川東北礁灘天然氣勘探新進(jìn)展及關(guān)鍵技術(shù)

摘 要

摘要：川東北地區(qū)位于四川盆地東北部，是中國石化勘探南方分公司天然氣勘探的主戰(zhàn)場。該區(qū)地表地形復(fù)雜，二疊系、三疊系目的層埋藏深(5500～7500m)，儲層受沉積相帶控制，識別難度大，經(jīng)
摘要：川東北地區(qū)位于四川盆地東北部，是中國石化勘探南方分公司天然氣勘探的主戰(zhàn)場。該區(qū)地表地形復(fù)雜，二疊系、三疊系目的層埋藏深(5500～7500m)，儲層受沉積相帶控制，識別難度大，經(jīng)歷多期構(gòu)造演化且各區(qū)塊差異大，給油氣勘探帶來極大的困難。近年來，該公司在已有成果認(rèn)識的基礎(chǔ)上，通過深化二疊系、三疊系臺緣礁灘相油氣地質(zhì)綜合研究及勘探技術(shù)攻關(guān)，進(jìn)一步明確了臺緣礁灘相儲層發(fā)育特征和油氣成藏富集規(guī)律；形成了獨具特色的“相控三步法”礁灘儲層有效預(yù)測技術(shù)和深部高精度三維地震采集處理一體化及復(fù)雜超深井鉆井等先迸適用配套技術(shù)，使得礁灘相勘探目標(biāo)不斷拓寬；探明了普光氣田，新近發(fā)現(xiàn)了元壩氣田，還取得了涪陵北部高陡復(fù)雜構(gòu)造區(qū)復(fù)向斜部位礁灘相勘探突破，實現(xiàn)了天然氣儲量的快速增長。
關(guān)鍵詞：四川盆地.東北部；中國石化勘探南方分公司；臺緣礁灘；天然氣勘探；配套技術(shù)；勘探成果；普光氣田；元壩氣田
1 勘探概況
    四川盆地是中國陸上大型含油氣盆地之一，天然氣資源豐富，川東北地區(qū)位于四川盆地東北部，是中國石化勘探南方分公司(以下簡稱南方公司)天然氣勘探發(fā)展的主戰(zhàn)場。“十五”期間，南方公司通過加強(qiáng)區(qū)域油氣地質(zhì)綜合評價研究，調(diào)整油氣勘探思路，以長興組-飛仙關(guān)組臺緣礁灘相帶白云巖儲層及構(gòu)造-巖性復(fù)合圈閉為勘探對象，發(fā)現(xiàn)了普光氣田。研究成果表明，普光氣田的儲層和油氣成藏主要受臺緣礁灘相帶的控制[1～4]。
    “十一五”期間，南方公司針對川東北地區(qū)油氣勘探的突出問題(地表地形復(fù)雜，二疊系、三疊系目的層埋藏深，儲層受相帶控制識別難度大，各區(qū)塊經(jīng)歷多期構(gòu)造演化且差異大，油氣勘探難度大)，大力實施科技攻關(guān)戰(zhàn)略，加強(qiáng)對二疊系、三疊系礁灘相油氣地質(zhì)規(guī)律的綜合研究，不斷創(chuàng)新地質(zhì)認(rèn)識，發(fā)展完善關(guān)鍵勘探技術(shù)，礁灘相油氣勘探目標(biāo)不斷拓寬，從“開江-梁平”陸棚東緣的普光地區(qū)擴(kuò)展到陸棚西緣的元壩地區(qū)，再擴(kuò)展到涪陵北部地區(qū)，探明了目前國內(nèi)最大的海相整裝大氣田——普光氣田，新近發(fā)現(xiàn)了目前四川盆地目的層埋藏最深的元壩氣田，千億立方米級儲量規(guī)?；韭鋵崳@得了一批測試天然氣日產(chǎn)量超百萬立方米的氣井；實現(xiàn)了涪陵北部高陡復(fù)雜構(gòu)造復(fù)向斜區(qū)礁灘相的勘探突破，形成了沿“開江-梁平”臺緣相帶展開天然氣勘探的良好態(tài)勢(圖1)。

2 油氣地質(zhì)研究進(jìn)展
2.1 建立起兩種臺緣-斜坡沉積模式，有效指導(dǎo)了勘探部署
    受古構(gòu)造背景、演化階段的差異性以及古氣候等因素的控制，川東北地區(qū)“開江梁平”陸棚東西兩側(cè)長興期-飛仙關(guān)期具有明顯的沉積差異。利用鉆井和地震精細(xì)解釋成果，主要根據(jù)從臺地至陸棚間斜坡坡度大小，建立了普光“陡緩坡”和元壩“緩緩坡”兩種臺緣斜坡沉積模式，其礁灘發(fā)育模式存在著明顯差異(圖2)。
    以普光地區(qū)為代表的“陡緩坡”臺緣，斜坡坡度較大，一般在15°左右，斜坡平面分布范圍窄，一般在3km左右。斜坡沉積物巖性以瘤狀灰?guī)r為主，發(fā)育少量礫屑灰?guī)r，前積構(gòu)造不發(fā)育。長興組生物礁礁帶范圍較窄，生物礁表現(xiàn)為縱向加積，礁后淺灘不發(fā)育，發(fā)育礁蓋白云巖儲層。飛仙關(guān)組在生物礁發(fā)育基礎(chǔ)上，沉積了巨厚的鮞粒灘，鮞粒灘具有向臺地方向退積沉積的特征，儲層主要為溶孔鮞粒白云巖，分布范同廣，儲層厚度大、連續(xù)性好，最大厚度達(dá)360m，是普光氣田的主力儲層。
    以元壩地區(qū)為代表的“緩緩坡”型臺緣，斜坡坡度很小，一般介于3°～5°，平面分布范圍寬，一般在20km左右。長興期礁灘大面積發(fā)育，構(gòu)成元壩氣田的主力儲層，長興期具有早灘、晚礁，前礁、后灘的沉積特征，生物礁成排成帶發(fā)育，生物礁發(fā)育“礁蓋”白云巖儲層，儲層厚度主要介于80～120m[5]；并發(fā)育早期淺灘和礁后淺灘儲層，元壩12、123井鉆遇礁后淺灘儲層厚度均超過100m。元壩地區(qū)飛仙關(guān)期斜坡沉積物發(fā)育豐富的前積構(gòu)造，沉積泥晶灰?guī)r。飛仙關(guān)組鮞灘單層厚度小、平面分布范圍廣，鮞灘具有隨斜坡從早期臺緣向陸棚區(qū)遷移的沉積特征，鮞灘巖性以亮晶鮞?；?guī)r為主，鮞?；?guī)r與非泥晶灰?guī)r韻律互層產(chǎn)出，儲層主要為鮞?；?guī)r儲層，厚度介于10～35m。
    通過對“開江-梁平”陸棚東西兩側(cè)臺緣-斜坡沉積特征的研究，有效地指導(dǎo)了元壩地區(qū)及涪陵地區(qū)礁灘相勘探目標(biāo)的確定及其勘探部署，對發(fā)現(xiàn)相關(guān)勘探目標(biāo)作用重大。
2.2 提出3種類型的生物礁及其識別模式，有效指導(dǎo)了生物礁精細(xì)描述
    通過對元壩地區(qū)鉆錄井和三維地震資料的綜合分析，依據(jù)生物礁特征劃分提出了3種類型的生物礁：垂向加積生物礁、側(cè)向遷移生物礁及早期生物礁(圖3)，3種生物礁的生長與儲層發(fā)育均具有顯著特點。在該認(rèn)識的指導(dǎo)下，提高了生物礁描述及井位優(yōu)選精度，保證了勘探部署井的高成功率。

    1) 垂向加積生物礁多期疊置，礁體厚、規(guī)模大；“礁蓋”儲層厚度大(90～140m)、物性好(Ⅰ、Ⅱ類儲層占30%～50%)，是該區(qū)生物礁優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)儲層發(fā)育最有利的相帶，有4口井測試天然氣日產(chǎn)量超百萬立方米；地震資料具有明顯底平頂凸、高陡丘狀外形，頂部低頻強(qiáng)振幅亮點、內(nèi)部雜亂弱振幅反射等特征。
    2) 側(cè)向遷移生物礁生長規(guī)模中等，儲層厚度中等(30～60m)、物性較好(Ⅰ、Ⅱ類儲層占20%～30%)；地震資料具有丘形體側(cè)向疊置、頂部低頻強(qiáng)振幅亮點、內(nèi)部空白雜亂反射等特征；元壩10井取心在長興中部見礁前垮塌角礫巖表明了相帶的遷移。
    3) 早期生物礁發(fā)育于長興期早中期，晚期演化為局限環(huán)境沉積，生物礁規(guī)模相對小；儲層厚度較薄(30m左右)但物性好(Ⅰ、Ⅱ儲層占50%)，元壩104井在該類型儲層測試獲得天然氣日產(chǎn)量超過百萬立方米，表明儲層物性好；地震資料具有低頻、低幅度強(qiáng)振幅丘狀外形等特征。
    長興組臺地邊緣礁灘復(fù)合體儲層的發(fā)育與生物礁生長密切相關(guān)。生物礁生長后期隨著水平面相對下降與生物礁的快速生長，生物礁頂部接近或已經(jīng)暴露，形成“礁蓋”暴露淺灘儲層。在元壩地區(qū)通過鉆井資料揭示及地震資料刻畫，礁灘復(fù)合體“礁蓋”儲層的發(fā)育與生物礁不同部位密切相關(guān)，生物礁的礁坪、礁頂位置有利于高能生屑灘的堆積，后期白云巖化、溶蝕作用強(qiáng)，儲層發(fā)育，而礁前儲層相對變差，元壩10井鉆至礁前位置，儲層厚21.3m，而采用大斜度井向礁坪方向側(cè)鉆，儲層垂厚38.4m，增厚17.1m。
2.3 提出3種礁灘圈閉成藏演化模式，拓寬了礁灘相油氣勘探范圍
    油氣成藏研究成果表明：礁灘氣藏大多經(jīng)歷了原油充注、古油藏深埋裂解與后期調(diào)整等3個階段，根據(jù)在不同階段構(gòu)造與巖性對油氣藏的控制作用，劃分出3種類型礁灘氣藏成藏演化模式：元壩東部繼承性巖性圈閉型、普光構(gòu)造-巖性圈閉型以及興隆場向斜區(qū)巖性圈閉型。
    1) 元壩東部繼承性巖性圈閉后期調(diào)整階段調(diào)整幅度較小，整體繼承了油藏階段巖性圈閉，在圈閉內(nèi)發(fā)生了氣、水調(diào)整，造就了現(xiàn)今氣藏內(nèi)部具有高氣、低水的分布特征，不同圈閉具有不同的氣水界面。
    2) 普光構(gòu)造-巖性圈閉在后期調(diào)整階段調(diào)整幅度較大，氣、水發(fā)生了大的調(diào)整分異，在構(gòu)造高部位整體含氣，低部位為水區(qū)，為邊水氣藏，普光地區(qū)氣藏高度達(dá)941m。
    3) 興隆場向斜區(qū)巖性圈閉在局部構(gòu)造調(diào)整階段演化為向斜區(qū)，但氣藏整體受到礁灘巖性圈閉控制，未發(fā)生大的橫向運(yùn)移和縱向散失，僅在向斜控制下巖性圈閉內(nèi)發(fā)生了氣、水調(diào)整，巖性氣藏內(nèi)部具有高氣、低水分布特征，部署在川東弧形高陡褶皺帶拔山寺向斜區(qū)的興隆1井，于長興組試獲高產(chǎn)工業(yè)氣流。
    上述3種類型礁灘圈閉成藏演化模式說明，礁灘儲層控制的巖性圈閉、構(gòu)造巖性圈閉在構(gòu)造背斜區(qū)、構(gòu)造平緩區(qū)以及構(gòu)造向斜區(qū)均有可能富集油氣。
3 勘探關(guān)鍵配套技術(shù)
3.1 面向深部儲層的高精度三維地震采集與處理一體化技術(shù)
    基于高精度衛(wèi)星照片、測量定位的跨障礙特殊設(shè)計，逐點測量定位技術(shù)；基于巖石力學(xué)、巖石物理學(xué)和爆破理論，應(yīng)用飽和激發(fā)理論，實現(xiàn)激發(fā)井深、激發(fā)巖性與激發(fā)方式的優(yōu)選與最佳匹配組合，提高激發(fā)能量的高頻；基于成像效果的高密度反射點參數(shù)論證、起伏地表復(fù)雜地下結(jié)構(gòu)的照明分析及CRP分析的地震波場正演、完善復(fù)雜山地觀測系統(tǒng)設(shè)計和論證，形成了面向復(fù)雜儲層的山地高精度地震采集設(shè)計技術(shù)。
    復(fù)雜山地地震數(shù)據(jù)處理，基于高保真的疊前去噪、層析靜校正技術(shù)和基于共聚焦成像理論、起伏地表曲射線疊前時間偏移成像技術(shù)，提高復(fù)雜構(gòu)造的成像精度；同時基于調(diào)諧分析與分頻分析的高分辨率儲層成像，進(jìn)一步提高儲層分辨能力與刻畫精度。主要目的層(二疊系長興組-三疊系飛仙關(guān)組)地震資料主頻由30Hz提高到50Hz，儲層預(yù)測分辨率由37m提高到22m。
3.2 “相控三步法”礁灘相儲層綜合預(yù)測技術(shù)
    超深層碳酸鹽巖礁灘相儲層預(yù)測遵循地面地質(zhì)→鉆井→測井→地震→綜合評價的研究模式，總體研究思路：以沉積相研究為指導(dǎo)、以模型正演與地震相分析為基礎(chǔ)、形成以相控多參數(shù)儲層反演為核心的“相控三步法”超深層碳酸鹽巖儲層綜合預(yù)測技術(shù)。通過采用“相控三步法”儲層綜合預(yù)測技術(shù)，使儲層的預(yù)測精度得以大幅度提高，在普光大灣地區(qū)及元壩地區(qū)完鉆的37口礁灘相探井均鉆遇儲層，儲層厚度預(yù)測偏差小于8%，近期在元壩地區(qū)礁灘相完成試氣的14口井中有13口井試獲工業(yè)氣流，其中有6口井7層測試天然氣日產(chǎn)量超百萬立方米，元壩205井分別在長興組一段和二段測試獲天然氣日產(chǎn)量超百萬立方米。
3.3 復(fù)雜深井鉆井技術(shù)系列
    川東北地區(qū)深井、高壓、高溫、高含硫、高產(chǎn)及同一裸眼多套壓力層系共存，漏溢壓力窗口窄，地層穩(wěn)定性差、可鉆性差、傾角大，使得鉆探過程中存在“噴、漏、塌、卡、斜、硬、毒”等諸多技術(shù)難題，給鉆井工程帶來了極大困難和嚴(yán)重挑戰(zhàn)。
    “十一五”期間通過技術(shù)攻關(guān)，形成了復(fù)雜井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)、復(fù)雜深井優(yōu)快鉆井技術(shù)、鉆井防漏堵漏技術(shù)及復(fù)雜地層固井質(zhì)量技術(shù)等4大技術(shù)系列。自主研發(fā)了機(jī)械式自動垂直鉆井系統(tǒng)，成功開發(fā)出了4種規(guī)格的孕鑲金剛石鉆頭和11種適合不同地層、不同鉆井方式的PDC鉆頭，推廣應(yīng)用了“高效PDC鉆頭+螺桿鉆具”復(fù)合鉆井技術(shù)，有效提高了該區(qū)深部海相地層鉆井速度，提速幅度為32.9%。大幅度縮短深井、超深井鉆井周期，實現(xiàn)了復(fù)雜條件下深井、超深井“安全、優(yōu)質(zhì)、快速、低耗”鉆井。
4 天然氣勘探成果
4.1 探明普光氣田
    普光氣田發(fā)現(xiàn)后確立了“整體評價，分步實施”的勘探部署思路。在實施普光主體評價落實的同時，通過加強(qiáng)對普光主體周邊地區(qū)的地質(zhì)綜合研究及目標(biāo)評價，落實長興組飛仙關(guān)組臺地邊緣礁灘相帶平面上沿老君-普光-普光西-大灣-毛壩-分水嶺呈北西-南東向條帶狀展布，評價結(jié)果認(rèn)為：大灣、毛壩和分水嶺地區(qū)具有與普光主體相似的油氣成藏條件，是展開油氣勘探的有利目標(biāo)。
    在地質(zhì)新認(rèn)識的指導(dǎo)下，2006年甩開預(yù)探大灣構(gòu)造并相繼實施了大灣1井等5口井，在長興組-飛仙關(guān)組均鉆遇臺地邊緣礁灘相儲層及工業(yè)氣流，儲層厚、物性好。2008年整體探明大灣區(qū)塊，新增含氣面積35.78km2、探明天然氣儲量1015.99×108m3；毛壩構(gòu)造相繼實施的毛壩4、6井飛仙關(guān)組均鉆遇臺地邊緣暴露淺灘白云巖儲層及工業(yè)氣流，儲層分別厚200m、14m，探明含氣面積7.49km2、探明天然氣儲量251.85×108m3，儲量豐度高達(dá)33.62×108m3/km2；2010年部署在分水嶺北部的分2井在長興組 飛仙關(guān)組鉆遇臺地邊緣礁灘相儲層，測試獲日產(chǎn)58.49×104m3工業(yè)氣流，實現(xiàn)了普光臺緣礁灘相帶勘探向兩北繼續(xù)擴(kuò)大。
    “十一五”期間通過普光主體和周邊大灣、毛壩及分水嶺地區(qū)長興組 飛仙關(guān)組臺地邊緣礁灘有利相帶的甩開勘探，累計新增天然氣探明儲量1611×108m3，實現(xiàn)了普光氣田的擴(kuò)大落實。截至2010年底，普光氣田累計獲天然氣探明儲量4121.73×108m3。
4.1 發(fā)現(xiàn)元壩氣田
    元壩地區(qū)構(gòu)造上位于四川盆地川中構(gòu)造北斜坡與九龍山和通南巴構(gòu)造帶向南傾末端的結(jié)合部位，主體處于區(qū)域構(gòu)造的較低部位，構(gòu)造平緩，地層埋藏深，二疊系埋深介于6500～7800m。在普光氣田發(fā)現(xiàn)的啟示下，通過加強(qiáng)區(qū)域基礎(chǔ)地質(zhì)研究，在開江梁平陸棚西側(cè)的元壩地區(qū)發(fā)現(xiàn)深層二疊系、三疊系臺緣礁灘相帶巖性圈閉目標(biāo)；2006年部署在元壩巖性圈閉低部位的元壩1井在長興組頂部鉆獲一套礁蓋溶孔白云巖儲層，長興組測試獲日產(chǎn)50.3×104m3的工業(yè)天然氣流，發(fā)現(xiàn)了元壩氣田。

    元壩氣田發(fā)現(xiàn)后按照“區(qū)域甩開，整體部署，滾動實施”的勘探部署思路展開評價，千億立方米級儲量得到基本落實(圖4)：①至目前臺緣礁灘相完鉆的19口井長興組全部鉆遇儲層，儲層厚度介于30～150m，已完成測試的16口井獲工業(yè)氣流，其中10口井達(dá)中高產(chǎn)工業(yè)氣流，6口井測試日產(chǎn)天然氣超百萬立方米；②鉆探研究發(fā)現(xiàn)，元壩地區(qū)長興組-飛仙關(guān)組發(fā)育大型臺地邊緣沉積，具有礁灘復(fù)合儲層及礁后淺灘儲層勘探目標(biāo)，儲層疊合連片，控制有利相帶面積逾500km2，其中測試證實生物礁帶為油氣高產(chǎn)富集帶；③吳家坪組新發(fā)現(xiàn)淺灘有利勘探目標(biāo)，元壩29井于2011年測試獲日產(chǎn)135.9×104m3的高產(chǎn)工業(yè)氣流，展示了吳家坪組良好的油氣成藏條件和勘探潛力。計劃“十二五”中期完成元壩地區(qū)礁灘儲層的整體探明。
4.3 涪陵北部高陡復(fù)雜構(gòu)造區(qū)復(fù)向斜部位礁灘相勘探取得突破
    涪陵北部處于川東高陡褶皺構(gòu)造帶，早期主要以黃泥塘高陡構(gòu)造帶石炭系為勘探對象，先后鉆探11口井，石炭系普遍出水，勘探一直打不開局面。
隨著元壩氣田勘探的突破，加強(qiáng)了對該區(qū)長興組-飛仙關(guān)組的油氣評價研究，通過大量基礎(chǔ)性工作，落實涪陵北部長興組-飛仙關(guān)組發(fā)育臺緣相沉積，評價結(jié)果認(rèn)為：涪陵復(fù)向斜區(qū)具備巖性圈閉成藏條件，進(jìn)而建立起二疊系礁灘相“近源聚集、巖性控藏、晚期調(diào)整”的成藏新認(rèn)識。在上述新認(rèn)識的基礎(chǔ)上，提出主攻復(fù)向斜區(qū)二疊系、三疊系臺緣礁灘相帶巖性圈閉的勘探新思路。2009年部署在涪陵北部巖性圈閉上的興隆1井在長興組鉆遇臺地邊緣礁灘相儲層，長興組測試獲51.7×104m3/d的工業(yè)氣流，取得了復(fù)向斜區(qū)勘探的突破(圖5)，目前正在展開礁灘相目標(biāo)的評價工作。
 

5 結(jié)論
    1) 近年來通過加強(qiáng)礁灘相油氣成藏地質(zhì)研究，新建立兩種類型臺緣斜坡沉積模式、3種類型生物礁識別模式和3種礁灘油氣圈閉成藏演化模式等新認(rèn)識，進(jìn)一步發(fā)展完善了對臺緣礁灘相沉積及油氣成藏富集規(guī)律的研究成果，為川東北地區(qū)臺緣礁灘相油氣勘探提供了地質(zhì)理論認(rèn)識上的指導(dǎo)。
    2) 勘探實踐表明，南方公司在川東北地區(qū)礁灘相領(lǐng)域發(fā)展形成的勘探關(guān)鍵技術(shù)與勘探配套技術(shù)系列是先進(jìn)有效的，為普光氣田的擴(kuò)大和探明，元壩氣田的發(fā)現(xiàn)和涪陵北部的勘探突破提供了有力的技術(shù)保障。
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(本文作者：郭旭升 胡東風(fēng) 中國石化勘探南方分公司)