含油氣盆地深層—超深層油氣勘探開發(fā)的科學技術問題

賈 承 造

(中國石油天然氣集團有限公司,北京 100007)

隨著全球油氣勘探理論、技術與裝備的進步,全球深層—超深層油氣勘探開發(fā)呈現(xiàn)出加快發(fā)展的態(tài)勢,2000年以來全球在深層—超深層發(fā)現(xiàn)油氣藏數(shù)量顯著增長[1]。中國深層—超深層油氣勘探取得巨大進展,已經(jīng)是陸上深層—超深層油氣勘探生產(chǎn)大國[2]。中國油氣勘探已全面進入“深層、深水、非常規(guī)”的歷史階段。深層—超深層的油氣資源具有巨大潛力,是中國石油工業(yè)上游今后發(fā)展的一個重要和主要領域。深刻認識含油氣盆地深層—超深層油氣地質的規(guī)律和地質特點,解決深層—超深層勘探開發(fā)的科學技術問題,是今后勘探開發(fā)的重要方向。美國地質調查局(USGS)將深度超過4 572 m的天然氣定義為深層天然氣資源(deep gas resources),將深度超過7 620 m的天然氣定義為超深層天然氣資源(ultra-deep gas resources)[3]。中國油氣勘探實踐中,由于地勢上存在“西高東低”的三級階梯狀分布特征,東部盆地與西部盆地的地溫梯度存在巨大差異。因此中國學者們將東西部含油氣盆地的“深層”“超深層”概念進行區(qū)別定義:認為在東部平原及沿海地區(qū),“深層”對應深度為3 500～4 500 m,“超深層”為大于4 500 m;在西部地區(qū),“深層”對應深度為4 500～6 000 m,“超深層”為大于6 000 m[4-5]。深層—超深層油氣勘探發(fā)展迅速,深層—超深層油氣資源是近十年全球探明儲量的增長主體[6-7],勘探過程中不斷突破有效資源深度下限。2008—2018年,全球在4 000 m以深地層新增油氣探明儲量234億t油當量,超過同期全球新增油氣儲量的60%,油氣鉆探最大深度達到12 869 m[8]。中國深層—超深層油氣資源潛力巨大,但探明程度低,是未來油氣勘探開發(fā)的重要現(xiàn)實領域[9]。根據(jù)2015年全國油氣資源評價結果,中國深層—超深層油氣資源達763億t油當量,占到全國油氣資源總量的35%,但目前探明程度不到15%,依然存在巨大的勘探潛力。深層—超深層已經(jīng)是中國現(xiàn)在和未來的一個主要勘探領域。深層—超深層油氣藏具有其特殊的地質背景,地質條件十分復雜。具有埋深大[10]、溫度高[11]、相態(tài)復雜[12],存在異常壓力[13]等特征,有著其獨特的成巖、成儲、成藏機制。中國面臨著深層—超深層油氣勘探開發(fā)的種種問題。深刻認識含油氣盆地深層—超深層油氣勘探開發(fā)的科學技術問題對中國的油氣資源勘探開發(fā)具有重要意義。因此筆者回顧中國部分深層—超深層勘探成果,解剖4個深層—超深層勘探的實例,提出含油氣盆地深層—超深層地質科學問題與工程技術問題與研究方向。

1 中國深層—超深層勘探成果

1.1塔里木盆地富滿—順北奧陶系

盆地類型為克拉通盆地深層碳酸鹽巖層系,深度可達8 000～9 000 m,儲層主要為斷層裂縫體系和碳酸鹽巖孔洞儲層,屬于超壓、裂縫性油氣藏,以輕質油、凝析油氣為主。

塔里木盆地寒武系—奧陶系海相碳酸鹽巖分布面積超過40萬km2,厚度超過3 000 m,油氣資源十分豐富[14-15]。塔里木盆地深層碳酸鹽巖油氣勘探歷經(jīng) “潛山構造—礁灘相控—層間巖溶—斷控縫洞體”4個階段[16-17]。自1988年輪南1井首次在塔北隆起發(fā)現(xiàn)奧陶系碳酸鹽巖油氣藏以來,相繼發(fā)現(xiàn)富滿、順北等億噸級大型油氣田[18]。

2014年,躍滿3井獲得高產(chǎn)工業(yè)油氣流,拉開富滿地區(qū)大規(guī)?？碧介_發(fā)的序幕,隨后在富滿油田范圍內連續(xù)多年的勘探實踐持續(xù)獲得新發(fā)現(xiàn)[19]。2015—2016年,針對順北1號斷裂帶部署的6口鉆井全部獲得高產(chǎn)工業(yè)油氣流,宣告順北大型油氣田的發(fā)現(xiàn)[20]。目前塔里木盆地在富滿—順北6 000～8 200 m奧陶系已經(jīng)取得重大勘探成果(表1)。建立走滑斷裂“控儲、控藏、控富集”成藏模式,批量井獲日產(chǎn)千噸高產(chǎn)。富滿區(qū)塊已探明儲量1.5億t、控制儲量1.66億t、預測儲量2.15億t;順北區(qū)塊探明儲量3.2億t,落實儲量10億t資源陣地,2021年產(chǎn)油280萬t。已形成兩個10億t規(guī)模儲量原油場面。

表1 塔中-塔北地區(qū)奧陶系勘探部分井產(chǎn)量統(tǒng)計

1.2塔里木盆地庫車大北克拉蘇構造帶

盆地類型為前陸沖斷帶陸相深坳陷,深度可達6 000～8 000 m,儲層為裂縫改造的致密砂巖儲層,屬于超壓裂縫性致密砂巖氣藏,以濕氣為主。

作為中國“西氣東輸”的重要氣源地,克拉蘇構造帶位于塔里木盆地庫車坳陷北部,其鹽下主力儲層為下白堊統(tǒng)巴什基奇克組,是一套埋深介于6 000～8 000 m,以細砂巖、中砂巖為主的三角洲沉積建造[21]。儲層平均孔隙度介于2%～8%,其滲透率為(0.001～0.1)×10-3μm2,地層壓力高達150 MPa,地層溫度高達190 ℃[22]。克拉蘇構造帶高產(chǎn)井裂縫普遍發(fā)育,其滲透率可達20×10-3μm2,裂縫對儲層的滲透率起到主要貢獻[23]。流體測試結果表明,其產(chǎn)出流體甲烷含量高(體積分數(shù)平均可達85%),非烴類氣體含量低(體積分數(shù)平均約為3%),不含硫化氫,具有密度低、黏度低的特征,屬于典型的凝析氣藏[24]。

目前塔里木盆地庫車前陸沖斷帶深層鹽下大北克拉蘇構造帶新發(fā)現(xiàn)18個大中型油氣藏,發(fā)展前陸沖斷帶深層天然氣聚集理論與勘探技術,并于庫車8 000 m超深層發(fā)現(xiàn)2個萬億m3規(guī)模大氣田,探明天然氣地質儲量4 436億m3、凝析油730萬t?？松?井區(qū)中10口井單井日產(chǎn)均超百萬立方米。其中克深9井完鉆井深7 550 m,單井測試日產(chǎn)110×104m3(圖1)。

圖1 拉蘇構造帶克深9井、克深202井和克深203井典型氣藏剖面(據(jù)文獻[25])

1.3 四川盆地安岳特大型氣田

盆地類型為克拉通盆地古老碳酸鹽巖,儲層主要為碳酸鹽巖孔-洞儲層,屬于超壓、高孔、高滲常規(guī)氣藏,并以干氣為主。

四川盆地作為中國現(xiàn)代天然氣工業(yè)的搖籃,也是世界上最早開發(fā)利用天然氣的地區(qū)[25]。2020年,四川盆地常規(guī)天然氣年產(chǎn)量超過300萬m3,其中深層碳酸鹽巖氣藏天然氣總產(chǎn)量超過250萬m3,占到四川盆地常規(guī)天然氣總產(chǎn)量的80%以上[26]。

2011年以來,位于四川盆地中部的安岳氣田在寒武系龍王廟組與震旦系燈影組相繼獲得重大勘探突破,成為中國目前已發(fā)現(xiàn)的最大的整裝碳酸鹽巖氣藏[27-28]。安岳氣田主要層系為震旦系燈影組與寒武系龍王廟組,埋深超過4 600 m(圖2),屬于古老的深層碳酸鹽巖氣藏[29-30]。

圖2 安岳氣田地層剖面

目前四川盆地安岳特大氣田累計探明地質儲量1.47萬億m3,形成古老碳酸鹽巖天然氣勘探開發(fā)技術,已建成170億m3產(chǎn)能。

1.4 渤海灣盆地渤中19-6凝析氣田

盆地類型為中新生代裂谷盆地,儲層深度達4 500～5 500 m,屬于太古界基巖潛山裂縫性儲層,是富含油的裂縫性超壓凝析氣藏。

作為中國東部典型的裂谷盆地,渤海灣盆地斷裂發(fā)育導致前新生界基底的差異性沉降,同時發(fā)育多個古潛山構造。中國海洋石油集團有限公司從20世紀70年代開始一直堅持對潛山進行探索,但在早期沒有大的突破,僅發(fā)現(xiàn)一些中小型油氣田。2005年以來轉變勘探思路,認識到構造破碎和風化淋濾可能是太古界潛山優(yōu)質儲層的主控因素,勘探目標轉向斷裂活動區(qū)域。2015年,人們針對深層—超深層潛山開展探索,認為深層的太古界變質巖在多期次構造作用下具有形成優(yōu)質裂縫型儲層的優(yōu)勢條件[31]。

2019年,渤海天然氣勘探獲得巨大突破,渤中凹陷B19-6氣田測試獲得優(yōu)質高產(chǎn)油氣流,渤海灣盆地發(fā)現(xiàn)首個整裝千億立方米凝析氣田,一舉打開渤海灣盆地深層天然氣勘探的新領域(圖3)。目前渤中19-6新增天然氣探明地質儲量1 570.93億m3、凝析油探明地質儲量1.42億t。其主要儲層類型為基巖潛山裂縫性儲層。渤中19-6凝析氣田經(jīng)歷 “先油后氣、淺成深埋、局部調整改造”的油氣富集過程[32],在地層壓力、溫度升高時,地層內早期充注的原油在晚期充注的天然氣中的溶解度升高,并在地層溫度壓力條件達到露點及以上后形成如今富油的凝析氣藏[33]。

塔里木盆地富滿—順北奧陶系、塔里木盆地庫車大北克拉蘇構造帶、四川盆地安岳特大氣田以及渤海灣盆地渤中19-6大氣田的成功發(fā)現(xiàn)標志著中國深層—超深層油氣勘探已取得較大成果。中國深層—超深層油氣類型主要為裂縫性油氣藏以及高孔、高滲常規(guī)氣藏,流體特征主要為輕質油、凝析油、濕氣、干氣;普遍表現(xiàn)為超壓(表2)。

表2 中國主要深層—超深層勘探成果地質特征

2 含油氣盆地深層—超深層地質科學問題

2.1 深層—超深層儲層特征與形成機制

勘探實踐表明,深層—超深層存在優(yōu)質儲層,成儲是深層—超深層勘探的關鍵問題,儲層的形成與保持機制也是學界關注的熱點問題[34]。深層—超深層可分為兩大類:①第一類為碳酸鹽巖孔洞型儲層,是主要的優(yōu)質儲層;②第二類為裂縫性儲層,同樣也是優(yōu)質的儲層。在裂縫性儲層中,裂縫不僅是油氣滲流的通道,同時也是油氣賦存的主要儲集空間。如裂縫在富滿—大北地區(qū)是主要的儲集空間[35],而庫車深層的裂縫則大幅度改善儲層滲透率[36]。

與碎屑巖儲層相比,碳酸鹽巖儲層的成巖、成儲歷史具有很大差異。碳酸鹽巖儲層的演化大體可分3個階段:①生物成巖和化學成巖階段。在這一階段主要形成原生孔;②近地表的淋濾溶蝕和白云巖化形成階段。這一階段的孔洞形成原理十分復雜,目前深層超深層已經(jīng)發(fā)現(xiàn)能夠形成常規(guī)油氣藏的優(yōu)質儲層的儲集空間80%以上主要為近地表的淋濾溶蝕保存下來的孔洞,這也是碳酸鹽巖儲層的主要形成類型;③后期成巖溶蝕階段。目前的研究人員在后期成巖溶蝕、成巖作用方面投入大量精力研究[37]。但實際上,有效孔隙的形成主要是因為近地表的淋濾溶蝕孔洞和白云巖化形成的孔隙后期形成的保存作用。事實證明,原生孔后期淋濾溶蝕作用形成的孔隙占比相對較小。

碳酸鹽巖儲層的這種早期成巖特點決定碳酸鹽巖儲層強大的抗壓實作用。四川盆地震旦系燈影組和寒武系龍王廟組儲層中,主要有效儲集空間為近地表的淋濾溶蝕作用和白云巖化形成的孔洞,且在鉆進過程中,井下常見溶洞、鉆井漏失放空。取芯觀察中,大量的溶孔和溶洞都能從地表的淋濾溶蝕形成以后直至到達地下8 000 m以下仍能得以保存。碳酸鹽巖抗壓實作用非常強,深層—超深層可以見到保存良好的早期淋濾作用、溶蝕作用形成的孔洞[38-39]。

從全油氣系統(tǒng)的觀點來看,在油氣成藏過程中,伴隨著生油巖的演化,生烴、排烴特征不斷變化,有機質從低成熟階段演化到高成熟階段、從生油到生氣的變化,成藏過程中的一個重要問題在于與生油巖相對匹配的儲層與輸導層的特征演化。碳酸鹽巖盆地和碎屑巖盆地相比具有很大差異。碎屑巖盆地中,上部淺埋深儲集層孔隙度非常高,早期可以達到30%～40%,但在埋藏壓實過程中可降至6%～8%。碳酸鹽巖盆地中,在深埋藏時烴源巖演化程度較高,進入生氣階段,此時由于碳酸鹽巖儲層抗壓實能力強,仍具有較好的孔隙度,天然氣仍然能夠充注、運移、聚集在碳酸鹽巖儲層中;但在碎屑巖盆地中,在深埋藏時由于碎屑巖儲集層抗壓實能力弱,此時儲集層已十分致密,天然氣難以充注、運移進入到致密儲集層中。因此在碳酸鹽巖盆地中能夠發(fā)現(xiàn)一些具有高氣油比的特大氣田,但碎屑巖盆地中,由于儲層在生氣階段已經(jīng)演化到十分致密的程度,因此大部分氣油比非常低(例如著名的松遼盆地大慶長垣)。

從目前的勘探情況來看,人們針對深層—超深層的儲層問題存在幾個基本認識:

(1)碎屑巖與糖粒狀白云巖普遍致密化,尋找優(yōu)質儲層是深層—超深層勘探的主要挑戰(zhàn)。

(2)裂縫性儲層是主要的優(yōu)質儲層。裂縫的存在可作為主要的油氣儲集空間,如富滿—順北地區(qū)的深層—超深層儲層;同時也可以大幅改善儲層滲透率,如庫車的深層儲層。

(3)碳酸鹽巖孔洞型儲層也是主要的優(yōu)質儲層。深層—超深層碳酸鹽巖油氣藏是優(yōu)質資源,也是目前主要的勘探目標。

(5)深層—超深層碎屑巖存在少量優(yōu)質儲層,其形成機制與預測技術需要進一步研究。

(6)碳酸鹽儲層在深層—超深層存在巨大的變化。如裂縫的改造、溶蝕作用提高儲層的孔隙度、滲透率,而充填作用、壓實作用則降低儲層的品質。其變化規(guī)律需要進一步深入研究。

2.2 深層—超深層勘探目標的地質類型

深層—超深層的勘探與地質研究首先要區(qū)分深層—超深層勘探目標的地質類型。目前中國的深層—超深層油氣勘探過程主要以工程為主導,在地質類型上簡單地將深層—超深層以東部、中部、西部進行分類。

從地質科學的角度來看,應當從巖石強度、成巖程度-儲層物性、地溫梯度幾個方面出發(fā)進行地質類型區(qū)分。巖石強度直接決定鉆井過程中的難度,同時影響著后期壓裂施工的問題;成巖強度與儲層物性決定勘探目標的品質;地溫梯度則影響儲層與烴源巖的演化,一并影響著鉆井、測井過程中一系列的適應溫度問題。

針對深層—超深層勘探目標地質類型的區(qū)分。本文中認為應該區(qū)分為兩大類(表3):一類為古老克拉通,其主要特點為古老地層、碳酸鹽巖層系、中低地溫梯度;一類為中新生界的凹陷,而中新生界凹陷可進一步分為陸內深凹陷與陸內裂谷。陸內深凹陷為陸相碎屑巖系、中低地溫梯度,例如庫車凹陷與柴達木盆地;陸內裂谷雖然同樣為陸相碎屑巖系,但由于其具有高地溫梯度,深刻影響成巖、成儲、成藏過程,影響其儲層特征與工程作業(yè),如渤海灣盆地的渤中凹陷與南海的鶯歌海盆地。

表3 深層—超深層勘探目標的地質類型劃分

2.3 深層—超深層油氣成藏機制與油氣藏類型

2.3.1 深層—超深層油氣成因

選取2016年11月至2017年11月期間我院收治的56例肛周膿腫并肛瘺患者為研究對象,納入標準:①在我院被診斷為肛周膿腫并肛瘺者;②本人及其家屬對本研究知情且簽署同意書者。排除標準:①存在嚴重的系統(tǒng)性疾病者;②臨床資料不全者;③有惡性腫瘤者;④入院前3個月內使用過抗生素者。使用計算機表法分為分析組和對照組各28例,其中分析組:男21例,女7例;年齡25~53歲,平均(36.07±1.81)歲;對照組:男22例,女6例;年齡26~55歲,平均(36.05±1.84)歲。兩組患者,在各項指標上P值均大于0.05,數(shù)據(jù)從統(tǒng)計結果,不具有意義,具有比較價值。

目前已確定CO2和氦氣等氣體資源為無機成因,如松遼盆地深層存在大量的CO2。但對于深層甲烷氣的成因仍具有爭論。盡管從目前的勘探實踐來看,已發(fā)現(xiàn)的深層—超深層碳氫化合物基本都是干酪根有機生烴過程形成,但深層—超深層油氣成因仍值得進一步深入探索。

2.3.2 深層—超深層油氣成藏規(guī)律

全油氣系統(tǒng)理論框架下,碎屑巖盆地超深層油氣都處于浮力成藏下限以下的致密儲層中。油氣賦存于局限的達西流動場和更深層的束縛流動場中,只有通過人工壓裂或天然裂縫改造才有工業(yè)油氣流,因此其主要流動在裂縫系統(tǒng)中。

碳酸鹽巖盆地有著不同的滲流機制。深層—超深層碳酸鹽巖中存在良好的儲層,油氣可以賦存在常規(guī)油氣概念中的達西流動場中。深層—超深層油氣成藏規(guī)律、成藏機制需要結合全油氣系統(tǒng)理論進一步研究。

2.3.3 深層—超深層流體相態(tài)特征

超深層油氣藏的成藏充注過程發(fā)生在生烴高峰與適宜的深度,隨后經(jīng)歷沉降深埋與升溫、升壓的改造過程,包括原油的裂解、后期生氣注入等。目前深層—超深層油氣基本都處于以氣態(tài)為主的超壓狀態(tài),但其成藏過程中的流體相態(tài)變化過程與賦存特征需要進一步研究。

2.3.4 深層—超深層油氣藏類型劃分

深層—超深層油氣藏類型需要進一步精細、準確地劃分。目前發(fā)現(xiàn)的深層—超深層油氣藏可大體分為裂縫性油氣藏(包括基巖潛山型)、裂縫改造型致密/頁巖油氣藏、縫洞型碳酸鹽巖常規(guī)油氣藏3類(表4)。

表4 深層—超深層油氣藏類型劃分

2.3.5 超深層無機成因氣生成與成藏機制

甲烷(CH4)是最簡單也是最穩(wěn)定的碳氫化合物,并廣泛存在于深部地層中。無機成因的甲烷對成藏是否有意義這一問題仍然值得研究。

氦氣(He)是一種關鍵的、戰(zhàn)略性的、且稀有的資源。氦氣通常位于天然氣儲層中,目前對于氦氣藏中氦氣資源的形成、評價和預測尚不清楚。

需要進一步積極探索超深層無機成因氣(主要是甲烷與氦氣)的生成與成藏機制。

2.4 深層—超深層構造變形與地質力學、巖石力學機制

2.4.1 深層—超深層地質構造特征、類型與變形規(guī)律

目前的研究多將深層—超深層等同于淺層進行研究,推及地表。深層—超深層具有其獨特的特征,這種研究方法明顯不夠深入。需要加強深層—超深層地質構造特征、類型與變形規(guī)律研究。

2.4.2 深層—超深層構造的深部及區(qū)域控制因素與演化歷史

深層—超深層構造直接決定盆地的基底特征,其控制因素需要進一步研究。區(qū)域控制因素同樣需要進一步研究,塔里木盆地與四川盆地發(fā)育大量NE走向的走滑斷裂體系,不僅規(guī)模大且對成藏影響非常大,但其區(qū)域控制因素不清,其演化歷史不清,需要開展進一步研究。

2.4.3 深層—超深層斷層、裂縫等大規(guī)模區(qū)域性破裂構造的發(fā)育特征,分布規(guī)律與力學機制

在以往的研究中,斷層、裂縫等大規(guī)模區(qū)域性破裂構造未受到足夠的重視。在深層—超深層中,斷層、裂縫等大規(guī)模區(qū)域性破裂構造可直接作為油氣的儲集層(圖4)。大規(guī)模區(qū)域性破裂構造的發(fā)育特征,分布規(guī)律和力學機制亟需進一步研究。

圖4 中東地區(qū)碳酸鹽巖地層中的斷層與構造碎裂巖

2.4.4 斷裂裂縫構造作為儲集空間與輸導通道的定量評價與預測

裂縫網(wǎng)絡作為深層—超深層油氣的重要儲集空間與有效滲流通道,極大地影響油氣的富集、產(chǎn)能與開發(fā)效果[40]。針對裂縫的研究方法大致可以分為:地質綜合法(巖心、露頭及地質統(tǒng)計)[41]、地球物理法[42]、巖石學方法[43]、物理實驗分析法[44]、動態(tài)資料分析法[45]、數(shù)值模擬法[46]與多方法綜合分析[47]。但目前針對裂縫的定量評價與預測的研究仍然存在許多不足,尤其對深層—超深層的研究更為缺乏。在未來的油氣藏預測、儲層預測、有利區(qū)帶預測過程中,主要圍繞著大型斷裂、有利裂縫縫網(wǎng)發(fā)育區(qū)開展研究。另外亟需加強斷裂、裂縫、儲集空間和疏導通道的定量評價和預測。

2.4.5 超深層巖石變形的地質力學與巖石力學特性和極端條件下巖石力學機制

深層—超深層的巖石力學特征不僅僅是鉆井工程需要研究的問題,同時也是地質研究過程中需要重視的問題。目前針對深層—超深層的巖石力學問題研究存在不足。傳統(tǒng)的觀點認為3 500 m以深的巖石主要為塑性變形,存在較好的封堵能力,3 500 m以淺的巖石主要為脆性變形,裂縫發(fā)育,封堵能力有限。但從目前的勘探生產(chǎn)實踐來看,這種認識仍存在很大不確定性。同時極端條件下的巖石力學機制同樣要得到重視。

2.5 超深層流體特征與流-固作用機制

(1)含油氣盆地流體場結構。含油氣盆地流體場結構需要進一步研究,要從流體場的角度理解認識含油氣盆地中的流體行為。可將含油氣盆地流體場分為3層結構:①近地表地下水系統(tǒng);②與成巖生烴相關的地層水系統(tǒng);③與殼?；顒佑嘘P的深部流體系統(tǒng)。目前石油地質學界針對流體的研究主要針對與殼?；顒佑嘘P的深部流體系統(tǒng)和成巖生烴相關的地層水系統(tǒng)。

(2)流-固作用。盡管從目前看,控制儲層的主要因素是儲層原生品質和后期成巖作用。但由深部流體活動引起的儲層骨架礦物的溶蝕與孔隙充填作用,其規(guī)模與成儲效應存在爭議。目前人們對深部儲層知之甚少,流-固作用對儲層究竟是改良還是劣化,其對儲層質量是否有決定性意義值得進一步深入研究。

(3)深部流體活動。深部流體活動是無機生烴的主要機制,包括極端條件下的有機-無機化學反應機制等。同時深部流體活動規(guī)律與盆地基底地殼性質和后期活動,及深部大型斷裂活動有關,需要加強研究。

(4)含油氣盆地深淺流體相互作用。含油氣盆地深淺流體相互作用影響多種能源礦產(chǎn)成礦成藏作用,包括沉積型鈾礦等,需要進一步研究。

2.6 超深層油氣資源的特點與評價方法

2.6.1 超深層油氣資源類型

從過去多年的石油地質學研究來看,超深層的油氣資源主要可以分為3類:①天然氣;②輕質油、凝析油、少部分黑油;③非烴氣資源(如氦氣等)。天然氣是目前深層—超深層勘探開發(fā)的重點。但對于超深層的石油資源目前尚有爭議,有學者認為超深層僅有天然氣資源,有學者認為超深層仍有豐富的石油資源。從目前的勘探實踐來看,這二者的認識都相對片面,需要對具體盆地及油氣系統(tǒng)開展進一步研究。

2.6.2 輕質油與凝析油地質理論、勘探評價和開發(fā)生產(chǎn)技術

中國石油資源具有其特殊性,在以往的勘探生產(chǎn)過程中,中國石油資源主要為中質油與重質油,天然氣資源主要為干氣。但從國際上的勘探生產(chǎn)實踐來看,有很大一部分油氣藏是油氣共存的,且超深層石油資源主要為輕質油與凝析油。中國輕質油與凝析油生產(chǎn)規(guī)模小,認識不足。隨著中國勘探開發(fā)轉向深層—超深層,未來輕質油、凝析油在原油產(chǎn)量中占比將持續(xù)上升,需要加強對輕質油、凝析油地質理論、勘探評價和開發(fā)生產(chǎn)技術的研發(fā)。

2.6.3 深層—超深層非常規(guī)資源特點

中國疊合盆地具有致密化的特征[48],缺少高孔、高滲的優(yōu)質儲層,因此勢必發(fā)育致密油氣和頁巖油氣,致密油氣和頁巖油氣資源大多在6 000 m以深,甚至更深,如何有效開發(fā)成為阻礙致密/頁巖油氣發(fā)展的重要問題。一是技術難題,二是成本問題。首先要尋找裂縫化深層—超深層的致密/頁巖油氣藏,如克深和大北裂縫化的致密氣藏。同時要加強天然裂縫區(qū)的預測與勘探,研發(fā)深層—超深層致密儲層人工壓裂技術,加強碳酸鹽巖深層超深層油氣勘探。

2.6.4 加強深層—超深層油氣資源評價工作

中國歷次資源評價中均未評價輕質油與凝析油資源量,輕質油與凝析油資源評價是中國資源評價過程中的薄弱一環(huán),亟需加強濕氣、凝析油氣、輕質油資源評價。

2.6.5 超深層油氣勘探的深度下限

一些學者認為油氣勘探?jīng)]有深度下限,但是從目前的研究來看,超深層油氣勘探仍然存在深度下限:①干酪根生烴理論框架下,生烴灶向下存在供烴排烴邊界;②缺少裂縫情況下,極致密儲層處于束縛動力場,缺少流動條件,將會導致油氣成藏出現(xiàn)下限;③工程技術裝備困難,成本及經(jīng)濟性將會限制超深層油氣勘探的深度下限。這些因素都將限制深層—超深層油氣勘探深度,其具體影響機制值得進一步研究。

3 深層—超深層油氣勘探開發(fā)的工程技術問題

3.1 萬米鉆機的大規(guī)模工業(yè)化推廣

2015年,克深903井完鉆井深8 038 m,成為當時中國石油陸上獲得工業(yè)油流最深的一口井;2019年,輪探1井完鉆井深8 882 m,標志著寒武系吾松格爾組的發(fā)現(xiàn);2022年,雙魚001-H6井完鉆井深9 010 m,再次創(chuàng)造中國陸上最深氣井記錄[49]。

目前向更深、更古老的層系尋找油氣資源已經(jīng)成為中國石油勘探開發(fā)的重要目標,亟需研發(fā)先進的萬米鉆井技術裝備。盡管萬米鉆井技術裝備現(xiàn)在已經(jīng)列到不同級別的國家科研計劃中,但始終沒有把它作為一個大規(guī)模工業(yè)化推廣目標。為了滿足深層—超深層油氣勘探開發(fā)的需求,需要大規(guī)模工業(yè)化批量推廣萬米鉆機。

3.2 6～12 km深度物探裝備研發(fā)

目前的物探裝備在深層—超深層油氣勘探過程中面臨著信噪比低、分辨率低等問題,無法滿足目前在深層—超深層勘探開發(fā)的技術需求。亟需研究6～12 km深度的具有高性噪比和高分辨率的地震技術裝備。

3.3 高溫高壓測井技術開發(fā)

深層—超深層面臨著高溫高壓的問題。目前測井溫度大體上在140～170 ℃,壓力環(huán)境在100～160 MPa,需要研制工作溫度超過200 ℃,工作壓力超過200 MPa工作環(huán)境的包括芯片、陀螺儀在內等的全套測井儀器。

3.4 深層—超深層壓裂技術裝備研發(fā)

鉆井數(shù)據(jù)顯示,深層—超深層油藏溫度一般在150～260 ℃,俄羅斯濱里海盆地布拉海深層油藏甚至高達295 ℃[50]。根據(jù)對全球428個深層油氣藏的壓力數(shù)據(jù)統(tǒng)計,有198個油氣藏壓力系數(shù)高于1.2,最高可達2.8,深層油氣藏最高壓力可達130 MPa,極少數(shù)可以超過170 MPa[51]。針對深層—超深層儲層高溫、高壓、高地應力的儲層特征,亟需研發(fā)“三高”條件下的壓裂裝備。

4 結 論

回顧中國含油氣盆地深層—超深層油氣勘探開發(fā)發(fā)展歷程,盡管中國目前已經(jīng)取得累累碩果,但仍存在大量科學技術問題需要解決。深刻認識并探索研究這些科學技術問題對中國含油氣盆地深層—超深層油氣勘探開發(fā)具有重要意義。

(1)含油氣盆地深層—超深層油氣勘探開發(fā)存在6個科學問題:深層—超深層儲層特征與形成機制;深層—超深層勘探目標的地質類型;深層—超深層油氣成藏機制與油氣藏類型;深層—超深層構造變形與地質力學、巖石力學機制;超深層流體特征與流-固作用機制;超深層油氣資源的特點與評價方法。

(2)含油氣盆地深層—超深層油氣勘探開發(fā)存在4個工程問題:萬米鉆機的大規(guī)模工業(yè)化推廣;6～12 km深度物探裝備研發(fā);高溫高壓測井技術研發(fā);深層—超深層壓裂技術裝備研發(fā)。