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        瑪湖凹陷風城組全油氣系統(tǒng)勘探啟示

        2021-12-08 02:17:54何文軍錢永新趙毅李娜趙辛楣劉國良苗剛
        新疆石油地質(zhì) 2021年6期
        關鍵詞:風城白云質(zhì)瑪湖

        何文軍,錢永新,趙毅,李娜,趙辛楣,劉國良,苗剛

        (中國石油 新疆油田分公司 勘探開發(fā)研究院,新疆 克拉瑪依 834000)

        準噶爾盆地是中國西部典型的疊合含油氣盆地,在西北緣瑪湖富烴凹陷,經(jīng)過多年持續(xù)勘探,已先后在斷裂帶和凹陷斜坡區(qū)發(fā)現(xiàn)了克烏及瑪湖兩大百里油區(qū),形成了多個億噸級儲量區(qū),發(fā)現(xiàn)了多種類型油氣藏,包括克拉瑪依洪積礫巖油田、瑪湖礫巖油田、風城淺層超稠油油田、瑪頁1 井區(qū)古老堿湖頁巖油藏、瑪南億噸級致密油藏、烏爾禾油砂礦等。這些規(guī)模油藏主要源自于瑪湖凹陷下二疊統(tǒng)風城組堿湖相優(yōu)質(zhì)烴源巖[1-2]。風城組是一套陸源碎屑沉積、內(nèi)源化學沉積以及火山活動共同作用下的細?;旆e巖建造,形成了源儲一體的頁巖油藏[3-4]、源儲相鄰的致密油藏[5-7]以及源儲分離的砂礫巖常規(guī)油藏[8],構(gòu)成了典型的烴源巖層系內(nèi)常規(guī)—非常規(guī)油氣有序共生的全油氣系統(tǒng)[9-10]。對于該源內(nèi)系統(tǒng)的探索早在1965 年已開始,先后落實常規(guī)油藏和致密油藏三級儲量共4.28×108t,近期又發(fā)現(xiàn)凹陷區(qū)頁巖油藏,形成了2 500 km2勘探新領域??v觀風城組油氣勘探歷程,是全油氣系統(tǒng)理論發(fā)展的一個縮影,也是勘探技術(shù)不斷創(chuàng)新并引領勘探領域不斷突破的實證。

        本文在全面回顧瑪湖凹陷風城組勘探歷程和總結(jié)勘探成果的基礎上,梳理不同階段的指導思想、目標類型、地質(zhì)認識、技術(shù)工藝等,總結(jié)勘探理論和技術(shù)的進步以及勘探經(jīng)驗與啟示,以期指導準噶爾盆地其他富烴凹陷的一體化綜合勘探,并進一步豐富和發(fā)展陸相疊合盆地富烴凹陷石油地質(zhì)理論。

        1 地質(zhì)概況

        瑪湖凹陷位于準噶爾盆地中央坳陷西部,面積為4 258 km2,整體呈北東—南西向展布(圖1a),是在晚石炭世—早二疊世準噶爾地塊與哈薩克斯坦板塊的碰撞作用背景下形成的前陸坳陷(圖1b)[11]。地層發(fā)育相對完整,自下而上依次為石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系及新生界。早二疊世為前陸坳陷主體發(fā)育期,具有干旱炎熱、深水高鹽和火山活動的古堿湖沉積環(huán)境[12-14],沉積了佳木河組和風城組,尤其風城組沉積期是西部前陸盆地系統(tǒng)發(fā)育期,咸化的水體環(huán)境發(fā)育了豐富的菌藻類沉積,形成了優(yōu)質(zhì)烴源巖[1],也是尋找大規(guī)?!霸磶r”油氣的重要領域。

        受古氣候由溫暖到干旱炎熱,蒸發(fā)量由低到高,外源輸入量由低到高影響,縱向上形成下部淡水、微咸水的含灰質(zhì)(白云質(zhì))泥頁巖沉積,中—下部咸水白云質(zhì)泥頁巖和白云巖沉積,中部咸化(堿性)蒸發(fā)巖或鹽巖與白云質(zhì)巖類互層沉積,上部咸化減弱的白云質(zhì)泥頁巖夾白云質(zhì)粉砂巖沉積。平面上,受西緣造山帶沖斷作用影響,地層抬升剝蝕近源沉積,在前淵坳陷及斜坡區(qū)形成了粗碎屑的扇三角洲沉積體系,凹陷邊緣區(qū)發(fā)育了巨厚的砂—礫巖體,向著湖盆區(qū)逐漸過渡為泥頁巖細粒沉積,形成礫巖—粗砂巖—白云質(zhì)中細砂巖—白云質(zhì)粉細砂巖—白云質(zhì)泥頁巖—鹽巖的巖相有序變化,總體上,粗碎屑與白云質(zhì)含量此消彼長。基于此,發(fā)現(xiàn)了常規(guī)油藏—致密油藏—頁巖油藏的有序共生組合[9]。此外,受盆緣造山運動的影響,在瑪北和瑪南局部地區(qū)還發(fā)育一套火山活動殘余的熔結(jié)角礫凝灰?guī)r儲集層[15],形成火山巖油氣藏。

        2 勘探歷程

        瑪湖凹陷風城組油氣勘探可追溯到20世紀60年代,前期研究認為凹陷區(qū)為風城組烴源巖發(fā)育區(qū),主要為細粒泥質(zhì)巖,儲集層不發(fā)育,油氣勘探按照“源控”[16]、“斷控”[17],由源到圈的含油氣系統(tǒng)找油理念,僅圍繞凹陷周緣斷裂帶的近物源區(qū)尋找粗碎屑沉積體,或者圍繞生烴灶尋找構(gòu)造活躍、裂縫較發(fā)育的構(gòu)造目標開展部署,落實了諸如檢烏3 井、白251 井、585 井等礫巖油藏以及風3 井、風5 井、風城1 井等白云質(zhì)泥巖裂縫型油藏(圖1a),此外,圍繞火山巖也有小的發(fā)現(xiàn),例如夏72 井油藏。這些油藏規(guī)模均較小,累計三級石油地質(zhì)儲量僅2.08×108t。后期隨著非常規(guī)油氣勘探理念的引入[18-20],“源巖”油氣勘探思路讓勘探工作者重新認識風城組,以常規(guī)—非常規(guī)油氣有序共生的全油氣系統(tǒng)綜合勘探思路,部署了瑪頁1 井、瑪湖28井、瑪49井等多口探井[9],相繼取得突破,5 500 m 以淺有利勘探面積超2 500 km2。鉆井揭示瑪湖凹陷風城組整體含油,局部富集,大面積連續(xù)分布,無明顯圈閉界限,僅瑪湖28 井區(qū)含油面積達238 km2,落實致密油儲量2.2×108t。縱觀風城組油氣勘探,按照勘探戰(zhàn)略理念、目標類型、理論認識以及技術(shù)工藝大體可以劃分為斷裂帶源邊常規(guī)油氣藏勘探階段(1965—2006 年)、斜坡區(qū)源邊多類型風險勘探階段(2007—2016 年)、凹陷區(qū)源內(nèi)全油氣系統(tǒng)勘探階段[10](2017年至今)。

        圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置及地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面Fig.1.Structural location map and geological profile of the study area

        2.1 斷裂帶源邊常規(guī)油氣藏勘探階段(1965—2006年)

        (1)瑪南斷裂帶砂礫巖獲突破(1965—2000 年)1965 年,為支援大慶、江漢、陜甘寧等石油會戰(zhàn),新疆石油公司的勘探隊伍和設備成批成建制地調(diào)出。在人員大幅度減少、資金和器材缺乏的條件下,為控制油田原油產(chǎn)量下滑的局面,主要是圍繞已發(fā)現(xiàn)的克拉瑪依油區(qū)進行精細勘探[21]。因此,在瑪南克拉瑪依油田八區(qū)部署了檢烏1 井,一方面提升油區(qū)井控程度,另一方面為探查二疊系烏爾禾群(對應現(xiàn)今地層:下部為風城組,上部為下烏爾禾組,夏子街組缺失)含油情況。檢烏1井在風城組裸眼中途測試日產(chǎn)氣2 000 m3,后完井試油,獲得日產(chǎn)15 m3的工業(yè)油流。隨后,為進一步探明檢烏1 井區(qū)二疊系含油氣情況,落實儲量面積,取全取準第一手地質(zhì)資料,在逐步確定地層特點和油層特征的基礎上,形成一個開發(fā)試驗區(qū),部署檢烏2井、檢烏3井、檢烏4井和檢烏8井,相繼獲得工業(yè)突破,發(fā)現(xiàn)了風城組受斷裂控制的八區(qū)礫巖油藏(圖2),進而打開了風城組的勘探局面。但受到勘探力量的嚴重不足狀況影響,直到1979 年才投入開發(fā),同年申報含油面積43.6 km2,地質(zhì)儲量8 457×104t。但后續(xù)外甩探井多油水同出,認為八區(qū)油藏為一個帶邊底水的構(gòu)造-巖性油藏(圖2),原因為遠離烴源灶,油氣充注程度不高,往斜坡區(qū)方向不具備勘探價值,應向瑪北(圖3)風城組生烴中心探索。直至1995年,通過二維地震資料解釋,發(fā)現(xiàn)八區(qū)南部風城組存在異常巖性體,為兼顧探索二疊系上烏爾禾組巖性、物性及含油氣性,部署了克80井,風城組鉆遇一套火山巖,壓裂后7.5 mm 油嘴試產(chǎn),日產(chǎn)油67.172 t,日產(chǎn)水51.87 m3,日產(chǎn)氣9 602 m3。后續(xù)相繼部署克81井、克201井等,于1997 年落實探明儲量為986×104t 的火山巖油藏???1井的發(fā)現(xiàn)直接推動了2塊三維地震部署,為后期勘探部署提供了更加充足證據(jù)。此外,在檢烏3井區(qū)發(fā)現(xiàn)后,在滾動勘探以及評價兼顧拓展的部署思路下,又相繼在其東部530 井以及446 井風城組落實2 個構(gòu)造油藏,規(guī)模與檢烏3井油藏相當(圖2),但后期評價效果不佳,導致瑪南地區(qū)的勘探工作整體停滯。

        圖2 瑪南地區(qū)風城組油氣勘探成果圖Fig.2.Oil and gas exploration results from Fengcheng formation in the southern Mahu area

        (2)瑪北背斜構(gòu)造帶找油(1980—2006 年)受到二疊系油氣勘探的啟發(fā),針對三疊系的物探工作于1980 年以后也轉(zhuǎn)向了二疊系,在瑪北地區(qū)實現(xiàn)二維地震測網(wǎng)密度達1 km×1 km,重點構(gòu)造目標區(qū)測網(wǎng)密度更高?;谶@些物探工作,落實了瑪北地區(qū)存在風城背斜構(gòu)造帶(現(xiàn)在稱之為風南鼻凸或烏爾禾鼻隆)(圖1a、圖3)。按照“源控背斜”找油理論,在瑪南八區(qū)之下外甩勘探失利后,于1981年7月在風城背斜構(gòu)造部署了風3井,以二疊系為主要目的層。風3井在風城組7 mm油嘴試油,日產(chǎn)油72.6 m3,日產(chǎn)氣6 874 m3;之后,為落實儲量規(guī)模以及拓展勘探領域,相繼部署了風2井、風5井、烏50井等10余口探井,其中,風5井在二疊系風城組試油,壓裂后5 mm 油嘴日產(chǎn)油6.7 t,日產(chǎn)氣958 m3,發(fā)現(xiàn)了風5 井風城組油藏。1984 年,按照“快速突破、快速落實、快速建產(chǎn)”的思路,又部署了一批開發(fā)試驗井,落實了該區(qū)地質(zhì)儲量896×104t。風3 井首次鉆揭風城組細粒白云質(zhì)巖超低孔超低滲儲集層,明確了風城組細粒致密儲集層裂縫是儲集層的主要滲流通道,裂縫的存在和發(fā)育程度對能否獲得工業(yè)油流至關重要。同時,類比風城背斜構(gòu)造帶,利用二維地震資料在夏子街地區(qū)發(fā)現(xiàn)了鼻凸構(gòu)造帶(圖1a),并發(fā)現(xiàn)了夏40井背斜。1985年上鉆夏40井,在深層二疊系風城組4 810.0—4 886.0 m井段發(fā)現(xiàn)4段油氣侵層,但中途測試無成效,后完井常規(guī)試油3 層,其中4 831.0—4 886.0 m 井段獲日產(chǎn)油3.65 t,日產(chǎn)水1.48 m3,效果不理想。為持續(xù)探索背斜構(gòu)造含油氣性,在風城背斜東翼風南鼻凸上(圖1a),于1991 年部署了風南1 井,該井風城組油氣顯示活躍,但試油效果不佳,中途測試以及氣舉試油均低產(chǎn)。風南1 井取到較豐富的巖心資料,巖性以白云質(zhì)泥巖和泥質(zhì)白云巖為主,取心具有較好代表性,巖心見裂縫外滲褐色中質(zhì)油,分析物性極差,屬于極差—差儲集層;但烴源巖評價整體為好的烴源巖。通過幾口風城組探井的部署,認識到風城組儲集層基質(zhì)物性差,常規(guī)試油不理想,需尋找構(gòu)造活躍區(qū)微裂縫發(fā)育帶尋求突破。因此,圍繞烏夏斷裂帶風城組在1995年部署了夏69井,該井縱向穿過4 個斷塊,多條斷裂,風城組白云質(zhì)巖類裂縫及溶蝕孔較發(fā)育,經(jīng)壓裂改造,獲日產(chǎn)氣15.35×104m3、日產(chǎn)油9.94 t 的突破,隨后在風城組中試油3層,相繼獲工業(yè)油氣流,發(fā)現(xiàn)了夏69井油氣藏,但后續(xù)勘探多口井出水。2002 年,在夏40 井區(qū)部署了三維地震,重新落實構(gòu)造形態(tài),在夏40 井背斜核部上鉆了夏72 井,該井在風城組底部鉆遇一套凝灰?guī)r,孔洞非常發(fā)育,壓裂后3.5 mm 油嘴試油,日產(chǎn)油42.79 t,日產(chǎn)氣3 230 m3;之后又上鉆了夏201 井和夏202井落實含油面積,夏201井試油效果不理想,最終落實含油面積14.6 km2,石油地質(zhì)儲量1 549.00×104t,該油藏后續(xù)開發(fā)效果不佳,陷入停滯。后續(xù)按風3 井找油思路,相繼又部署了多口探井,常規(guī)試油效果也均不佳。

        圖3 瑪湖地區(qū)風城組地層結(jié)構(gòu)地震地質(zhì)解釋剖面(剖面位置見圖1)Fig.3.Seismic-geological interpretation section of Fengcheng formation in Mahu area (section location is shown in Fig.1)

        2.2 斜坡區(qū)源邊多類型風險勘探階段(2007—2016年)

        經(jīng)過風3 井、風5 井等油藏發(fā)現(xiàn)以及對風城組的探索,認識到一個共同特點,風城組儲集層巖性均為白云質(zhì)巖類,縱向均見顯示,油層厚度大,常規(guī)試油效果不理想,但裂縫發(fā)育帶產(chǎn)量高。根據(jù)2000—2003年準噶爾盆地第三次油氣資源評價[22],瑪北地區(qū)風城組油氣資源量為1.5×108t,白云質(zhì)巖油藏探明儲量為1 577×104t,探明程度低,勘探潛力很大,是該區(qū)落實儲量最現(xiàn)實區(qū)層。結(jié)合資源評價結(jié)果,認為瑪北地區(qū)佳木河組靠近生烴灶,是勘探空白區(qū),屬風險勘探領域,同時可兼顧風城組白云質(zhì)巖領域,拓展烏爾禾組勘探成果,提升夏子街組油藏井控程度,故于2007 年在烏爾禾鼻隆帶實施了風險探井風城1 井。2008年,風城1 井在風城組白云質(zhì)粉砂巖(4 193—4 272 m)中途測試,獲高產(chǎn)油氣流,折算日產(chǎn)油132.96 m3,日產(chǎn)氣33 197 m3,同年申報石油地質(zhì)預測儲量6 675×104t。預測儲量上交后,風城1井完井后在風一段再試油2層,均獲得了工業(yè)油流。風城1 井獲得突破后,為了加快白云質(zhì)巖勘探步伐,加強了對盆地西北緣二疊系整體勘探研究力度,相繼部署風城011井、風南4井(斷鼻)、風南5 井(斷塊)、風南7 井(斷塊)、風南8 井(斷鼻)等一批探井,多口井油氣顯示活躍,并獲高產(chǎn)工業(yè)油流。特別是風南5井,于2010年6月11日在風城組一段中途測試,5 mm油嘴試產(chǎn),折算日產(chǎn)油236 m3,從而發(fā)現(xiàn)了風南5 井區(qū)風城組油藏,同年風南5 井區(qū)上交風城組石油地質(zhì)控制儲量3 346×104t。

        風城1 井突破后,為了整體推進西北緣風城組的油氣勘探,按照“風險探索,預探甩開”的原則,針對風城組地層、構(gòu)造、沉積、儲集層、成藏等方面開展綜合研究,認為風城組油層厚度大,產(chǎn)量高,普遍含氣,為西北緣重要高產(chǎn)層系之一,其油氣藏是西北緣重要高效開發(fā)區(qū)塊;風城組發(fā)育白云質(zhì)巖、火山巖和砂礫巖3 類相對優(yōu)質(zhì)儲集體,白云質(zhì)巖類儲集層主要為白云質(zhì)粉砂巖和泥質(zhì)白云巖,為雙重孔隙介質(zhì)型儲集層,溶孔與裂縫的發(fā)育程度和配置關系決定了產(chǎn)能。油氣沿鼻隆帶富集,受構(gòu)造和巖相的控制,油藏類型多樣(圖4);百口泉鼻隆和風南鼻凸對稱分布,勘探程度低,潛力巨大,是白云質(zhì)巖類風險勘探的首選目標區(qū)。因此,按照構(gòu)造-巖性的目標于2009 年部署上鉆了百泉1井。

        圖4 瑪湖凹陷風城組油藏類型模式(剖面位置見圖1)Fig.4.Reservoir type models of Fengcheng formation in Mahu sag(section location is shown in Fig.1)

        百泉1 井為落實風一段白云質(zhì)巖類展布范圍和油氣勘探潛力及風三段扇三角前緣有利儲集相帶疊置區(qū)勘探潛力,鉆揭風城組厚度1 757 m,油氣縱向顯示厚度900 m。其底部風一段為白云質(zhì)粉砂巖與白云質(zhì)泥巖互層,中部風二段為白云質(zhì)砂礫巖,頂部風三段為巨厚致密礫巖,縱向呈現(xiàn)反旋回沉積特征。在風一段試油2 層,小規(guī)模壓裂改造獲油流,風二段白云質(zhì)砂礫巖未經(jīng)壓裂,射孔即見油,但試油效果不理想,井口反出物顯示原油乳化嚴重,分析認為風城組儲集層致密,孔隙度普遍小于5%,滲透率普遍小于0.05 mD,并且微裂縫欠發(fā)育;儲集層含堿性(碳酸鈉鈣石等)礦物,常規(guī)胍膠壓裂液進入地層后破膠不徹底,原油乳化阻塞井筒,產(chǎn)量提升困難。但該井的鉆探推動了風城組沉積體系的研究,明確了需要尋找風城組白云質(zhì)粉砂巖與微裂縫發(fā)育帶的疊合區(qū),以尋求更大的油氣勘探突破?;诖苏J識,于2010 年,優(yōu)選風南鼻凸與夏子街鼻凸結(jié)合部位部署了艾克1 井(圖1a)。該部位被2 條斷裂夾持,形成寬緩平臺區(qū),受構(gòu)造影響,地震預測為微裂縫發(fā)育帶,同時處于白云質(zhì)巖儲集層發(fā)育帶。艾克1 井是跳出鼻凸構(gòu)造帶走向斜坡區(qū)的第一口井,并且鉆達4 500 m 以深的深層領域。但由于過于靠近深大斷裂,該井風城組試油為水層(見油),導致該區(qū)大規(guī)模的勘探拓展工作受限,勘探主要工作量轉(zhuǎn)向了瑪湖凹陷百口泉組礫巖大油區(qū)[23]。2011 年以后,風城組以滾動擴邊及兼探為主,通過精細的構(gòu)造解釋以及油藏的再認識,通過區(qū)域老井摸排,圍繞剩余出油氣井點部署了多口評價井,于2015 年落實白251 井區(qū)油藏,提交探明儲量1 312×104t。同時,發(fā)現(xiàn)了早期部署的克81 井風城組除了火山巖儲集層外,存在油氣顯示較好的砂礫巖儲集層,前期未引起重視。該井風城組獲油斑級巖心1.94 m,油跡級巖心1.03 m,熒光級巖心5.01 m,含氣巖心2.16 m,巖屑錄井見熒光顯示共108.00 m,測井重新解釋油層13 層27.55 m,對3 927—3 995 m 井段恢復試油,采用二級加砂壓裂后,3 mm 油嘴日產(chǎn)油10.15 t,試油過程未見水,獲得純油層,一舉打破八區(qū)油藏之下是水帶的認識(圖5)。

        圖5 瑪湖凹陷風城組油藏模式(剖面位置見圖1)Fig.5.Reservoir patterns in Fengcheng formation in Mahu sag(section location is shown in Fig.1)

        2.3 凹陷區(qū)源內(nèi)全油氣系統(tǒng)綜合勘探階段(2017年至今)

        隨著克81 井風城組砂礫巖獲得突破,結(jié)合前期勘探成果,重新認識風城組沉積體系。風城組發(fā)育進積型反旋回沉積序列,碎屑巖與白云質(zhì)巖在時空上表現(xiàn)為“消長互補,有序共生”特點,斷裂帶為沖積扇—扇三角洲內(nèi)前緣厚層砂礫巖,斜坡區(qū)為扇三角洲前緣—湖相塊狀白云質(zhì)砂巖夾薄層泥巖,凹陷區(qū)廣泛發(fā)育濱淺湖相—深湖相厚層白云質(zhì)泥頁巖。同時,受非常規(guī)油氣勘探熱潮的影響[18-19,24]以及油氣有序共生[24-25]的全油氣系統(tǒng)概念的啟發(fā),認識到風城組受相序的影響,應該存在常規(guī)油藏—致密油藏—頁巖油藏有序共生的成藏模式,存在源內(nèi)全油氣系統(tǒng)的可能性。因此,2017 年開始,在風城組按照“源儲耦合,有序聚集”的全油氣系統(tǒng)成藏模式開展綜合勘探部署工作。

        (1)瑪南斜坡區(qū)致密油勘探 2017 年在瑪南斜坡區(qū)克81井下傾方向部署了金龍35井。在含白云砂礫巖段4 506—4 532 m采用分層套管壓裂,5 mm油嘴自噴試產(chǎn),獲日產(chǎn)油15.67 t,日產(chǎn)氣8 450 m3,落實了水帶之下非浮力成藏的連續(xù)型致密油藏[26]的存在,之后沿著該帶又相繼部署了多口探井,均獲油流。為了進一步擴大勘探成果,2018 年向凹陷區(qū)部署瑪湖26井和瑪湖28 井,鉆揭風城組為厚層塊狀白云質(zhì)砂巖夾薄層白云質(zhì)泥巖互層,源儲一體,儲源比超過70%,儲集層厚度超過300 m,均見油氣顯示,風二段試油2層獲高產(chǎn)。

        鉆探證實瑪南斜坡區(qū)風城組3 類巖性(砂礫巖、砂巖和火山巖)儲集層縱向上整體成藏,平面上含油疊置連片。為加快資源轉(zhuǎn)化,迅速開展瑪南地區(qū)風城組儲量升級工作,整體部署了29口井,其中,預探井6口,評價井22 口,開發(fā)水平井1 口,分步實施,循序推進。2019 年落實3 套含油層系,總面積181.2 km2,提交瑪湖28井區(qū)預測儲量13 132×104t;2020年儲量升級,總計落實含油面積280.3 km2,石油地質(zhì)儲量21 963×104t。建成了盆地深層“進源”領域的第一個整裝油藏(圖1a)。

        (2)瑪北頁巖油勘探 探索瑪南斜坡區(qū)致密油的同時,積極探索風城1 井落實的瑪北白云質(zhì)泥巖與高孔熔結(jié)凝灰?guī)r疊置區(qū)勘探潛力。前期針對該區(qū)的探索以“構(gòu)造目標、裂縫發(fā)育帶”為主線,鉆探結(jié)果顯示油水關系復雜,勘探進展緩慢;2016 年,吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁巖油區(qū)的勘探階段成功以后,按照頁巖油的勘探思路重新認識風城組,其烴源巖熱解游離烴含量(S1)為0.01~9.35 mg/g,平均為1.27 mg/g,證實其烴源巖內(nèi)存在滯留烴;在3 200~6 000 m 深度的烴源巖烴指數(shù)(S1/TOC)普遍超過100 mg/g,表明存在頁巖油的富集。按照頁巖油勘探思路,尋找構(gòu)造穩(wěn)定區(qū),優(yōu)選夏子街鼻凸與風南鼻凸之間的向斜區(qū),兼顧火山巖發(fā)育帶,在埋深相對較小的部位部署了瑪湖凹陷首口深層頁巖油風險探井瑪頁1井。瑪頁1井在風城組與佳木河組錄井見連續(xù)油氣顯示,獲熒光級以上巖心28筒444.70 m,其中,油浸級6.12 m,油斑級183.73 m,油跡級175.59 m。巖性以厚層白云質(zhì)泥頁巖夾薄層白云質(zhì)、泥質(zhì)粉砂巖為主,底部風一段為含礫砂巖、砂礫巖夾火山巖。針對風一段含礫砂巖、砂礫巖夾火山巖油氣顯示活躍段試油1 層,射開厚度60 m,最高日產(chǎn)油23.76 m3。之后,針對風二段—風三段頁巖油段試油,射開井段4 581—4 850 m,采用直井大段分層壓裂工藝,分9段共19簇壓裂后,3mm油嘴自噴試產(chǎn),最高日產(chǎn)油50.60 m3,壓降穩(wěn)定,已穩(wěn)產(chǎn)289 d,平均日產(chǎn)油21.67 m3。

        瑪頁1 井獲得突破后,加快了測井七性關系研究,建立了風城組第一口頁巖油評價“鐵柱子”(圖6),明確了風城組雖然甜點分散,但縱向發(fā)育3 套優(yōu)勢甜點相對集中段。按照該認識,2020 年,按照“直井控面,落實資源;不同井型提產(chǎn)試驗儲備技術(shù);逐個突破”的思路,重新復查區(qū)域老井,優(yōu)選夏202 井和風南14 井恢復試油,均獲高產(chǎn)工業(yè)油流。同時,深化該區(qū)沉積體系研究,認為瑪北也存在由粗到細的沉積結(jié)構(gòu),瑪頁1 井和風南14 井為濱淺湖相白云質(zhì)泥巖夾白云質(zhì)粉砂巖,系夾層型頁巖油;按照相序變化,應存在半深湖—深湖相厚層白云質(zhì)泥巖夾紋層狀白云質(zhì)粉砂巖的紋層型頁巖油領域和與瑪湖28 井類似的扇三角洲外前緣相白云質(zhì)砂巖致密油領域。圍繞2 個新領域,2020 年分別部署了瑪頁2 井與瑪49 井?,旐? 井鉆探位置為風城組前陸坳陷中心區(qū),鉆遇1 300 m 白云質(zhì)巖,均見油氣顯示,風城組鉆進期間鉆井現(xiàn)場發(fā)生2 次明顯油層顯示,鉆遇油層基本落實,但該井鉆遇堿湖中心,堿性礦物十分發(fā)育,提產(chǎn)工藝尚需攻關。而瑪49 井致密油帶風二段試油獲得日產(chǎn)油20 m3的工業(yè)突破。至此,瑪北1 250 km2的致密油—頁巖油連續(xù)油藏帶基本落實。2021 年,又相繼部署瑪頁1H 水平井以及瑪51X 大斜度井,以探索深層頁巖油不同井型的動用方式,同時部署探井5 口,控制致密油與頁巖油帶356 km2,預計可落實預測儲量規(guī)模超5×108t。

        圖6 瑪湖凹陷瑪頁1井風城組“七性”綜合評價“鐵柱子”Fig.6.Map for comprehensively evaluating“seven properties”in Well Maye-1 in Fengcheng formation,Mahu sag

        至此,瑪湖凹陷西側(cè)風城組常規(guī)油藏—致密油藏—頁巖油藏全突破,形成了國內(nèi)外第一個全油氣系統(tǒng)典型實例,也基于此領域的解剖,豐富和發(fā)展了油氣系統(tǒng)論。

        3 勘探啟示

        縱觀瑪湖凹陷風城組油氣勘探,勘探目標由源外走進源內(nèi),由常規(guī)走向非常規(guī),由單一圈閉走向連續(xù)地質(zhì)體,由正向構(gòu)造單元走向凹陷區(qū),由中—淺層向深層發(fā)展。其勘探發(fā)展趨勢可以說是各大盆地油氣勘探發(fā)展變化的一個縮影,具有代表性,又有其特色的全油氣系統(tǒng)特征。因此,總結(jié)風城組全油氣系統(tǒng)勘探實踐經(jīng)驗,對于準噶爾盆地其他富烴凹陷乃至國內(nèi)外含油氣盆地的勘探均有借鑒意義,尤其全油氣系統(tǒng)內(nèi)涵的確立與實踐對于油氣系統(tǒng)理論的豐富和發(fā)展意義重大。

        3.1 風城組發(fā)育一套堿湖相優(yōu)質(zhì)烴源巖

        風城組發(fā)育淡水—微咸水—堿湖背景下的泥巖、白云質(zhì)泥巖和泥質(zhì)白云巖全類型烴源巖,目前也已發(fā)現(xiàn)低成熟—成熟—高成熟全過程生排烴形成的油氣聚集,具備形成超級富烴凹陷的資源基礎[9]?,敽枷菔菧矢翣柵璧匾呀?jīng)勘探證實的最富生烴凹陷[11],鉆井及油氣源對比也已證實其油氣主要來源于以生油為主的下二疊統(tǒng)風城組。文獻[2]研究指出瑪湖凹陷風城組烴源巖是全球迄今最古老的堿湖優(yōu)質(zhì)烴源巖,較之前人報道的古近紀同類實例早兩億多年。

        分析反映烴源巖品質(zhì)的參數(shù)(圖7),風城組為一套含碳酸鹽巖型烴源巖,主體為一套成熟—高成熟的有機質(zhì)豐度高(總有機碳含量普遍大于0.6%)、類型好(以Ⅰ—Ⅱ1型為主)的烴源巖[1,27-28]。以瑪頁1 井為例,實測生烴潛量(S1+S2)高達15 mg/g,烴指數(shù)(S1/TOC)大于100 mg/g 的烴源巖占比超過36%,具有豐富的游離烴,反映為致密油或者頁巖油的富集。文獻[9]指出,風城組烴源巖具有全過程生烴特征,早期斷裂帶及淺層為風城組成熟階段的中偏重質(zhì)產(chǎn)物,凹陷區(qū)為中—高成熟熱演化階段的中偏輕質(zhì)油。從生烴模擬的角度分析可知,風城組在生油高峰期產(chǎn)烴率可以達到800 mg/g,是常見湖相烴源巖的2 倍,生烴潛力巨大。此外,風城組烴源巖的優(yōu)勢還表現(xiàn)在堿湖背景下生烴母質(zhì)的特殊性:以菌藻類為主,高等植物豐度較低。藻類種類多樣,包括褶皺藻、溝鞭藻、宏觀底棲藻類的紅藻以及少量疑源類等,細菌主要為藍細菌。這類獨特的生烴母質(zhì)是稀缺環(huán)烷基原油形成的物質(zhì)基礎。

        圖7 瑪湖凹陷風城組烴源巖地球化學綜合評價剖面(據(jù)文獻[9]修改)Fig.7.Comprehensive geochemical evaluation section of the source rocks in Fengcheng formation in Mahu sag(modified from Reference[9])

        3.2 風城組常規(guī)—非常規(guī)儲集層空間上有序分布

        前已述及,風城組沉積建造較復雜,從巖石組分構(gòu)成來看,主要有陸源碎屑巖類、火山巖類、內(nèi)源化學碳酸鹽類和蒸發(fā)巖類[29-30],形成全序列沉積。濱淺湖—半深湖細粒沉積巖類多是上述三端元巖類組分以不同比例混積而成。根據(jù)文獻[24]關于致密油儲集層評價標準,以空氣滲透率1.00 mD,基質(zhì)覆壓滲透率0.10 mD,孔喉直徑1 μm 為界,將風城組儲集層分為常規(guī)和非常規(guī)2大類(圖8)。常規(guī)儲集層包括巖屑礫巖、巖屑砂巖和裂縫型白云巖,此外,還局限分布熔結(jié)凝灰?guī)r和玄武巖;非常規(guī)儲集層包括白云質(zhì)砂巖、白云質(zhì)粉砂巖、白云質(zhì)泥巖、泥質(zhì)白云巖等。

        圖8 瑪湖凹陷風城組不同相帶巖性及儲集空間類型Fig.8.Lithologies and reservoir spaces of different facies belts in Fengcheng formation in Mahu sag

        從分布來看(圖9),碎屑巖儲集層分布于湖盆邊緣,埋深較淺(2 800~3 600 m)。礫巖儲集層以沖積扇扇中和扇三角洲平原相為主,部分分布于扇三角洲前緣,主要包括小礫巖、細礫巖、砂礫巖和砂質(zhì)礫巖,含少量中礫巖。灰綠色礫石的分選性和磨圓性相對較好,多形成于扇三角洲內(nèi)前緣;而棕紅色礫巖結(jié)構(gòu)成熟較低,對應沖積扇和扇三角洲平原沉積。礫巖通常厚度較大,泥巖夾層不發(fā)育。砂巖類儲集層在風城組所占比例并不高,主要分布于斜坡區(qū)扇三角洲外前緣環(huán)境,顏色通常為灰色和灰綠色,以中—粗砂巖為主,厚度較小,常含有礫石。根據(jù)薄片鑒定、X 射線衍射、電子探針等分析結(jié)果,三角洲外前緣沉積物中礦物主要有石英(34.32%)、斜長石(21.41%)、微斜長石(8.26%)、白云石(24.90%)和黃鐵礦(4.89%),其次還常見方解石、硅硼鈉石等。根據(jù)X 射線衍射分析數(shù)據(jù),白云石含量變化較大,主要為5.00%~45.00%,含量超過50.00%的樣品較少,大部分是含有白云石的白云化巖或白云質(zhì)巖,主要的儲集層巖性是白云質(zhì)砂巖和白云質(zhì)粉砂巖。凹陷區(qū)廣泛分布著厚層白云質(zhì)粉砂巖、白云質(zhì)泥巖和白云巖。

        圖9 瑪湖凹陷風城組巖相序列平面分布及巖相模式剖面Fig.9.Planar distribution of lithofacies sequence and section of lithofacies model of Fengcheng formation in Mahu sag

        從儲集性能分析(圖8),砂礫巖儲集層平均孔隙度6.3%,滲透率2.30 mD。儲集空間類型有殘余粒間孔、溶孔和裂縫,分選較好,雜基含量較低,原始物性好,是一套儲集能力較強的常規(guī)儲集層;而白云質(zhì)砂巖、白云質(zhì)泥巖和白云巖則屬于非常規(guī)致密儲集層范疇,孔隙度大于5.0%的樣品占13.1%,平均孔隙度4.4%,平均滲透率0.09 mD;白云質(zhì)砂巖和白云質(zhì)粉砂巖物性相對較好。值得注意的是,雖然基質(zhì)物性整體較差,但其孔隙類型多樣,可分為孔(洞)和縫2 大類,孔又包含原生孔和次生溶孔;縫又包含構(gòu)造縫和微裂縫??傮w上,結(jié)合其縱向上反旋回沉積特征,構(gòu)成了盆緣斷裂帶砂礫巖—斜坡區(qū)白云質(zhì)砂巖—凹陷區(qū)白云質(zhì)泥頁巖的相序,形成了空間上常規(guī)—非常規(guī)儲集層的有序分布特征。

        3.3 風城組常規(guī)—非常規(guī)油藏有序共生

        文獻[31]提出常規(guī)油氣供烴方向有非常規(guī)油氣共生、非常規(guī)油氣外圍空間可能有常規(guī)油氣伴生,常規(guī)與非常規(guī)油氣協(xié)同發(fā)展,強調(diào)了常規(guī)—非常規(guī)油氣有序聚集,源內(nèi)存在著非常可觀的油氣資源[32]。在風城組沉積相帶變化的控制下,不同類型儲集體在空間上呈現(xiàn)出的有序分布,控制著常規(guī)油藏—致密油藏—頁巖油藏的有序分布。

        3.3.1 常規(guī)油藏源儲分離,有明顯圈閉界限及油水分異作用,油氣富集于高部位

        如前文所述,對于風城組的勘探,早期按照在源邊斷裂帶尋找常規(guī)油藏開展探索,發(fā)現(xiàn)了八區(qū)油藏,但向油藏低部位擴展,外甩探井多見邊底水。其儲集層巖性主要以砂礫巖為主,雖然砂礫巖沉積體與泥質(zhì)烴源巖系屬同一時期的沉積體,但空間上兩者是分離的,如圖9 所示,湖相白云質(zhì)(灰質(zhì))泥巖發(fā)育烴源巖,扇三角洲平原與內(nèi)前緣相發(fā)育砂礫巖儲集層。雖然同屬一套地層,但兩者分離,油氣運移已發(fā)生二次運移,在浮力作用下發(fā)生短距離的橫縱向輸導,形成一個由“源”到“圈”的油氣系統(tǒng)。同時,受到常規(guī)儲集層大孔喉結(jié)構(gòu)的影響,喉道形成的毛細管力往往較小,自封閉作用較弱[26],由浮力作用主導,呈現(xiàn)出油氣向上浮動聚集,在同一圈閉中驅(qū)替地層水向下,形成油水分異作用的成藏過程。此外,除了受到源儲結(jié)構(gòu)的控制,常規(guī)油氣藏成藏過程中還需要靜態(tài)要素的耦合控制。例如,八區(qū)油藏雖然是巖性體內(nèi)油氣聚集,但上傾方向上斷裂封擋,頂部泥巖封蓋,因此往往形成的是構(gòu)造-巖性或者地層-巖性油氣藏。

        3.3.2 致密油藏與頁巖油藏源儲緊鄰或者源儲一體,為無圈閉界限的“連續(xù)型”油藏

        非常規(guī)油氣聚集與常規(guī)油氣聚集不同,主要表現(xiàn)在:①源儲關系,致密油藏與頁巖油藏往往源儲緊鄰或者源儲一體;②儲集空間,儲集層普遍致密,與常規(guī)油藏相互連通的大孔喉系統(tǒng)有區(qū)別,為孤立或者半連通的微納米級微細喉道;③油氣賦存狀態(tài),油氣以游離態(tài)或者吸附態(tài)賦存其中,部分吸附油也賦存于有機質(zhì)微孔隙中;④油氣運移動力,受小孔喉系統(tǒng)控制,毛細管作用力強,浮力作用較弱,以生烴增壓形成的幕式初次運移或微運移為主;⑤油水關系,受源儲結(jié)構(gòu)關系控制,超壓驅(qū)動使得生成油氣充滿儲集層的整個儲集空間,形成連續(xù)性的高含油飽和度的油藏,地層水往往以束縛水態(tài)存在;⑥分布特征,油氣往往受控于烴源巖呈大面積連續(xù)分布,無圈閉界限。基于這一認識,在八區(qū)油藏水帶之下發(fā)現(xiàn)了大面積連續(xù)分布的致密油藏和頁巖油藏,儲量規(guī)模比常規(guī)油藏更大,油藏呈現(xiàn)連續(xù)大面積分布(圖5)。此外,值得提出的是,風城組目前鉆揭的烴源巖整體成熟度普遍小于1.0%,但按照現(xiàn)今的地溫場開展的熱史模擬顯示,凹陷區(qū)大部分地區(qū)埋深超過5 500 m,成熟度普遍超過1.3%,處于大規(guī)模生氣階段。目前,斜坡區(qū)瑪湖28井、瑪湖49 井等風城組試油,多油氣同出,氣油比不高,但從天然氣成因類型指標來看[33],屬于高成熟的油型氣,來自于風城組的濕氣,因此不能排除瑪湖凹陷風城組致密氣或者頁巖氣的存在。

        3.4 風城組具有全油氣系統(tǒng)特征

        綜上所述,風城組具有全過程生烴、全類型儲集層、全尺度孔喉系統(tǒng)、全類型油氣藏的特征(圖10)。通過“源儲耦合分析”,風城組的油氣聚集還表現(xiàn)出全過程成藏耦合的特征。具體而言,隨著區(qū)域的構(gòu)造演化,早期快速埋藏垂向壓實作用導致沉積物孔隙縮小,并開始發(fā)生膠結(jié)作用,在成巖作用早期膠結(jié)物充填了大量原生粒間孔,加之壓實作用,儲集層逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榈涂椎蜐B的致密儲集層。后期隨著構(gòu)造抬升,早期膠結(jié)物受大氣淡水淋濾,發(fā)生溶蝕作用,產(chǎn)生了大量的溶蝕孔,增大儲集層孔隙度和滲透率,改善儲集層物性,溶蝕孔構(gòu)成此時期的主要儲集空間,成為油氣聚集的主要場所。斷裂帶臨近凹陷早期的烴源灶先進入低成熟階段,發(fā)生油氣運移和聚集,溶蝕相儲集層次生孔隙成為油氣聚集的場所。隨著盆地沉降,垂向壓實及其他礦物膠結(jié)作用導致儲集層孔隙度和滲透率進一步降低,儲集層致密化,伴隨烴源巖深埋,進入高成熟熱演化階段,受壓實排烴作用,排出烴類經(jīng)過輸導體系的二次運移,形成常規(guī)油氣藏;未排出的烴類滯留于烴源巖微納米孔喉中,以吸附態(tài)或者游離態(tài)形成烴源巖油氣。整體反映出生烴—排烴—儲集層演化—構(gòu)造演化—油氣聚集全過程的耦合成藏,也形成了斷裂帶低熟—成熟常規(guī)油藏—斜坡區(qū)成熟—中高熟致密油藏—凹陷區(qū)中高成熟—高成熟頁巖油藏的有序分布模式[9]。目前,風城組的成功勘探為全油氣系統(tǒng)概念提供了實證(圖11)。

        圖10 瑪湖凹陷風城組全類型油氣藏特征Fig.10.Characteristics of the all-type reservoir in Fengcheng formation in Mahu sag

        圖11 瑪湖凹陷全油氣系統(tǒng)巖相模式(a)和油藏模式(b)(剖面位置見圖9)Fig.11.(a)Lithofacies model and(b)reservoir pattern of the total petroleum system in Mahu sag(section location is shown in Fig.9)

        基于全油氣系統(tǒng)找油思路,打破斷裂帶和斜坡帶找油的限制,勘探領域由圍繞富烴凹陷正向構(gòu)造拓展至負向構(gòu)造,由單一目標勘探向巖性領域拓展。目前,準噶爾盆地已經(jīng)實現(xiàn)了其他富烴凹陷全油氣系統(tǒng)的勘探突破,如阜康凹陷,早期沿北三臺凸起尋找小規(guī)模構(gòu)造-巖性油藏,按照全油氣系統(tǒng)綜合勘探思路,開展下凹進源內(nèi)勘探,2020年康探1井取得源內(nèi)蘆草溝組以及源上上烏爾禾組的重大突破[34];在盆1 井西凹陷以及沙灣凹陷,按照常規(guī)—非常規(guī)油氣有序共生模式均取得了深層油氣勘探重大突破,形成了重要的儲量接替區(qū)。此外,目前針對風城組的勘探依然圍繞現(xiàn)今構(gòu)造的斜坡區(qū)開展工作,其烴源巖處于成熟—中高成熟熱演化階段,向凹陷區(qū)方向,風城組埋深進一步增大,烴源巖將進入高成熟—過成熟熱演化階段[9],存在大規(guī)模生氣的可能性,結(jié)合前述沉積特征,按照“源儲耦合”的理念,向著凹陷中心區(qū),可能存在大規(guī)模的致密氣和頁巖氣,可作為風險戰(zhàn)略領域開展部署,加快推動全油氣系統(tǒng)的豐富和完善。

        4 結(jié)論

        (1)準噶爾盆地瑪湖凹陷風城組勘探經(jīng)歷了源邊斷裂帶常規(guī)油氣勘探、源邊斜坡區(qū)多類型風險勘探以及源內(nèi)凹陷區(qū)全油氣系統(tǒng)綜合勘探3個主要階段。

        (2)風城組是優(yōu)質(zhì)烴源巖,同樣也是重要的勘探層系。風城組受陸源碎屑、內(nèi)源化學以及火山活動的共同作用,形成了砂礫巖—白云質(zhì)砂巖—白云質(zhì)泥巖、泥質(zhì)白云巖有序分布以及空間上與火山巖、裂縫性儲集層共生特征,構(gòu)成了全類型儲集層。

        (3)風城組受相序控制,常規(guī)油藏—致密油藏—頁巖油藏全類型油氣藏有序共生,形成了國內(nèi)外首個全油氣系統(tǒng)勘探實例,是全油氣系統(tǒng)概念的具象化,實現(xiàn)了理論向?qū)嶋H的轉(zhuǎn)變,是推進油氣系統(tǒng)理論發(fā)展的有力支撐。

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