南海北部深水區(qū)油氣成藏理論技術(shù)創(chuàng)新與勘探重大突破

謝玉洪 張功成 唐 武 趙 釗

1.中國海洋石油集團有限公司 2.中海油研究總院有限責任公司

0 引言

自2006年我國成為天然氣凈進口國以來，天然氣對外依存度不斷上升[1]，迫切需要尋找天然氣勘探的新領(lǐng)域。21世紀以來，國外深水獲得了一大批油氣勘探發(fā)現(xiàn)[2-6]，我國深水區(qū)油氣勘探潛力也引起了多方的關(guān)注[2,7-10]。我國深水油氣勘探主要集中在南海北部陸坡深水區(qū)，地震勘探始于20世紀70年代末期，鉆探始于20世紀80年代中期，截至20世紀末，始終沒有獲得商業(yè)性發(fā)現(xiàn)。在南海南部，我國做了大量科學考察、地球物理調(diào)查和部分綜合評價。據(jù)原國土資源部的評價結(jié)果，南海油氣資源豐富且大部分在深水區(qū)[11]。南海深水油氣勘探進展緩慢的主要原因之一在于該區(qū)邊緣海深水成藏條件復(fù)雜，而且邊緣海深水屬于全球深水油氣勘探的前緣領(lǐng)域[12-15]，面臨著深水區(qū)盆地結(jié)構(gòu)與形成演化、深水區(qū)成藏主控因素與成藏機理、深水區(qū)構(gòu)造成像、儲層預(yù)測和烴類檢測、深水安全高效探井作業(yè)關(guān)鍵技術(shù)等世界級勘探難題的挑戰(zhàn)。

2000年以來，中國海洋石油集團有限公司（以下簡稱中海油）組織600余人的科研團隊，依托國家科技重大專項、國家973計劃和863計劃、國家自然科學重點基金項目、國土資源部油氣戰(zhàn)略選區(qū)項目和中海油深水勘探直管項目等多項科研項目開展重點攻關(guān)。通過20年的攻關(guān)，從深水盆地的形成演化、烴源巖和深水儲層分布規(guī)律的研究入手，創(chuàng)新建立了南海北部深水油氣成藏理論，研發(fā)了深水地震勘探和安全高效鉆完井測試技術(shù)，形成了配套的深水油氣勘探技術(shù)體系，實現(xiàn)了我國深水油氣勘探的歷史性重大突破。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

南海位于西太平洋和新特提斯兩大構(gòu)造域交接部位，在歐亞板塊、印度—澳大利亞板塊和菲律賓海板塊3大板塊的相互作用下，古南海地臺新生代發(fā)生裂谷作用形成了具有洋殼結(jié)構(gòu)的邊緣海，發(fā)育了深海盆、大陸坡和大陸架等典型的海底地貌單元。我國深水區(qū)盆地（水深大于300 m）主體位于南海海域，深水勘探主要集中在南海北部陸坡深水區(qū)的珠江口盆地和瓊東南盆地（圖1）。新生代南海北部陸坡深水區(qū)盆地經(jīng)歷了多幕裂谷期、區(qū)域熱沉降期和新構(gòu)造活動期3個構(gòu)造演化階段，發(fā)育陸相—海陸過渡相—海相沉積體系，具有始新世湖相、漸新世海陸過渡相和漸新世—中新世海相3套主力烴源巖。其中珠江口盆地以始新統(tǒng)文昌組中深湖相和漸新統(tǒng)海陸過渡相—煤系烴源巖為主，以漸新統(tǒng)珠海組及中新統(tǒng)珠江組砂巖為儲集層，構(gòu)成“下生上儲”的油氣成藏組合，而瓊東南盆地深水區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育漸新統(tǒng)崖城組煤系與陸源海相烴源巖，存在濱海相砂巖、扇三角洲相砂巖、盆底扇砂巖、中央水道砂巖、生物礁（灘）石灰?guī)r等5種類型儲集層，發(fā)育由一批大中型構(gòu)造及巖性圈閉組成的有利構(gòu)造帶。

圖1 南海北部大陸邊緣深水區(qū)構(gòu)造單元劃分圖

2 南海北部深水油氣成藏理論

2.1 南海北部陸緣大型拆離作用控制深水盆地的形成和演化

南海北部深水區(qū)發(fā)育大型拆離斷層表明了其洋陸轉(zhuǎn)換帶的地質(zhì)屬性[15]。通過白云凹陷長電纜地震剖面，特別是新連片的三維地震剖面解釋發(fā)現(xiàn)深水區(qū)發(fā)育切穿地殼并向下變緩匯聚到深部莫霍滑脫面上的大型拆離斷層（圖2）。之后，類似的發(fā)現(xiàn)在南海北部的整個陸緣深水地區(qū)，形成了一個面積為11.27×104km2的拆離斷層分布區(qū)。同時發(fā)現(xiàn)變薄的陸殼和正常洋殼之間的洋陸過渡帶由陸殼之下的蛇紋石化的地幔物質(zhì)組成，地震縱波速度介于7.0～7.7 km/s，具有由成分莫霍面和地震莫霍面組成的“雙莫霍面”結(jié)構(gòu)，為利用地震剖面解釋確定洋陸轉(zhuǎn)換帶提供了準確的標志。以地震剖面解釋為基礎(chǔ)，結(jié)合重力、磁力、熱數(shù)據(jù)，開展了南海北部陸緣構(gòu)造單元的識別和劃分，由陸向洋劃分出近端帶、細頸化帶、遠端帶、洋陸轉(zhuǎn)換帶和洋殼等結(jié)構(gòu)構(gòu)造單元（圖2）。大型拆離斷層的發(fā)現(xiàn)和洋陸轉(zhuǎn)換帶地質(zhì)屬性的厘定，改變了“南海北部深水盆地為高角度正斷層控制的斷陷盆地、洋陸轉(zhuǎn)換為直接接觸”的傳統(tǒng)認識。

洋陸轉(zhuǎn)換帶地質(zhì)屬性表明巖石圈的伸展破裂是非瞬時的，經(jīng)歷了一個逐漸薄化的過程。以南海北部陸緣深水區(qū)巖石圈伸展變形的研究為基礎(chǔ)，通過定量模擬研究，發(fā)現(xiàn)南海北部的巖石圈在新生代期間經(jīng)歷了純剪切變形控制的伸展、拆離斷層控制的強烈薄化、剝離斷層控制的地幔剝露和洋中脊擴張作用控制的裂解過程，大型拆離斷層控制的簡單剪切作用是南海北部陸緣巖石圈薄化的主要控制機制，地殼巖石圈的伸展破裂過程就是多層流變結(jié)構(gòu)的地殼全面脆化的過程。深水區(qū)盆地形成于地殼巖石圈強烈薄化的深部背景，巖石圈伸展、薄化、剝露和裂解的非瞬時伸展破裂新模式是南海北部陸緣深水成盆機理。

在細頸化帶和遠端帶內(nèi)，南海北部陸緣深水盆地普遍發(fā)育形成于低角度正斷層系統(tǒng)之上的拆離盆地，這類盆地的邊界斷層以低角度和大位移為特征，具有寬而深的可容空間。邊界拆離斷層的上盤多發(fā)育大型伸展斷彎褶皺，盆地基底旋轉(zhuǎn)幅度大，形成與傳統(tǒng)裂谷系迥異的構(gòu)造—地層格架。拆離斷層開始活動的同拆離面和停止活動的后拆離面控制了北部陸緣深水區(qū)以拆離盆地為特征的裂陷幕，有別于陸架淺水區(qū)高角度正斷層控制的裂陷幕。南海北部深水區(qū)具有由東向西逐漸變新的差異拆離過程，白云凹陷拆離式斷陷作用發(fā)育在中始新世，瓊東南盆地深水區(qū)的拆離盆地發(fā)育于漸新世，圈定了南海北部陸緣深水區(qū)規(guī)模巨大的拆離盆地群[8-10,15]。

2.2 南海北部陸緣發(fā)育3套規(guī)模烴源巖，具有巨大的資源潛力

南海北部深水區(qū)由于探井少且中深層地震資料品質(zhì)差，尤其是在BP、CHEVRON等多家國際石油公司勘探失利后認為南海北部深水盆地烴源條件差而相繼退出的情況下，深水區(qū)古近系優(yōu)質(zhì)烴源巖預(yù)測與潛力評價無疑是一項極具挑戰(zhàn)性工作。同時，由于沉積環(huán)境不同（古氣候與古地貌、構(gòu)造演化與沉積充填、物源組成與富營養(yǎng)水系等），不同類型烴源巖的分布、形成與演化、生源組成與成烴演化機理、資源類型和潛力大小的差異性如何？深水區(qū)地殼強烈減薄和高熱流背景對烴源巖熱演化和油氣生成作用的影響如何？這些都是深水勘探初期面臨的巨大挑戰(zhàn)。

圖2 白云凹陷拆離盆地結(jié)構(gòu)剖面圖

南海北部巖石圈幕式伸展薄化過程形成的寬深盆地提供了深水區(qū)規(guī)模烴源巖發(fā)育的巨大可容空間[8,15]，有別于淺水區(qū)孤立的窄小斷陷控制的類型單一、規(guī)模小的湖相烴源巖。南海北部陸緣深水區(qū)由始新世至漸新世依次發(fā)育始新世湖相、漸新世海陸過渡相和漸新世—中新世海相3套烴源巖（圖3）[16-23]。湖相烴源巖以無定型有機質(zhì)為主，烴源巖有機碳含量中等—高，有機質(zhì)類型偏腐泥混合型，烴源巖規(guī)模大；海陸過渡相烴源巖以草質(zhì)有機質(zhì)為主，其次是無定型有機質(zhì)，烴源巖有機碳含量變化大，有機質(zhì)類型偏腐殖混合型，烴源巖體積大；海相烴源巖以陸源海相有機質(zhì)為主，烴源巖有機碳含量中等，有機質(zhì)類型偏腐殖混合型，烴源巖分布范圍廣。

南海北部大陸邊緣深水區(qū)的陸坡—洋陸過渡帶新生代期間巖石圈的強烈薄化作用導(dǎo)致莫霍面和軟流圈大幅度抬升，來自地幔的熱作用顯著增強。鉆井揭示，在北部近端帶、細頸化帶、遠端帶和洋陸轉(zhuǎn)換帶，地溫梯度由3 ℃/100 m增大到8 ℃/100 m，顯示出軟流圈界面抬升對深水區(qū)巖石圈熱流背景的強烈控制作用，提供了深水區(qū)獨特的高熱流背景下的成烴熱演化條件。高熱流場加速了烴源巖快速、高強度生烴，當?shù)販靥荻扔? ℃/100 m增大到5 ℃/100 m時[24-25]，烴源巖進入主生油窗埋藏深度由4 000～5 300 m減少到2 500～3 300 m，主生氣窗埋藏深度由5 700～6 800 m減少到3 500～4 200 m，生烴窗口變窄，埋深變淺，生烴強度顯著增大，油氣資源巨大。

采用盆地模擬成因法、油田規(guī)模序列法、圈閉統(tǒng)計與地質(zhì)綜合類比相結(jié)合的綜合分析法評價，南海北部深水區(qū)油氣資源量接近90.00×108t油當量。其中，珠江口盆地深水區(qū)天然氣地質(zhì)資源量為2.56×1012m3，原油地質(zhì)資源量為22.92×108t；瓊東南盆地深水區(qū)天然氣地質(zhì)資源量為3.60×1012m3，改變了外國同行認為“南海深水區(qū)烴源潛力差”的認識。

2.3 南海北部陸緣強烈薄化帶的深水區(qū)控砂機制

南海北部深水區(qū)東、西部發(fā)育差異巨大的深水沉積體系，珠江口盆地白云凹陷深水區(qū)位于古珠江出口、寬陸架之外的陸坡區(qū)，是陸源碎屑長途搬運的沉積終端。由于陸源碎屑沉積物相對較少，裂陷后期晚漸新世珠海組沉積以來的儲層就成為油氣勘探的重點問題。ELF、Shell等多家國際石油公司鉆探失利后認為，南海北部深水區(qū)缺乏類似墨西哥灣及大西洋沿岸典型被動大陸邊緣盆地發(fā)育的大型深水儲集體。

圖3 南海北部深水區(qū)盆地演化與烴源巖發(fā)育史模式圖[17-18]

攻關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，陸緣巖石圈強烈薄化帶控制了南海北部的區(qū)域構(gòu)造格局，進而影響了古地貌與沉積環(huán)境，在深水區(qū)發(fā)育了古珠江、古紅河—藍江兩大水系供源的巨型深水沉積體系和相應(yīng)的大型深水儲集體[26-31]：①珠江口盆地面積為5×104km2的白云凹陷深水區(qū)的中新統(tǒng)陸架邊緣三角洲—深水扇體系，受陸架坡折帶遷移作用影響，形成兩套陸架邊緣三角洲—深水扇復(fù)合沉積系統(tǒng)；②瓊東南盆地深水區(qū)長達550 km的黃流組中央大型軸向峽谷沉積體系，受復(fù)合物源供給、窄陸架、限制性的古凹槽地貌等影響，形成了多期次深水軸向峽谷沉積系統(tǒng)。

珠江口盆地深水區(qū)陸架坡折帶控制下的陸架邊緣三角洲—深水扇沉積模式揭示了陸架坡折遷移控制大型深水砂巖儲集體時空展布機制[26]。研究結(jié)果表明，強烈薄化的細頸化帶在坳陷期的差異沉降作用控制了新近系陸架坡折帶分布和陸坡深水沉積環(huán)境的形成，陸架坡折帶和低位體系域控制了砂質(zhì)陸架背景下的主要優(yōu)質(zhì)砂巖儲層分布，低位期的陸架邊緣三角洲、深水重力流水道和朵葉體多期相伴發(fā)育。受臺階式沉降的控制導(dǎo)致陸架坡折帶后撤，漸新世和中新世的兩個陸架坡折帶分別發(fā)育于白云凹陷南北兩側(cè)，每個坡折帶分別發(fā)育了陸架邊緣三角洲—深水扇沉積體系。

瓊東南盆地深水區(qū)中央坳陷薄化帶控制下的大型軸向峽谷水道沉積充填模式揭示了中央峽谷凹槽制約下的大規(guī)模濁積水道砂巖時空展布機制（圖4）[28-30]。地殼的強烈薄化控制了裂陷后期的差異沉降，形成了東西走向、向東延伸到南海西北次海盆的巨大的帶狀凹槽，宏觀上控制了瓊東南盆地深水區(qū)中央軸向峽谷水道的形成與分布。深水軸向中央峽谷水道可分為3個演化階段：中央峽谷形成—侵蝕階段、中央峽谷沉積充填階段和廢棄階段，優(yōu)質(zhì)儲層主要發(fā)育在沉積充填階段，儲層類型以濁積水道復(fù)合體為主。

圖4 瓊東南盆地黃流組沉積相平面圖

珠江口盆地深水區(qū)處于陸緣巖石圈強烈薄化區(qū)，特殊的構(gòu)造演化、沉積充填和熱史過程導(dǎo)致深水的油氣地質(zhì)和成藏條件與淺水區(qū)、陸區(qū)的明顯不同。在瓊東南盆地深水區(qū)勘探早期，認為崖城13-1氣田的成藏模式為以崖城組三角洲發(fā)育的煤系烴源巖與陵水組三角洲砂巖儲層形成的三角洲“下生上儲”成藏模式，該模式制約了后來的油氣勘探。經(jīng)過多年攻關(guān)后，提出了瓊東南盆地深水區(qū)中央大峽谷水道成藏模式、珠江口盆地深水區(qū)深水扇成藏模式和陸架邊緣三角洲成藏模式，揭示了南海北部深水區(qū)油氣分布規(guī)律，明確了勘探方向，天然氣鉆探獲得了歷史性重大突破。

瓊東南盆地深水區(qū)中央峽谷具有“裂隙垂向輸導(dǎo)、峽谷水道砂巖儲集、塊體流泥巖封蓋、高效充注”的成藏模式（圖5）[30-39]。黃流組中央峽谷水道從東向西橫貫陵水凹陷，峽谷水道內(nèi)砂體與半深?！詈Ｏ嗄鄮r形成了優(yōu)質(zhì)的儲蓋組合，水道砂巖與深水泥巖構(gòu)成的巖性圈閉被后期侵蝕充填和差異壓實作用改造，形成巖性—構(gòu)造復(fù)合圈閉群，通過熱流體底辟及伴生的微斷裂溝通深部漸新統(tǒng)煤系烴源巖，以高壓和浮力為油氣運移的主要動力，垂向運移形成天然氣藏，天然氣分布橫向連片、縱向多層疊置、近源、垂向晚期快速高效復(fù)合成藏。該模式指導(dǎo)了我國第一個自營深水千億立方米級的陵水17-2等一批大中型氣田的發(fā)現(xiàn)。

圖5 陵水17-2氣田天然氣成藏模式圖

白云凹陷深水區(qū)陸坡深水扇具有“斷層—底辟—砂體復(fù)合輸導(dǎo)、陸坡深水扇砂巖儲集、晚期構(gòu)造活動驅(qū)動、高效充注”的成藏模式[14,26,40]。陸架坡折帶下方的陸坡深水區(qū)發(fā)育陸坡水道、深水扇朵葉儲集體，通過斷裂—底辟—砂體形成的臺階式復(fù)合輸導(dǎo)體系與深部規(guī)模高熟烴源灶溝通，幕式晚期斷裂活動和底辟帶泄壓是主要的成藏動力，長期發(fā)育的鼻狀古隆起和復(fù)合輸導(dǎo)體系控制了油氣富集成藏，以近源、晚期臺階式天然氣成藏為主。該模式有效指導(dǎo)了流花28-2等多個大中型氣田的發(fā)現(xiàn)。

白云凹陷深水區(qū)陸架邊緣三角洲具有“斷層—構(gòu)造脊復(fù)合輸導(dǎo)、陸架邊緣三角洲儲集、晚期斷裂活動驅(qū)動、高效充注”的成藏模式（圖6）。白云凹陷深水區(qū)陸架坡折帶附近發(fā)育大規(guī)模的陸架邊緣三角洲砂巖儲集體，斷裂—構(gòu)造脊組合構(gòu)成的油氣優(yōu)勢輸導(dǎo)系統(tǒng)，溝通了深部的多套規(guī)模烴源灶，生烴過程形成超壓、晚期斷裂活動造成泄壓，是主要的成藏動力，長期發(fā)育的鼻狀古隆起控制了油氣富集帶。該模式有效指導(dǎo)了白云凹陷北坡番禺30-1、流花20-2等陸架邊緣三角洲大型油氣田的發(fā)現(xiàn)。

圖6 白云凹陷深水扇天然氣成藏模式圖

3 南海北部陸緣深水油氣地球物理勘探技術(shù)

針對深水區(qū)特殊的地質(zhì)條件和地震成像的瓶頸問題[41]，從深水地震采集技術(shù)出發(fā)，通過海上“犁式”電纜、長電纜、立體震源采集技術(shù)攻關(guān)，獲得寬頻帶、強照明、長記錄的原始地震數(shù)據(jù)；針對崎嶇海底造成的地震波散射和橫向速度的劇烈變化，研究波動方程疊前深度域保幅偏移方法提高成像效果；針對深水區(qū)長電纜采集地震資料，優(yōu)化去噪、去多次波方法，研究遠偏移距疊加波形拉伸和各向異性速度優(yōu)化，解決深部結(jié)構(gòu)成像問題。通過攻關(guān)海底檢波器多分量地震、轉(zhuǎn)換橫波成像及縱橫波聯(lián)合反演方法，突破深水地震無法直接獲取地層橫波信息的屏障，改善儲層流體預(yù)測精度。

為了識別陸緣巖石圈強烈薄化帶的深部結(jié)構(gòu)，突出以發(fā)育異常地幔高密度體為特征的巖石物性結(jié)構(gòu)，構(gòu)建地震資料約束條件下聯(lián)合反演的地球物理模型，克服常規(guī)反演技術(shù)存在人為因素干擾、反演的多解性等問題的缺陷，精細刻畫重磁異常邊界，提高巖石圈結(jié)構(gòu)預(yù)測的準確性和合理性，研發(fā)了針對深水區(qū)的大面積三維空間重磁震聯(lián)合反演技術(shù)。

針對深水區(qū)復(fù)雜儲層預(yù)測及流體識別難題，進行分頻AVO技術(shù)、小波域儲層流體識別技術(shù)及縱橫波聯(lián)合反演等技術(shù)攻關(guān)研究，建立深水區(qū)無井或少井條件下儲層預(yù)測及流體識別技術(shù)體系，提高預(yù)測精度；通過研發(fā)、應(yīng)用、創(chuàng)新、集成，建立了深水區(qū)油氣勘探地球物理技術(shù)體系。

3.1 “犁式”電纜寬頻和立體震源采集處理技術(shù)

開發(fā)的“犁式”電纜寬頻采集處理技術(shù)解決了鬼波干涉這一困擾海上地震成像多年的世界級難題[42]，電纜作業(yè)深度為100 m（常規(guī)采集電纜作業(yè)深度為20 m）；地震道間距為3.125 m（常規(guī)為12.500 m），電纜深度定位精度為0.5 m（常規(guī)為1.0 m），使地震頻帶寬度從3個倍頻程拓寬至5個倍頻程，低頻端由6 Hz拓寬至3 Hz，高頻端由80 Hz拓寬至120 Hz，主頻提高了15～20 Hz（圖7），與國際一流的法國地球物理公司水平相當，技術(shù)整體達到國際領(lǐng)先水平。

圖7 “犁式”電纜采集地震資料鬼波壓制前后頻譜對比圖

研發(fā)了包括延遲激發(fā)—高分辨率梯形立體陣列震源組合、大容量平行四邊形立體震源組合等多項立體震源采集處理技術(shù)，優(yōu)化了地震子波，消除了震源鬼波干擾，拓展了頻帶寬度，提高地震分辨率及成像質(zhì)量，主要目的層段信噪比提高35%；波動方程疊前深度域保幅偏移、遠偏移距疊加波形拉伸和各向異性速度優(yōu)化等技術(shù)改善了崎嶇海底區(qū)地震成像質(zhì)量，恢復(fù)了構(gòu)造真實形態(tài)。

3.2 三維空間高精度重磁震聯(lián)合反演技術(shù)

研發(fā)了重磁聚焦正則化反演、重磁三維共軛梯度最優(yōu)化技術(shù)，建立了地震約束下的巖石圈異常體速度—密度關(guān)系模型，集成創(chuàng)新了三維高精度重磁震聯(lián)合反演技術(shù)，在南海北部實現(xiàn)了面積達95×104km2、網(wǎng)格精度達2 km×2 km×1 km的大面積高精度三維重磁震聯(lián)合反演，獲取了與實測數(shù)據(jù)吻合的巖石圈物性界面、異常地幔體的空間分布數(shù)據(jù)體，明確了南海北部陸緣巖石圈結(jié)構(gòu)、深水區(qū)地殼薄化和洋陸轉(zhuǎn)換帶特征。

3.3 深水油氣勘探海底檢波器地震處理和縱橫波聯(lián)合反演技術(shù)

將海底檢波器采集用于深水油氣勘探，首次直接獲取白云凹陷深水區(qū)含油氣層系的橫波資料。自主研發(fā)了二次定位、雙檢合并、縱橫波分離處理、R/T旋轉(zhuǎn)、鏡像偏移等配套處理技術(shù)和聯(lián)合反演技術(shù)，從地震數(shù)據(jù)中直接獲取縱波阻抗、橫波阻抗和縱橫波速度比屬性。使含油氣儲層彈性參數(shù)預(yù)測準確度由國際常規(guī)水平的88.8%提高到97.6%，主頻由19.9 Hz提高到25.1 Hz，顯著改善了儲層預(yù)測和流體識別的精度。

3.4 深水儲層物性—含油氣性定量評價技術(shù)

研發(fā)了深水巖石物理綜合分析、復(fù)雜儲層物性—含油氣性定量評價等技術(shù)，創(chuàng)新了基于小波理論的儲層綜合定量振幅烴類識別技術(shù)、疊前多參數(shù)預(yù)測技術(shù)、5參數(shù)基本小波構(gòu)建的分頻AVO技術(shù)、雙相介質(zhì)小生境多參數(shù)聯(lián)合反演算法和頻散介質(zhì)分頻AVO反演技術(shù)。使瓊東南盆地深水區(qū)含油氣目標預(yù)測成功率從12%提高到88%。

4 深水安全高效鉆完井作業(yè)技術(shù)

針對深水“極窄”的鉆井作業(yè)窗口，以及溢流、卡鉆、井漏等復(fù)雜情況的問題，目前通常采用多層次套管結(jié)構(gòu)，以獲取較高的壓力窗口來保證作業(yè)的安全，但該常規(guī)手段增加了建井周期和作業(yè)成本。通過開展深水鉆完井作業(yè)地層漏失機理研究，強化隨鉆壓力監(jiān)測和全過程環(huán)空當量循環(huán)密度（ECD）控制技術(shù)，開發(fā)承壓堵漏顆粒，解決“極窄”壓力窗口安全作業(yè)技術(shù)難題。

在深水鉆完井作業(yè)過程中，由于泥線低溫環(huán)境，極易形成水合物，一旦形成水合物，就會堵塞或損害防噴器（BOP）、地面測試設(shè)備失效、改變鉆完井液性能等，進而造成井下復(fù)雜情況及井控安全事故。為解決這一技術(shù)難題，通過建立天然氣水合物理論預(yù)測模型，開展室內(nèi)試驗研究，對水合物的形成條件進行模擬和預(yù)測，得出抑制劑類型、濃度、地層水、鉆井液、測試液對水合物生成條件的影響，建立南海北部深水氣田水合物預(yù)測及預(yù)防模型；針對性分析鉆井、測試、生產(chǎn)過程中的工況條件，以目標井水合物相態(tài)曲線為基礎(chǔ)，對在鉆井、測試和生產(chǎn)過程中各種工況下形成水合物風險的可能性進行預(yù)測評估，提出經(jīng)濟安全和簡單易行的預(yù)防措施，指導(dǎo)現(xiàn)場作業(yè)，保證鉆完井、測試和氣體生產(chǎn)的安全實施[43]。

針對國際深水測試常規(guī)做法測試準備時間長、測試設(shè)備占用大量平臺甲板空間、作業(yè)效率低、安全問題突出、費用巨大等難題。以測試設(shè)備和流程管線所占空間最小為目標，在滿足設(shè)備功能的前提條件下，充分考慮作業(yè)人員安全操作空間、方便作業(yè)等因素，進行測試設(shè)備選型，實現(xiàn)海上作業(yè)陸地化，開展深水測試地面設(shè)備模塊化，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的深水地面測試流程。

4.1 一種深水探井井壁主動強化技術(shù)

研制了預(yù)交聯(lián)凝膠自適應(yīng)承壓堵漏顆粒，集合隨鉆壓力監(jiān)測、全過程環(huán)空當量循環(huán)密度（ECD）控制技術(shù)，改善深水窄壓力窗口探井作業(yè)環(huán)境。預(yù)交聯(lián)凝膠自適應(yīng)承壓顆粒通過架橋堵塞、骨架支撐、膨脹壓實、化學膠結(jié)等作用來提高井壁周圍的承壓能力，相對原鉆井液可提高地層承壓能力2.07 MPa，極窄安全窗口空間提高30%，井身結(jié)構(gòu)層次從6層次減至4層次程序，有效解決了深水窄密度窗口鉆井溢流、卡鉆、井漏等復(fù)雜情況頻發(fā)的問題，保證了深水弱成巖地層的鉆井作業(yè)的安全高效進行。

4.2 深水表層集束批鉆模式

通過建立集束批鉆最優(yōu)化方案選擇模型，對軟硬懸掛模式下平臺井間移位的所有工況進行分析，得到各工況下隔水管的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，結(jié)合隔水管軟懸掛和硬懸掛模式下作業(yè)準則，得到兩種懸掛模式下許可的平臺井間移位許可航速（圖8），創(chuàng)立了深水表層集束批鉆模式，達到了瓊東南盆地深水區(qū)中央峽谷帶砂體群的快速鉆探和和高效評價的目的，該作業(yè)模式每批次節(jié)約工期8～10天。

圖8 攜帶隔水管航行波高與流速關(guān)系圖

4.3 深水大產(chǎn)能安全高效測試模塊化技術(shù)

通過深水測試地面設(shè)備選型、模塊化組合設(shè)計、結(jié)構(gòu)強度校核、測試地面流程優(yōu)化設(shè)計，形成了以深水測試地面設(shè)備集成布控技術(shù)、深水測試地面設(shè)備模塊化設(shè)計校核技術(shù)、深水測試地面流程優(yōu)化設(shè)計技術(shù)和地面設(shè)備模塊安全高效安裝調(diào)試技術(shù)為核心的深水測試地面設(shè)備模塊化技術(shù)體系，實現(xiàn)了大產(chǎn)量高流速下的水合物預(yù)防、出砂、振動監(jiān)測和緊急關(guān)斷功能，保證了在測試產(chǎn)量達到200×104m3/d和平臺在極端操作條件下的作業(yè)安全，節(jié)省甲板有效使用面積40%，單井節(jié)約安裝工期60%，節(jié)約測試成本超過1億元。

5 油氣勘探成效

通過持續(xù)研究與成果應(yīng)用，創(chuàng)建了南海北部深水油氣成藏理論、創(chuàng)新了南海北部深水地球物理勘探關(guān)鍵技術(shù)和深水安全高效探井作業(yè)技術(shù)，該地質(zhì)新理論及相關(guān)配套技術(shù)有效指導(dǎo)了深水區(qū)的油氣勘探實踐，實現(xiàn)了我國深水油氣勘探歷史性重大突破，勘探成效顯著。截至2019年底，已取得陵水17-2等一批大中型商業(yè)油氣發(fā)現(xiàn)，探明天然氣儲量超過3 700×108m3，原油儲量超過7 200×104t。其中，荔灣3-1氣田于2014年建成投產(chǎn)，成為我國第一個深水油氣生產(chǎn)基地；陵水17-2大氣田正在開發(fā)建產(chǎn)中。

5.1 發(fā)現(xiàn)我國首個深水大氣田及多個大中型油氣田群，實現(xiàn)了深水區(qū)大中型油氣田勘探的突破和持續(xù)發(fā)現(xiàn)

在南海北部深水油氣成藏理論的指導(dǎo)下，在地球物理勘探關(guān)鍵技術(shù)和深水安全高效探井作業(yè)技術(shù)的支撐下，開展深水有利油氣聚集區(qū)帶的評價，優(yōu)選了一批重點鉆探目標。2006年鉆探發(fā)現(xiàn)荔灣3-1氣田，實現(xiàn)了我國深水勘探的里程碑式突破。繼荔灣3-1氣田之后，在白云凹陷持續(xù)發(fā)現(xiàn)流花28-2、流花20-2等一系列大中型油氣田。

5.2 深水區(qū)中央峽谷水道天然氣勘探獲得歷史性突破，發(fā)現(xiàn)了陵水17-2大氣田，并持續(xù)獲得突破

在上述理論與技術(shù)指導(dǎo)下，開展瓊東南盆地深水有利油氣聚集區(qū)帶的評價，優(yōu)選了一批重點鉆探目標，發(fā)現(xiàn)了陵水17-2大氣田，實現(xiàn)了我國深水區(qū)首個千億立方米級大氣田勘探突破。隨后相繼發(fā)現(xiàn)了陵水25-1、陵水18-1和陵水18-2大中型氣田。

5.3 我國首個深水氣田荔灣3-1氣田成功投產(chǎn)

2014年4月23日在白云凹陷實現(xiàn)首個深水天然氣田荔灣3-1的成功投產(chǎn)；2020年9月流花20-2油田順利投產(chǎn)；陵水17-2大氣田預(yù)計2021年建成投產(chǎn)。

5.4 推動了南海深水區(qū)油氣的勘探與開發(fā)

上述成果為我國南海北部深水海域油氣勘探重大突破提供了理論和技術(shù)支撐，指導(dǎo)了對深水區(qū)盆地的富烴凹陷評價優(yōu)選、成藏條件研究及優(yōu)質(zhì)儲層評價，在勘探目標區(qū)帶、靶點選擇和氣田儲量、油氣田總體開發(fā)方案（ODP）設(shè)計中發(fā)揮了重要的技術(shù)支持作用。目前，在南海北部深水區(qū)已部署采集三維地震超5×104km2、二維地震超過10×104km，在白云凹陷、荔灣凹陷、長昌凹陷、松南—寶島凹陷以及陵水—樂東凹陷發(fā)現(xiàn)了一批有利勘探目標。

6 結(jié)論

1）南海北部陸緣大型拆離作用控制深水盆地的形成和演化，形成了陸緣深水區(qū)始新世湖相、漸新世海陸過渡相和漸新世—中新世海相3套烴源巖。同時，陸緣巖石圈強烈薄化帶控制了南海北部的古地貌與沉積環(huán)境，在珠江口盆地白云深水區(qū)與瓊東南盆地深水區(qū)分別發(fā)育陸架邊緣三角洲—深水扇體系及大型中央峽谷沉積體系。

2）南海北部陸緣深水油氣地球物理勘探技術(shù)的創(chuàng)新改善了深水區(qū)地震成像質(zhì)量，揭示了陸緣巖石圈強烈薄化帶的深部結(jié)構(gòu)，提高了儲層預(yù)測及流體識別的精度，助力深水區(qū)大中型油氣田的發(fā)現(xiàn)。

3）深水優(yōu)質(zhì)高效探井作業(yè)技術(shù)體系的建立保障了南海北部陸緣深水區(qū)鉆井作業(yè)的安全，提高了測試作業(yè)時效，降低了測試和作業(yè)成本。

4）南海北部陸緣深水勘探實踐證明，油氣地質(zhì)理論認識創(chuàng)新、地球物理和鉆采關(guān)鍵瓶頸技術(shù)突破是獲得重大油氣發(fā)現(xiàn)的必要條件。