《石油地质》报告-塔里木盆地海相地层油气勘探

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塔里木盆地海相地层油气勘探【摘要】影响中国古生界海相油气勘探并且需要加强研究的主要问题是:保存条件的认识与有利区预测;有效烃源岩与资源潜力;储层的复杂性及其对非构造圈闭的影响。保存条件分为三个层次:含油气盆地的保存、含油气系统的保存、油气藏的保存。塔里木、四川、鄂尔多斯三大克拉通盆地是中国古生界保存较好的盆地,是海相油气勘探的战略目标区,另外还有准噶尔、楚雄等盆地。盆地斜坡相泥岩及泥状灰岩是海相油气勘探的主要烃源;海陆过渡相烃源岩发育区是重要战略方向;陆表海碳酸盐岩烃源岩区是中小油气田勘探领域。从储层条件来说,下古生界应以非砂岩岩溶储层为主要勘探对象,溶蚀不整合面广泛发育,已发现的下古生界大中型油气田仅见于碳酸盐岩溶储层;上古生界以孔隙性碎屑岩及碳酸盐岩储层为主要勘探对象,晚古生代的构造一古地理演化为这两类储层的广泛发育提供了条件。不过本节主要简介塔里木盆地海相地层油气勘探。【关键词】塔里木盆地；和田河气田；轮南奥陶系油气田；哈得逊海相砂岩油田；奥陶纪；石炭纪；海相地层；气藏特征；油气勘探史；勘探启示关于中国古生界海相油气勘探前景存在两种截然相反的观点:一种认为它是21世纪中国油气勘探战略的接替领域;另一种认为它只是天然气勘探的辅助领域之一,犹如“鸡肋”。在这种情况下研究古生界海相油气勘探的战略定位、正确取向、宏观决策,就显 得十分必要。其中塔里木盆地的和田河气田、轮南奥陶系油气田、哈得逊海相砂岩油田都是属于较典型的海相油气田。1油气田的概况（1）和田河气田位于新疆维吾尔自治区和田地区墨玉县境内,地处塔克拉玛干沙漠腹地,因和田河流经气田东端而得名,地质构造上属于塔里木盆地中央隆起巴楚凸起南缘的玛扎塔格构造带(图1)。发现井玛4井于1997年9月27日在取心钻进至1875.14m时发生强烈井喷,日产气约20×104m3,从而发现了和田河气田。至1998年底,完钻探井9口,其中工业油气流井7口,探明了石炭系砂泥岩段、生物碎屑灰岩段、砂砾岩段、奥陶系碳酸盐岩潜山等七个海相气藏,气田面积达143.45km2,探明天然气地质储量616.94×108m3,并于1998年12月通过国家油气储量委员会验收。（2）轮南奥陶系碳酸盐岩油气田位于新疆维吾尔自治区轮台县东南，北距轮台县城约40km的戈壁荒漠地区，地质构造属于塔里木盆地塔北隆起南翼的轮南低凸起中部，面积4420km2（图2），由轮南断垒带、桑塔木断垒带以及西部斜坡带、北部斜坡带、南部斜坡带、东部斜坡带和中部斜坡带共七个次级构造单元组成，构造呈北东—南西向展布（图2）。轮南低凸起为三个具有生、排烃潜力的凹陷所环抱，是一个大型复式油气聚集区，在奥陶系、志留系、石炭系、三叠系、侏罗系、白垩系等层位均发现油气 。主力产层为奥陶系蓬莱坝组、鹰山组、一间房组、吐木休克组和良里塔格组，油气层分布在不整合面之下0～200m范围内，岩溶作用和构造破裂作用形成的缝洞系统为主要储集体空间，碳酸盐岩储集体与上覆地层构成良好的储盖组合（图3）。油田产出稠油、正常油、凝析油和天然气等，为特大型准层状油气田（群）。（3）哈得逊油田位于新疆维吾尔自治区沙雅县境内的塔里木河南岸洪泛平原上,其区域构造隶属于塔里木盆地北部坳陷满加尔凹陷北部的哈得逊构造带(图3)。油田现已探明石炭系下统卡拉沙依组中泥岩段二、三、四号砂层(分别简称C5-2、C5-3、C5-4)和巴楚组东河砂岩段(简称C9)四个油藏,主要产层为石炭系底部东河砂岩段。油藏具有超深(埋深超过5000m)、构造幅度低(小于34m)、储层厚度薄且变化大(0～29m)、含油面积大(叠合面积达200km2左右)、油水界面倾斜(高差在90m以上)、原油性质分区明显、储量丰度低(大部分含油范围内小于30×104t/km2)的特征。累计探明石油地质储量8202×104t,控制石油地质储量2820×104t。2006年油田年产原油达202×104t。2油气田勘探和发现的主要历程下面我们主要论述和哈得逊油气田的油气勘探。2.1早期勘探阶段———发现油田哈得逊构造带的地震勘探工作始于1986年。1990年和 图2塔里木盆地轮南奥陶系油气田地理及构造位置1993年相继在北部隆起东河塘构造和沙漠腹地塔中4构造发现海相砂岩油田, 掀起了针对石炭系东河砂岩油藏勘探的热潮。勘探目的层石炭系在塔中—满加尔地区自下而上发育巴楚组、卡拉沙依组和小海子组,可划分9个岩性段(C1—C9),在满加尔凹陷北部缺失C7—C8段。1996年在2km×2km地震测网的基础上,落实了哈得1、哈得2两个石炭系东河砂岩低幅度背斜构造圈闭。1998年2月21日，部图3塔里木盆地哈得逊油田地理及构造位置署在哈得1构造圈闭上的HD1井在石炭系下统中泥岩段(C5)中的薄砂层完井试油,用7.94mm油嘴求产,获日产103m3的高产油流。HD1井虽然首次在满加尔凹陷获得了油气勘探突破,“意外地”发现了哈得逊油田薄砂层油藏,但设计勘探目的层———石炭系底部东河砂岩段(C9)优质储层却在井下缺失了。随后在哈得1构造圈闭北高点部署的HD2井在中泥岩段薄砂层也试获工业油流,但也与HD1 井一样缺失了东河砂岩段。1998年10月上交HD1-2井区石炭系中泥岩段油藏控制储量1008×104t,含油面积61.5km2。HD1井和HD2井东河砂岩低幅度构造圈闭的勘探虽然相继失利了,但发现了哈得逊前石炭纪古鼻隆。结合塔里木盆地东河砂岩沉积与分布受前石炭纪古(鼻)隆起控制的特征,综合研究认为哈得逊前石炭纪古鼻隆的下倾方向很可能赋存有东河砂岩这套优质海相砂岩储集体,并发育东河砂岩地层超覆型圈闭。为此,1998年9月在海拔相对较低的哈得4号东河砂岩低幅度背斜构造圈闭南高点部署了HD4井,以继续探索东河砂岩油气藏。HD4井钻遇石炭系东河砂岩段24m,并发现良好油气显示。1998年11月30日对石炭系东河砂岩段5069.64～5076.72m井段中途测试,用8mm油嘴求产,获日产266m3的高产油流,从而首次在满加尔凹陷发现东河砂岩优质油藏,极大地拓宽了塔里木盆地石炭系东河砂岩油气藏的勘探范围。2.2整体评价阶段———初步探明油田HD4井东河砂岩获高产工业油流后,随即对该区勘探进行了整体部署。1999年初编制了油藏评价部署方案及滚动开发规划方案,本着整体部署、分步实施、跟踪研究、及 图4哈得逊油田石炭系东河砂岩油藏含油面积图时调整的原则,逐步钻探了3口评价井(HD401、HD402和HD403)和2口开发井(HD1-2和HD4-2)(图4)。通过评价勘探,2000年1月上交探明石油地质储3068100吨, 溶解气地质储量7.94×10立方米。2.3勘探开发一体化阶段———成为亿吨级针对哈得逊油田油藏埋深大、构造幅度低、油层薄、东河砂岩尖灭线准确落实难的特点,塔里木油田分公司决定实实施勘探开发一体化模式,边滚动勘探边科研攻关,逐步加深认识,确保油田储量不断增加,产能规模不断扩大,变边际油田为高效油田。在滚动勘探开发过程中,关键井的部署对不断扩大东河砂岩油藏的范围与规模具有重要意义。2000年底部署的HD1-9井,原来预计东河砂岩油层的厚度为3m,实钻油柱高度达12.5m(增加了9.5m),向东和向南扩大了东河砂岩油藏的含油范围(图4)。2001年底全油田探明储量达41300000t。3油田地质特征哈得逊油田位于满加尔凹陷北部的哈得逊构造带上,该构造带北侧与塔北隆起的轮南低凸起相接,隶属轮南低凸起向南延伸的鼻状构造带,属于典型的凹中隆。纵向上,由下古生界、上古生界、中—新生界三大构造层所组成,发育有O/S、S/C、P/T等地层不整合面。下古生界构造层呈南低北高、南厚北薄特征,自南向北志留系—奥陶系逐层削蚀尖灭;上古生界构造层缺失泥盆系,石炭系直接超覆于志留系之上,受晚喜马拉雅期以来构造反转的影响,总体表现为南高北低、南厚北薄的特征;中—新生界构造层呈南薄 北厚、南高北低的特征(图5)。图5满加尔凹陷哈德逊油田-轮南低凹起轮南油田南北向地质剖面A-A’剖面位置见图3满加尔凹陷哈得逊油田的原油,与轮南低凸起上的轮古油田和塔河油田的原油具有同源性质,均来自于满加尔凹陷寒武系—奥陶系的海相烃源岩。哈得逊石炭系油藏由薄砂层油藏和东河砂岩油藏组成,其中薄砂层油藏为由四个砂体组成的薄层边水层状油藏。东河砂岩段上部的致密砂岩隔层将东河砂岩油藏分为上部边水层状油藏和下部底水块状油藏两个油藏,主要受现今东河砂岩地层-构造复合型圈闭控制,油水界面与构造等高线不一致,自东南向西北逐渐降低,最大高差达178.33m。受东河砂岩段储集性能的非均质性影响,在晚喜马拉雅期以来构造反转引起的石油向南部构造高部位调整过程中,东河砂岩段顶部因储层物性差,原油再运移速度缓慢,而且存在一个致密钙质砂岩底板,在北部HD17—HD11井区还形成一个残余油分布区。 东河砂岩油藏原油具有中高密度(0.8718～0.9373g/cm3,平均0.898g/cm3)、中高黏度(8.972～61.5MPa·s,一般10～20MPa·s)、低凝固点(-4～-30℃)、低含硫(0.55%～1.73%)、低含蜡(1.64%～12.97%)、高含胶质及沥青质(10.56%～20.62%)的特征,且原油密度西北高东南低,自西北向东南,原油密度由0.935g/cm3逐渐下降至0.870g/cm3。东河砂岩油藏天然气相对密度较大(1.02～1.23),甲烷含量较低(15.46%～34.32%),氮气含量高(一般30%～40%),为典型的湿气。地层水为CaCl2型,平均密度1.1584g/cm3,氯根含量平均156000mg/L,总矿化度平均为257000mg/L。4勘探认识与启示勘探实践表明,哈得逊海相砂岩油田最显著的特性就是其东河砂岩油藏的油水界面自东南向西北逐渐降低,海拔高程最大相差达178.33m———这在国内外是绝无仅有的。因此,如何合理解释该倾斜油水界面的形成机理并以此准确预测东河砂岩油藏的原油分布规律和含油范围,成为哈得逊油田高效滚动开发和储量规模不断增大的关键。从油藏特征、古构造演化、成藏地球化学和数值模拟等方面入手,深入分析了哈得逊油田东河砂岩油藏的油气充注成藏过程,创造性地提出了“后油藏”概念和“非稳态动态成藏”理论。研究认为,油气成藏全过程可以分为前油藏 阶段、油藏阶段、后油藏阶段三个阶段,在地质历史的长河中,油气水的平衡是一种动态平衡,某一时期的油气水平衡是相对而短暂的,油气藏的存在相对其整个地史发展过程来讲也是短暂的,以油气藏形式存在的油气聚集量相对油气总量也是很少的一部分,大部分油气是处于前油藏阶段或后油藏阶段。在后油藏阶段,油气运移的主要动力是浮力和构造应力,运动的方式以体积流为主(浮力流渗流)。当构造运动引起圈闭的溢出点发生变化时(如构造翘倾),油气在浮力作用下发生连续的侧向运动(受毛细管阻力的影响及相渗的控制),当圈闭的盖层被断层破坏时,油气沿断层发生垂向运动(不受毛细管力影响),当油藏被抬升至地表、储层上倾方向被削蚀时,油气发生侧向运动和垂向漏失。由于后油藏阶段是一个相对长期的过程,在此阶段油气总体上表现为散失(最后形成残余油);但在散失的过程中也可能发生多次聚集,此阶段的油气聚集表现为动态聚集,因此我们将这种油藏消亡过程的动态油气聚集单元称为“后油藏”。这种动态聚集的后油藏通常具有油水界面倾斜、流体性质差异大等特征。这一定义特别突出了油气聚集中的动态概念,与传统意义油藏具有较大的差异。一方面,作为古油藏自然破坏后的一种油气富集形式,后油藏是油气勘探的主要对象,也是进行油气田描述和预测的基本单元;另一方面,油藏开发过程作为后油藏过程的特例,在油藏消 亡过程中也会形成局部动态富集,其含油饱和度介于原始含油饱和度和残余油饱和度之间,这是油藏投入开发后最重要的对象,也是进行滚动开发调整和改善采油的主要目标。参考文献1．周永康.努力实现南方海相油气勘探重大突破.海相油气地质,1997,2(1):1一52．李国玉.海相沉积是中国21世纪汕气勘探新主战场.海相油气地质,1998,3(1):l一53．罗志立.中国南方碳酸盐岩汕气勘探远景分析.勘探家,1997,2(4):62一634．杨海军，韩剑发.塔里木盆地轮南复式油气聚集区成藏特点与主控因素［J］.中国科学：D辑地球科学，2007，37：53-62.5．杨海军，郝芳，韩剑发，等.塔里木盆地轮南低凸起断裂系统与复式油气聚集［J］.地质科学，2007，42（4）：795-811.76编6．孙龙德，李曰俊.塔里木盆地轮南低凸起:一个复式油气聚集区［J］.地质科学，2004，39(2):296-304.7．何君，韩剑发，潘文庆.轮南古隆起奥陶系潜山油气成藏机理［J］.石油学报，2007，28（02）：44-47.8．韩剑发，王招明，潘文庆，等.轮南古隆起控油理论及其潜山准层状油气藏勘探［J］.石油勘探与开发，2006，33（04）：448-453.9．赵靖舟,田军,廖涛,等.塔里木盆地哈得逊隆起的发现及其勘探意义[J],石油学报,2002,23(1):27-31.10．何文渊,郑多明,李江海,等.塔里木盆地哈得逊油田油气成藏机理[J],地质地球化学,2001,29(3):15-18.