂油气水层地质资料重建

随着勘探程度的不断加深，低阻油藏、裂缝型油藏等复杂油藏逐步呈现。复杂油气水层地质资料重建技术是将油藏地质认识作为基础，在一个三级构造单元内进一步细分次级构造、储层类型，重新剖析同一种储层类型及同一套油藏的油层、水层、干层分布规律。在中生界角砾岩油藏中，分别建立了花岗质角砾岩、混合角砾岩等油层解释图版，解决了以往单一解释图版造成的油层解释符合率低的问题，重新解释96口油井，覆盖368个小层，并通过老井试油得到充分验证。在大洼构造带沙三段岩性油藏中，重新建立低阻油藏解释图版，将油层电阻率下限由12 Ω·m调整至8 Ω·m，洼77等井试油获工业油流，充分验证了低阻油藏的存在。在大民屯凹陷西部砂砾岩油藏中，重新建立致密储层物性解释图版，将油层孔隙度下限由10%调整至6%，极大扩展了致密油的勘探空间，新增探明储量超2 000×104t。

3.3 多领域油气成藏模式的重建

在复式油气聚集带控藏、变质岩内幕油气藏理论指导下，在辽河坳陷构造油藏、中浅层岩性油藏、潜山油藏中发现了多个亿吨级规模储量区带。随着勘探程度及勘探难度的不断加大，上述领域发现规模油气储量的几率逐步降低。在此条件下，立足凹陷油气分布规律，积极解放思想、突破固有理论、创新技术方法，重新审视以往认识的勘探禁区，形成了陡坡带砾岩体油藏、深层超压火山岩油藏、洼陷带连续性油气藏等成藏模式，指导了西部凹陷东部陡坡带、东部凹陷桃园深层火山岩等多个勘探领域的重大突破，从而形成了辽河坳陷新的储量增长高峰。

3.3.1 兴隆台中生界储层分布模式重建

兴隆台构造带三面环洼，是辽河坳陷成藏条件最有利的地区之一。“十三五”之前，中生界一直未获得规模性突破，原因如下：①135口开发井在中生界见到油气显示，但油气显示级别差，经统计80%仅为荧光；②以往中生界不是主要钻探目的层，钻进中采用密度较大的钻井液，气测整体偏低，不利于油气层的现场发现；③受储层改造工艺限制，产能普遍较低；④中生界取心资料少且收获率低，缺乏系统的岩心分析，造成地质上长期认为“中生界储层致密，不具备有利成藏条件”。实现中生界的勘探突破，首先要开展储层分布特征研究。“十三五”以来，充分利用有限的取心资料标定测井，开展中生界岩性分布特征研究，重新构建了中生界砾岩储层分布模式(图5)，认为中生界物源来自东侧，岩性自东向西由砾岩相变为砂砾岩、砂岩相；砾岩具有较好的储集性能，提出了“岩相控储、物性控藏、有效储层控制油气富集”的中生界油气成藏模式。在此认识指导下，部署实施的CG6、CG8井均获高产油流。

图5 西部凹陷中生界砾岩储层模式

3.3.2 陡坡带油气成藏模式重建

断陷盆地陡坡带断裂发育，断裂组合形成断背斜、断鼻等多种有利构造样式，是油气聚集的良好场所[11]。20世纪90年代，以断背斜、断块、断鼻为主要勘探对象，在辽河坳陷西部凹陷东部陡坡带已发现冷家、高升2个亿吨级大型油气田，传统意义上的陡坡带有利圈闭已勘探殆尽。

对陡坡带油气成藏条件、主控因素及油气分布规律进行重新梳理。以西部凹陷东部陡坡带为例，提出断裂带分期、分段发育是陡坡带油气成藏的主控因素，主要体现在4个方面：①控制了生油洼陷的形成、迁移及烃源岩的分布；②控制形成了陡坡带南北发育多种构造样式；③控制了沉积类型的多样性和砂体规模的差异化；④控制形成了断裂背斜等4种油气成藏模式(图6)。在重建的陡坡带油气成藏模式指导下，由南至北发现了海外河陡坡带、清东陡坡带、雷家陡坡带3个中型构造-岩性油藏区带，提出了清东陡坡带扇三角洲沉积体具备“古地貌控扇、微相控储、有效储层控藏”的成藏模式，海外河、雷家湖底扇沉积体具备“扇根封堵、扇中富集、扇缘输导”的成藏模式。指导勘探部署了W128、LP7、H57井等多口高产油井。

图6 西部凹陷东部陡坡带油气成藏模式

3.3.3 深层超压火成岩成藏模式重建

辽河坳陷东部凹陷是中国较早发现火成岩油气藏并获得规模油气储量的地区之一[12]，主要发育粗面岩类、玄武岩类、辉绿岩3种岩石类型，其中,粗面质和玄武质的火山角砾岩储层物性最好，原生砾间孔缝和次生的溶蚀孔均十分发育，综合评价为最有利储层。但受深层油源条件、储层条件等传统认识限制，导致该区深层火成岩的勘探属于空白领域[13]。

东部凹陷沙三中下亚段沉积时期，湖盆表现为深湖—半深湖沉积环境，受郯庐断裂带剧烈活动影响，火山活动强烈，地幔岩浆沿驾掌寺、二界沟等深大断裂上涌，于湖相水下环境中裂隙式喷发，具有纵向多期、横向叠置的特征。在水下环境中，火山岩浆与水体直接接触遇水冷凝、爆炸，形成具有淬碎结构的火山角砾岩，其原生的砾间孔、砾间缝十分发育，后期热液流体容易沿原生孔缝进入岩体内部发生溶蚀作用，次生的溶蚀改造作用强烈，溶蚀孔和溶蚀缝普遍发育，岩心实测平均孔隙度为12.2%、平均渗透率为2.4 mD。随着湖盆继续扩张，火成岩体顶部泥岩厚度逐渐加大，东部凹陷南段沙三段地层埋藏深度大都超过3 000 m，最大埋深可达8 000 m。同时,东部凹陷烃源岩的热解演化资料表明，埋藏深度在4 300 m左右，镜质体反射率可达到1.3%，为高成熟生热解气阶段，反映了沙三段大部分烃源岩已达到生气门限。深层烃源岩生成的油气难以向中浅层有效排烃释压，易发育超压系统，超压地层与火成岩体呈“包裹”关系，利于形成大规模原生气藏(图7)。根据地层速度与地层压力的相关性，应用地震波速分析地层压力的方法，预测东部凹陷南部深层地层压力系数为1.2～2.0。在深层超压火成岩成藏模式指导下，以沙三中下亚段的玄武质角砾岩为目的层部署实施风险探井JT1井，JT1钻井证实火成岩地层压力系数达1.60,试油获得了日产达30×104m3/d以上高产工业气流。

图7 东部凹陷中南部沙三中下亚段火成岩成藏模式

3.3.4 主力含油层段构造特征重建

辽河坳陷以及外围盆地均属于断陷型盆地。受构造活动、水体变化影响，含油层段构造特点与大尺度地层构造特点存在差异，精细小层划分并对主力含油气层开展构造特征重建是构造-岩性油气藏勘探的重要手段。以辽河陆东凹陷为例(图8)，九佛堂顶界构造与主力含油层九佛堂上段Ⅳ油组顶界存在巨大差异，精细构造编图之后，在主力含油层段落实构造圈闭为60 km2。此外，在东部凹陷牛居构造带，对埋深为500～600 m的沙一段地层细分为9个砂层组，开展25 m×25 m精细构造解释，落实单层含油砂体的构造形态，部署实施的10口探井均获日产油量为30 t/d以上工业油流，其中N101井日产更是高达100 t/d。

图8 陆东凹陷后河地区九上段顶界与九上段Ⅳ油组顶界构造

3.3.5 洼陷带连续性油气聚集成藏模式重建

连续性油气聚集理论的提出，使油气勘探跳出二级构造带、正向构造带范围，实现下洼找油、满凹勘探[14-15]。国内外非常规油气勘探的重大发现以及突破，使油气勘探从源外常规圈闭逐渐走向近源及源内[16]。辽河坳陷三大主力凹陷分布的多个生烃洼陷是勘探程度最低、勘探空间最广的领域。

根据国内外研究实践，提出了洼陷带连续性油气聚集成藏模式(图9)，认为断陷盆地连续型油气聚集规律包含3个层次：①三级层序下的低位、水进、高位体系域的优质烃源岩为连续型油气聚集提供油气供给条件；②主成盆期发育的连续型储层成为连续型油气聚集的载体；③每个三级层序中的高位体系域泥岩成为区域性盖层，为常规油气、非常规油气的形成提供良好的盖层[17]。在洼陷带连续性油气聚集成藏模式指导下，于大民屯凹陷开展了常规油气-致密油气-页岩油气的勘探研究部署，获得了规模储量。

图9 大民屯凹陷沙四段连续性油气成藏模式

4 高成熟探区典型勘探实例

在高成熟探区持续勘探新思路及技术指导下，对辽河传统探区开展“整体认识、整体评价、整体部署”，发现了残留型中生界潜山油藏、陡坡带砾岩体油藏、深层超压火山岩油藏、洼陷中心页岩油藏等多个勘探领域，辽河探区储量增长再次迎来了新的高峰期。

4.1 深化富油气区带储层分布认识，兴隆台潜山发现亿吨级增储领域

兴隆台潜山构造上位于西部凹陷中段，为太古界与中生界组成的双元结构山，呈“洼中之隆”构造格局，油气成藏条件优越[18]。“十一五”期间，以兴隆台潜山为主要勘探区域，创建了变质岩内幕油气成藏理论，并探明石油地质储量为1.27×108t[19]。中生界披覆沉积于太古界之上，一直被认为是太古界变质岩油藏的区域盖层，未获重视。对兴隆台潜山中生界油气成藏条件及主控因素开展重新论证，突破了中生界仅为太古界油藏区域盖层的传统认识，首次提出中生界具备多元内幕结构、复式运聚系统、规模储集条件3个有利成藏要素，可使中生界残留的砾岩体、火山岩体规模成藏。同时，首次鉴定出花岗质角砾岩等30种中生界岩石类型，提出“优势岩性序列”概念，并形成“岩相控储、物性控藏、有效储层控制油气富集”的中生界成藏认识，指导勘探发现兴隆台中生界巨厚砾岩体、火山岩体油藏，2018年至2020年，累计新增三级储量为1.29×108t，中生界成为了兴隆台构造带第3个亿吨级含油层系，兴隆台构造带成为辽河探区内第1个上部古近系、中部中生界、下部太古界均为亿吨级的超富集含油气区带。

4.2 构建陡坡带油气成藏模式，陡坡带实现规模效益增储

大民屯凹陷西部陡坡带沙四时期发育一套厚层砂砾岩体，整体为陡坡背景控制形成的沉积扇体，平面上发育多个物源体系，纵向上多期扇体叠置。陡岸扇体紧邻沙四段生油洼陷，油气成藏条件优越。受近源堆积分选差、多期砂体叠置厚度大等难点制约，勘探未形成有效进展，只在局部地区发现零星的见油井，没有形成规模性产能。

“十三五”以来，以陡坡带为重点，开展针对性技术攻关研究，形成3项创新地质认识：①突破“沟扇对应”陡坡带砂体局部富集的传统认识，认为陡坡带整体富砂；②突破砂体厚度控制储层的传统认识，分析测试证实前缘相是优质储层发育部位；③突破扇体高点控藏的传统认识，认为优质储层控制油藏分布。在此指导下，开展了地震资料、地质资料重建，厘清了扇体分布及期次，落实优势相分布，落实大民屯凹陷西部陡坡带发育前进、平安堡、安福屯和兴隆堡四大扇体，有利勘探面积为220 km2，资源规模为2.2×108t。2015年至2020年，累计新增探明储量为2 000×104t，已累计生产原油达15×104t。在西部凹陷，按照陡坡带成藏的研究认识，“十三五”期间累计发现探明储量为5 546×104t，在清水洼陷洼111区块建成产能为20×104t。

4.3 强化深层超压油气藏成藏模式构建，东部凹陷深层火山岩勘探获重大突破

东部凹陷位于辽河坳陷东部，在平面上呈一北东走向的狭长凹陷，总面积为3 300 km2。已发现的火山岩油气藏主要集中在东部凹陷中南部的沙三段，已探明石油地质储量为3 304×104t，火山岩中尚未发现天然气规模储量。

在高成熟探区持续勘探的新思路指导下，强化了东部凹陷深层火山岩油气成藏基础地质理论研究，创新形成了深层超压火成岩气藏模式：①东部凹陷深层烃源岩具备成熟—过成熟的生气能力；②主成盆期沙三段喷发的火山岩多为水下喷发环境，能够形成厚度大、储层物性好的玄武质火山角砾岩，成为深层气藏的良好储集体；③厚层超压泥岩强封盖体系下，近油源和裂缝改造区的火山岩体具备近源成藏的先天优势。深层超压火山岩气藏模式指导了东部凹陷深层火山岩体的勘探部署，JT1井在4 300 m深度玄武质火山角砾岩井段试气，压裂后8 mm油嘴自喷求产，日产气为325 166 m3/d，创辽河探区40 a来勘探气井产量新高[20]。

4.4 精细主力层构造特征重建，陆东后河构造带落实五千万吨级增储领域

陆东凹陷是辽河外围盆地资源潜力最大，勘探程度相对较低的凹陷之一。凹陷陡坡带物源供给充分，发育6个大规模扇体，总面积达300 km2以上，源储配置条件好，具备形成规模油气聚集的地质背景。

近年来，围绕成藏条件优越的后河构造带，开展细分层系构造特征重建，在九佛堂含油层段落实断背斜圈闭有利勘探面积近70 km2，2018年开展勘探部署以来，共完钻各类探井10口，完成老井试油4口，均获得工业油流，钻井及措施成功率均达100%。目前，后河构造带已落实5 000×104t级控制储量规模，成为辽河探区新时期重要的储量增长点及支撑点。

4.5 开展连续性油藏探索，大民屯凹陷页岩油勘探取得重要进展

大民屯凹陷沙四段沉积期，中央构造带相对封闭，发育一套碳酸盐岩和油页岩沉积体，纵向可分为3组，Ⅰ组以油页岩为主，Ⅱ组以泥质云岩为主，Ⅲ组为云岩与油页岩互层，分布面积为220 km2，地质资源量为2.36×108t，是持续勘探的重要领域。“十二五”期间，对大民屯凹陷页岩油开展了系统取心及风险探井部署工作，但受制于地质认识，仅将II组泥质云岩作为勘探目标，收效甚微。2019年深化了地质-地震一体化研究，地质上深度挖掘S352井系统取心资料，重新评价页岩油储层“甜点”类型，并建立“甜点”划分标准，将大民屯凹陷页岩油“甜点”扩展至Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组，提出Ⅰ、Ⅲ组中的高TOC、高脆性矿物含量、高电阻的含碳酸盐岩油页岩及Ⅱ组中岩性较纯的泥质云岩为主要“甜点”类型。地震上以页岩油“甜点”预测为核心，开展物探攻关，创新形成了以“两宽一高”处理为核心的页岩油宽频保幅处理技术及以“富有机质页岩岩石物理建模、页岩油有效裂缝叠前频散反演预测”为核心的“甜点”地震预测技术，落实了大民屯凹陷页岩油一类及二类“甜点”分布面积为143 km2。优选I组含碳酸盐岩油页岩及II组泥质云岩作为首选部署目标，钻探风险探井SY1井，并获工业油气流。SY1井的成功首次证实了油页岩型页岩油的勘探潜力，极大地拓宽了辽河探区页岩油的勘探空间。