黄骅坳陷莲花凝析气田的发现及其地质意义

2022-04-19王文庆李洪革卢刚臣闫家伟杨爱敏

录井工程 2022年1期

王文庆李洪革卢刚臣闫家伟杨爱敏

(中国石油东方地球物理公司研究院大港分院)

0 引言

潜山油气藏勘探一直是大港油田油气资源接替的重要“战场”[1-4]。黄骅坳陷潜山油气勘探历经五十余年，1964年，港北高位潜山G 1井奥陶系试油获得工业油气流，揭开了大港探区碳酸盐岩潜山勘探的序幕。但这一阶段由于勘探技术相对比较落后，地震资料品质差，导致对潜山成藏认识不清，制约了潜山油气藏勘探。20世纪80年代，火成岩作为特殊的油气储层引起重视，在枣园、王官屯等地区中生界相继获得工业油藏突破，但天然气藏发现少。20世纪90年代，针对中低位奥陶系碳酸盐岩潜山油气藏实施钻探，发现了一批古潜山油气藏，如乌马营潜山、埕海潜山、王官屯潜山均在奥陶系发现了高产油气藏，但受奥陶系气藏高含硫化氢和二氧化碳，且埋藏深等因素制约，拓展勘探与效益增储难度大[5-9]。近年来，通过转变勘探思路与创新地质认识，在黄骅坳陷南部乌马营潜山内幕多层系获得来自煤系源岩的天然气勘探重要突破，证实了深层储层仍然具有良好储集物性，并发现了莲花凝析气藏。本文以新高精度三维地震、钻井和前人研究成果为基础，对乌马营潜山深层圈闭条件、生烃潜力、储层空间和油藏模式等展开研究，并对黄骅坳陷潜山内幕原生气藏勘探前景进行初步探讨。

1 区域地质背景

莲花气田位于渤海湾盆地黄骅坳陷南部乌马营潜山带，北部为王官屯潜山，南侧与东光潜山以浅鞍相隔，东西方向夹持于第三纪发育的徐西断层与沧东断层之间(图1)。该区勘探近五十年，以孔店组孔二段、孔一段及沙河街组为主要目的层，以古近系孔二段页岩为主要烃源岩，发现落实多个小型含油构造，勘探开发逐渐进入萎缩阶段。目前潜山勘探开发程度极低，仅于1998年针对奥陶系目的层钻探了WS 1井，奥陶系顶部试油后，由于高含硫化氢后封井，潜山勘探长期处于停滞阶段。近期钻探的YG 1、YG 2和WT 1井相继在古生界、中生界及古近系获高产油气流，不但推动了莲花凝析气田的发现，同时也坚定了在大港探区寻找煤系源岩大中型凝析气藏的信心，对于推动渤海湾盆地东部探区来自煤系源岩深层天然气勘探具有重要意义。

图1 莲花气田构造位置

2 莲花气田形成条件

2.1 煤系源岩规模生烃提供充足油气来源

与邻区相比，乌马营潜山带处于印支-燕山期弱构造改造区，上古生界地层保存完整，厚度达900～1 200 m[10]。其中，上古生界石炭-二叠系含煤岩系主要发育在太原组及山西组，包括煤、碳质泥岩和暗色泥岩三类煤系源岩，厚度在250～400 m之间，分布面积达9 589 km2，呈现厚度大、分布广的特点[11]。

根据油气成熟度和生物标志物等研究，乌马营地区煤系源岩现今已进入高成熟、大规模生气阶段，为黄骅坳陷最为有利的煤系源岩生油气区[12-13]。结合古埋藏史和生烃模拟表明，古生界经历了两次抬升三次深埋，具有多期生烃的特点。一次生烃期主要为早白垩世末期(136 Ma左右)，以生油为主，生油量约179×108t，生烃中心位于乌马营地区；二次生烃期为孔店组沉积时期(24～5 Ma)至今，以生气为主，生气量达42×1012m3，存在乌马营-王官屯地区和歧北-埕海地区两个生气中心(图2)。其中，乌马营-王官屯地区总生气量约为12.6×1012m3，具有生烃时间晚、生气规模大的特点，为潜山油气成藏提供了气源保障。

图2 黄骅坳陷上古生界煤系烃源岩展布与生烃强度

2.2 多个大型构造圈闭为潜山油气藏形成的基础

乌马营潜山中、新生代主要经历了印支-燕山-喜山三期构造运动叠加及改造，导致多个不同类型的构造圈闭叠合发育。根据新高精度三维地震解释，该区二叠系顶面形态整体表现为一个被断层复杂化的大型挤压背斜构造，主要由西部北北东向断鼻构造和东部近东西向宽缓背斜构造组成，为印支-燕山期挤压和喜山期拉张双重应力共同作用的产物(图3)。

中、古生代乌马营地区主要受印支和燕山构造运动控制，具备两期构造变形相互改造叠加的特点。近南北向剖面上，潜山带东侧大型宽缓背斜发育，为印支期南北向挤压应力环境下形成的背斜构造圈闭(图3a)。该圈闭形态完整，且晚期断层活动较弱，破坏程度低，易于油气规模聚集。西侧逆冲断裂发育，构造复杂，主逆冲断层西倾东冲，呈北东-南西走向，推测为燕山期北西-南东向挤压应力作用的结果(图3b)。该时期大型逆冲断层切割印支期宽缓古背斜西翼，同时伴生发育北北东向断层相关断鼻圈闭，二者共同构成古潜山的主体。新生代在喜山期拉张应力环境下，沉积巨厚的第三系，深埋东部印支期背斜构造与西部燕山期逆冲断鼻构造后潜山定型，形成现今的被断层复杂化负反转背斜构造圈闭。

此外，由于断层活动强度有别，西侧断鼻圈闭南-中-北差异较大。过潜山东西向联合地震剖面中，北段圈闭顶部地层剥蚀与断层改造现象明显，孔店组地层与二叠系以不整合接触为主(图4a)。孔一段沉积期断层切入前第三系，进一步切割改造断鼻圈闭，中段为不对称三角逆冲推覆段，高角度逆冲与反冲断层发育，铲式主逆冲断层上盘伴生相关褶皱圈闭(图4b)。逆冲断层侏罗-白垩系沉积时期活动强，能有效沟通油源，第三系沉积时期活动弱，对圈闭改造弱，断鼻构造形态保留完整。南部为张扭性负反转，中生代早逆晚正伸展断层和主逆冲断层限制西侧断鼻向北变窄，分割构造为不同断块圈闭(图4c)。

图3 乌马营潜山南北向联合地震剖面

图4 乌马营潜山东西向联合地震剖面

2.3 多套储层叠置发育为油气富集提供有利空间

由于多期造山运动叠加构造演化特点的不同，乌马营潜山内幕经历了海相、海陆过渡相和陆相沉积的转变，地层自下而上可划分为奥陶系碳酸盐岩、二叠系下石盒子组砂岩和侏罗系砂岩3套储层，为油气聚集提供了有利空间。

根据岩心观察、薄片资料以及钻井资料可知，下古生界奥陶系碳酸盐岩为一套碳酸盐台地沉积，储集空间主要为次生岩溶孔缝洞和构造缝，表生淡水淋滤、深层热液改造及多期挤压变形为主要成因[14-16]。储层主要分布在距奥陶系顶部250～300 m风化壳附近，峰峰组顶底部、上马家沟组上部均有分布，可从WS 1井岩心和成像测井资料分析中得以充分证实。

上古生界二叠系下石盒子组辫状河沉积环境，砂岩为储层。根据研究区YG 1、WS 1、YG 2井储层物性数据统计可知，二叠系下石盒子组砂岩平均孔隙度为9%，渗透率为0.32 mD，属于低孔、低渗致密砂岩储层。其原生孔隙几乎不发育，岩性特征、早期油气充注及后期构造改造三种作用控制形成微孔隙、次生溶孔和大量裂缝发育，使得下石盒子组砂岩物性得到极大改善，成为该区最有利的储集层系之一[17-18]。

中生界侏罗系为砂岩储层，受差异剥蚀、优势沉积相带控制，优质储层仅在乌马营潜山西翼和北翼分布，面积约80 km2。沉积相为辫状河河道沉积，具有砂、砾等粗粒沉积物含量较高，泥质含量少的特点[19]。钻测井资料表明，侏罗系砂体厚度大于60 m，最大厚度约220 m；测井解释最高孔隙度为23%，最大渗透率154 mD，原生孔与次生孔共存，发育优质储层。

2.4 天然气成藏为多层系叠置复式聚集的模式

乌马营潜山以上古生界石炭-二叠系煤系地层为烃源岩，纵向主要发育上古生-下古储-上古(生界)盖组合、上古生-上古储-上古(生界)盖组合和上古生-中储-新(生界)盖组合三种生-储-盖组合类型(表1)。油气成藏整体表现出“纵向多层叠置，平面广覆式分布”的特点(图5)。在这三种古潜山成藏模式中，以上古生-下古储-上古(生界)盖组合块状油气藏和上古生-上古储-上古(生界)盖组合层状油气藏为主，上古生-中储-新(生界)盖组合不整合油气藏规模较小。乌马营潜山真正具有重要工业价值的古潜山油气藏，主要还是发育在上古生界二叠系砂岩地层中，尤其是早期构造活动强，造成构造裂缝发育，且晚期弱改造区。

表1 黄骅坳陷深层生储盖组合类型

图5 乌马营潜山油气成藏模式

2.4.1 上古生-下古储-上古(生界)盖组合

储层为下古生界奥陶系碳酸盐岩，顶部被上古生界石炭系煤系地层以不整合覆盖，可起到遮挡油气逸散的作用，侧向则以断层或不整合与石炭系烃源岩接触。煤系烃源岩达到生烃门限后，优先进入邻近的奥陶系碳酸盐溶蚀孔洞和构造缝储集体。油气主要分布于奥陶系顶部250～300 m风化壳内，聚集于潜山顶部，向深部变为致密层不含气，其形态往往呈“楔状”，主要发育块状油气藏。乌马营潜山以WS 1井和YG 3井为代表，已发现油气藏。

2.4.2 上古生-上古储-上古(生界)盖组合

以石炭系太原组和二叠系山西组的煤层、碳质泥岩和暗色泥岩为主力烃源岩，储集体为二叠系上石盒子组下段与下石盒子组河道亚相砂体分支河道-河口坝砂体，多数情况下还发育构造裂缝。顶部被上石盒子组上段与石千峰组大套泥岩整合覆盖，垂向以断层或潜山内部的渗透层与烃源岩沟通。据YG 1井和YG 2井钻探突破证实，上古生界二叠系石盒子组气藏以泥岩为遮挡，呈层状展布，易形成层状油气藏。

2.4.3 上古生-中储-新(生界)盖组合

潜山内部侏罗系河道砂岩储层渗透层夹于非渗透层之间，顶部孔店组泥岩以角度不整合覆盖于古潜山之上，个别情况下配合断层遮挡为盖层，运移通道为断层和不整合面，易形成不整合油气藏。乌马营潜山Y 7X1井断鼻是该类成藏模式的典型代表。

3 莲花气田发现的意义

3.1 提示区域成藏潜力与勘探方向

通过深入剖析乌马营潜山内幕成藏条件，以潜山内幕优势“源-储-盖”匹配关系为切入点，研究认为黄骅坳陷中-古生界发育多套储盖组合。上古生界二叠系下石盒子组平面展布广泛，纵向发育厚层砂岩，晚期受溶蚀孔隙和构造裂缝改造，发育优质储层。下石盒子组顶部以横向分布稳定的上石盒子组-石千峰组泥岩为区域盖层。此外，石炭系煤系源岩，二次生烃潜力高，资源丰富，潜山带大面积分布，油气源供给充足，三者“源-储-盖”匹配关系好，勘探前景广阔。黄骅坳陷二叠系下石盒子组构造圈闭形态完整且面积大，以背斜和断鼻为主，评价25个圈闭，Ⅰ类圈闭12个，面积占48%，具备形成较大规模潜山内幕油气的基本条件和潜力。最为关键的是，二叠系气藏不含硫化氢，可有效开采动用，为黄骅坳陷潜山下步勘探最有利勘探层系。

3.2 为推动渤海湾盆地潜山油气勘探提供借鉴

黄骅坳陷首次发现来自煤系源岩的不含硫化氢凝析气田，实现了深层天然气战略性突破，开辟了勘探新领域，证明渤海湾盆地古生界含油气系统勘探前景广阔。石炭-二叠系煤系地层作为黄骅坳陷一套重要的源岩层，初步估算煤系源岩残留面积可达9 589 km2，生烃范围4 870 km2，总生气量约4 200×108m3。初步评价渤海湾盆地石炭-二叠系残留面积84 795 km2，残留最大厚度达800 m，潜山天然气资源量达1012m3，资源潜力巨大[20]。此外，黄骅坳陷潜山领域系列地质认识的创新，直接支撑了大港探区规模增储与效益勘探，奠定了大港油田原油产量上产500×104t的资源基础，也为京津冀地区逐年增加的天然气供应需求提供清洁能源支持，助推雄安新区建设。