鶯歌海盆地深層超高溫超高壓天然氣勘探新問題及對策

劉為，鄧廣君，應明雄，劉峰，段亮

中海石油(中國)有限公司 湛江分公司,廣東 湛江 524057

1 地質(zhì)背景

鶯歌海盆地位于印支地塊、華南地塊及太平洋板塊之間,是受印支地塊與華南地塊碰撞與南海擴張等多重因素耦合控制形成的新生代大型走滑--伸展盆地，天然氣資源豐富[1--3]。鶯歌海盆地是中國南海油氣勘探的發(fā)源地，近60年勘探研究表明盆地具有雙快(沉降、沉積速率快)、雙高(高溫、高壓)、底辟發(fā)育等典型特征。構(gòu)造區(qū)劃上，盆地分為鶯西斜坡、中央坳陷帶、鶯東斜坡等3個一級構(gòu)造單元[4](圖1)。其中,中央坳陷帶新生代地層厚度達10 km，孕育出下中新世三亞組、中中新世梅山組厚層淺海相主力烴源巖層以及中中新世梅山組一段、上中新世黃流組、上新世鶯歌海組和第四系樂東組等多套儲蓋組合[5](圖2)。中央坳陷帶發(fā)育10多個泥--流體底辟，底辟活動產(chǎn)生了密集的微裂隙，底辟周緣天然氣運移活躍，在底辟頂部、翼部和核部都形成了多個天然氣田。

圖1 鶯歌海盆地構(gòu)造區(qū)劃圖

圖2 鶯歌海盆地地層序列圖

總體上，鶯歌海盆地勘探發(fā)現(xiàn)具有“由淺入深勘探”、“由常壓向高壓再往超高壓勘探”等階段性特點。20世紀90年代，在底辟構(gòu)造上部發(fā)現(xiàn)了DF1--1、LD22--1、LD15--1氣田等一批淺層常溫常壓構(gòu)造氣藏(圖1)，該類氣田埋深約2 000 m，壓力系數(shù)約1.0。在經(jīng)歷了長達近20年的艱難摸索歷程后，終于在2010年取得中深層高溫高壓氣田領域突破，發(fā)現(xiàn)了DF13--2、DF13--1氣田，探明千億m3儲量(圖1)[5--10]，該類氣田埋深約3 000 m，壓力系數(shù)約1.98。但隨著勘探程度不斷加深，近年勘探重點已進入深層超高溫超高壓新領域(埋深>4 000 m，壓力系數(shù)>2.2)。該新領域天然氣圈閉資源量占整個盆地50%以上，是未來重點勘探對象。經(jīng)過近幾年勘探摸索，遇到了諸多新問題，即隨著埋深和壓力加大，勘探地質(zhì)、地球物理問題復雜化，勘探成功率降低，勘探成本明顯提高。筆者通過梳理近年鉆井取得的新資料，總結(jié)在勘探實踐中經(jīng)歷的教訓，以期理清幾個普遍性的關(guān)鍵問題，并提出解決對策，為鶯歌海盆地深層超高溫超高壓勘探提供技術(shù)支撐。

2 深層超高溫超高壓勘探面臨的新問題

鶯歌海盆地深層超高溫超高壓領域的溫度、壓力在世界范圍內(nèi)都實屬罕見，鉆探難度大、成本高，因此勘探起步也較晚。從近幾年勘探實踐來看，該領域主要面臨甜點儲層預測、含氣性識別和低速泥巖甄別等綜合地震地質(zhì)關(guān)鍵問題。

2.1 高埋深、多物源背景下甜點儲層分布研究難度大

在4 000 m埋深條件下，儲層已進入中--晚成巖階段，原生粒間孔在壓實作用下減少較快，粒間孔隙和喉道被伊利石、高嶺石、次生加大石英堵塞，導致滲透率減少[5]，尋找甜點儲層至關(guān)重要。鶯歌海盆地三面環(huán)山，物源體系眾多，包括北面的紅河、馬江水系，西面的藍江、宋河水系，東面的海南島昌化江、黎河、通天河、感恩河和望樓河等水系?？陀^上，鶯歌海盆地深層超高溫超高壓領域整體處于中央凹陷帶，離物源區(qū)較遠，給尋找優(yōu)質(zhì)儲層帶來困難。同時，在地質(zhì)歷史時期，各水系的供砂能力難以恢復研究，因此大型富砂沉積體研究難度大。另外，盆地內(nèi)沉降中心附近是重力流沉積卸載區(qū)，也恰恰是多方向物源的交匯地，不同物源沉積體系相互交錯疊置，源匯體系研究困難較大。

2.2 低速泥巖地震“亮點陷阱”

地震“亮點”技術(shù)理論上是儲層含氣后形成低阻抗異常體，地震剖面表現(xiàn)為波谷反射界面振幅增強特征。在20世紀80年代，在膠片地震剖面上表現(xiàn)為亮點，所以習慣上稱為地震“亮點”。地震“亮點”找氣在鶯歌海盆地淺層勘探中準確率極高，在中深層東方13--1/2氣田勘探評價過程中，盡管難以區(qū)分砂巖氣層、含氣水層和氣水同層，但依然適用于判識砂、泥巖。但在當前深層超高溫超高壓條件下，多口井鉆探揭示地震“亮點”異常不是砂巖，而是泥巖，勘探上習慣稱為低速泥巖“亮點陷阱”。該亮點產(chǎn)生的巖石物理本質(zhì)是在正常泥巖背景下發(fā)育一套更低速度的泥巖而形成了低阻抗異常體，使其表現(xiàn)為“地震亮點”。按照以往勘探認識鉆探，屢屢遭遇低速泥巖陷阱，導致勘探失利，如D4--A井，目的層波谷反射鉆探揭示為低速泥巖(圖3)。

圖3 鶯歌海盆地D4--A井巖石物理特征

2.3 地球物理儲層及含氣性評價技術(shù)面臨新挑戰(zhàn)

高埋深、多物源背景下甜點儲層分布研究難度大，欠壓實趨勢復雜，背景泥巖速度變化范圍大，導致該區(qū)儲層及含氣儲層地震巖石物理規(guī)律特征復雜多樣，既有低阻抗“亮點”型儲層，又有高阻抗的“亮點”型儲層，還有阻抗與圍巖接近的“暗點”型儲層。以往習慣常用的低阻抗砂巖巖石物理認識、疊前參數(shù)規(guī)律認識、疊前AVO模板已經(jīng)無法滿足目標評價的需要，地球物理評價技術(shù)面臨新的挑戰(zhàn)。

3 近年深層超高溫超高壓天然氣勘探啟示

2015—2019年，針對深層超高溫超高壓領域鉆探了多口井，其中獲得LD10氣藏發(fā)現(xiàn)[11]。LD10氣藏位于鶯歌海盆地凹陷斜坡帶南段，為大型鼻狀構(gòu)造背景下軸向峽谷水道沉積，氣藏埋深約4 000～4 300 m，壓力系數(shù)超過2.2，最高達2.28，儲層孔隙度主要為5%～10%，滲透率主要為(0.1～1)×10-3μm2，呈特低孔特低滲特征，局部物性相對較好，如LD10--G井氣層厚度19.7 m，平均測井孔隙度11.6%，測井解釋滲透率3.7×10-3μm2，DST測試7.14 mm三級固定油嘴日產(chǎn)天然氣35.5×104m3/d，產(chǎn)水40 m3/d，證實深層依然發(fā)育甜點儲層，并獲得可觀產(chǎn)能，證實在深層超高溫超高壓條件下，可大規(guī)模成藏，進一步改變了成藏方面認識，研究內(nèi)容應聚焦于解決上述勘探重難點問題的對策。

4 應對策略

整體思路上，鶯歌海盆地深層超高溫超高壓天然氣勘探需要遵循勘探領域目標評價流程，即對照“地震解釋、沉積儲層評價、儲層及含氣性地球物理評價、井點設計”等關(guān)鍵環(huán)節(jié)遇到的問題，采用合適的技術(shù)一對一地解決問題，一步一步完成勘探評價過程。

4.1 預判砂巖阻抗類型及頂面地震反射類型

通過地震資料解釋落實砂巖巖性圈閉的前提條件是弄清砂巖頂界面對應的地震反射界面是波峰還是波谷。經(jīng)過多年勘探實踐，中深層高溫高壓條件下砂巖為相對低阻抗，砂巖頂面一般以強振幅波谷反射為主[12]。然而，隨著勘探逐步走向深層超高溫超高壓(如LD10區(qū)，埋深超過4 000 m，壓力系數(shù)超2.2)，砂巖常表現(xiàn)為相對高阻抗，砂巖頂面變?yōu)閺娬穹ǚ宸瓷洹?/p>

鶯歌海盆地已鉆井揭示的砂巖、泥巖速度與埋深關(guān)系分析顯示，盆地內(nèi)砂巖速度與埋深基本呈正相關(guān)特征，無明顯反轉(zhuǎn)現(xiàn)象(圖4)，而背景泥巖速度卻存在不同程度反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

圖4 鶯歌海盆地泥巖、砂巖速度與埋深關(guān)系圖

因此，會出現(xiàn)以下3種情況：①當小于某埋深時，砂巖速度低于背景泥巖速度，砂巖表現(xiàn)為相對低阻抗，砂巖頂面為波谷反射。如DF13--1/2氣田區(qū)埋深約3 000 m，壓力系數(shù)約1.9，砂巖速度大約3 200 m/s，砂巖阻抗750 000 g/cm2·s，泥巖速度3 450 m/s，泥巖阻抗860 000 g/cm2·s；②當達到某埋深時，砂巖速度約等于背景泥巖速度，砂巖表現(xiàn)為暗點，如L30--A井，埋深4 700 m，壓力系數(shù)約2.0，砂體與泥巖速度接近2 500～2 800 m/s，密度相近(約2.56 g/cm3)，阻抗也相近(約640 000～716 800 g/cm2·s)；③當大于某埋深時，砂巖速度會大于背景泥巖速度，砂巖表現(xiàn)為相對高阻抗，砂巖頂面為波峰反射，如LD10--1氣藏區(qū)埋深超過4 000 m，壓力系數(shù)超過2.2，砂巖速度約4 300 m/s，砂巖阻抗約1 000 000 g/cm2·s，泥巖速度約3 250 m/s，泥巖阻抗約850 000 g/cm2·s。

需要強調(diào)，由于不同區(qū)域背景泥巖速度開始出現(xiàn)反轉(zhuǎn)的深度不同，因此不同地區(qū)出現(xiàn)高阻抗砂巖的深度也不同。大致規(guī)律是越往凹陷中心出現(xiàn)反轉(zhuǎn)的深度越淺，這一埋深與超壓出現(xiàn)深度有一定相關(guān)性?？梢?，預判背景泥巖速度反轉(zhuǎn)的深度至關(guān)重要。結(jié)合區(qū)域速度體和已鉆井資料進行預判是一條可行之路。盆地級別速度體精細分析表明，鶯歌海盆地普遍存在背景泥巖速度反轉(zhuǎn)現(xiàn)象(圖5)。樂東10區(qū)普遍發(fā)育的高阻抗儲層與該區(qū)背景速度反轉(zhuǎn)密切相關(guān)，而東方11區(qū)、東方30區(qū)同樣發(fā)育類似背景泥巖速度反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，預判該區(qū)砂巖儲層應表現(xiàn)為高縱波阻抗特征，砂巖頂面應是波峰反射。

圖5 鶯歌海盆地區(qū)域速度特征(剖面位置見圖1)

4.2 地震沉積學方法建立海底扇源匯系統(tǒng)

從沉積角度開展源匯體系分析，結(jié)合地震沉積學方法落實有利沉積相帶。東方區(qū)深層超高溫超高壓領域梅山組一段發(fā)育西部昆嵩隆起物源和東部海南隆起物源沉積體系，表現(xiàn)為“東西物源、坡折控扇、低洼匯聚”沉積模式(圖6)。

東部物源三角洲面積達1 833 km2、厚度130 m，地震上前積特征明顯，L35--A、H29--A、H29--B井證實砂巖發(fā)育，以細砂巖為主，砂巖厚度穩(wěn)定(92～104 m)，表明三角洲砂質(zhì)供應充足；受下伏隱伏斷裂控制發(fā)育了撓曲坡折帶，對隱伏斷裂帶微弱活動起到了調(diào)節(jié)作用，在斷裂帶兩側(cè)沉降速率存在差異導致地層傾角差異，形成撓曲坡折帶，該處地層厚度突變，古地形變陡，易于誘發(fā)重力流形成；海底扇規(guī)模大，繼承性發(fā)育，西物源海底扇面積950 km2，東物源海底扇面積506 km2，海底扇內(nèi)部發(fā)育水道優(yōu)勢相帶。

1.海底扇邊界;2.水道發(fā)育邊界;3.斷裂坡折帶;4.撓曲坡折帶;5.三角洲邊界;6.鉆井。

4.3 選擇適合于砂巖阻抗類型的儲層含氣性評價方法

低阻抗砂巖和高阻抗砂巖具有不同的地球物理含氣性評價方法。以東方13區(qū)為例，低阻抗砂巖儲層含氣后表現(xiàn)為明顯的低縱波速度、低密度、低縱波阻抗、低縱橫波速比“四低”的特征[12]，含氣儲層疊前AVO特征表現(xiàn)為Ⅲ～Ⅳ類AVO異常，異常偏離背景泥巖。以樂東10區(qū)為例，高阻抗砂巖儲層含氣后表現(xiàn)為高縱波速度、低密度、高縱波阻抗、低縱橫波速比特征，含氣儲層則表現(xiàn)為Ⅰ～Ⅱ類AVO特征(圖7)。

圖7 鶯歌海盆地AVO類型

4.4 甄別低速泥巖“亮點陷阱”

鶯歌海盆地10余口低速泥巖測井資料統(tǒng)計表明，絕大部分“亮點”型低速泥巖相對于圍巖表現(xiàn)為高伽瑪、密度接近、低縱波速度、低縱波阻抗、高縱橫波速比特征，如D4--A井(圖3)，疊前AVO顯示低速泥巖為Ⅳ類AVO特征，無明顯偏離背景趨勢異常(圖7)。

4.5 深層超高溫超高壓勘探技術(shù)流程

整體思路上，鶯歌海盆地深層超高溫超高壓勘探應遵循以下技術(shù)流程(圖8)：利用區(qū)域速度體資料，并結(jié)合周緣已鉆井，大致判斷某一研究區(qū)某一埋深下背景泥巖速度是否發(fā)生反轉(zhuǎn)，分析砂巖是應該表現(xiàn)為高阻抗(波峰反射)還是低阻抗(波谷反射)，奠定地震解釋工作基礎。精細落實源匯體系各要素，地震沉積學技術(shù)刻畫有利儲集相帶，選擇適合于高阻抗砂巖/低阻抗砂巖的地球物理評價技術(shù)，預測甜點儲層分布及含氣性。還需采用低速泥巖的“縱波阻抗、高縱橫波速比、Ⅳ類AVO”特征識別標志，預測出探井可能鉆遇的低速泥巖層。

圖8 鶯歌海盆地深層超高溫超高壓勘探技術(shù)流程

5 結(jié)論

(1)基于地震、鉆井資料的精細地震沉積學研究，細化源坡扇沉積體系，刻畫海底扇內(nèi)部研究可提高甜點儲層預測精度。

(2)高阻抗砂巖和低阻抗砂巖含氣后具有不同的巖石物理特征。高阻抗含氣砂巖為高縱波速度、低密度、高縱波阻抗、低縱橫波速比及Ⅰ～Ⅱ類AVO特征，低阻抗砂巖含氣后為低縱波速度、低密度、低縱波阻抗、低縱橫波速比“四低”的特征。

(3)多數(shù)低速泥巖表現(xiàn)為相對高伽瑪、密度接近、低縱波速度、低縱波阻抗、高縱橫波速比及Ⅳ類AVO特征，無明顯偏離背景趨勢異常，一定程度上，可據(jù)此特征甄別低速泥巖“亮點陷阱”。