冀東南堡凹陷非常規(guī)油氣資源潛力研究

袁立新，畢永斌，張 梅，高廣亮，李福堂

（中國石油冀東油田勘探開發(fā)研究院，河北唐山 063004）

冀東南堡凹陷非常規(guī)油氣資源潛力研究

袁立新，畢永斌，張 梅，高廣亮，李福堂

（中國石油冀東油田勘探開發(fā)研究院，河北唐山 063004）

利用地球化學(xué)、巖石礦物、測井及錄井等資料系統(tǒng)研究冀東南堡凹陷非常規(guī)油氣資源，認(rèn)為南堡凹陷火山巖、泥頁巖厚度大、有機(jī)質(zhì)豐度高、類型好、成熟度分布范圍廣，具備形成油氣藏的物質(zhì)基礎(chǔ)；南堡凹陷火成巖氣孔或裂縫發(fā)育、泥頁巖裂縫發(fā)育，均具有一定的儲(chǔ)集性能，同時(shí)有利于油氣的開采。通過對火山巖、泥頁巖進(jìn)行試油試采，在沙河街組火山巖中試氣獲得了日產(chǎn)16×104m3的高產(chǎn)天然氣流，在沙三段泥頁巖進(jìn)行壓裂投產(chǎn)，初期日產(chǎn)液30 m3，目前日產(chǎn)液5 m3，日產(chǎn)油2 t，已累計(jì)產(chǎn)油500 t。研究結(jié)果表明南堡凹陷非常規(guī)油氣藏具有良好的勘探開發(fā)潛力，展示了良好的勘探開發(fā)前景。

南堡凹陷；火山巖；泥頁巖；潛力

目前，世界石油天然氣工業(yè)已進(jìn)入常規(guī)油氣與非常規(guī)油氣并重發(fā)展的時(shí)代，而且非常規(guī)油氣在世界油氣新增儲(chǔ)量和產(chǎn)量中所占的比重越來越大，加大非常規(guī)油氣藏的勘探開發(fā)規(guī)模已成為世界石油與天然氣工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。我國非常規(guī)油氣藏分布亦十分廣泛，無論是中部的鄂爾多斯盆地和四川盆地，還是西部的塔里木、準(zhǔn)噶爾、吐哈盆地，以及東部的松遼、渤海灣海域盆地等均有廣泛分布，其中資源潛力最大、分布最廣、且在現(xiàn)有技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下最具有勘探開發(fā)價(jià)值的是致密油氣（包括致密砂巖油氣和致密碳酸鹽巖油氣）、頁巖油氣（包括頁巖氣和頁巖油）、煤層氣等[1-2]。非常規(guī)油氣資源作為能源體系中的一股新生替代力量，正處于技術(shù)快速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化成長階段，發(fā)展非常規(guī)油氣資源符合可持續(xù)的能源發(fā)展戰(zhàn)略的需要。中國非常規(guī)油氣具有地質(zhì)研究起步較晚，資源潛力認(rèn)識(shí)不清，開發(fā)技術(shù)相對落后等特征。本文基于非常規(guī)油氣的特點(diǎn)，對渤海灣冀東南堡凹陷非常規(guī)油氣資源勘探與開發(fā)潛力進(jìn)行初步探討，并結(jié)合目前勘探開發(fā)現(xiàn)狀，提出非常規(guī)油氣資源勘探開發(fā)的建議。

1 非常規(guī)油氣資源潛力

渤海灣盆地是我國非常規(guī)油氣資源較為豐富的含油氣盆地之一，其中致密氣地質(zhì)資源量為1.0 ×1012～ 1.5×1012m3，可采資源量為0.5×1012～ 0.8 ×1012m3；致密油有利勘探面積為2.0×104km2，地質(zhì)資源量為11.0×108t[3]。冀東油田目前主要工區(qū)是南堡凹陷，南堡凹陷是渤海灣盆地內(nèi)一個(gè)有代表性的小型斷陷盆地，它的形成與演化有著與渤海灣其他凹陷相似之處，決定了它也具有蘊(yùn)含非常規(guī)油氣資源的潛力。

冀東油田為了拓展新的勘探開發(fā)領(lǐng)域，針對已鉆井見到良好油氣顯示的非常規(guī)油氣層位和地區(qū)開展了地質(zhì)研究，并進(jìn)行了初步的試油試采工作，結(jié)果表明火山巖、泥頁巖等非常規(guī)油氣藏在該工區(qū)具有重要的勘探開發(fā)潛力。

1.1火山巖潛力分析

火山巖油氣藏是近些年來國內(nèi)油氣勘探的一個(gè)新領(lǐng)域，也是一個(gè)難度較大的勘探領(lǐng)域，國內(nèi)已經(jīng)有許多專家學(xué)者做了研究[4-8]。南堡凹陷火山巖較為發(fā)育，其中南堡1號(hào)、2號(hào)構(gòu)造的館陶組以及5號(hào)構(gòu)造的沙河街組均發(fā)育火山巖，目前冀東油田首先在南堡5號(hào)構(gòu)造開展了火山巖儲(chǔ)層預(yù)測及試油試采工作。

1.1.1 成藏條件

南堡凹陷5號(hào)構(gòu)造火山巖油氣藏主要位于沙河街組內(nèi)部，與上下沉積地層呈層狀整合接觸，未遭受風(fēng)化，被沙河街組的烴源巖包裹，構(gòu)造形態(tài)不明顯，油氣富集主要受控于火山巖儲(chǔ)層發(fā)育情況。南堡5號(hào)構(gòu)造深層烴源巖條件比較優(yōu)越，古近系各層段均發(fā)育良好的烴源巖，發(fā)育的主要層段為東三、沙一、沙三1-3和沙三4-5等4個(gè)層段。有效烴源巖厚度約為850 m，其中，東三段、沙一段和沙三4亞段為主要烴源巖。有機(jī)質(zhì)豐度以東三和沙三4-5為最好，均已達(dá)到好烴源巖的標(biāo)準(zhǔn)，尤其是沙三4亞段烴源巖，屬于同一生油洼陷——林雀次凹的高19-10、高11、高18等井均發(fā)現(xiàn)厚層優(yōu)質(zhì)烴源巖——油頁巖，這套優(yōu)質(zhì)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度比較高，TOC多數(shù)大于2%，部分高達(dá)8%，具備良好的天然氣生成條件，圖1展示了高19-10井沙三4亞段地化指標(biāo)。

圖1 南堡凹陷優(yōu)質(zhì)烴源巖有機(jī)地化垂向分布特征

火山巖儲(chǔ)層主要來自于溢流相火山熔巖和爆發(fā)相火山碎屑巖，均具有一定的儲(chǔ)集性能，其儲(chǔ)油空間為氣孔或裂縫，這些儲(chǔ)集空間隨深度的變化不大，這是在深部底層火山巖形成油氣藏優(yōu)勢所在。溢流相玄武巖氣孔、爆發(fā)相礫間孔縫均是較好的原生孔隙，雖然連通性差，但經(jīng)過后期風(fēng)化淋濾和構(gòu)造裂縫的影響，可極大地改變其儲(chǔ)集性能。以玄武巖為代表的火山熔巖儲(chǔ)層和以凝灰?guī)r為代表的火山碎屑巖儲(chǔ)層，其中玄武巖頂部、底部通常氣孔發(fā)育帶，由于頂部氣孔孔徑大、含量高，噴出時(shí)即暴露于地表，易于溶蝕改造，使得儲(chǔ)集空間擴(kuò)大，從而成為最優(yōu)質(zhì)的火山巖儲(chǔ)層；凝灰?guī)r多覆蓋于玄武巖之上或之下，雖氣孔小但受成巖作用改造，可改善儲(chǔ)集性能，成為較好的儲(chǔ)層。因此多期火山噴發(fā)形成的火山巖儲(chǔ)層，后期被沉積物覆蓋形成多種類型的圈閉，它們與沙三段成熟的優(yōu)質(zhì)烴源巖穿插分布，供烴條件優(yōu)越；上覆沙一段大套厚層泥巖可作為良好的蓋層。

1.1.2 氣藏特征

研究表明本區(qū)火山巖油氣藏受控于局部構(gòu)造和有利火山巖儲(chǔ)層分布，位于生氣窗之下的層段油氣藏相態(tài)以凝析油氣藏為主。油氣分布預(yù)測存在兩種類型：其一是大面積席狀分布的火山巖單體，在火山巖單體構(gòu)造高部位富集，在構(gòu)造低部位受火山巖物性控制呈局部富集；其二是透鏡狀分布的火山巖單體，形成透鏡狀油氣藏（圖2）。

1.1.3 潛力研究

通過對南堡凹陷火山巖成藏研究，表明了該區(qū)具有油氣成藏條件，為了進(jìn)一步落實(shí)潛力，陸續(xù)實(shí)施了6口井試氣、1口井系統(tǒng)試井工作。其中南堡5-85、南堡5-80井獲得工業(yè)氣流；南堡5-10井在沙河街組火山巖中試氣獲日產(chǎn)16×104m3高產(chǎn)天然氣流（圖3），目前該井日產(chǎn)氣量穩(wěn)定在2 ×104m3左右，已累計(jì)生產(chǎn)天然氣428×104m3，展示5號(hào)火山巖具有良好的勘探開發(fā)潛力。

1.2泥頁巖潛力分析

在常規(guī)油氣勘探中，泥頁巖常常被作為生烴巖或蓋層而非儲(chǔ)集巖。但是近年來，北美地區(qū)在海相頁巖中勘探天然氣所獲得的巨大成功表明，泥頁巖既可以作為烴源巖，也可以作為儲(chǔ)集巖。南堡凹陷泥頁巖較為發(fā)育，但目前油氣顯示較好的主要分布在南堡2號(hào)構(gòu)造，為潛山的上伏泥巖。根據(jù)南堡280、南堡288檢測出的孢粉化石以被子為主，且櫟粉＞榆粉，樺科、胡桃科分子以及具雙氣囊的松科組分占有相當(dāng)分量為主要特色，與本區(qū)以及整個(gè)渤海灣盆地古近紀(jì)沙三段的孢粉組合對比具有一定的相似性，同時(shí)通過地震追蹤引層，故劃歸沙三段。

圖2 南堡5號(hào)構(gòu)造沙河街組巖性圈閉油藏剖面

圖3 南堡5-10井生產(chǎn)曲線

1.2.1 巖性分析

南堡2號(hào)構(gòu)造潛山上覆泥巖沙三段地層為深湖還原沉積環(huán)境，據(jù)X-射線衍射全巖礦物分析結(jié)果表明，巖性以黑灰色、泥晶灰?guī)r、泥巖為主，石英、方解石含量高，含量在60%以上，該類型泥頁巖在完井壓裂過程中容易產(chǎn)生裂縫，利于頁巖油氣的開采。巖心的有機(jī)碳分析表明，烴源巖自上而下有機(jī)質(zhì)豐度變好，TOC達(dá)1.17% ～ 1.58%，S1+S2為2.78 ～ 5.59 mg/g，氯仿瀝青“A”在0.13%～ 0.32%，平均0.2%，干酪根類型為Ⅱ2型，且已處于成熟期，是一套優(yōu)質(zhì)烴源巖。

1.2.2 孔隙度與滲透率

利用核磁共振對南堡2號(hào)構(gòu)造沙三段泥頁巖巖心進(jìn)行孔隙度及滲透率分析，結(jié)果表明：南堡2號(hào)構(gòu)造沙三段泥頁巖孔隙度和滲透率低，孔隙度一般為3.81% ～ 9.71%，滲透率一般為（0.02 ～ 0.07）×10-3μm2，反映了泥巖本身的物性特征。從孔隙度及滲透率隨深度變化情況來看（表1），壓實(shí)作用一直伴隨著泥頁巖的埋藏過程，隨著埋深作用的增加和溫度、壓力的升高，孔隙度及滲透率逐漸降低。對于南堡凹陷泥頁巖來說，如果裂縫不發(fā)育，則很難形成儲(chǔ)層。

1.2.3 裂縫研究

泥頁巖裂縫形成主要有超壓裂縫、成巖收縮裂縫以及構(gòu)造縫等。超壓裂縫是巖石在一定埋深、封閉壓力條件下，烴類生成，黏土礦物脫水、水熱增加、自生礦物充填孔隙、膠結(jié)作用等產(chǎn)生異常高壓，當(dāng)異常壓力超過上覆泥巖承受力，泥巖破裂形成破裂縫；成巖收縮縫是泥巖失水體積收縮產(chǎn)生裂縫，同時(shí)黏土礦物蒙皂石脫水轉(zhuǎn)化為伊利石也會(huì)形成裂縫。

表1 南堡280井核磁共振泥巖物性分析結(jié)果

研究表明南堡2號(hào)構(gòu)造沙三段泥巖具有形成裂縫的條件：一是厚度大，埋藏深，易形成封閉環(huán)境；二是從烴源巖排烴動(dòng)力演變來看，中深層地層也容易形成異常壓力；三是據(jù)南堡280、2-82井黏土礦物成分檢測，伊利石含量高，其次伊蒙混層，推測為蒙皂石脫水變成伊利石所致；四是南堡凹陷歷經(jīng)多期區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，在脆性地層中不可避免地形成多期構(gòu)造（斷裂）縫，特別是靠近斷層，在派生應(yīng)力作用下，斷層上升盤易形成伴生張節(jié)理縫，從南堡280井全巖礦物成分看，方解石含量較高，從巖石熒光薄片分析結(jié)果看，泥巖多富含鈣質(zhì)、灰質(zhì)成分，這種巖性具有較大的脆性和潛在的造縫能力，對構(gòu)造縫的形成十分有利。

為了判識(shí)該工區(qū)泥頁巖的裂縫發(fā)育程度，采用測井及物探相干屬性預(yù)測方法進(jìn)行研究分析。典型井南堡280的測井曲線（圖4）表明，該井在鉆探沙三段泥頁巖時(shí)，井眼擴(kuò)徑明顯，氣測全烴值升高，聲波跳躍，XMAC顯示地層有各向異性，同時(shí)通過相干屬性預(yù)測表明（圖5），該工區(qū)泥頁巖裂縫比較發(fā)育。

1.2.4 含油氣性研究

在石油天然氣的地質(zhì)勘探中，氣測錄井技術(shù)是最主要的錄井技術(shù)手段。氣測中全烴的含量一般認(rèn)為是巖石中游離相的部分。從南堡2號(hào)構(gòu)造多口井沙三段泥頁巖發(fā)育段的氣測顯示來看（表2），氣測顯示平均為70 m/19層，全烴最高值可達(dá)100%，表現(xiàn)出較好的含油氣性。

圖4 南堡280井測井曲線圖

圖5 南堡2號(hào)構(gòu)造沙河街南堡280井區(qū)相干體屬性預(yù)測圖

表2 典型井巖心氣測顯示情況

1.2.5 潛力研究

通過研究分析表明，南堡凹陷沙三段泥頁巖具有油氣成藏條件，為了進(jìn)一步落實(shí)潛力，2011年6月優(yōu)選南堡280井沙三段泥頁巖進(jìn)行壓裂投產(chǎn)。圖6顯示該井生產(chǎn)情況。

圖6 南堡280井生產(chǎn)曲線

南堡280井為目前國內(nèi)一口最深頁巖氣壓裂工藝井，壓裂井深4 025 ～ 4 220 m，由于該井泥頁巖埋藏深，溫度高、施工壓力大，為保證壓裂成功，主壓裂前首先進(jìn)行小型壓裂測試求取相關(guān)參數(shù)，指導(dǎo)主壓裂施工；在主壓裂施工中力求形成立體縫網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了體積壓裂。該井壓裂投產(chǎn)后初期日產(chǎn)液30 t，目前日產(chǎn)液5 t，日產(chǎn)油2 t，累計(jì)產(chǎn)油500 t，該井的成功開發(fā)表明了南堡凹陷沙三段泥頁巖具有良好的勘探開發(fā)潛力。

2 結(jié)論

（1）冀東南堡凹陷非常規(guī)油氣資源中火成巖、泥頁巖較為發(fā)育，厚度大，分布廣、有機(jī)質(zhì)豐度高、類型好、成熟度分布范圍廣泛，具備良好的油氣生成條件，勘探開發(fā)前景較好。

（2）冀東南堡凹陷火成巖、泥頁巖勘探開發(fā)工作雖然處于初期階段，但是已取得了一定的突破，非常規(guī)油氣藏試油試采井的成功實(shí)施表明該工區(qū)具有一定的工業(yè)開采價(jià)值。

（3）隨著冀東南堡凹陷非常規(guī)資源勘探開發(fā)的不斷深入，需要在現(xiàn)有基礎(chǔ)研究及勘探開發(fā)取得成果的基礎(chǔ)上，研究不同類型非常規(guī)油氣相應(yīng)的開發(fā)配套工藝技術(shù)，制定科學(xué)有序的非常規(guī)油氣資源總體發(fā)展戰(zhàn)略，確保非常規(guī)油氣資源的有效開發(fā)。

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大港油田“勘探開發(fā)研究云”投用

10月21日，大港油田勘探開發(fā)研究院首席專家孟立新在評(píng)價(jià)“勘探開發(fā)研究云”的深化應(yīng)用成果時(shí)說：“今年歧口開發(fā)室針對港東二區(qū)四斷塊結(jié)合聚合物性質(zhì)制作了20套方案，以往單機(jī)環(huán)境中往往需要3～ 4周，通過利用‘研究云’環(huán)境，油藏模擬時(shí)間每個(gè)方案僅需2 ～ 3小時(shí)，兩天就完成了全部工作量?！?/p>

“勘探開發(fā)協(xié)同研究云”作為大港油田信息化建設(shè)重要成果，主要用于支撐油田核心業(yè)務(wù)勘探開發(fā)科研生產(chǎn)工作。

在傳統(tǒng)工作模式中，石油勘探開發(fā)工作涉及海量數(shù)據(jù)。以油藏描述項(xiàng)目為例，需要大量井筒、地震和油井生產(chǎn)等專業(yè)數(shù)據(jù)，通常需要用3 ～ 4個(gè)月時(shí)間進(jìn)行準(zhǔn)備?？蒲腥藛T在將數(shù)據(jù)錄入軟件的過程中，經(jīng)常會(huì)因?yàn)閿?shù)據(jù)沒有進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、錄入人員不同描述各異，導(dǎo)致實(shí)際研究中出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏差，從而浪費(fèi)大量人力和時(shí)間。

大港油田作為中國能源行業(yè)第一家真正全面實(shí)現(xiàn)全球領(lǐng)先云架構(gòu)環(huán)境的企業(yè)，經(jīng)過幾年的建設(shè)，“勘探開發(fā)協(xié)同研究云”已初具規(guī)模，并在油藏研究中發(fā)揮重要作用。如今，在石油勘探研究中，建模工作已從過去的十幾個(gè)小時(shí)縮短到幾十分鐘，油藏?cái)?shù)值模擬研究效率提升10倍，油田勘探開發(fā)研究總體效率較以往提升30%。今年年初以來，大港油田有120個(gè)勘探開發(fā)研究項(xiàng)目在“研究云”環(huán)境中相繼開展，成效顯著。

摘編自《中國石油報(bào)》2014年10月22日

Study of the Hydrocarbon Potential of Unconventional Oil and Gas Resources in Jidong Nanpu Depression

YUAN Lixin, BI Yongbin, ZHANG Mei, GAO Guangliang, LI Futang
（Exploration and Development Research Institute,Jidong Oilfield Company,PetroChina,Tangshan063004,China）

Study of the unconventional oil and gas resources in Nanpu depression has been conducted with the geochemical, rock and mineral, well logging and mud logging data. It is concluded that volcano rocks and shales in Nanpu Sag are large in thickness, with high abundance of organic matter and good organic matter types, and wide range in maturity, which provided material basis for formation of oil gas reservoir. In addition, igneous rock pores or cracks and shale fractured well are well developed in this depression, with good reservoir properties, being favorable for oil and gas exploitation. Through oil production testing on volcano rocks and shales, 160 000 m3/d high yield of natural gas was obtained in Shahejie Fm volcano rock. Fracturing was conducted in shale of Sha-3 Member, with initial liquid production of 30 m3/d. At present, the daily liquid production is 5 m3/d, and daily oil production is 2 t/d, and the accumulative oil production is 500 t by now. The study results show that the unconventional oil and gas reservoirs has great potential in hydrocarbon exploration and development in Nanpu depression, with excellent prospects for hydrocarbon exploration and development.

Nanpu depression; volcano rock; shale; potential

TE 132.2

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2014.04.016

1008-2336（2014）04-0016-06

國家重大科技專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”子項(xiàng)目“渤海灣盆地南堡凹陷勘探開發(fā)示范工程”（編號(hào):2008ZX05050）資助。

2013-06-21；改回日期：2014-04-29

袁立新，女，1982年生，工程師，2008年畢業(yè)于中國石油大學(xué)油氣田開發(fā)專業(yè)，獲碩士學(xué)位，從事油田開發(fā)工作。

E-mail：yuanlixin2008@petrochina.com.cn。