高勘探程度區(qū)主力含油層系儲量空白區(qū)精細勘探方法
——以渤海灣盆地渤南洼陷沙三段為例

安天下，宋國奇，王永詩，郝雪峰，向立宏，伍松柏，劉瑞娟，尹麗娟，林璐

(1.中國石化勝利油田分公司 勘探開發(fā)研究院，山東 東營 257015；2.中國地質(zhì)大學(北京)地球科學與資源學院，北京 100083；3.中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257001)

0 引 言

含油氣盆地中的油氣勘探是一項高風險、高投入活動，正因如此，科學的勘探思路和方法是保障油氣勘探活動效益最大化的前提和關(guān)鍵，這也是一直以來石油地質(zhì)學者關(guān)注和研究的熱點[1-2]。勘探實踐表明，對于地下油氣資源分布規(guī)律的認識及其發(fā)現(xiàn)過程存在階段性。在不同的階段，勘探的主要目的和勘探目標的地質(zhì)條件差異較大，針對不同勘探階段形成的勘探思路和方法、理論認識和勘探技術(shù)都具有階段性和片面性[3]，隨著勘探程度的提高，勘探對象的特點不斷變化，需要適時創(chuàng)新和探索新的思路和方法，才能不斷指導勘探實踐取得突破。近年來，前人也在這個方面開展了積極探索，如羅佳強等[4]以泌陽、東營凹陷為例，提出在油源分析的前提條件下，重點描述油氣主要運移通道特征，采用以類似“順藤(主運移通道)摸瓜(油氣藏)”的方式優(yōu)選目標的勘探方法；李令喜等[5]針對東濮凹陷提出根據(jù)凹陷的不同構(gòu)造帶特征，采用相適用的技術(shù)對策的勘探思路；侯連華等[3]針對大民屯及興隆臺古潛山，準噶爾西北緣上盤石炭系等老油區(qū)，提出了地質(zhì)問題再評價，多學科綜合研究地質(zhì)，以方法技術(shù)創(chuàng)新為保障的老油氣區(qū)勘探思路；趙賢正等[6-7]針對渤海灣盆地饒陽凹陷提出了以整體認識、整體評價和整體部署為核心的二次勘探以及精研細究、精雕細刻、精查細找、精耕細作、精篩細選和創(chuàng)新管理的“五精一創(chuàng)”新勘探思路和方法；孟衛(wèi)工等[8]針對遼河坳陷中淺層提出以區(qū)帶評價優(yōu)選、老井精細復查、油藏地質(zhì)再認識、精細目標刻畫以及勘探開發(fā)一體化勘探思路和方法，均取得了較好的勘探效果。

國內(nèi)的含油氣盆地在經(jīng)歷了130余年勘探活動之后[9-10]，目前大部分已進入高勘探程度階段，在該階段，勘探對象日趨復雜隱蔽、儲量規(guī)模越來越小、儲量品位不斷變差是老區(qū)油氣勘探工作者面臨的新的勘探特點，但從國內(nèi)外含油氣盆地的儲量增長情況看，高勘探程度區(qū)主力含油層系內(nèi)的儲量空白區(qū)仍然是未來較長一段時期的重要增儲領(lǐng)域[2-3，11]；同時，著眼國家能源安全和低油價下效益勘探的戰(zhàn)略，如何在高勘探程度區(qū)內(nèi)開展精細勘探，實現(xiàn)油氣商業(yè)發(fā)現(xiàn)和尋找規(guī)模優(yōu)質(zhì)儲量的目標，成為老區(qū)油氣勘探工作者面臨的難題[2-12]。

本文以渤南洼陷為例，在分析制約主力含油層系儲量空白區(qū)勘探關(guān)鍵問題及對策的基礎(chǔ)上，從剩余資源評價、油氣成藏主控因素、儲量空白區(qū)成因、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)及目標評價部署等方面入手，結(jié)合現(xiàn)有的理論認識和勘探技術(shù)，探索總結(jié)出一套科學的適合于高勘探程度區(qū)主力含油層系油氣精細勘探的工作思路和方法，以期實現(xiàn)儲量空白區(qū)含油連片，指導勝利油田的高效增儲。

1 研究區(qū)概況

渤南洼陷位于濟陽坳陷北部沾化凹陷內(nèi)，為北東走向、北陡南緩、東陡西緩、北斷南超的典型箕狀斷陷湖盆。北以埕南斷層為界，與埕東凸起相連，西以義東斷層為界，與義和莊凸起相鄰，南部緊鄰陳家莊凸起，東部以孤西斷層為界，與孤北洼陷相鄰[13]。盆地地層自下而上發(fā)育孔店組(Ek)、沙河街組(Es)、東營組(Ed)、館陶組(Ng)和明化鎮(zhèn)組(Nm)；沙河街組自下而上可分為沙河街組四段(Es4)、沙河街組三段(Es3)、沙河街組二段(Es2)和沙河街組一段(Es1)[14]。渤南洼陷作為我國東部陸相斷陷盆地高勘探程度區(qū)帶典型代表之一，其面積為1 800 km2，共完鉆探井544口，探井密度0.3口/km2，三次資源評價資源量13.3億t。截至2018年底，共探明石油儲量約為6.92億t，其中周邊凸起帶Ng探明1.53億t，Es探明4.88億t，探明率51%，剩余資源豐度2.35×105t/km2。Es3為主力含油層系之一，內(nèi)部各類沉積體勘探和認識程度不同，中部洼陷帶濁積巖探明程度高，南部緩坡、北部陡坡碎屑巖沉積體發(fā)現(xiàn)儲量少，存在大量儲量空白區(qū)，見圖1。

2 制約勘探關(guān)鍵問題及對策分析

2.1 關(guān)鍵問題

斷陷盆地的主力含油層系的勘探程度相對較高，勘探難度大，投資回報率低，特別是在近年來國際原油價格持續(xù)低迷的情況下，在多個方面影響勘探?jīng)Q策部署。以渤南洼陷Es3為例，首先，研究區(qū)目前探井密度較大，雖然已發(fā)現(xiàn)較多儲量，但在儲量之間的空白區(qū)仍有大量出油點發(fā)現(xiàn)(出油點是指鉆探并獲得工業(yè)油流,但未上報儲量的油氣探井)，但勘探潛力及方向不明確；儲量空白區(qū)內(nèi)勘探對象以復雜的隱蔽圈閉為主，出油點區(qū)域的油氣藏類型不明確,而且該區(qū)域多為多個沉積體系的交匯區(qū)，斷裂復雜，油氣藏主控因素不明。失利單井分析表明，勘探技術(shù)精度要求較高，比如小斷層精細刻畫及封閉性研究、薄砂體預測及有效性評價、不整合圈閉的有效性及成藏過程分析等。通過以上分析，筆者認為制約渤南洼陷Es3主力含油層系儲量空白區(qū)精細勘探的關(guān)鍵問題包括儲量空白區(qū)的剩余資源潛力、待發(fā)現(xiàn)油氣藏類型、成藏主控因素、儲量空白區(qū)成因不明及適應的勘探關(guān)鍵技術(shù)如何攻關(guān)等5個方面問題。

2.2 對策

在分析制約渤南洼陷主力含油層系儲量空白區(qū)勘探關(guān)鍵問題的基礎(chǔ)上，筆者認為在高勘探程度階段應以“剩余資源→油藏類型→成藏主控因素分析→儲量空白區(qū)成因→勘探關(guān)鍵技術(shù)”為主線，作為精細勘探思路和方法(表1)，對策如下。

圖1 渤南洼陷區(qū)域位置及綜合柱狀圖

(1)對于主力含油層系探明程度高、剩余潛力方向如何預測的問題，可利用地質(zhì)統(tǒng)計學方法，明確下步勘探潛力及方向。

(2)對于主力含油層系待發(fā)現(xiàn)油氣藏類型不清的問題，以盆地油藏分布有序性為指導，預測潛力區(qū)可能發(fā)育的油藏類型，作為勘探的重點油藏類型。

(3)對于成藏主控因素的問題，以精細地質(zhì)模型重建為基礎(chǔ)，開展精細構(gòu)造解釋、沉積體系重建、儲層精細刻畫，將要素逐個與已發(fā)現(xiàn)油藏進行疊合，明確儲量空白區(qū)油氣成藏的主控因素。

(4)對于儲量空白區(qū)成因問題，應系統(tǒng)建立成藏要素對比大表，尋找油氣地質(zhì)條件大體相近的成功井與失利井進行正反對比，逐一對比排除，明確儲量空白區(qū)的成因。

(5)對于勘探關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)問題，結(jié)合儲量空白區(qū)成因認識，對現(xiàn)有勘探技術(shù)進行集成及創(chuàng)新應用，指導有利勘探層系的勘探目標綜合評價。

3 主力含油層系油氣精細勘探

3.1 基于地質(zhì)統(tǒng)計學方法預測剩余資源潛力方向

表1 主力含油層系儲量空白區(qū)精細勘探面臨的問題、難點及對策分析

圖砂組剩余資源潛力地質(zhì)帕萊托法預測結(jié)果

3.2 基于油藏分布有序性分析的發(fā)育油藏類型

在明確下步潛力勘探層系或潛力區(qū)后，如何有效地判斷可能發(fā)育的油藏類型，將極大提高勘探工作的針對性和勘探效率。中國石油地質(zhì)工作者在斷陷盆地開展油氣勘探的同時，一直致力于對油氣分布規(guī)律的不斷總結(jié)[9-10，19]。復式油氣聚集帶和隱蔽油氣藏理論的提出，體現(xiàn)了在不同勘探階段對油氣分布有序性理論的認識[20-22]。隨著認識程度不斷加深，對斷陷盆地內(nèi)油藏分布有序性的內(nèi)涵及表現(xiàn)形式也越來越清楚，成藏要素、油藏類型及油藏屬性均呈有序分布特征[23-28]。

從概念而言，油藏分布有序性是指斷陷盆地的形成發(fā)展過程中，在區(qū)域構(gòu)造活動控制下，盆地內(nèi)部構(gòu)造單元、沉積與生儲油條件、蓋層以及油氣層等分布具有顯著規(guī)律性，這些方面以構(gòu)造演化為主導有機聯(lián)系，決定了油氣藏分布的有序性，并構(gòu)成一個統(tǒng)一的油氣分布整體[24，29-30]。

表2 Es3剩余資源潛力地質(zhì)帕萊托法預測結(jié)果

渤南洼陷古近紀在多期構(gòu)造演化過程中，總體具有結(jié)構(gòu)完整，沉積充填樣式豐富且油氣運聚過程多期連續(xù)的特征。盆地構(gòu)造、沉積充填的有序性變化，如圖3所示，控制了圈閉類型、輸導體系、動力結(jié)構(gòu)的有序性，最終決定了渤南洼陷油藏分布序列的有序性特征。具體表現(xiàn)為：洼陷中心向邊緣依次發(fā)育巖性油藏-構(gòu)造巖性油藏-巖性構(gòu)造油藏-構(gòu)造油藏-地層油藏，不同類型中間往往有過渡類型存在。洼陷帶超壓區(qū)含油高度大于150 m；斷階帶壓力過渡區(qū)含油高度70～80 m；斜坡帶常壓區(qū)含油高度50～60 m?？傮w上呈油藏連續(xù)分布、類型有序演化、縱向疊置、橫向毗鄰且復式富集的油氣成藏特征，見圖4，圖1(a)。

圖3 Es3各砂組沉積體系分布規(guī)律

Fig.3 Distribution law of sedimentary system of each sand formation of Es3

圖4 渤南洼陷Es3油藏分布序列

Fig.4 Reservoir distribution sequence of Es3in Bonan sag

勘探對象復雜程度不斷提高，要求對油藏預測精度越來越高。通過對主力含油層系構(gòu)造、沉積的精細認識，分析成藏要素及運聚方式有序性規(guī)律，建立油藏分布序列模式，能夠揭示油氣分布的規(guī)律性，實現(xiàn)對油藏的預測從可能性向必然性轉(zhuǎn)變，指導勘探選區(qū)。渤南洼陷Es3南部斜坡帶和北部陡坡帶區(qū)域均發(fā)育儲量空白區(qū)，二者油藏類型及主控因素不同，南部斜坡帶儲量空白區(qū)巖性-構(gòu)造類油藏的主控因素為圈閉的有效性，成藏主要受控于構(gòu)造、儲層發(fā)育及斷層兩側(cè)對接狀況，埋深淺；北部洼陷帶儲量空白區(qū)巖性類油藏主控因素為巖性圈閉發(fā)育和地層壓力，埋深大，優(yōu)選南部斜坡帶儲量空白區(qū)為重點解剖和勘探對象。

3.3 基于已發(fā)現(xiàn)油藏解剖與地質(zhì)要素疊合的成藏主控因素

明確成藏主控因素是認識和分析儲量空白區(qū)成因和確定勘探技術(shù)攻關(guān)方向的基礎(chǔ)。根據(jù)精細地質(zhì)研究，開展各類基礎(chǔ)圖件編制，并將已發(fā)現(xiàn)油氣分布、油氣藏類型及含油高度與構(gòu)造、沉積體系、儲層展布、物性特征、壓力場等兩兩疊合，見圖5，明確了渤南洼陷斜坡帶油氣成藏主要受砂體展布、斷層封堵性及圈閉充滿程度等3個要素控制。具體而言，研究區(qū)Es3斜坡帶常壓區(qū)的儲層空白區(qū)，油藏分布受儲層展布控制，隨砂遷移，逐層分布、優(yōu)相富集；圈閉類型受斷層及儲層分布控制，以斷層封堵型為主，局部發(fā)育上傾尖滅型，斷層封堵性控制圈閉的有效性；油藏類型以斷層切割三角洲前緣砂體和水道側(cè)翼砂體尖滅形成的巖性-構(gòu)造油藏為主；油藏含油高度與圈閉閉合高度、儲層傾角和斷層泥巖涂抹因子等3個參數(shù)具有較好的相關(guān)性。

圖油藏分布與成藏要素疊合圖

3.4 基于成功與失利探井對比分析的儲量空白區(qū)成因

結(jié)合成藏主控因素的認識，通過成功與失利探井的對比分析，能夠明確儲量空白區(qū)的成因。高勘探程度區(qū)已發(fā)現(xiàn)儲量區(qū)周圍存在的大量儲量空白區(qū)[11-12]，按成藏條件及潛力可分為兩類：一類為成藏條件差，無勘探潛力的“不利空白區(qū)”；另一類為成藏條件好，有勘探潛力，目前尚未發(fā)現(xiàn)的“有利空白區(qū)”。通過失利探井分析發(fā)現(xiàn)，渤南洼陷Es3斜坡帶“不利空白區(qū)”形成原因有3個：一是受物源方向、沉積體系類型及后期的剝蝕改造控制的儲層邊界外和儲層范圍內(nèi)物性差沒達到成藏下限的儲量空白區(qū)。以義901井為例，該井在8，9砂組均鉆遇砂體，但僅在9砂組獲得較好油氣顯示，8砂組為熒光，砂體物性分析表明，9砂組砂體物性平均值20%，而8砂組孔隙度平均值1.6%，因此，8砂組在義901井區(qū)形成了空白區(qū)，見圖6(a)；二是對于發(fā)育有利儲層，但由于斷層不封堵未形成斷層封堵型圈閉的儲量空白區(qū)。以羅35井為例，該井在8砂組鉆遇兩套砂體，但上部砂體為水層，下部為油層，油藏解剖顯示，在砂體上傾方向，下部砂體為砂-泥對接，斷層封堵，形成了巖性-構(gòu)造油藏，上部砂體在斷層兩側(cè)為砂-砂對接，斷層不封堵，油氣向高部位運移至墾26井，故形成了空白區(qū)，見圖6(b)；三是有效圈閉范圍內(nèi)，含油高度邊界以外的儲量空白區(qū)，見圖6(c)。以義139井為例，該井在8砂組鉆遇物性較好的砂體，但測試為水層，分析顯示，其鉆遇的位置在該處圈閉的油水界面之下，或者說是含油高度范圍之外，形成了空白區(qū)。在以上三類“不利空白區(qū)”之外的區(qū)域應為成藏條件有利，有勘探潛力，但受地質(zhì)認識或勘探技術(shù)限制，目前未發(fā)現(xiàn)的“有利空白區(qū)”，也正是高勘探程度區(qū)內(nèi)需要探尋的目標區(qū)域。

3.5 基于儲量區(qū)與空白區(qū)對比分析需要的勘探關(guān)鍵技術(shù)

儲量空白區(qū)成因分析及儲量區(qū)和空白區(qū)成藏條件對比結(jié)果表明，制約渤南洼陷斜坡帶Es3空白區(qū)勘探的關(guān)鍵為圈閉的精確落實、圈閉有效性判識及含油高度評價等3個因素。針對性地開展了關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，基于地質(zhì)統(tǒng)計學方法，在物源判識的基礎(chǔ)上，利用三維精細地質(zhì)建模技術(shù)落實有利儲層分布規(guī)律，明確有利圈閉；對于發(fā)育的斷層封堵型圈閉，主要通過計算斷層啟閉性和斷層連通概率來判斷圈閉有效性[31-33]，計算結(jié)果<0.6時，認為能夠封堵油氣，形成有利圈閉(式(1)，(2))，見表3；利用含油高度與成藏要素疊合研究成果，將砂體傾角、圈閉閉合高度、物性指數(shù)、斷層泥總量因子4個參數(shù)與油藏的含油高度進行多元回歸，建立含油高度預測模型(式(3))，對各有效圈閉進行含油高度及產(chǎn)油能力評價。

斷層啟閉性判識模型

C=P/(δ·SGR)，

(1)

圖6 渤南洼陷南斜坡Es3儲量空白區(qū)成因模式圖

斷層連通概率的數(shù)學模型

(2)

式中：C為啟閉系數(shù)，無量綱；P為泥巖流體壓力，MPa；δ為斷面正應力，MPa；SGR為斷裂帶泥巖涂抹因子，%；f為斷層連通概率，無量綱。

圈閉含油高度預測模型

H=0.293h-753.113k+1.25θ+

29.841T+17.715，

(3)

式中：H為油藏含油高度，m；h為圈閉高度，m；k為物性指數(shù)；θ為砂體傾角，°；T為斷層泥總量因子。

3.6 多要素綜合評價優(yōu)選有利勘探目標

渤南南部斜坡Es3主要發(fā)育以斷層封堵型巖性-構(gòu)造類圈閉為主，因此，通過精細地質(zhì)建模技術(shù)，落實了Es3構(gòu)造特征、沉積體系及儲層分布規(guī)律，基于對各砂組精細解釋的構(gòu)造線與儲層分布疊合，明確有利的圈閉位置及規(guī)模，進一步通過計算斷層啟閉性判斷圈閉有效性，利用建立的含油高度預測模型(式(3))，對各有效圈閉進行含油高度及產(chǎn)油能力評價，最后將優(yōu)選評價結(jié)果作為勘探目標。以沙三中亞段8砂組為例，在斜坡帶利用構(gòu)造線與儲層分布疊合共預測了13個有利圈閉，圈閉有效性及含油高度評價結(jié)果顯示其中有12個為有效圈閉，具有較好產(chǎn)油能力，可作為勘探目標，如表4所示。在該方法指導下，渤南洼陷Es3相繼完鉆探井6口，新增探明和控制儲量約3 010萬t，實現(xiàn)了拔掉連片主力含油層系儲量空白區(qū)“釘子戶”的目的。

4 結(jié) 論

(1)高勘探程度區(qū)主力含油層系內(nèi)的儲量空白區(qū)仍然是未來較長一段時期的重要增儲領(lǐng)域，在新的勘探形勢下，應結(jié)合階段的勘探特點，適時調(diào)整勘探思路，積極探索精細勘探思路和方法，才能不斷地獲得新的油氣發(fā)現(xiàn)。

(2)制約主力含油層系內(nèi)儲量空白區(qū)精細勘探因素主要有剩余資源潛力、待發(fā)現(xiàn)油氣藏類型及成藏主控因素、儲量空白區(qū)成因及勘探關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)等問題，其解決對策：利用地質(zhì)統(tǒng)計學方法預測剩余資源潛力，基于油氣分布有序性認識預測可能發(fā)育的油藏類型，通過已發(fā)現(xiàn)油氣藏與地質(zhì)要素的疊合解剖明確成藏主控因素，基于成功與失利探井的對比分析，落實儲量空白成因，利用現(xiàn)有技術(shù)的集成及創(chuàng)新應用形成適用于儲量空白區(qū)的勘探關(guān)鍵技術(shù)。

表4 渤南洼陷砂組圈閉綜合評價結(jié)果

(3)渤南洼陷南部斜坡帶沙三段儲量空白區(qū)仍具有勘探潛力，巖性-構(gòu)造類油氣藏是潛力區(qū)可能發(fā)育的油氣藏類型，油藏分布受儲層展布控制，圈閉有效性主要受構(gòu)造、儲層發(fā)育、斷層封堵性及含油高度等因素控制，儲層條件差、斷層不封堵及含油高度低為儲量空白區(qū)成因，利用科技攻關(guān)形成的有利儲層預測、圈閉有效性及含油高度定量評價的關(guān)鍵技術(shù)，應用該勘探思路和方法取得了較好的勘探部署效果。