南海北部深水区油气勘探进展与启示

南海北部深水区油气勘探进展与启示

1深水区盆地内烃源岩的控矿作用琼东南盆地位于中国南海以北大陆的边缘，是肯志齐前的一个盆地。具有准被动大陆边缘盆地构造特征,平面上则表现为南北分带特征,由北至南可划分为:北部坳陷、中部隆起、中央坳陷与南部隆起(图1)。盆地经历由陆到海的演化过程,经历了断陷期(T100-T70)、断坳期(T70-T60)、热沉降期(T60-T30)、加速沉降期(T30-现今)4个阶段,整体可划分为裂陷期(T100-T60)与裂后期(T60-现今)两个时期,其绝对地质年代如图1所示,沉积了巨厚的新生代地层,厚度大于12000m。依据地震资料特征,深水区断裂活动多集中于始新世、渐新世崖城期及陵水早期,至陵水晚期已开始逐渐减弱,并于中新世三亚期逐渐停止。因此,在盆地发育初期,断裂活动对盆地内沉积控制作用明显,发育了两期重要的烃源岩。始新世时期断裂拉张作用强烈,形成多凹多凸的地貌格局特征。在凹陷区发育中—深湖相沉积体系,沉积了较厚的始新统湖相烃源岩,预测其最大沉积厚度可达3000m,且已进入成熟及过程熟阶段,具较大生烃潜力,为潜在有利烃源岩。渐新世崖城期,盆地已逐渐向海陆过渡和浅海环境转变,是盆地内主要烃源岩的关键发育时期,构建了浅海相泥岩与海岸平原相煤系泥岩两套烃源岩。在凹陷中心区以浅海相泥岩沉积为主,而凹陷周缘及部分高部位区则主要以海岸平原相沉积特征为主,并伴随发育煤系地层。该套烃源岩已得到钻探证实,属于较好的烃源岩。渐新统崖城组较始新统分布范围明显加大,其沉降中心沉积厚度约2100m,依据盆地模拟结果,崖城组主体已达成熟排烃阶段,生烃潜力巨大。琼东南盆地经历了由陆到海的地质演化过程,期间伴随发育有多种类型的储集体:水道砂、低位扇、海底扇、生物礁、滨海砂坝、三角洲、古潜山等。其中以中新世黄流期发育于整个深水区中央坳陷带内的中央峡谷水道砂储集体,特征最明显。中央峡谷西起莺歌海盆地东部陆坡,向东终止于南海西北次海盆,总长度425km,宽度最大处为48.5km。其整体呈SW—NE走向,平面上呈“S”形展布,并具有“分段性”特征,由西至东可划分为乐东段、陵水段、松南—宝岛段和长昌段(图1),剖面上呈对称或不对称的“V”“U”和“W”形态(图2)。受多种地质因素的共同控制,中央峡谷内部充填结构具有“多期次性”,充填了相互叠置的多套有利的砂泥岩储盖组合,并依靠峡谷边界侧封和岩性尖灭形成多个构造+岩性圈闭,具有极大的勘探潜力。217-2深地震气田的发现2.1商业资源测试陵水17-2构造位于中央峡谷乐东—陵水段内,距离海南岛约150km(图1)。LS17-2-1井于2014年1月10开钻,2月9日完钻,完钻井深3510m,完钻层位为新近系上中新统黄流组。录井成果显示,LS17-2-1井在上新统莺歌海组二段、上中新统黄流组一段具有气测异常。其中,莺歌海组二段气测异常23m;黄流组一段气测异常64m。LS17-2-1井于2014年8月18日在新近系上中新统黄流组一段3321~3351m井段进行试油,用25.4mm油嘴求产,日产气160×104m3、凝析油78m3,出于海上安全的考虑,没有进一步放大油嘴测试。测试结果表明,气压稳定,地层能量充足。中海油于2014年9月15日对外公布了上述成果。2.2地质特征2.2.1泥质粉砂岩地层LS17-2-1井揭示,由上至下地层依次为更新统乐东组、上新统莺歌海组、上中新统黄流组(未穿),主要目的层为黄流组。钻探结果显示,地层发育齐全,乐东组以深海泥岩为主,底部见粉砂质泥岩。莺歌海组一段整体仍以泥岩为主,局部见泥质粉砂岩;莺歌海组二段砂岩含量开始增加,中部开始出现厚层泥质粉砂岩,最大厚度可达32m,泥岩占比为86.9%。黄流组作为勘探的主要目的层,钻遇了多套厚层砂岩,总厚度达158.5m,砂岩占比为75.4%,且砂岩单层最大厚度较莺歌海组二段明显增加,最大厚度可达52m;砂岩粒度变粗,以细、粉-细砂岩为主,地震剖面上表现为连续强振幅反射特征。测井解释储层131.3m;钻井取心段孔隙度介于30.0%~33.7%,平均为31.5%,渗透率介于293~2512mD,平均为633mD,为特高孔隙度、高—特高渗透率储层(图3)。2.2.2海岸原生相煤系烃源岩天然气组分显示,陵水17-2气藏重烃含量低(0.26%),相对密度在0.613~0.623之间;甲烷含量为91.77%~92.77%,干燥系数为0.95,推测其母源来自崖城组海岸平原相煤系烃源岩。陵水17-2气藏温度介于70.71~79.43℃,地温梯度为3.79℃/100m,属于正常温度系统;地层压力为39.03~39.38MPa,压力系数约为1.2,为正常压力系统气藏。3勘探过程3.1地区地震、地质条件受技术瓶颈的约束,很长一段时间内在琼东南盆地的勘探是围绕着浅水区进行的,并发现了多个大、中型油气田。随着勘探程度加深,浅水区渐入勘探成熟阶段。根据全球油气勘探发现显示,油气资源70%蕴藏于深海。因此,迈向深水成为我们中长期发展的战略方针。2002年前采集的地震资料主要位于琼东南盆地中央坳陷以北的浅水区,中央坳陷及以南的深水区面积有53000km2,但地震资料覆盖面很少。该时期涉足深水区的地震资料主要是普查阶段为了了解琼东南盆地区域构造特征而采集的二维地震,有1979、1980、1987、1991、1992、1994、1997年等7个年度采集的地震资料,资料总长度约9000km,大部分地区测网密度为15km×18km,有些区域甚至为36km×36km或36km×18km,地震资料稀少。地震接收系统电缆长度短(不足5000m),震源能量小,地震记录时间短(不足8s,长昌区仅5s)。受限于采集处理技术,整体地震资料品质较差,凹陷深部地震信噪比低、波组反射特征不明显、控凹断裂和地层接触关系不清,地震记录时间短,部分凹陷的沉积基底无法判断。另外,在地震采集作业的同时还在全盆地开展过小比例尺的海上重磁力的普查和概查。长期以来,对深水区开展的一些区域地质方面的研究工作,主要依托国家“九五”重点攻关项目,开展了从盆地区域大地构造背景、充填序列、盆地结构及构造演化特征及油气地质特征等初步研究。在琼东南盆地深水区划分了乐东、陵水、松南、宝岛、长昌、北礁等6个生烃凹陷和陵南低凸起及松南低凸起2个正向单元。初步对6个凹陷进行了资源量评价,预测天然气资源量约为2×1012m3,研究结果表明深水区具有巨大的生烃潜力。总体上来说,由于地震资料稀少,该时期勘探研究仅仅是为了浅水区的勘探而做的一些区域性的工作,涉及深水区的油气地质特征研究程度很低。钻井方面,仅在1993年于神狐隆起钻探了第1口水深超过300m的BD23-1-1井(水深352m),没有获得油气发现。3.2油气勘探对外合作的必要性深水钻探具有“高风险、高成本、高回报”特点。钻1口水深大于1000m的探井钻井费用约1亿美元,相当于浅水探井钻井费用7~10倍。从全球深水勘探来看,多家石油公司互相参股是深水勘探的一个主要模式,可以降低风险与成本。在深水油气成藏研究程度比较低、钻探技术不成熟、勘探费用高昂的情况下,要想快速推进深水勘探,对外合作是一个不错的选择。中海油通过对外合作,可以获得大量二维、三维地震资料,查清盆地、凹陷勘探潜力,优选区带与有利目标;可以借鉴国际先进的深水勘探技术,来推动深水勘探进程,加速实现深水勘探的突破。3.2.1初步评价南海西部深水区油气该阶段面临的主要问题是深水地震资料少、品质差,油气成藏基本条件不明;没有真正意义上的深水钻井地质资料,勘探程度低;没有完全掌握深水钻探技术。受技术条件、资料条件和勘探投入的限制,该时期的勘探策略主要是寄希望通过对外合作,紧跟世界深水油气勘探步伐,引进国外资金分散勘探风险,学习外方先进的深水勘探评价技术,特别是钻探技术,达到推进南海深水勘探进程的目的。该阶段开始针对琼东南盆地深水区油气勘探采集二维地震资料,并开展查凹查盆、凹陷结构及区域沉积研究,初步评价了南海西部深水区油气资源潜力。从2002年起深水区开始招商引资,在琼东南盆地深水和神狐隆起共推出7个招标区块。2003年H公司与中海油签订了在神狐隆起进行深水石油勘探的合同。该区块位于珠江口西部神狐隆起以南、珠二坳陷西南部顺德凹陷,水深300~2000m。通过评价,2004年H公司开始在该区块的长昌12-1构造钻探工作,这是本区钻探的第1口水深超过500m的井,也是真正意义上的深水探井。钻井证实该区珠江组、珠海组发育三角洲—滨海储层与其上浅海泥岩的储盖组合,储层物性中等偏好,但没有发现商业油气藏。3.2.2合作勘探的背景该时期中海石油(中国)有限公司湛江分公司(以下简称湛江分公司)着力解决深水区凹陷油气勘探潜力不清、有利勘探领域和方向不明等关键问题。为了解决这些问题,有针对性的研发了地震采集和处理技术,如地震长电缆(缆长10124km)、上下缆、上下震源等采集技术,并结合“十五”国家科技攻关课题,开展了深水区油气成藏基础条件研究、凹陷评价和有利区带优选,在此基础上加强对外合作区块推出。通过这一阶段的研究攻关,深化了中央坳陷含油气系统的认识。研究认为,琼东南盆地是南海北部大陆边缘新生代断陷—坳陷盆地,具有“下断上坳双层结构和多凸多凹”特点。太平洋板块与欧亚板块的相互作用和南海海底扩张作用是控制琼东南盆地形成和发育的主要因素,发育了始新统湖相、渐新统崖城组海相和海陆过渡相烃源岩,天然气资源潜力约为4×1012m3。琼东南盆地自中新世开始发育陆坡,中央坳陷逐步进入陆坡区深水沉积环境,发育海底扇、浊积水道等重力流沉积。研究认为,中央坳陷成藏条件优越,表现为烃源岩热演化程度高、生烃潜力大;有利储集类型多样和储集体众多;处于油气主要运聚指向上等优势。基于上述认识基础上,初步筛选出陵南低凸起披覆背斜构造带、松南低凸起披覆背斜构造带、永乐凸起披覆背斜构造带等有利区带,划分对外招标区块。在全球深水勘探热潮以及中国南海深水区巨大潜力的吸引下,2006年和2007年在南海西部深水区又签订了4个合作勘探区块,其中B公司于与中海油在松南低凸起和陵水凹陷分别签订了1个区块,C公司与中海油在长昌凹陷和北礁凹陷分别签订了1个区块。在这些区块实现对外合作标志着深水对外合作勘探高潮已经到来。3.2.3合作程度不高,研究成效和影响价值得到提高该时期在琼东南盆地深水区采集了二维地震资料18592km、三维地震资料7931km2。与此同时,湛江分公司正式成立深水勘探项目研究队,结合国家重大专项“十一五”和“十二五”国家科技攻关项目“南海深水勘探关键技术”“海洋深水油气勘探关键技术”课题研究,形成了从国家攻关项目、中海油有限公司课题到分公司生产项目3个层次的研究局面,对外合作研究也得到进一步加强。研究工作主要围绕陵水凹陷、宝岛凹陷、长昌凹陷等潜在富生烃凹陷的评价及其周缘有利区带和目标展开,落实了中央峡谷岩性—构造圈闭带、陵南低凸起披覆背斜构造带、长昌凹陷凹中隆构造带等有利区带。评价了陵水22-1、33-1、长昌33-1、26-1、永乐19-1、永乐7-1、8-2、2-1等多个目标,并分别提出了钻探建议。在中外双方共同努力下,B和C公司于2010年—2012年在深水区3个凹陷、2个低凸起上分别钻探了5口探井。钻探证实了深水区发育崖城组煤系烃源岩,揭示了深水区发育上中新统黄流组浊积水道砂和下中新统三亚组海底扇两套优质储层,建立了中央峡谷油气成藏模式,揭开了陵水凹陷勘探潜力的冰山一角。本阶段虽然在油气勘探认识和钻探技术上取得重大进展,但由于勘探发现储量规模小、开发无经济性,合作伙伴相继放弃了南海西部深水勘探权益。深水对外合作勘探由高潮迅速转入低谷。3.3高精度地震资料处理和解释技术在多家国际知名石油公司退出勘探权益的情况下,湛江分公司走上了深水自营勘探之路,在挑战中迎来机遇。湛江分公司勘探开发团队迎难而上,应用自主研发的基于射线追踪和波场照明分析和波动方程正演模拟为核心的地震采集设计技术,极大地丰富了深水研究的资料基础;与此同时,研发了基于多域组合保幅去噪、高保真综合噪音去除(LIFT)和平面波偏移成像技术,建立了适用于复杂海底地貌、地质构造特征的高精度地震资料处理技术,大幅度提高了地震资料信噪比,拓宽了地震资料有效频宽,提高了地震资料的解析程度。针对5口已钻深水探井进行了深入的钻后分析,研究认为烃源、储层、油气运移是深水区油气成藏的关键要素。并依托国家“十二五”重大专项针对3大关键问题开展科技攻关,明确了深水区油气资源潜力巨大、大规模优质储集体发育、大型勘探目标成群成带分布,具有良好的油气勘探前景。3.3.1高温高压早期模拟气力实验目的与意义烃源是圈闭成藏的物质基础来源。中外部分专家认为南海西部深水区烃源岩埋深过大,已过大量生排烃期,生烃能力面临枯竭的可能,而失去勘探价值。勘探研究团队考虑到深水凹陷中普遍存在超压现象,且超压的存在对源岩生烃会产生影响这一情况,开展了崖城组煤样模拟生气实验,取得了高温高压早期抑制生烃、晚期促进生烃的新认识,由此拓宽了烃源岩的生气范围;在此基础上建立合理热史模型进行盆地模拟,发现深水诸凹陷主体处于主生气窗,烃源岩正大量生气,具有良好的生烃条件。3.3.2层底未钻遇优质储层储层是深水区圈闭成藏的关键因素。南海西部深水区埋深大,古近系目的层物性差;新近系水深大、物源匮乏,盆地周缘无大江、大河,难以形成三角洲等大型优质储集体,储层发育条件似乎先天不足,多口井未钻遇优质储层更增加了这份担心。勘探研究团队从全球深水勘探实践出发,认识到盆地坡折之下的深水区是重力流储层发育的理想场所,认为储层落实工作需从传统寻找古近系三角洲、滨海相储层转变为落实新近系重力流储层。在重力流理论指导下,勘探研究团队应用宏观与微观结合物源分析技术、三维可视化储层沉积相研究技术综合分析,落实了中央峡谷浊积水道砂、海底扇等一批有利储集体,指出中央峡谷具有分段式发育、多期次充填和多物源供给沉积模式特征,是深水最有利的储层发育区。3.3.3深水区晚期断层、微裂隙和底辟输导体系是烃源与储集体之间的桥梁。深水区新近系储集体与古近系烃源之间隔着上千米泥质地层,油气运移难度大。研究人员认识到深水区晚期存在新构造运动,形成了一些晚期断层、微裂隙和底辟。因此利用蚂蚁体追踪等技术展开全面仔细搜索,系统地进行断裂与底辟发育情况、发育规模,砂体连通性分析,精细落实了深水区的输导体系。3.3.4深水区成藏模式应用高精度地震资料,在精细研究的基础上,提出了纵向多套砂体叠置成藏的新认识,替代了以往中央峡谷顶部单层成藏的旧思维;建立了深水区“古生新储、纵向运移、重力流储集、半深海泥岩封盖”的成藏模式。在当初举步维艰的南海西部深水区,发现了烃源、储层、运移配置良好的14个钻探目标,促成了陵水17-2构造优先上钻。截至目前,陵水17-2构造首钻的4口井全部获得成功,证