（油气田开发工程专业论文）渤海海域下第三系气藏与超压.pdf

a b s t r a c t a l o t o f n a t u r e g a s r e s o u r c e w a s e x p l o r e d i n b o h a i s e a a r e a n o w . u n t i l 2 0 0 2 t h e r e a r e 2 7 g a s r e s e r v o i r s a n d t o t a l g a s r e s e r v e 3 4 1 . 3 6 x 1 0 而 h a s b e e n p r o v e d . o n e g a s r e s e r v o i r h a s b e e n d e v e l o p e d . a c c o r d i n g t o t h e r e s e a r c h o n t h e s e g a s r e s e r v o i r s , w e c a n d r a w a c o n c l u s i o n t h a t t h e d i s t r i b u t i o n o f t h e s e g a s r e s e r v o i r s h a s a d e f i n i t e r u l e , a n d n o w w e c o n s i d e r t h a t t h e d i s t r i b u t i o n r u l e o f t h e m a r e m a i n l y r e l a t e d w i t h t h e o v e r p r e s s u r e i n d o n g y i n g f o r m a t i o n . e x p l o r a t i o n p r a c t i c e h a s p r o v e d t h a t t h e d i s t r i b u t i o n r u l e o f t h e s e g a s r e s e r v o i r s a n d g a s f i e l d i s c o m m o n . t h i s k i n d o f g a s r e s e r v o i r m o d e l c a n b e d i v i d e d i n t o f i v e t y p e s : u n d e r o v e r p r e s s u r e a , u n d e r o v e r p r e s s u r e b , i n n e r o v e r p r e s s u r e , u p p e r o v e r p r e s s u r e a a n d u p p e r o v e r p r e s s u r e b . b a s e d o n t h i s m o d e l , w e d o s o m e f o r e c a s t o n t h e b o h a i s e a a r e a , a n d i t s h o u l d b e a r e f e r e n c e f o r t h e f u t u r e g a s e x p l o r a t i o n d e v e l o p m e n t o f t h e t y p i c a l g a s w e l l p r o v e d t h a t t h e p r o d u c t i o n i s h i g h , a n d u s u a l l y t h e s t a b l e p r o d u c t i o n p e r i o d i s l o n g . k e y w o r d : b o h a i s e a a r e a , p a l a e o g e n e , o v e r p r e s s u r e , g a s r e s e r v i o r i i i 独创性说明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表和 撰写过得研究成果，也不包含为获得中国石油勘探开发研究院或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 做了明确的说明并表示了谢意. 签 名 :孙玄 峰 日 期 : 3 , 士 关于论文使用授权的说明 本人完全了 解中国石油勘探开发研究院有关保留、 使用学位论文的规定，即:中 国 石油勘探开发研究院有权保留 送交论文的复印件， 允许论文被查阅和借阅;学校可 以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 签 名 : 散i 4 -导 师 签 名日期: 半 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 a il 吕 1 、课题来源 2 0 0 1 年，中国 海洋石油有限公司勘探部下达了 渤海海域天然气勘探领域选择及 勘探建议研究项目，由 中海石油研究中心渤海研究院承担， 项目 时限为2 0 0 1 年1 月 至2 0 0 2 年 1 2 月。课题的主要研究任务是通过对渤海已发现天然气藏的分析解剖及与 其它地区的对比研究，总结渤海地区天然气的成藏规律，指出天然气勘探有利区带及 方向，并对有利目 标进行分析，在此基础上提出天然气勘探建议。 渤海海域下第三 系气藏与超压隶属于这一课题，是其中的一部分。 2 、 研究目 的和研究思路 研究的主要目的是为了 解决渤海海域下第三系天然气聚集的主控因素问题，从而 归纳出渤海海域天然气成藏与聚集规律， 进一步指出 天然气勘探有利方向。 本次研究从区域对比入手，首先分析对比 渤海湾盆地相对富气、富油凹陷的地质 特征以发现两者之间的根本区别， 然后通过解剖渤海湾盆地及渤海海域下第三系典型 气田来分析、解决什么是下第三系天然气聚集的主控因素这个问题。 在解决什么是下第三系天然气聚集的主控因素这个问题之后，研究重点是这一主 控因素的发育特征、形成原因、影响因素以 及纵向上和横向 上分布特点。通过对渤海 海域己发现的天然气藏及其与主控因素关系的分析，建立渤海海域气藏的成藏模式， 指出有利勘探方向。 研究认为，下第三系 ( 主要是东下段)超压是渤海海域下第三系天然气成藏的主 要控制因素，从而对于海域天然气成藏模式提出了全新的认识，在此基础上探讨了渤 海海域天然气下一步勘探的有利地区。 需要说明的是，本文所述的下第三系气藏，重点论述的是盖层为下第三系地层的 气藏，但是其储层可能是下第三系或前第三系地层。 3 、异常地层压力的一般概念 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 地层压力是作用于地层孔隙空间流体 ( 地层水、石油、天然气)上的压力。正常地 层压力可用地表至地下任一点 地层水的静水压头 ( 静水压力) 来表示;背离正常地层 压力趋势线的 地层压力，为异常地层压力。 超过静水压力的地层压力， 属异常高地层 压力 ( 超压， s u r p r e s s u r e s 或 o v e r p r e s s u r e s ); 低于静水压力的地层压力，则为异 常低地层压力 ( 欠压， s u b p r e s s u r e s或 u n d e r p r e s s u r e s )。 在衡量地层压力是否存在异常及异常程度的大小方面， 通常使用的是压力系数( c p ) 或压力梯度 ( g p ) 两种参数。 压力系数 ( c p ) 是指实际 地层压力值与静水压力值之比， 为无量纲量:压力梯度 ( g p )则是压力随深度的变化率， 通常是压力与深度的比值，单 位为m p a / m 。 本次工作中采用压力系数作为评价地层压力的指标。 根据目 前通用的划分 标准， 压力系数大于1 . 2 为异常高地层压力( 即超地层压力、 超压) ， 压力系数在0 . 8 - 1 . 2 之间 为 正 常 压 力， 压力 系 数 小 于。 . 8 为 异 常 低 地 层 压 力( 欠 压) c 1 7 目 前渤海海域的勘探实践证明， 在本地区的下第三系地层中，异常地层压力大多是 以异常高地层压力出现的，所以本次工作的主要研究对象是渤海海域下第三系地层中 发育的异常高地层压力。此次研究参照陈荣书 ( 1 9 9 0 年)的分类标准:压力系数大于 1 . 2 为异常高地层压力 ( 即超地层压力、以下称为超压)， 压力系数在1 . 0 5 -1 . 2 之间 为过渡压力。 4 、完成情况 围绕本课题的研究目的和研究内容，经过一年的努力工作，主要完成的工作量和 取得的主要成果如下: . 查阅并消化了历年来的前人研究成果，尤其是原天然气项目队2 0 0 1 年进行的 大量基础工作， 使得本课题的研究可以 顺利展开; . 通过渤海湾盆地主要成气、成油凹陷的结构及成藏对比分析，9 个主要气田解 剖及全盆地气田统计分析，总结断陷盆地成气最主要控制因素，提出一套共5 种全新的渤海海域天然气成藏模式，即 “ 被子”理论。 . 利用2 0 0 1 - 2 0 0 2 年2 8 条地震测线的压力模拟分析结果，结合全渤海地区多年 中国 石油勘探开发研究院硕士学位论文 累计的 1 6条地震测线的压力模拟分析及研究成果，完成渤海主要凹陷压力平 面、 剖面分布特征研究， 寻找出渤海地区与气藏形成密切相关的超压异常泥岩 “ 被子”分布区。 . 完成辽东湾北、中、南三区， 渤南凸起北斜坡， 沙东南构造带，石南一渤东凸 起南段，歧口凹陷，黄河口凹陷等8 个主要区带气藏成藏模式研究。 其中压力分析和气藏成藏模式研究是本次工作取得的主要成果。 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 第一章 渤海海域下第三系气藏概况 1 . 1 天然气工业发展形势 天然气工业发展的总体形势是:市场需求旺盛，天然气发展空间大。主要表现在 以下几个方面: 1 . 1 . 1 目前天然气在我国一次能源消费中所占比 例偏低 我国天然气工业仍处于发展初期阶段，以“ 西气东输”工程为契机，即将进入一 个新的发展阶段。 天然气作为一种清洁的能源， 在我国能 源消费结构构中的比 重1 9 9 9 年仅为2 . 6 y o 。而世界平均为2 4 %，美国为2 5 . 2 %，日 本为1 3 . 2 %，俄罗斯为5 3 . 8 %。目 前天然气在中国一次能源消费中所占的比例偏低，说明我国天然气工业的发展 与国民经济及社会发展很不适应。预计随国民 经济的发展，天然气在一次能源消费中 的比例将大幅度提高。 据有关专家预测， 到2 0 2 0 年我国天然气在一次能源消费中将占 到8 % - 1 0 %，年消费天然气在2 0 0 0 2 5 0 0 亿方左右。从需求看，天然气上游工业发 展的空间非常大。 1 . 1 . 2 国家环保要求较高， 对天然气发展极为有利 中共中央关于制定国民 经济和社会发展第十个五年计划的建议 明确指出:“ 加 强环境保护和治理的力度，强化城市大气污染治理，使大中型城市环境得到明显的改 善”。天然气是一种洁净能源，对改善大气环境作用明显。 为实现我国经济和社会发展的第三步战略目 标，在制定 “ 十五”国民经济发展计 划时，中央提出“ 改善能源结构， 清洁能源矿产应当作为重要的战略。在一次能源结 构中， 应大幅度增加天然气和煤层气的比重，近1 5 年保持天然气产量增长1 4 %-1 5 %，石油比重稳中有升，原油产量稳定或略有增长 一 。 在能源消费结构中，力争用 3 0 年的时间使煤炭比例从目 前的7 0 %左右下降到5 0 %-5 5 %，石油天然气从2 3 %增 加到3 5 %左右。”这一决策为天然气工业的发展指出了方向 和目 标。据中国石油勘探 开发研究院预测分析，如达到上述目标，2 0 3 0 年国内油气需求量将为 7 x1 了 t 标油， 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 其中天然气消费需求将达3 0 0 0 亿方以上， 在能源消费结构总量中 要占到1 4 %-1 5 %, 比目 前要提高1 2 个百分点. 实现这一目标是十分艰巨而光荣的。为此，必须大力发展 新技术，开拓新领域，加速发展天然气工业。 1 . 1 . 3 石油紧缺促进以气代油，天然气的利用领域扩大 从1 9 9 4 年我国成为石油净进口国以 来， 石油进口 量逐年递增， 石油短缺日 益严重。 据中国海关统计:1 9 9 9 年中国 进口原油3 6 6 1 . 3 7 万吨， 出口原油7 1 6 . 6 2 万吨，净进 口原油2 9 9 4 . 7 5 万吨;同年进口 成品油2 0 8 1 . 5 2 万吨，出口 成品油6 4 5 . 1 6 万吨，净进 口 成品油1 4 3 6 . 3 6 万吨。预计2 0 0 0 年中国年进口 石油 ( 原油及成品油)将达到7 0 0 0 万吨左右z 1 由于国内石油短缺，国际石油价格近期一直保持较高的价位，这将促进以气代油 的实现。2 0 0 0 年天然气汽车在北京等地发展极为迅速，说明 天然气替代石油及其产品 的前景是广阔的。 1 . 2 渤海已发现天然气成因类型、成藏特征 1 . 2 . 1 勘探现状 渤海海域天然气勘探是伴随石油的勘探而进行的， 到2 0 0 2 年为止已发现规模悬殊、 类型各异的天然气藏 ( 田) 共2 7 个，获得各类天然气地质储量2 4 9 4 . 0 4 x l o w， 其中 溶解气1 6 5 7 . 2 1 x 1 0 8 m ( 占6 6 . 4 % ) 、气层气8 3 6 . 8 3 x l o w ( 占3 3 . 6 % ) : 探明 地质储 量9 3 1 , 6 1 x 1 0 v， 其中溶解气5 9 0 . 2 5 x 1 0 m ( 占6 3 . 4 %) 、 气层气3 4 1 . 3 6 x l o v ( 占 3 6 . 6 %)，总体以溶解气占优。 在2 7 个天然气藏 ( 田)中最大的锦州2 0 -2 气田 储量 只有1 3 5 x 1 0 8 m ，小的不足1 x 1 0 w，平均储量只有3 0 . 9 9 x 1 0 丫。按当量折算天然气 地质储量仅相当于油的8 . 9 %，不足十分之一，显然勘探成效不及油。 渤海海域天然气勘探成果与渤海湾盆地的成果相似。目 前， 渤海湾盆地勘探程度 较高，全盆地探明原油约l o o x 1 0 8 t 左右，是我国发现原油最多的盆地;而全盆地1 0 3 个天然气田总储量仅2 5 9 3 x l o w，不及苏里格气田的二分之一，仅相当于世界第一大 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 气田 俄罗斯乌连戈伊大气田的 年产量。 储量大于l o o x l o a m 气田5 个，最大气田 板桥 气田储量 1 9 0 . 6 3 x 1 0 a m ( 表 1 . 1 ，根据 2 0 0 1 年资料统计)。 表1 . 1 渤海湾盆地储量大于1 0 0 亿方气田统计表 ( 单 位: 气:l o e m , 凝析油:1 0 t ) 气田层位地质储量 可采储量凝析油地质储量 板桥e s , e d 1 9 0 . 6 37 5 . 4 56 9 3 . 3 兴隆台 e d -a r1 6 9 . 5 01 1 8 . 3 7 1 6 . 0 苏桥 01 5 6 . 3 35 3 . 8 7 3 6 0 . 6 文中e s , e 3 1 5 2 . 3 21 1 0 . 4 2 4 . 5 锦州2 0 一2e s , p z 1 3 5 . 4 0 9 4 . 7 83 3 2 . 7 总计 1 1 3 6 . 84 6 4 . 3 21 6 0 2 . 4 以上勘探成果说明渤海湾盆地是富油盆地， 气相对不富集，天然气勘探应以寻找 中小型气田为主要目标。但纵观全盆地勘探成果，仍然会发现有些凹陷对比其他凹陷 来说天然气相对富集，如板桥凹陷等。因此，可以说在渤海湾盆地的客观地质条件决 定了盆地内 天然气田以中小型为主的前提下， 各个凹陷仍然具有贫富之分。 1 . 2 . 2 天然气成因类型 众所周知，天然气具有成因多样性和分布广泛性的 特点， 在渤海己发现的天然气 藏 ( 田)中大都具有不同程度的多类成因的特点，加之分析样品和数据有限，成因类 型研究难度较大。本次研究工作从典型气藏 ( 田)剖析入手，从微观 ( 局部)到宏观 ( 区域)，从静态到动态，本着 “ 多源成藏，主因定型;多阶连续，主阶定段”的原 则，采用目 前通用的成熟技术和方法及划分方案和标准，对渤海己发现天然气成因类 型进行了 较深入研究。 研究结果表明渤海天然气以 有机成因气为主 ( 主要为烃类气体)，个别气藏中也 存在着少量的无机成因气 ( 主要为c o ; 气体) 。 有机成因气中以有机质热演化成因为主， 且腐殖型母质和高热演化阶段明显占优势:与生物作用有关的天然气所占 份额较小， 主要为生物降解气;此外，还有一定比例的热解与生物复合成因气。 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 1 . 2 . 3 天然气性质及分布规律 数十年的勘探成果证实，渤海湾盆地天然气赋存状态以溶解气为主，在已探明的 储量中气层气所占比例较低，海域平均为3 8 . 8 % 、陆地平均为3 6 . 3 % ，海域的辽东湾、 渤中及陆地的黄弊坳陷气层气多于溶解气。气层气中多为凝析气和湿气，据统计陆地 凝析气比例平均为5 2 . 8 % . 湿气为2 6 . 9 %，二者之和为7 9 . 7 % ，干气仅占1 8 %。海域 已发现的规模较大气藏 ( 田)中的天然气也主要为凝析气和湿气。在空间分布上，纵 向上总的趋势是甲 烷含量 ( 干燥系数)随埋深降低，一般而言，干气因其多为生物成 因故主要分布在埋深2 0 0 0 m以 上， 2 0 0 0 m 以下则多为湿气 ( 主要为凝析气)。 平面分布 受成因控制，当生物作用起主导时则干气富集，如济阳坳陷;否则以湿气为主，局部 见高温裂解干气。 1 . 2 . 4储t特征及分布规律 根据已 发现气藏 ( 田)的统计对比分析发现， 渤海湾盆地的天然气藏 ( 田)的储 量具有如下特征和分布规律: 1 . 2 . 4 . 1储量特征 总体而言， 渤海湾盆地的 大型天然气藏 ( 田) 少、 小型多， 但大型气田 储量占 优。 根据9 3 个探明气田统计，含气面积最大5 8 . 3 k m 、最小不足 1 k m 、平均 7 k m ，储量最 大1 9 0 . 6 3 x 1 0 m 、 最少不足1 x 1 0 m z 、 平均2 1 . 9 x1 0 m ， 储量丰度最大1 1 . 5 3 x l o a m / k m , 最小不足1 x l o am / k m 、平均3 . 1 3 x 1 0 m / k m 。统计的9 3 个气田中只有5 个储量大于 l o o x 1 了 时 ，约占 总数的5 . 8 %，合计储量却占了总储量4 3 . 8 %，储量在 3 0 x 1 0 m 以 上也只有2 3 个占2 2 . 3 %，储量占7 6 . 1 9 /o ，其余7 7 . 7 %小气田 储量占2 3 . 9 % 。目 前渤 海勘探结果含气面积最大 1 4 . 4 耐，储量最大 1 3 5 . 4 x 1 0 m ，储量丰度最大 9 . 1 x 1 0 m / k m ， 储量大于5 0 x 1 0 m 的也只有2 个， 同陆地相比 规模较大气田所占比 例较低， 这一方面是由于勘探程度低，另一方面也预示着仍将有更多的较大气田 有待发现。 1 . 2 . 4 . 2分布规律 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 受盆地地质结构与演化历史差异性影响， 渤海湾盆地的天然气资源分布具有明显 的不均衡性，其空间分布具有以 下规律: ( 1 ) 在平面上气藏主要围绕着生烃中心呈条 带或环带状展布，并取决于坳 ( 凹)陷地质结构。一般而言，近凹陷生烃中心的次级 构造带最富集，凹陷中央构造带优于斜坡带;构造倾没端优于主体;低凸起优于高凸 起( 包括潜山) 。( 2 ) 纵向分布: 在深度上陆区8 5 . 5 %的天然气储量分布在埋深3 5 0 0 m 以上的地层中， 其中埋深在2 0 0 0 m以上与2 0 0 0 m -3 5 0 0 m 之间的比 例大体相当; 海域主 要分布在 2 0 0 0 m -3 5 0 0 m 之间， 约占6 7 %， 其次为大于3 5 0 0 m ， 约为2 4 . 3 % , 浅于2 0 0 0 m 的比例很小。 ( 3 )在层系分布上，目 前海域已 探明的天然气主要分布在下第三系，约 占7 0 . 1 % ，其中沙河街组占5 0 . 9 y o ，尤以辽东湾地区最为突出: 其次为前第三系 主 要在古生界及其以前)，其中渤南地区主要分布在该套层系中，渤西和渤中也有相当 比例;上第三系比例很小，但在控制+预测储量中比例最高，一但评价证实，将提高 其所占比 例。同样，陆地统计结果:探明储量也主要分布在下第三系 ( 占7 9 . 2 %)， 其中沙河街组最多 ( 占总量的6 6 %)， 尤以 沙三段最多 ( 占总量的3 0 . 1 %)， 孔店组 最少几近于零; 其次为前中生界 ( 占1 1 . 8 % )，中生界最少几近于零: 但各坳陷差异极 其明显，济阳坳陷以上第三系居多，冀中和黄弊坳陷以古生界占 优。整个中国天然气 也是以新生界第三系多，其次为古生界石炭系、奥陶系和二叠系，总的说来新生界最 多，其次为古生界，中生界最少。 需要强调指出的是，整个渤海湾盆地的天然气藏几乎都与油藏伴生，且大多为油 田的附属，仅少数以纯气藏为主。油气在空间上的分布趋势具有自凸起向凹陷、从浅 层至深层，呈现由凸起区的浅层稠油+生物气、至斜坡区的中一深层的轻质油+溶解 气、再至凹陷区的深一超深层的凝析油+凝析气和湿气的展布规律。 1 . 2 . 5 主要成藏特征 根据己发现气藏 ( 田)的综合对比发现， 渤海湾盆地的天然气成藏具有以下特征: 1 . 2 . 5 . 1圈闭特征 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 长期勘探和研究表明渤海湾盆地天然气藏的圈闭类型可谓丰富多彩。受区域构造 背景和地层沉积环境控制，不同构造单元和层系的局部圈闭类型有差异。就整个盆地 而言，局部圈闭以 构造型占 优 ( 占5 7 . 7 9/ a )， 其中主要为断鼻和背斜圈闭:其次为复 合型， 占3 9 . 9 9 o ， 主要为构造一 岩性和断 块潜山 圈闭; 纯粹地层、 岩性类圈闭 较少见。 但从东部裂陷带统计结果看， 岩性圈闭居多，占4 8 . 6 9 6 ， 其次为构造和复合类， 分别占 2 0 . 3 9 0 , 1 8 . 9 9 0 ， 地层类最少， 只有1 2 . 2 9 0 : 从层系上看， 上第三系几乎都属岩性类， 下第三系则岩性、复合及构造类呈均势，地层类较少 为构造类 造类圈闭 。需要说明的是，无论哪一层系和地区的圈闭 中一古生界以地层为主，其次 ，尽管从局部圈闭判断为非构 ，但从区域的角度看大都处于良好构造背景控制下。 1 . 2 . 5 . 2运聚及成藏作用特征 正如前述， 整个渤海湾盆地的天然气藏几乎都与油藏伴生， 且大多为油田的附属， 仅少数以纯气藏为主。对其油气运聚成藏作用的综合分析结果表明，无论是与油田伴 生的气藏还是独立气田中的气藏，均为晚期成藏，主要成藏时间为晚第三纪中新世晚 期至现今。油气成藏的多期次和天然气晚期成藏的特点是受控于烃类的生、运、聚成 藏作用:以生物作用为主的天然气，烃源充注能力较弱，一般为近源成藏，由于埋藏 浅处于开放系统中，天然气的易扩散性使得气藏处于聚散动平衡状态，只有晚期成藏 才能够得以保存;热解作用成因气只有烃源岩有机质在埋藏较深、达到较高热演化程 度时才能大量生气并富集成藏，因此必然为晚期成藏。 对于局部地区发现的古生界石 炭、二叠系煤系地层生成的高温裂解煤型气也主要是晚期成藏的，虽然以前这套生烃 层系己 经有油气生成并成藏， 但后期构造运动使其破坏殆尽，直到晚第三系以来达到 二次成烃埋藏深度时才再次生烃并成藏。热作用成因气的分布广泛性表明，渤海湾盆 地的烃源岩热作用成烃的充注能力强于生物作用成烃，在良好的疏导体系配合下可以 运移较远。以侧向运移方式为主的区带，天然气富集程度和成藏规模高于以垂向运移 方式为主的区带。 1 . 2 . 5 . 3产能及开发特征 中国 石油勘探开发研究院硕士学位论文 总体上渤海湾盆地气藏类型复杂，以中小规模居多， 储量分散，气层多为中低渗 储层，单井产能大都低于1 0万方/ 日，其中上第三系单井日 产一般小于 1 万方，下第 三系一般 1 -4 万方，前第三系一旦测试成功一般大于1 0 万方;采气速度低，一般小 于3 %:气层均以消耗式开采方式生产，采收率普遍较低，平均只有5 2 %0 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 第二章 渤海海域下第三系超压研究 渤海海域在地层压力的研究应用方面最早是通过地层压力进行流体势研究进而指 出有利的油气运聚地区。1 9 9 0 年，中国地质大学 ( 武汉)的陈荣书和王燮培教授分别 对辽东湾和渤中地区进行了部分压力分析工作。1 9 9 4 年，渤海研究院薛永安对渤西地 区进行了压力分析工作。2 0 0 1 年，天然气项目 队对渤中及其周缘地区、渤南地区重新 进行了压力分析工作。 在本次的研究工作中，我们发现在渤海海域乃至整个渤海湾盆地的己发现气藏的 上覆地层中大多发育有超压， 所以在2 0 0 2 年洲门 根据研究工作需要对渤南凸起西段及 沙东、沙东南构造带补充了部分测线的压力分析，以期通过气藏与超压分布关系的研 究在天然气主控因素研究方面取得新的认识。 2 . 1超压研究方法、流程 本次超压分析工作是同海洋石油勘探开发研究中心合作完成的。具体的工作流程 如下 ( 图2 . 1 ): 地展资料 今 钻 井资料 尸 速 度谊分析 / - / 层位 解 释 岩性资科 一 丫 计茸层速度怕出层位文件/ / 、/ 、 件/ / 人 门卜 出 计理 地层 压 力 压力系数刑面 出 刹余压力剖面 厂 图2 . 1超压研究流程图 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 第二章渤海海域下第三系超压研究 戢f铎蒜龟-1( r f t f m 。t ，料 速度蕾分析 “层位* 铎， 出* 二划 计算三鹰! 文件 _ 0 8 1 ，7 7 计算层速度辅出层位文件，一+ 7 j 7 7 7、。7 7 、1 图2 1 超压研究流程圈 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 工作方法是利用地震资料和钻井资料结合区域地质资料通过计算机软件模拟得出 压力分析结果，包括测线的压力系数剖面图和剩余压力剖面图。前期的准备工作包括 对地震测线的地质解释、速度谱解释并计算相应层速度，对测井数据和测试数据的收 集整理；前期工作完成后由海洋石油勘探开发研究中心进行压力分析工作。 2 2 渤海海域下第三系超压分布特征 五次压力研究的工作区范围已经基本涵盖了渤海海域的各主要生烃凹陷。基于对海 域过去几十年的勘探经验，尤其是天然气勘探方面的经验总结，此次工作的重点选在 渤中凹陷及其周缘的构造带，主要对渤中凹陷以及周缘各有利构造带的超压进行了分 析；对于黄河口凹陷、庙西凹陷以及莱州湾凹陷，只针对凹陷总结了垂向上及平面上 的超压分布特征；辽东湾地区、歧口凹陷超压分布特征是参照前人研究的结果并结合 近年来的勘探实践完成的。 2 2 1 辽东湾地区下第三系超压分布特征 辽东湾地区是海域较早开展 勘探的地区之一，并且在辽东湾 北部发现了目前渤海最大的凝析 气田锦州2 0 - 2 凝析气田以 及一系列含气构造。 早在1 9 9 0 年，渤海研究院就 与中国地质大学( 武汉) 合作， 在辽东湾地区进行了超压分布特 征及其与油气运移聚集规律的研 究。本次工作过程中，参照9 0 年 研究成果，结合近十几年来的钻探 圉2 2 辽东湾地区区域图 实践总结出本地区超压在垂向上和平面上的分布特征( 图2 2 ) ： 2 2 ，1 1 辽东湾北部超压分布特征 1 2 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 根据1 9 9 0 年陈荣书教授所作的压力分析工作及近十几年的钻探结果，重新绘制了 辽东湾北区超压分布剖面图( 图2 3 ) 。由图可见，在辽东湾北区的下第三系地层中发 育上、下两个明显的超压带：上超压带发育在东下段地层中( 部分包括沙一段地层) ， 下超压带主要发育在沙三段地层中；上下两带之间沙二段压力系数相对较低，对应区 域性的储集层发育段。其中上超压带的横向连续性非常好，即使在辽西低凸起上( 埋 深在1 5 0 0 2 5 0 0 m 之间) 也发育有幅度相对较小、厚度约为2 0 0 - 4 0 0 m 的超压带：而下 超压带只在凹陷中比较发育，凸起上则由于地层缺失等原因造成下超压带不发育。但 是比较起来下超压带的最大厚度和最大幅度都大于上超压带( 圈中下超压带基本是随 沙河街组地层发育，为突出双层结构故示意，下同) 。 图2 3 辽东湾北区超压分布剖面图( a a ) 2 2 1 2 辽东湾中部超压分布特征 辽东湾中部地区是超压最不发育的地区。本区只是在辽中凹陷较深的部位才可见 到发育在下第三系的上下两套超压( 图2 4 ) ，并且超压厚度和幅度都很小。 图2 4 辽东湾中区超压分布剖面图( b b ) 1 3 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 2 2 1 3 辽东湾南部超压分布特征 与辽东湾北部地区超压非常发育相比，南部地区的超压发育程度整体上远较北部 弱( 图2 5 ) 。在本区超压的发育同样存在双层结构，基本只在凹陷范围内分布。由于 断层发育，使得上下两个超压带在厚度、幅度、连续性等方面较北部地区都有较大变 化，但是上超压带仍然具有平面分布范围比下超压带大，最大幅度和最大厚度比下超 压带小的特点。 图2 5 辽东湾南区超压分布剖面图( c - c ) 2 2 1 4 辽东湾地区超压平面分布特征 辽东湾地区超压在平面上的分布的特征如下( 图2 6 、图2 7 ) 图2 6 辽东湾地区上超压带分布平面图 1 4 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 图2 7 辽东湾地区f 超压带分布平面图 上超压带：在辽西凹陷北部、辽西低凸起北段、辽中凹陷北部发育一个稳定的，n e 向的超压带，由北向南幅度逐渐减小、厚度减薄，其中锦州2 0 2 构造附近是超压带的 中心，最大压力系数大于1 9 ；在辽西凹陷南部发育有零星的超压，在辽中凹陷中部只 有局部发育，并且幅度、面积均较小：在该凹陷南部十分发育，幅度和面积均较大。 下超压带：在凸起区均为正常压力。在辽西凹陷边界断层附近发育一个稳定的，n e 向的超压带：在辽中凹陷内发育四个超压区，其中南北两个面积大、中间两个面积小。 总体上，辽东湾地区上下殒个超压带具有上超压繁分布范围比下超压带大，但是幅 度( 压力系数) 和厚度比下超压带小的特点。 2 2 2 歧口凹陷下第三系超压分布特征 薛永安等( 1 9 9 4 年) 应用m o n i 系统、c p p s 系统对歧口凹陷进行了生排烃模拟以 及油气运移模式的研究，并且对歧口凹陷异常压力的垂向及平面上的分布特征进行了 详细的描述。通过近年来在歧口凹陷勘探实践证明，歧口凹陷的下第三系地层中超压 的发育情况较差，总体上仍然具有双层结构。 垂向上：在东营组沙一段和沙三段地层中共发育两个超压带( 图2 8 ) 。 一1 5 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 图2 8 歧口凹陷超压分布剖面图 上超压带( 发育在东营组沙一段地层中) 主要分布在凹陷较深部位，主要特点是： 超压不发育、分布零散、横向连接不好，局限在一公里以内。而且超压出现的部位均 非断裂发育带，说明断层对压力的释放具有重要意义。上超压带深度范围约在3 0 0 0 m 一 4 5 0 0 m 左右，厚度小于5 0 0 m 。 下超压带( 发育在沙三段地层中) 的特征与上部地层明显不同。下超压带是一条一 条较厚的、在横向上较上超压带连续的超压带，但是本带即使在凹陷区仍然呈断续状， 其间断部位同样是断裂带。下超压带在垂向上的分布范围在5 0 0 0 8 0 0 0 m 左右，其厚度 1 0 0 0 2 0 0 0 m 左右。在凸起区只见有少量超压分布，只是厚度变薄、埋藏深度变浅。 平面上，歧口凹陷超压带的分布具有如下特征： ( 图2 9 、图2 1 0 ) 图2 9 歧口凹陷上超压带分布平面图 1 6 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 图2 1 0 歧口凹陷下超压带分布平面图 上超压带总的来说不发育、分布零散，基本是在一些凹陷较深部位且断层不发育 的地方有少量分布，且超压带面积小，为东西向展布的小窄条。从南到北大致分为北、 中、南三个带。 下超压带主要由中南部一条不很宽的、东西向展布相对短且有间断的超压组成。 但是下超压带的范围和幅度大于上超压带。 2 2 3 渤中地区下第三系超压分布特征 渤中地区包括渤中凹陷及其周围的石臼坨凸起、沙垒田凸起、渤东低凸起、渤南 凸起向凹陷倾没的部分。 9 9 0 年中国地质大学( 武汉) 与渤海石油研究院合作在渤中地区应用c p p s ( 压实、 流体压力及势分析系统) 和m a s s ( 油气运移聚集模拟系统) 进行了探索性研究和初步 应用。2 0 0 1 年和2 0 0 2 年天然气项目队又对渤中地区进行了新一轮地层压力研究。本次 研究综合了1 9 9 0 、2 0 0 1 、2 0 0 2 年三次地层压力分析结果，对渤中地区的超压分布规律 有了进一步的认识，主要分为石南渤东构造带( 渤中凹陷北部，石臼坨凸起和渤东 低凸起向渤中凹陷倾没端) 、沙东构造带( 渤中凹陷西部，沙垒田凸起向渤中凹陷过 渡带) 、沙东南构造带( 渤中凹陷西南部，沙垒田凸起向渤中凹陷倾没端) 、渤中2 0 一1 7 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 2 2 构造带( 渤中凹陷南部，渤南凸起向渤中凹陷过渡带) 等四个构造带来描述( 图2 1 1 ) 。 在渤中凹陷内部，发育在东下段和沙三段地层中的两套超压是稳定、连续的展布的。 图2 1 1 渤中凹陷区域位置图 2 2 3 1 石南渤东构造带超压分布特征 从v p b z f r l 测线压力系数分布图上可见，在石南渤东构造带下第三系东下段和 沙三段地层中发育两套超压带( 图2 1 2 ) 。 图2 1 2 石南渤东构造带v p b z 可r i 测线压力系数分布图 一1 8 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 其中上超压带厚度3 0 0 m 左右，压力系数一般在1 3 左右；在凹陷深部下超压带厚 度大于1 0 0 0 m ，幅度也比上超压带大，最大压力系数大于1 7 5 ；在沙一二段地层中， 压力系数相对于上下地层低，大约1 2 左右。平面上，两套超压带在凹陷中稳定分布， 向西至石臼坨凸起上两套超压带均消失；向东至渤东低凸起上下超压带由于地层缺失 而消失，上超压带仍稳定分布，覆盖在渤东低凸起上，渤东凹陷中两套超压均发育， 但是幅度和厚度较渤中凹陷小。 2 2 3 2 沙东构造带超压分布特征 沙东构造带是指沙垒田凸起东倾没端的一系列潜山一披覆背斜构造。从p b z 2 0 测 线压力系数分布图上可见，本地区在东下段和沙三段发育有两套超压带( 图2 1 3 ) 。 图2 ，1 3 沙东构造带p b z 2 0 测线压力系数分布图 其中上超压带在凹陷深部位最大压力系数可达1 8 左右，下超压带最大压力系数 2 0 左右，普遍在1 6 以上；上超压带和下超压带之间的沙一二段地层压力系数相对较 低，大约1 3 左右。在渤中8 4 构造以东的凹陷较深部位，上下两带分布都比较稳定； 渤中8 4 构造上，上超压带消失，下超压带幅度减弱，压力系数大约1 3 1 4 ；渤中 8 - - 4 构造以西与沙垒田凸起之间的较深部位同样发育两套超压带，厚度和幅度均远远 小于深凹陷中。 1 9 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 2 2 3 3 沙东南构造带超压分布特征 沙东南构造带是指沙垒田凸起东南部向凹陷倾没的鼻状披覆构造带，同时又是分 割黄河口凹陷与沙南凹陷的低隆起带。目前在此构造带已经发现了曹妃甸1 8 一i 油藏、 曹妃甸1 8 2 凝析气藏、渤中1 3 一l 商挥发性油藏等一批以东营组底部砾岩或潜山为 储层、东下段超压泥岩为盖层的油气藏。 经钻探证实，本地区在东二、三段厚层泥岩中发育超压带( 相当于辽东湾地区的上 超压带) ，其厚度约3 0 0 4 0 0 m ：从凹陷向沙垒田凸起方向直至曹妃甸1 8 2 气藏上超 压带稳定分布，在曹妃甸1 8 1 构造上部消失( 图2 1 4 ) 。 图2 1 4 沙东南构造带超压分布剖面图 2 2 3 4 渤中2 0 2 2 构造带超压分布特征 渤中2 0 2 2 构造带是指渤南凸起以北向渤中凹陷的过渡带上的渤中2 0 一2 构造 渤中2 l 一2 构造渤中2 2 一l 构造等一系列近东西向展布的构造。由于整个渤中凹陷 北断南超的特征，造成北部地层沉积比南部厚的特点。渤中2 0 2 2 构造带总体上埋深 较渤中凹陷北部的石南渤东构造带浅。 从v p b z w t 7 测线压力系数分布圈上可见，本地区同样存在东下段和沙三段两套超压 地层，但是本区两套超压带的厚度及幅度相对于渤中凹陷北部石南渤东构造带要小 ( 图2 ，1 5 ) 。 一2 0 一 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 图2 1 5 渤中2 0 2 2 构造带v p b z q f l 2 测线压力系数分布图 垂向上，上超压带只是在渤中凹陷较深部位变厚( 6 0 0 m 左右) ，幅度变大( 压力系 数1 6 左右) ，其他部位一般厚度约3 0 0 m ，压力系数约1 4 ；下超压带的分布只局限 在较深部位，最大压力系数1 8 左右。从平面上看，上超压带分布范围广，厚度大于 下超压带；下超压带分布范围局限，但是幅度大于上超压带。 2 2 4 渤南地区超压分布特征 渤南地区包括黄河口凹陷、 庙西凹陷和莱州湾凹陷等三个主 要生烃凹陷( 图2 1 6 ) 。根据 2 0 0 1 年压力分析结果，黄河口 凹陷只在沙三段及以下地层中发 育有下超压带。下超压带主要发 育在凹陷较深部位，最高压力系 数可达1 3 左右，在中央隆起带 ( 渤中3 4 构造带) 没有超压现象。 图2 1 6 渤南区域位置图 一2 l 一 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 庙西凹陷位于黄河口凹陷东部，压力分析结果表明其下第三系地层基本上是正常的 压力系统( 图2 1 7 ) 。 图2 1 7 过黄河口凹陷、庙西凹陷p b z l l o 测线压力系数剖面图 莱州湾凹陷位于莱北低凸起以南，潍北凸起以北。压力分析结果表明( 图2 1 8 ) ， 垂向上主要在沙三段及以下地层中发育超压，最高压力系数可达1 7 ；平面上，超压带 在凹陷较深部位稳定分布，凸起上或凹陷中隆起的部位不发育超压。 图2 1 8 过莱卅l 湾凹陷8 8 l z l 3 6 测线压力系数剖面图 2 2 5 渤海海域超压分布总体特征 2 2 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 渤海主要凹陷剖面上压力系数( 超压) 的分布呈现出明显的双层结构，且都存在 于下第三系地层中，即东营组下段( 东二段十东三段) 发育上超压带，沙河街组三段 + 四段发育下超压带： 其中上超压带压力系数值介于1 2 1 8 之间，分布比下带广，如在渤中等凹陷从 凹陷内部一直到周围凸起( 低凸起) 的倾没端或过渡带上均有分布；下超压带在许多 地区幅度比上带高，压力系数最大大于2 0 ，但分布范围相对上超压带局限，一般只发 育在凹陷区，尖灭于斜坡部位。位于上下两超压带之间的沙一段、沙二段地层由于砂 岩比较发育，也就是横向上存在较大范围的疏导，出现了相对的低压段，其压力系数 根据上下两带压力系数的变化而变化，但均小于上下两超压带，因此是油气运移的最 有利指向带。 根据数十条剖面分析结果，勾绘了五个主要凹陷的压力平面分布图( 图2 1 9 ) ： 图2 ，1 9 渤海海域上超压带平面分布圈 辽东湾地区上超压带在其北部从锦州9 - 3 油田以南到锦州2 5 2 构造以北范围内从 辽中北洼穿越辽西低凸起一直到辽西凹陷广泛分布，辽东湾中部、南部除凹陷内零星 分布外，超压不发育，下超压带只分布于各个洼陷内部；渤中凹陷上下两个超压带均 一2 3 中国石油勘探开发研究院硕士学位论文 存在，其中前者分布更广，范围包括凹陷及周围渤南凸起北斜坡、沙东南构造带、沙 东构造带、石南构造带、渤东凸起南段等构造带，下带基本以凹陷为主分布：歧口凹 陷上下超压带分布明显比以上两个凹陷小，其中下带稍广，也只是凹陷内部东西向两 个窄条，而上带只有凹陷内几个点；黄河口凹陷、莱州湾凹陷 e 较相似，上超压带不 存在，下超压带存在但只分布于凹陷内部深洼中；庙西凹陷基本为正常地层压力。 2 3 渤海海域下第三系超压形成机理探讨 总体上看，渤海海域下第三系地层中发育的超压带大多呈现出双层结构，上超压带 主要发育在东下段，下超压带主要发育在沙三段。 通过渤海海域石油地质条件的研究以及本次压力分析的结果，参考国内外目前对于 超压形成机理的研究，我们认为渤海海域下第三系地层中超压带的形成和保存主要基 于以下几个方面的原因：“ a 流体增压作用 随地层埋深增加，经受她温升高，导致有机质成熟并生成大量油气，地层水也会出 现水热增压，从而在烃源层及储集层中都会造成异常高地层压力。 渤海海域相对陆上具有较高的地温( 渤中凹陷处于渤海湾盆地热流值最高的区域， 最高热流值1 8 h f u ) ，而且东下段和沙三段主要为深水沉积物，是海域主要的两套烃 源岩，所以水热增压作用是海域地层中两套超压带形成的主要的原因。 b 粘土矿物成岩演变 p o w e r s 于1 9 7 6 年