微生物地球化学勘探技术在黄土塬地貌区油气勘探中的应用

2020-12-03周进松李园园梁永兴

特种油气藏 2020年5期

曹军，周进松，银晓，李园园，刘鹏，丁力，梁永兴

(1.陕西延长石油(集团)有限责任公司，陕西西安 710075；2.盎亿泰地质微生物技术(北京)有限公司，北京 102200)

0 引言

地质微生物学是在地球化学和微生物学的基础上发展起来的交叉学科[1]。油气微生物勘探技术是基于地质微生物学理论而形成的新型油气勘探技术[2-5]。微生物勘探技术在油气勘探中应用最为广泛的是微生物地球化学勘探技术(MGCE)和微生物油气勘查技术(MPOG)[6-13]。其中，MGCE技术由微生物石油调查技术(MOST)和土壤吸附气技术(SSG)2项技术构成，分别从微生物学和地球化学2个维度刻画油气藏中轻烃微渗漏的特征。该技术2007年第一次被引入中国陆上油气勘探领域，已在中国的山地、沙漠、戈壁、海洋等多种地貌区应用，并取得了令人瞩目的初步成果[10-13]。然而，目前未见此项技术在黄土塬地貌区开展油气勘探应用的报道。

鄂尔多斯盆地东南部富县北部天然气勘探程度低。工区位于黄土塬地貌区，地表沟壑纵横、起伏强烈，地震响应非常微弱，地震勘探适用性差，流体检测难度大[14]，而依靠钻井进行油气勘探，其投资风险大。而采用微生物地球化学勘探技术能对黄土塬地貌区进行直接的烃检测，以评价区带内含油气性和范围，将为黄土塬地貌区油气有利区带筛选和勘探部署提供参考依据，从而降低钻探风险，提高勘探成功率。

1 工区概况

工区位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡东南部。行政区大致位于陕西省延安市西南部50 km的富县张家湾镇和甘泉县下寺湾镇交界处。工区地处黄土塬区，地表沟壑纵横、起伏剧烈，海拔在800～1 500 m左右。

工区构造位置处于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡的东南部，区内构造简单。工区钻遇的地层包括第四系、侏罗系、三叠系、二叠系、石炭系和奥陶系。古生界主要发育上古生界致密砂岩气藏和下古生界奥陶系海相碳酸盐岩气藏。主力含气层为马家沟组马五1+2亚段,，本溪组，山西组山1段、山2段和下石盒子组盒8段[15-17]。工区内中生界主要产油层为上三叠统延长组，自上而下也划分为10个油层组，油藏类型以岩性油藏为主，储层具有低孔、特低渗的特征，油气大面积分布，但油气资源丰度较低[18-20]。

截至目前，在180 km2工区范围内仅钻探有天然气井12口，其中，探井为8口、开发井为4口，勘探开发程度低。钻井表明，工区内是上古生界和下古生界天然气叠合富集区，以下古生界马家沟组马五1+2、马五4为主，其次为上古生界山西组山1段和下石盒子组盒8段。因此，该区具有较好的含气前景。工区内石油勘探开程度较高，区内已有油井44口，38口井初试产油，平均初期日产油为1.81 t/d，最小日产油0.08 t/d(芦106井)，最大日产油为7.30 t/d(芦129井)。从平面分布来看，工区的西北部和南部的部分区域油产量相对较高，中部及东南部油产量相对较低。

2 微生物布测方案及实验分析

2.1 方案设计原则及结果

微生物区带烃检测测点布设通常采用密测线(点间距为250～500 m不等)或者稀网格(1～2 km不等)。由于工区地貌复杂，沟壑纵横，加之地下地质条件复杂，储层横向变化快，圈闭目标较小(一般为2～5 km2)，使用稀网格布设方式难以控制局部圈闭目标。因此，在满足区带评价的基础上，综合考虑油气地质研究成果，选择密测线布设方式。为了便于土壤样品采集工作的开展，微生物测线沿黄土塬冲沟道路临近区布设，测线总长约为65 km，测点间距为330 m，总测点为201个(图1)。

2.2 样品采集及实验方法

野外施工实际采样位置一般在距离道路100 m左右的山坡上，避开了河流、人畜活动区，从而减少潜在人为干扰，共采集201个土壤样品。所有采集的样品进行MOST分析，选择微生物异常相关的1/10测点进行SSG实验分析。

微生物实验分析采用平板培养法，检测过程采用特殊的培养基对土壤样品中的烃氧化菌进行专一性的培养和计数。具体实验方法为：①将待测样品经适当稀释后，其中的微生物充分分散成单个细胞；②取一定量的稀释样液接种到平板上；③经过培养，由每个单细胞生长繁殖而形成肉眼可见的菌落，即一个单菌落应代表原样品中的一个单细胞(图2)。对培养之后的平板进行菌落计数，并进行计算后得到微生物值(Microbial Value，简称MV)。

土壤吸附气的实验分析采用酸解吸附烃方法，地球化学烃检测分析步骤包括：①称重，将土壤进行必要的预处理，对天平进行校正后，称取一定质量的土壤于脱气瓶中待处理；②脱气，将脱气装置抽真空后，向装有土壤的脱气瓶中加入酸，并保持一定的温度进行酸解；③洗提，脱出的气体经碱洗提，以去除二氧化碳气体，之后剩下的气体收集到集气瓶中；④检测，使用精度在10-6级的气相色谱分析对集气瓶中的气体组分进行分析。

2.3 实验结果及分析

2.3.1 微生物烃检测实验结果与分析

(1) 地表影响因素分析。MOST技术最大的特点为热成因烃作为微生物的碳源具有极强的专属性。这种专属性微生物的异常存在直接反映深部油气藏的存在，其受环境因素影响较小，而游离气技术通常受到环境和微生物活动的影响较大[12]。从地貌环境看，工区皆为黄土塬地貌，环境基本一致，采集的样品均以亚黏土为主，样品性状相似。因此，专性烃氧化菌对食物(碳源)的高度选择性决定了MOST技术烃检测结果的唯一性。

(2) 微生物异常分级及平面分布。微生物异常值与背景值的划分是评价探区内含油气前景的关键。研究采用频率直方图和数理统计方法，初步确定工区异常值与背景值的界限，划分微生物异常等级，然后结合工区内已知井的钻探结果，综合分析得出该区的MV背景值和各级MV异常等级。

通过分析研究，研究区的MV异常门槛值定为90，即MV值在90以上认定为异常值，指示较高微渗漏强度；而MV值在90以下则为低异常和背景值，指示较弱或无微渗漏强度。为了区分不同的烃类微渗漏异常点和异常区，采用5个等级来刻画，并分别以红色、橙色、黄色、绿色和蓝色代表，分别对应为超高异常、高异常、中异常、低异常和背景值(表1)。

表1 工区微生物数理统计和异常分级Table 1 Microbial mathematical statistics and anomaly classification in the study area

微生物异常等级划定后，对微生物异常区进行圈定、评价和解释。微生物异常区圈定以黄色下限为边界，异常评价主要是从异常区内的微生物强度(平均值)、可靠性(异常比例)、连续性(长度)方面进行。通过对微生物异常平面特征的研究，发现研究区微生物背景和异常区分显著。以微生物中异常下限为边界圈定了微生物异常的范围，共识别出9个稳定的微生物异常(编号为Ⅰ～Ⅸ)。通过微生物异常长度、强度和占比的对比分析，发现Ⅳ、Ⅸ号异常强度最高，分别高达180和177；Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅶ号异常强度次之，为115～155。

根据异常分布趋势进一步分为3个区带，即西北部区带、中部区带和东南部区带，异常区带统计对比发现，西北部区带的微生物平均值为94，中部区带的微生物平均值为154，东南部区带的微生物平均值为84(表2)。可以看出，微生物异常高值主要集中在中部区带，西北部和东南部区带整体异常均值相对较低，局部有连续异常分布(图3)。

图3 工区微生物异常区带平面分布图Fig.3 Plane distribution map of abnormal microbial zones in the study area

表2 研究区微生物有利区数据统计Table 2 Data statistics of favorable microbial zones in the study area

2.3.2 地球化学烃检测结果与分析

为了比较全面地识别微生物异常区下伏渗漏烃源的油气性质，在分析微生物成果的基础上，在工区内选取了40个样品进行了地球化学实验分析。地球化学烃检测的对象为土壤中酸解吸附的C1～C4+烃含量，检测结果位于检测值下限之上为稳定酸解吸附烃数据，该项目检测结果均在检测限之上，因此，40个样品的酸解吸附烃数据可靠。

乙烷和丙烷双组分关系图版显示二者具有较好的线性关系，表示此次实验的数据质量较好，且油气性质以油气并存为主(图4)。

图4 研究区油气性质双组分图版Fig.4 Two-component chart of oil and gas properties in the study area

将地球化学烃检测结果中的C1～C4组分处理后得到的C1/(C2+C3)-C2/(C3+C4) 3组分交会图版(图5)。由图5可知，工区的整体油气性质以油气并存为主，且西北部、中部和东南部微生物有利区的油气性质差别不大。中部异常所代表的油气成熟度要略高于西北部和东南部，指示含气的可能性更大。

图5 研究区油气性质3组分图版Fig.5 Tri-component chart of oil and gas properties in the study area

3 微生物油气地质综合研究

综合研究一般以微生物异常区为研究对象，从地质资料的平面特征或剖面特征等方面进行研究。通过地质资料和微生物成果的综合对比研究，解释微生物异常所指示的油气地质意义。此次研究以钻井试油试气资料为主。

3.1 微生物结果与已钻探井对比

通过微生物异常与已有钻井对比，经过微生物测线的油气井共16口，其中，油井为13口，气井为3口，统计发现吻合的油气井为14口(表3)，说明过工区测线的已钻井结果与微生物检测结果吻合较好，验证了微生物勘探技术在该区具有适用性。

表3 微生物异常与已钻井产能平面叠合图及吻合情况统计Table 3 Plane superposition map of microbial abnormalities and productivity in drilled wells and coincidence statistics

3.2 含油气潜力综合分析

工区中生界延长组普遍含油，通过微生物勘探成果与油井初试产能对比发现：西北部微生物异常与背景值区分显著，整体异常强度中等，异常区内产油量相对较高，且I号微生物异常西北部延1129井钻探获日产气为0.75×104m3/d；中部区带的微生物均值高，异常强度大，连续性好，而产油量相对较低，与微生物强度高的特征不符，区内钻探发现高产气井(延1034井日产气为5.95×104m3/d)，且多口井为气层井，指示含气潜力较大，推测除中生界含油层系之外，中部区带古生界地层含气潜力可能较大；东南部区带微生物整体以中低值为主，局部存在微生物异常区，产油量也相对较低(图6)。

图6 微生物有利区带与试油等值线叠合图Fig.6 Superposition map of favorable microbial zones and oil test contour

由于微生物异常是多层系油气叠合的综合反应，中部的油产能相对较低，而微生物异常发育，因此，推测中部深层古生界含气潜力较大。

通过与深层多套含油气目的层对比研究认为，马五段白云岩坪等有利含气相带广泛发育。马五1亚段具有明显的NE—SW向的地层剥蚀线。中部微生物区带(III、IV、V、VI、VII)分布范围与该层剥蚀线附近地层对应较好；西北部微生物区带主要分布在尖灭区之外(I、II)；微生物东南部有利区位于远离地层尖灭线，对应的地层厚度较大。马五2亚段地层厚度向西北部有减薄的趋势，整体厚度变化不大(6～9 m)，微生物分布规律与该层的对应关系不明显。其中，II、IV号微生物异常位距离尖灭线较近(图7)。因此，推测中部微生物异常区带与深层马五段关系密切，可以作为下一步天然气勘探的重点层段。