謝玉洪
中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司
鶯歌海高溫超壓盆地壓力預(yù)測(cè)模式及成藏新認(rèn)識(shí)
謝玉洪
中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司
鶯歌海盆地中深層特別是高溫超壓地層中,存在著眾多的大型勘探目標(biāo),但因其所固有的錯(cuò)綜復(fù)雜的地質(zhì)特性,使天然氣勘探面臨的成藏理論、地層壓力預(yù)測(cè)、鉆井安全等問(wèn)題在業(yè)界沒(méi)有成功的經(jīng)驗(yàn)可資借鑒,從而導(dǎo)致該盆地勘探進(jìn)展緩慢。通過(guò)近幾年對(duì)該盆地地層壓力預(yù)測(cè)模式的研究,發(fā)現(xiàn)異常壓力層段的波阻抗隨深度增加而減小,局部有強(qiáng)烈的倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象發(fā)生,結(jié)合已鉆井的測(cè)壓、測(cè)試等數(shù)據(jù),建立起了盆地不同構(gòu)造位置的壓力預(yù)測(cè)模型,并在該區(qū)壓力預(yù)測(cè)實(shí)踐中取得了良好效果;同時(shí)還在天然氣成藏理論上取得了新的認(rèn)識(shí),DF13E井在中深層的新近系中新統(tǒng)上部黃流組一段獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)氣流,證明了中深層強(qiáng)超壓領(lǐng)域(壓力系數(shù)大于1.8)可以形成優(yōu)質(zhì)氣藏,拓寬了該盆地天然氣勘探領(lǐng)域。
鶯歌海盆地 溫度 壓力預(yù)測(cè)模型 成藏理論 新認(rèn)識(shí) 勘探區(qū) 勘探方向
鶯歌海盆地位于南海北部大陸架西北區(qū),該盆地是一個(gè)年輕、快速沉降、以海相沉積為主的盆地,異常高溫超壓是其重要特征之一。新近系中新統(tǒng)三亞組和梅山組淺海相泥巖含較豐富腐殖型有機(jī)質(zhì),是主力烴源巖,上覆中新統(tǒng)黃流組、鶯歌海組和第四系樂(lè)東組等多套儲(chǔ)蓋組合。勘探上把上新統(tǒng)鶯歌海組二段上部—第四系樂(lè)東組儲(chǔ)蓋組合劃分為淺層,該層段構(gòu)造類型以背斜為主,埋藏淺,地震資料品質(zhì)好,是常壓—壓力過(guò)渡帶領(lǐng)域(地層壓力系數(shù)介于1.0~1.5);把梅山組—黃流組儲(chǔ)蓋組合稱為中深層,該層段埋藏較深,地溫梯度為4.56℃/100m,壓力高(地層壓力系數(shù)大于1.8),屬高溫超壓區(qū),加之地震資料品質(zhì)差、圈閉和儲(chǔ)層落實(shí)困難,給鉆井工程也帶來(lái)極大風(fēng)險(xiǎn),使得該領(lǐng)域勘探技術(shù)難度大、資金投入高、勘探風(fēng)險(xiǎn)大、進(jìn)展緩慢。
1.1 壓力系數(shù)演化類型不同
根據(jù)壓力系數(shù)隨深度的變化特征,將鶯歌海盆地地層壓力曲線表征為底辟S增壓型、折線增壓型和緩慢增壓型3種(圖1):①底辟S增壓型——該類型常壓系統(tǒng)與高壓—超高壓系統(tǒng)之間存在較厚的過(guò)渡段,隨著深度的增加,在1 200~2 000m處即可表現(xiàn)為超壓特征,在強(qiáng)超壓帶可見(jiàn)壓力系數(shù)“回頭”現(xiàn)象;②折線增壓型——該類型存在兩個(gè)以上的壓力系統(tǒng),在中深部和深部形成不同的壓力系統(tǒng);③緩慢增壓型——主要分布在盆地中央凹陷帶的非底辟區(qū),與盆地快速沉積欠壓實(shí)作用有關(guān)。
圖1 鶯歌海盆地壓力類型平面分布圖
1.2 探井鉆前壓力預(yù)測(cè)的難點(diǎn)
由于鶯歌海盆地勘探程度比較低,探井較少,缺乏實(shí)際資料,另外底辟和構(gòu)造地應(yīng)力的存在也導(dǎo)致對(duì)地層超壓成因的判斷比較困難,所以鉆前壓力預(yù)測(cè)是一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題[1-2]。鶯歌海盆地高溫超壓的存在,鉆井安全是鉆井過(guò)程中的重要因素[3-6]。
目前地層壓力預(yù)測(cè)的方法較多,但大多數(shù)都屬于經(jīng)驗(yàn)公式的方法,受到一定的適用條件的限制。地層速度是用于地層壓力鉆前預(yù)測(cè)和鉆后壓力計(jì)算的主要參數(shù),層速度特點(diǎn)是在正常壓實(shí)的地層中其值隨深度的增大而增大,而在異常超壓地層中其值比正常值小,因此可憑借層速度的異常變化來(lái)判斷和檢測(cè)異常高壓地層[7-10]。經(jīng)過(guò)多年對(duì)鶯歌海盆地壓力預(yù)測(cè)及計(jì)算方法研究,發(fā)現(xiàn)“差值法”(圖2)可以應(yīng)用于鶯歌海盆地壓力計(jì)算,其基本原理是用速度異常量來(lái)確定異常壓力。其標(biāo)準(zhǔn)為:Δv=0為正常壓實(shí)地層;Δv<0為異常高壓力地層。該方法需要在地區(qū)性的壓力預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上定量地計(jì)算出孔隙壓力,其優(yōu)點(diǎn)是不需要先計(jì)算上覆壓力,減少誤差和一些不可控因素。對(duì)于這一方法而言,速度差與壓力系數(shù)對(duì)應(yīng)的壓力預(yù)測(cè)模型的確定是其中的難點(diǎn)和重點(diǎn)。
1.3 天然氣成藏認(rèn)識(shí)的難點(diǎn)
國(guó)內(nèi)外大量研究成果表明,在異常高壓發(fā)育地區(qū),油氣主要聚集在超壓頂面之上、壓力系數(shù)介于1.2~ 1.5的壓力過(guò)渡帶內(nèi),當(dāng)壓力系數(shù)超過(guò)1.8時(shí)地層很少富藏天然氣,這與多數(shù)巖層超過(guò)該壓力系數(shù)發(fā)生破裂有關(guān)。尤其在碎屑巖發(fā)育的地區(qū),當(dāng)?shù)貙訅毫樯细察o巖壓力的75%~95%時(shí),上覆地層會(huì)被壓裂,造成油氣散失。在超壓地層要形成油氣藏,蓋層條件要求苛刻。塔里木盆地庫(kù)車坳陷克拉2號(hào)大氣田壓力系數(shù)達(dá)2.0,與發(fā)育優(yōu)質(zhì)的膏鹽蓋層有關(guān)。北海盆地維京地塹(Viking Graben)和加拿大東部新斯科舍(Nova Scotia)陸架區(qū)超壓油氣藏(如Venture Field)形成于深逾4 000m的侏羅系頁(yè)巖超壓層系內(nèi),這套頁(yè)巖本身既是優(yōu)質(zhì)烴源巖,又是良好蓋層。
在鶯歌海盆地,中深層異常高壓成因源于多個(gè)方面,但主要來(lái)源于兩個(gè)方面:①源自深層泥巖自身產(chǎn)生的高壓;②來(lái)自深盆的他源高壓。雖然,不同超壓形成深度不相同,但都比其他盆地淺,鉆井揭示在2 000m附近地層壓力系數(shù)就已達(dá)到1.5,3 000m以下地層壓力系數(shù)通常大于1.8,為強(qiáng)超壓(圖3)。再者,中深層地層時(shí)代新(中—晚中新世),發(fā)育大套淺海相泥質(zhì)碎屑巖地層,這類性質(zhì)的地層在淺層常溫常壓氣田起了很好封蓋作用,但在中深層高溫超壓環(huán)境下(尤其在大型底辟背斜發(fā)育區(qū),底辟活動(dòng)既造就了油氣運(yùn)移的優(yōu)勢(shì)通道,又對(duì)中深層大型背斜蓋層產(chǎn)生改造,蓋層有無(wú)足夠的封蓋能力頗受質(zhì)疑[11-12])。由此引起大家對(duì)中深層高溫超壓條件下天然氣是否可以大規(guī)模成藏的顧慮和擔(dān)心。
圖2 壓力計(jì)算差值法示意圖
圖3 鶯歌海盆地底辟帶超壓界限連井壓力對(duì)比剖面圖
在對(duì)鶯歌海盆地天然氣勘探研究中發(fā)現(xiàn),異常壓力層段,波阻抗、速度、密度都有隨深度增加而減小的趨勢(shì),局部有強(qiáng)烈的倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象發(fā)生。對(duì)于鶯歌海盆地目前采用的壓力預(yù)測(cè)“差值法”而言,速度差與壓力系數(shù)對(duì)應(yīng)的壓力預(yù)測(cè)模型的確定是難點(diǎn)和重點(diǎn)。經(jīng)過(guò)多年的研究,結(jié)合已鉆井的鉆井液數(shù)據(jù)、測(cè)壓和測(cè)試數(shù)據(jù),總結(jié)出盆地不同構(gòu)造位置的壓力預(yù)測(cè)模型(圖4),形成了鶯歌海盆地壓力預(yù)測(cè)基本模式。所有的壓力計(jì)算是在這模型之上實(shí)現(xiàn)的。
圖4 鶯歌海盆地壓力預(yù)測(cè)速度差—壓力系數(shù)模式圖
從鶯歌海盆地構(gòu)造格局的角度考慮(圖4-a),可以看到對(duì)于同樣的壓力系數(shù)而言,盆地中心的速度差要低于盆地邊緣。究其原因,主要是由于盆地中心處于沉積物快速沉積區(qū),泥巖處于一種欠壓實(shí)的狀態(tài),而盆地邊緣處于沉積物路過(guò)區(qū),而且同樣深度位置盆地邊緣地層的年代要比盆地中心的地層年代老,地層速度較高。
從單個(gè)含氣構(gòu)造的角度考慮(圖4-b),可以看到鶯東斜坡區(qū)和鶯北臨高區(qū)的速度差與壓力系數(shù)的關(guān)系趨勢(shì)比較一致,值的差異也不大,而東方底辟區(qū)和樂(lè)東底辟區(qū)的速度差與壓力系數(shù)的關(guān)系趨勢(shì)比較一致,但絕對(duì)值的差異比較大。經(jīng)分析和研究,產(chǎn)生的原因如下。
1)構(gòu)造位置差異。鶯東斜坡區(qū)和鶯北臨高區(qū)處在盆地的邊緣位置,而東方底辟區(qū)和樂(lè)東底辟區(qū)都處于盆地的中心位置,所以盆地中心位置區(qū)和盆地邊緣區(qū)的趨勢(shì)不同,當(dāng)層速度差不大時(shí),盆地中心區(qū)的壓力系數(shù)高于盆地邊緣區(qū)。
2)底辟的影響。樂(lè)東底辟區(qū)和東方底辟區(qū)都處在底辟之上,但是底辟的規(guī)模和底辟的活動(dòng)期不一致,研究認(rèn)為底辟活動(dòng)具有幕式結(jié)構(gòu)特征[13],樂(lè)東底辟區(qū)的底辟處于剛結(jié)束的排壓期,壓力已經(jīng)得到釋放,而東方底辟區(qū)正處于幕式活動(dòng)的壓力積蓄期,沒(méi)有壓破上覆地層,壓力還沒(méi)有釋放,所以樂(lè)東底辟區(qū)地層壓力系數(shù)明顯小于東方底辟區(qū)。
3)壓力傳遞作用。處在盆地邊緣的鶯北臨高區(qū)和鶯東斜坡區(qū),本身深部地層的壓力系數(shù)就屬于正常壓力—壓力過(guò)渡區(qū)間,再加上沉積物較粗,易于泄壓,其深部地層的壓力沒(méi)有在淺層聚集;而樂(lè)東底辟區(qū)則處于剛結(jié)束的排壓期,裂隙和斷層處在封閉狀態(tài),難于將深部地層的高壓傳遞到淺部地層。
鶯歌海盆地在20世紀(jì)90年代經(jīng)過(guò)一輪淺層常溫常壓領(lǐng)域天然氣勘探的高潮,發(fā)現(xiàn)東方1—1、樂(lè)東22—1、樂(lè)東15—1等多個(gè)大中型氣田和一批含氣構(gòu)造,成效顯著。由于中深層天然氣勘探起步較晚、缺乏成功的經(jīng)驗(yàn)可資借鑒,所以鶯歌海盆地的高溫超壓成藏理論認(rèn)識(shí)和鉆探實(shí)踐一直進(jìn)展緩慢[14-15]。鶯歌海盆地中深層異常高溫超壓條件下泥巖蓋層能否封蓋住具有規(guī)模的異常高壓氣藏一直是地質(zhì)家和勘探家們擔(dān)心的焦點(diǎn)問(wèn)題之一。這一問(wèn)題的實(shí)質(zhì)是擔(dān)心中深層泥巖蓋層的質(zhì)量不夠好,封蓋能力不夠強(qiáng)[16-17]。DF11C井和DF11D井是中深層的2口探井,均處于底辟背斜構(gòu)造內(nèi),雖然在黃流組一段揭示了大套淺海泥巖,但分析表明泥巖并不純,多為粉砂質(zhì)泥巖,說(shuō)明蓋層質(zhì)量不高,這2口井似乎印證了大家對(duì)中深層泥巖蓋層質(zhì)量欠佳的擔(dān)心。
LD22A井鉆探失利之后,鶯歌海盆地底辟帶中深層勘探陷于“沉寂”。2009年初,在東方1—1構(gòu)造西側(cè)的另一個(gè)底辟構(gòu)造之上鉆探LOTUSA井發(fā)現(xiàn)氣層,MDT和DST資料顯示壓力系數(shù)為1.98,屬于強(qiáng)超壓層,其下伏地層壓力更高,壓力系數(shù)超過(guò)了2.0,雖然以CO2居多,但證明強(qiáng)超壓封存箱內(nèi)可以形成游離氣藏。以此為啟示,重新認(rèn)識(shí)東方1—1中深層儲(chǔ)層,在該構(gòu)造東北翼針對(duì)東部物源的黃流組一段淺海灘壩砂巖儲(chǔ)層鉆探了DF12井。該井也鉆遇氣層,經(jīng)MiniDST測(cè)試獲得成功,取得氣體樣,以烴類氣為主,地層壓力系數(shù)為1.92,該井說(shuō)明底辟帶中深層強(qiáng)超壓層存在優(yōu)質(zhì)烴類氣聚集。
以上鉆探實(shí)踐充分表明,不但超壓封存箱上方的壓力過(guò)渡帶、常壓區(qū)可以成藏,底辟帶中深層超壓封存箱內(nèi)仍然可以成藏,超壓帶內(nèi)游離烴類氣藏的存在也有可能。
對(duì)東方1—1三維地震資料進(jìn)行精細(xì)研究[18-19],在東方氣田西翼發(fā)現(xiàn)黃流組一段大型三角洲體系,落實(shí)一群巖性圈閉,經(jīng)過(guò)反復(fù)研究和論證,鉆探DF13E井(圖5),該井鉆探目的為探索黃流組一段上部砂體含油氣性和儲(chǔ)量規(guī)模;獲取東方1—1構(gòu)造西塊中層的儲(chǔ)層物性、油氣層流體性質(zhì)及產(chǎn)能資料。該井鉆遇的蓋層與DF11C井和DF11D井的明顯不同,該井位于東方底辟構(gòu)造西側(cè)、底辟背斜之外,鉆探結(jié)果在黃流組一段上部揭示了一套厚達(dá)220m的海侵—高位體系域淺海泥巖蓋層,這套直接蓋層不僅厚度大,而且泥巖純,塑性強(qiáng)(可鉆性差),受壓實(shí)程度較高,分布范圍較廣,具有超壓(壓力系數(shù)為1.5~1.8)(圖6),表現(xiàn)出良好的高壓封蓋性能,為異常高壓氣藏的形成提供了重要保障。
DF13E井在中深層黃流組一段高溫超壓領(lǐng)域獲優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)氣流,取得重要發(fā)現(xiàn),揭示了一個(gè)高壓氣藏形成的新模式,具有領(lǐng)域突破的重大意義,證明了中深層強(qiáng)超壓領(lǐng)域(壓力系數(shù)大于1.8)可以形成優(yōu)質(zhì)氣藏的論斷,從而拓寬了盆地天然氣勘探領(lǐng)域。
圖5 DF13E井典型剖面圖
圖6 DF13E井鉆前壓力預(yù)測(cè)圖
1)鉆井安全是高溫超壓盆地鉆井過(guò)程中的重要因素,鉆前壓力預(yù)測(cè)是鉆井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。經(jīng)過(guò)多年的勘探實(shí)踐,總結(jié)出 “速度差法”是鶯歌海盆地的鉆前壓力預(yù)測(cè)和鉆后壓力計(jì)算中一種適用的方法,并建立了相應(yīng)的計(jì)算數(shù)學(xué)模型,準(zhǔn)確性高。
2)從鶯歌海盆地構(gòu)造格局的角度和單個(gè)含油氣構(gòu)造的角度入手,從總體到局部、從盆地中心到盆地周緣分別建立鶯歌海盆地盆地中心、盆地邊緣、鶯北臨高區(qū)、鶯東斜坡區(qū)、東方底辟區(qū)和樂(lè)東底辟區(qū)的壓力預(yù)測(cè)模型,并分析了每種模型速度差與壓力系數(shù)的關(guān)系以及各個(gè)模型間差異存在的原因,為鶯歌海盆地不同區(qū)域的鉆前壓力預(yù)測(cè)提供了重要的基礎(chǔ)支持。
3)通過(guò)DF13E井鉆探成功,在中深層黃流組一段高溫超壓領(lǐng)域獲優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)氣流,取得重要發(fā)現(xiàn),揭示了一個(gè)高壓氣藏形成的新模式,具有領(lǐng)域突破的重大意義。
[1]樊洪海,張傳進(jìn).復(fù)雜地層地層孔隙壓力求取新技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù),2005,33(5):40-43.
[2]劉震,許曉明,謝啟超,等.渤海灣盆地異常高壓晚期形成特征分析[J].現(xiàn)代地質(zhì),2006,20(2):77-85.
[3]王振峰,胡代圣.鶯歌海盆地中央泥拱構(gòu)造帶大氣田勘探方向[J].天然氣工業(yè),1999,19(1):28-30.
[4]褚慶忠.異常壓力形成機(jī)制研究綜述[J].天然氣勘探與開(kāi)發(fā),2001,24(4):38-46.
[5]張樹(shù)林,趙銘海.地層壓力預(yù)測(cè)技術(shù)及其在油層保護(hù)中的應(yīng)用[J].地質(zhì)科技情報(bào),2002,21(3):43-47.
[6]張樹(shù)林.鉆前壓力預(yù)測(cè)的關(guān)鍵問(wèn)題及解決方法[J].海洋地質(zhì)動(dòng)態(tài),2004,20(5):36-40.
[7]張衛(wèi)華,何生,郭全仕.地震資料預(yù)測(cè)壓力方法和展望[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2005,20(3):814-817.
[8]魏茂安,陳潮,王延江,等.地層孔隙壓力預(yù)測(cè)新方法[J].石油與天然氣地質(zhì),2007(6):395-400.
[9]孫武亮,孫開(kāi)峰.地震地層壓力預(yù)測(cè)綜述[J].勘探地球物理進(jìn)展,2007,30(6):428-432.
[10]艾池,馮福平,李洪偉.地層壓力預(yù)測(cè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].石油地質(zhì)與工程,2007,21(3):71-73.
[11]王振峰,羅曉容.鶯瓊盆地高溫高壓地層鉆井壓力與監(jiān)測(cè)技術(shù)研究[M].北京:石油工業(yè)出版社,2004.
[12]劉全穩(wěn),何家雄,陳國(guó)民.鶯歌海盆地中深層天然氣成藏特征[J].天然氣工業(yè),2005,25(9):1-3.
[13]何家雄,夏斌,劉寶明,等.瓊西鶯歌海盆地中深層天然氣成藏條件分析及其與淺層成藏條件的比較[J].地質(zhì)通報(bào),2005,25(1):9-15.
[14]黃保家,李緒深,易平,等.鶯歌海盆地樂(lè)東氣田天然氣地化特征和成藏史[J].石油與天然氣地質(zhì),2005,26(4):524-529.
[15]蔡周榮,夏斌,萬(wàn)志峰,等.珠江口盆地與鶯瓊盆地油氣運(yùn)聚特征的差異性[J].天然氣工業(yè),2009,29(11):9-12.
[16]郝芳,董偉良,鄒華耀,等.鶯歌海盆地匯聚型超壓流體流動(dòng)及天然氣晚期快速成藏[J].石油學(xué)報(bào),2003,24(6):79-85.
[17]何家雄,祝有海,翁榮南,等.鶯歌海盆地油氣滲漏系統(tǒng)及油氣勘探前景[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2010,32(1):1-10.
[18]謝玉洪,陳志宏,朱江梅,等.海上地震數(shù)據(jù)處理中采集腳印分析與衰減處理[J].天然氣工業(yè),2010,30(9):28-31.
[19]謝玉洪,童傳新.崖城13-1氣田天然氣富集條件及成藏模式[J].天然氣工業(yè),2011,31(8):1-5.
2011-11-07 編輯 韓曉渝)
DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2011.12.004
Xie Yuhong,senior engineer,born in 1961,is engaged in petroleum exploration and development.
Add:Mail Box 22,Potou District,Zhanjiang,Guangdong 524057,P.R.China
Tel:+86-759-3900 265 E-mail:xieyh@cnooc.com.cn
Models of pressure prediction and new understandings of hydrocarbon accumulation in the Yinggehai Basin with high temperature and super-h(huán)igh pressure
Xie Yuhong
(Zhanjiang Branch of CNOOC Co.,Ltd.,Zhanjiang,Guangdong524057,China)
NATUR.GAS IND.VOLUME31,ISSUE12,pp.21-25,12/25/2011.(ISSN1000-0976;In Chinese)
Many large exploration targets exist in the deep layers especially those with high temperature and ultra-h(huán)igh pressure in the Yinggehai Basin.However,the inherent complexity of its geological conditions challenges gas exploration.There are no successful learning experiences in hydrocarbon accumulation theory,formation pressure prediction,drilling safety,etc.,which impedes exploration in this basin.The study of formation pressure prediction models in recent years reveals that wave impedance of intervals at abnormal pressures decreases with the increasing of burial depths and shows the phenomenon of locally strong inversion.These understandings in combination with the measured pressure and test data of the drilled wells were used to build pressure prediction models for different structural locations in this basin.These models have been successfully applied in pressure prediction in this study area.Moreover,new insights were obtained in gas accumulation theory and high gas flow was achieved in the well testing of DF13Ein the first member of the Upper Miocene Huangliu Formation with moderate-to-large burial depths.This verifies that gas pools of high quality may occur in the medium-deep layers with ultra-h(huán)igh pressures(pressure coefficient over 1.8),which widens the domain of gas exploration in this basin.
Yinggehai Basin,temperature,pressure,prediction,model,hydrocarbon accumulation,new understanding,exploration zone,exploration orientation
謝玉洪,1961年生,高級(jí)工程師,博士,本刊第七屆編委會(huì)委員;從事油氣勘探研究工作,現(xiàn)任中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司總經(jīng)理。地址:(524057)廣東省湛江市坡頭區(qū)22號(hào)信箱。電話:(0759)3900265。E-mail:xieyh@cnooc.com.cn
謝玉洪.鶯歌海高溫超壓盆地壓力預(yù)測(cè)模式及成藏新認(rèn)識(shí).天然氣工業(yè),2011,31(12):21-25.
10.3787/j.issn.1000-0976.2011.12.004