南海北部深水區油氣勘探進展與啟示

1深水區盆地內烴源巖的控礦作用瓊東南盆地位于中國南海以北大陸的邊緣，是肯志齊前的一個盆地。具有準被動大陸邊緣盆地構造特征,平面上則表現為南北分帶特征,由北至南可劃分為:北部坳陷、中部隆起、中央坳陷與南部隆起(圖1)。盆地經歷由陸到海的演化過程,經歷了斷陷期(T100-T70)、斷坳期(T70-T60)、熱沉降期(T60-T30)、加速沉降期(T30-現今)4個階段,整體可劃分為裂陷期(T100-T60)與裂后期(T60-現今)兩個時期,其絕對地質年代如圖1所示,沉積了巨厚的新生代地層,厚度大于12000m。依據地震資料特征,深水區斷裂活動多集中于始新世、漸新世崖城期及陵水早期,至陵水晚期已開始逐漸減弱,并于中新世三亞期逐漸停止。因此,在盆地發育初期,斷裂活動對盆地內沉積控制作用明顯,發育了兩期重要的烴源巖。始新世時期斷裂拉張作用強烈,形成多凹多凸的地貌格局特征。在凹陷區發育中—深湖相沉積體系,沉積了較厚的始新統湖相烴源巖,預測其最大沉積厚度可達3000m,且已進入成熟及過程熟階段,具較大生烴潛力,為潛在有利烴源巖。漸新世崖城期,盆地已逐漸向海陸過渡和淺海環境轉變,是盆地內主要烴源巖的關鍵發育時期,構建了淺海相泥巖與海岸平原相煤系泥巖兩套烴源巖。在凹陷中心區以淺海相泥巖沉積為主,而凹陷周緣及部分高部位區則主要以海岸平原相沉積特征為主,并伴隨發育煤系地層。該套烴源巖已得到鉆探證實,屬于較好的烴源巖。漸新統崖城組較始新統分布范圍明顯加大,其沉降中心沉積厚度約2100m,依據盆地模擬結果,崖城組主體已達成熟排烴階段,生烴潛力巨大。瓊東南盆地經歷了由陸到海的地質演化過程,期間伴隨發育有多種類型的儲集體:水道砂、低位扇、海底扇、生物礁、濱海砂壩、三角洲、古潛山等。其中以中新世黃流期發育于整個深水區中央坳陷帶內的中央峽谷水道砂儲集體,特征最明顯。中央峽谷西起鶯歌海盆地東部陸坡,向東終止于南海西北次海盆,總長度425km,寬度最大處為48.5km。其整體呈SW—NE走向,平面上呈“S”形展布,并具有“分段性”特征,由西至東可劃分為樂東段、陵水段、松南—寶島段和長昌段(圖1),剖面上呈對稱或不對稱的“V”“U”和“W”形態(圖2)。受多種地質因素的共同控制,中央峽谷內部充填結構具有“多期次性”,充填了相互疊置的多套有利的砂泥巖儲蓋組合,并依靠峽谷邊界側封和巖性尖滅形成多個構造+巖性圈閉,具有極大的勘探潛力。217-2深地震氣田的發現2.1商業資源測試陵水17-2構造位于中央峽谷樂東—陵水段內,距離海南島約150km(圖1)。LS17-2-1井于2014年1月10開鉆,2月9日完鉆,完鉆井深3510m,完鉆層位為新近系上中新統黃流組。錄井成果顯示,LS17-2-1井在上新統鶯歌海組二段、上中新統黃流組一段具有氣測異常。其中,鶯歌海組二段氣測異常23m;黃流組一段氣測異常64m。LS17-2-1井于2014年8月18日在新近系上中新統黃流組一段3321~3351m井段進行試油,用25.4mm油嘴求產,日產氣160×104m3、凝析油78m3,出于海上安全的考慮,沒有進一步放大油嘴測試。測試結果表明,氣壓穩定,地層能量充足。中海油于2014年9月15日對外公布了上述成果。2.2地質特征2.2.1泥質粉砂巖地層LS17-2-1井揭示,由上至下地層依次為更新統樂東組、上新統鶯歌海組、上中新統黃流組(未穿),主要目的層為黃流組。鉆探結果顯示,地層發育齊全,樂東組以深海泥巖為主,底部見粉砂質泥巖。鶯歌海組一段整體仍以泥巖為主,局部見泥質粉砂巖;鶯歌海組二段砂巖含量開始增加,中部開始出現厚層泥質粉砂巖,最大厚度可達32m,泥巖占比為86.9%。黃流組作為勘探的主要目的層,鉆遇了多套厚層砂巖,總厚度達158.5m,砂巖占比為75.4%,且砂巖單層最大厚度較鶯歌海組二段明顯增加,最大厚度可達52m;砂巖粒度變粗,以細、粉-細砂巖為主,地震剖面上表現為連續強振幅反射特征。測井解釋儲層131.3m;鉆井取心段孔隙度介于30.0%~33.7%,平均為31.5%,滲透率介于293~2512mD,平均為633mD,為特高孔隙度、高—特高滲透率儲層(圖3)。2.2.2海岸原生相煤系烴源巖天然氣組分顯示,陵水17-2氣藏重烴含量低(0.26%),相對密度在0.613~0.623之間;甲烷含量為91.77%~92.77%,干燥系數為0.95,推測其母源來自崖城組海岸平原相煤系烴源巖。陵水17-2氣藏溫度介于70.71~79.43℃,地溫梯度為3.79℃/100m,屬于正常溫度系統;地層壓力為39.03~39.38MPa,壓力系數約為1.2,為正常壓力系統氣藏。3勘探過程3.1地區地震、地質條件受技術瓶頸的約束,很長一段時間內在瓊東南盆地的勘探是圍繞著淺水區進行的,并發現了多個大、中型油氣田。隨著勘探程度加深,淺水區漸入勘探成熟階段。根據全球油氣勘探發現顯示,油氣資源70%蘊藏于深海。因此,邁向深水成為我們中長期發展的戰略方針。2002年前采集的地震資料主要位于瓊東南盆地中央坳陷以北的淺水區,中央坳陷及以南的深水區面積有53000km2,但地震資料覆蓋面很少。該時期涉足深水區的地震資料主要是普查階段為了了解瓊東南盆地區域構造特征而采集的二維地震,有1979、1980、1987、1991、1992、1994、1997年等7個年度采集的地震資料,資料總長度約9000km,大部分地區測網密度為15km×18km,有些區域甚至為36km×36km或36km×18km,地震資料稀少。地震接收系統電纜長度短(不足5000m),震源能量小,地震記錄時間短(不足8s,長昌區僅5s)。受限于采集處理技術,整體地震資料品質較差,凹陷深部地震信噪比低、波組反射特征不明顯、控凹斷裂和地層接觸關系不清,地震記錄時間短,部分凹陷的沉積基底無法判斷。另外,在地震采集作業的同時還在全盆地開展過小比例尺的海上重磁力的普查和概查。長期以來,對深水區開展的一些區域地質方面的研究工作,主要依托國家“九五”重點攻關項目,開展了從盆地區域大地構造背景、充填序列、盆地結構及構造演化特征及油氣地質特征等初步研究。在瓊東南盆地深水區劃分了樂東、陵水、松南、寶島、長昌、北礁等6個生烴凹陷和陵南低凸起及松南低凸起2個正向單元。初步對6個凹陷進行了資源量評價,預測天然氣資源量約為2×1012m3,研究結果表明深水區具有巨大的生烴潛力?？傮w上來說,由于地震資料稀少,該時期勘探研究僅僅是為了淺水區的勘探而做的一些區域性的工作,涉及深水區的油氣地質特征研究程度很低。鉆井方面,僅在1993年于神狐隆起鉆探了第1口水深超過300m的BD23-1-1井(水深352m),沒有獲得油氣發現。3.2油氣勘探對外合作的必要性深水鉆探具有“高風險、高成本、高回報”特點。鉆1口水深大于1000m的探井鉆井費用約1億美元,相當于淺水探井鉆井費用7~10倍。從全球深水勘探來看,多家石油公司互相參股是深水勘探的一個主要模式,可以降低風險與成本。在深水油氣成藏研究程度比較低、鉆探技術不成熟、勘探費用高昂的情況下,要想快速推進深水勘探,對外合作是一個不錯的選擇。中海油通過對外合作,可以獲得大量二維、三維地震資料,查清盆地、凹陷勘探潛力,優選區帶與有利目標;可以借鑒國際先進的深水勘探技術,來推動深水勘探進程,加速實現深水勘探的突破。3.2.1初步評價南海西部深水區油氣該階段面臨的主要問題是深水地震資料少、品質差,油氣成藏基本條件不明;沒有真正意義上的深水鉆井地質資料,勘探程度低;沒有完全掌握深水鉆探技術。受技術條件、資料條件和勘探投入的限制,該時期的勘探策略主要是寄希望通過對外合作,緊跟世界深水油氣勘探步伐,引進國外資金分散勘探風險,學習外方先進的深水勘探評價技術,特別是鉆探技術,達到推進南海深水勘探進程的目的。該階段開始針對瓊東南盆地深水區油氣勘探采集二維地震資料,并開展查凹查盆、凹陷結構及區域沉積研究,初步評價了南海西部深水區油氣資源潛力。從2002年起深水區開始招商引資,在瓊東南盆地深水和神狐隆起共推出7個招標區塊。2003年H公司與中海油簽訂了在神狐隆起進行深水石油勘探的合同。該區塊位于珠江口西部神狐隆起以南、珠二坳陷西南部順德凹陷,水深300~2000m。通過評價,2004年H公司開始在該區塊的長昌12-1構造鉆探工作,這是本區鉆探的第1口水深超過500m的井,也是真正意義上的深水探井。鉆井證實該區珠江組、珠海組發育三角洲—濱海儲層與其上淺海泥巖的儲蓋組合,儲層物性中等偏好,但沒有發現商業油氣藏。3.2.2合作勘探的背景該時期中海石油(中國)有限公司湛江分公司(以下簡稱湛江分公司)著力解決深水區凹陷油氣勘探潛力不清、有利勘探領域和方向不明等關鍵問題。為了解決這些問題,有針對性的研發了地震采集和處理技術,如地震長電纜(纜長10124km)、上下纜、上下震源等采集技術,并結合“十五”國家科技攻關課題,開展了深水區油氣成藏基礎條件研究、凹陷評價和有利區帶優選,在此基礎上加強對外合作區塊推出。通過這一階段的研究攻關,深化了中央坳陷含油氣系統的認識。研究認為,瓊東南盆地是南海北部大陸邊緣新生代斷陷—坳陷盆地,具有“下斷上坳雙層結構和多凸多凹”特點。太平洋板塊與歐亞板塊的相互作用和南海海底擴張作用是控制瓊東南盆地形成和發育的主要因素,發育了始新統湖相、漸新統崖城組海相和海陸過渡相烴源巖,天然氣資源潛力約為4×1012m3。瓊東南盆地自中新世開始發育陸坡,中央坳陷逐步進入陸坡區深水沉積環境,發育海底扇、濁積水道等重力流沉積。研究認為,中央坳陷成藏條件優越,表現為烴源巖熱演化程度高、生烴潛力大;有利儲集類型多樣和儲集體眾多;處于油氣主要運聚指向上等優勢?；谏鲜稣J識基礎上,初步篩選出陵南低凸起披覆背斜構造帶、松南低凸起披覆背斜構造帶、永樂凸起披覆背斜構造帶等有利區帶,劃分對外招標區塊。在全球深水勘探熱潮以及中國南海深水區巨大潛力的吸引下,2006年和2007年在南海西部深水區又簽訂了4個合作勘探區塊,其中B公司于與中海油在松南低凸起和陵水凹陷分別簽訂了1個區塊,C公司與中海油在長昌凹陷和北礁凹陷分別簽訂了1個區塊。在這些區塊實現對外合作標志著深水對外合作勘探高潮已經到來。3.2.3合作程度不高,研究成效和影響價值得到提高該時期在瓊東南盆地深水區采集了二維地震資料18592km、三維地震資料7931km2。與此同時,湛江分公司正式成立深水勘探項目研究隊,結合國家重大專項“十一五”和“十二五”國家科技攻關項目“南海深水勘探關鍵技術”“海洋深水油氣勘探關鍵技術”課題研究,形成了從國家攻關項目、中海油有限公司課題到分公司生產項目3個層次的研究局面,對外合作研究也得到進一步加強。研究工作主要圍繞陵水凹陷、寶島凹陷、長昌凹陷等潛在富生烴凹陷的評價及其周緣有利區帶和目標展開,落實了中央峽谷巖性—構造圈閉帶、陵南低凸起披覆背斜構造帶、長昌凹陷凹中隆構造帶等有利區帶。評價了陵水22-1、33-1、長昌33-1、26-1、永樂19-1、永樂7-1、8-2、2-1等多個目標,并分別提出了鉆探建議。在中外雙方共同努力下,B和C公司于2010年—2012年在深水區3個凹陷、2個低凸起上分別鉆探了5口探井。鉆探證實了深水區發育崖城組煤系烴源巖,揭示了深水區發育上中新統黃流組濁積水道砂和下中新統三亞組海底扇兩套優質儲層,建立了中央峽谷油氣成藏模式,揭開了陵水凹陷勘探潛力的冰山一角。本階段雖然在油氣勘探認識和鉆探技術上取得重大進展,但由于勘探發現儲量規模小、開發無經濟性,合作伙伴相繼放棄了南海西部深水勘探權益。深水對外合作勘探由高潮迅速轉入低谷。3.3高精度地震資料處理和解釋技術在多家國際知名石油公司退出勘探權益的情況下,湛江分公司走上了深水自營勘探之路,在挑戰中迎來機遇。湛江分公司勘探開發團隊迎難而上,應用自主研發的基于射線追蹤和波場照明分析和波動方程正演模擬為核心的地震采集設計技術,極大地豐富了深水研究的資料基礎;與此同時,研發了基于多域組合保幅去噪、高保真綜合噪音去除(LIFT)和平面波偏移成像技術,建立了適用于復雜海底地貌、地質構造特征的高精度地震資料處理技術,大幅度提高了地震資料信噪比,拓寬了地震資料有效頻寬,提高了地震資料的解析程度。針對5口已鉆深水探井進行了深入的鉆后分析,研究認為烴源、儲層、油氣運移是深水區油氣成藏的關鍵要素。并依托國家“十二五”重大專項針對3大關鍵問題開展科技攻關,明確了深水區油氣資源潛力巨大、大規模優質儲集體發育、大型勘探目標成群成帶分布,具有良好的油氣勘探前景。3.3.1高溫高壓早期模擬氣力實驗目的與意義烴源是圈閉成藏的物質基礎來源。中外部分專家認為南海西部深水區烴源巖埋深過大,已過大量生排烴期,生烴能力面臨枯竭的可能,而失去勘探價值?？碧窖芯繄F隊考慮到深水凹陷中普遍存在超壓現象,且超壓的存在對源巖生烴會產生影響這一情況,開展了崖城組煤樣模擬生氣實驗,取得了高溫高壓早期抑制生烴、晚期促進生烴的新認識,由此拓寬了烴源巖的生氣范圍;在此基礎上建立合理熱史模型進行盆地模擬,發現深水諸凹陷主體處于主生氣窗,烴源巖正大量生氣,具有良好的生烴條件。3.3.2層底未鉆遇優質儲層儲層是深水區圈閉成藏的關鍵因素。南海西部深水區埋深大,古近系目的層物性差;新近系水深大、物源匱乏,盆地周緣無大江、大河,難以形成三角洲等大型優質儲集體,儲層發育條件似乎先天不足,多口井未鉆遇優質儲層更增加了這份擔心?？碧窖芯繄F隊從全球深水勘探實踐出發,認識到盆地坡折之下的深水區是重力流儲層發育的理想場所,認為儲層落實工作需從傳統尋找古近系三角洲、濱海相儲層轉變為落實新近系重力流儲層。在重力流理論指導下,勘探研究團隊應用宏觀與微觀結合物源分析技術、三維可視化儲層沉積相研究技術綜合分析,落實了中央峽谷濁積水道砂、海底扇等一批有利儲集體,指出中央峽谷具有分段式發育、多期次充填和多物源供給沉積模式特征,是深水最有利的儲層發育區。3.3.3深水區晚期斷層、微裂隙和底辟輸導體系是烴源與儲集體之間的橋梁。深水區新近系儲集體與古近系烴源之間隔著上千米泥質地層,油氣運移難度大。研究人員認識到深水區晚期存在新構造運動,形成了一些晚期斷層、微裂隙和底辟。因此利用螞蟻體追蹤等技術展開全面仔細搜索,系統地進行斷裂與底辟發育情況、發育規模,砂體連通性分析,精細落實了深水區的輸導體系。3.3.4深水區成藏模式應用高精度地震資料,在精細研究的基礎上,提出了縱向多套砂體疊置成藏的新認識,替代了以往中央峽谷頂部單層成藏的舊思維;建立了深水區“古生新儲、縱向運移、重力流儲集、半深海泥巖封蓋”的成藏模式。在當初舉步維艱的南海西部深水區,發現了烴源、儲層、運移配置良好的14個鉆探目標,促成了陵水17-2構造優先上鉆。截至目前,陵水17-2構造首鉆的4口井全部獲得成功,證