韓劍發(fā) ,韓 杰 ,江 杰 ,張 敏 ,劉煒博
(1中國石油塔里木油田公司塔中勘探開發(fā)項目經(jīng)理部;2中國石油塔里木油田公司勘探開發(fā)研究院)
自20世紀90年代在塔里木大漠腹地開展塔中海相碳酸鹽巖油氣勘探以來,經(jīng)過二十余年艱難曲折的探索與勘探,于1996年在塔中I號坡折帶發(fā)現(xiàn)大型上奧陶統(tǒng)礁灘型凝析氣田之后,又于2009年在塔中北斜坡發(fā)現(xiàn)了大型中—下奧陶統(tǒng)層間巖溶凝析氣田[1-3]。這個儲量千億方的大型凝析氣田的發(fā)現(xiàn)與勘探突破,拓展了復雜碳酸鹽巖勘探開發(fā)理論,創(chuàng)新了勘探開發(fā)一體化配套技術(shù),確立了塔中油氣儲量億噸級規(guī)模,實現(xiàn)了塔里木盆地油氣產(chǎn)量和儲量的快速增長。分析氣田的地質(zhì)特征、回顧氣田的勘探歷程、總結(jié)氣田的勘探開發(fā)認識與技術(shù)創(chuàng)新,對促進塔里木油氣工業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。
塔中奧陶系鷹山組大型凝析氣田位于新疆維吾爾自治區(qū)巴音郭楞蒙古自治州且末縣和沙雅縣境內(nèi),是塔里木盆地塔中隆起北斜坡中西部上一個似矩形的準層狀巖性圈閉(圖1,圖2)。該氣田于2006年發(fā)現(xiàn),2008—2010年期間,先后探明T83井區(qū)、Z8井區(qū)、Z43井區(qū)。截至2010年底,在塔中北斜坡鷹山組凝析氣田探明石油地質(zhì)儲量1.39×108t,天然氣地質(zhì)儲量3048×108m3, 油氣當量折合原油為3.81×108t。凝析氣田的基本參數(shù)歸納于表1。
塔中隆起自北向南劃分為塔中北斜坡、塔中中部凸起、塔中南斜坡三個二級構(gòu)造單元,構(gòu)造均呈北西—南東向展布。塔中北斜坡東西長約260km,南北寬15~50km,氣田位于塔中北斜坡的中西部(圖1)。氣田的主力產(chǎn)層為中—下奧陶統(tǒng)鷹山組,發(fā)育有中—下寒武統(tǒng)白云巖以及上奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖和泥灰?guī)r兩套烴源層,直接蓋層為奧陶系良里塔格組下部致密泥質(zhì)灰?guī)r(一般厚200~250m),二者之間為不整合接觸 (缺失中奧陶統(tǒng)上部吐木休克組和一間房組);間接蓋層為奧陶系桑塔木組泥巖(一般厚550m)(圖3)。多期油氣充注形成塔中普遍含油的格局,石油地質(zhì)條件優(yōu)越。儲層主要為碳酸鹽巖層間巖溶縫洞型儲層,油氣層分布在不整合面之下0~200m范圍內(nèi)(圖3),整體表現(xiàn)為縱向疊置、橫向連片的大型準層狀凝析氣藏,局部含少量底水和邊水[3-7]。
圖1 塔里木盆地塔中北斜坡鷹山組凝析氣田構(gòu)造位置圖
圖2 塔里木盆地塔中北斜坡鷹山組凝析氣田井位分布圖
塔里木盆地塔中地區(qū)的油氣勘探工作始于1983年。自從1989年10月在塔里木盆地塔中隆起東部潛山區(qū)T1井下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組獲高產(chǎn)油氣流,油氣勘探從此向塔里木大漠腹地大踏步進軍。2006年首次在塔中北斜坡T83井中—下奧陶統(tǒng)鷹山組層間巖溶獲得突破,打開了中—下奧陶統(tǒng)鷹山組油氣勘探的新局面。鷹山組凝析氣田的發(fā)現(xiàn)與勘探,可以大致分為四個階段。
1983年5月,原石油部組建沙漠地震隊,揭開了石油人征戰(zhàn)“死亡之?!钡暮甏笮蚰?。在1983—1984年的兩年內(nèi)共完成19條縱貫盆地南北的區(qū)域地震大剖面,明確了塔里木盆地“三隆四坳”的構(gòu)造格局,包括其中發(fā)現(xiàn)的“塔中古隆起”。1986年開展第一輪資源評價,塔中Ⅰ號構(gòu)造在41個圈閉中名列首位,成為臺盆區(qū)戰(zhàn)略突破的首選目標。1989年10月18日,對塔中隆起東部潛山區(qū)T1井下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組白云巖層(3565.98~3649.77m井段)裸眼測試(22.33mm油嘴),日產(chǎn)凝析油356m3和天然氣55.7×104m3,從而發(fā)現(xiàn)了塔中隆起奧陶系高產(chǎn)凝析氣藏。
T1井取得了沙漠腹地油氣勘探的首次勝利,表明塔里木盆地不僅在山前前陸區(qū)有油氣,而且在臺盆區(qū)內(nèi)部也有油氣富集,由此奠定了臺盆區(qū)尋找大油氣田的戰(zhàn)略思想,“成為塔里木油氣勘探史上第五個里程碑”[8]。
為了擴大T1井所在奧陶系潛山區(qū)的勘探成果,1989—1996年針對塔中隆起潛山區(qū)鉆探了20余口井,但除發(fā)現(xiàn)塔中Ⅰ號凝析氣藏外,其余探井均告失利。1996—1998年,勘探從潛山高部位向塔中斜坡區(qū)轉(zhuǎn)移,針對上奧陶統(tǒng)良里塔格組礁灘體鉆探的4口井均獲得成功。1998—2008年,先后連片探明塔中東部試驗區(qū)的T26、T62、T82井區(qū)和塔中西部T45-T86井區(qū),截止到2012年,塔中Ⅰ號氣田上奧陶統(tǒng)良里塔格組礁灘體已累計探明石油地質(zhì)儲量6 079.58×104t,天然氣地質(zhì)儲量972.61×108m3,油氣當量1.38×108t。
塔中上奧陶統(tǒng)良里塔格組礁灘體凝析氣田是我國第一個奧陶系礁灘復合體大型凝析氣田[1-3],它的發(fā)現(xiàn)和探明,歷經(jīng)20多年的艱辛探索,實現(xiàn)了由構(gòu)造勘探和局部勘探向儲層勘探和整體勘探的思路轉(zhuǎn)化,極大地提升了塔中下古生界復雜碳酸鹽巖油氣藏地質(zhì)認識,為后續(xù)塔中隆起中—下奧陶統(tǒng)鷹山組的發(fā)現(xiàn)和探明,培養(yǎng)了大批海相碳酸鹽巖勘探開發(fā)的一流人才,積累了豐富的管理和實踐經(jīng)驗。
圖3 塔中北斜坡奧陶系綜合柱狀圖
2006年根據(jù)塔里木油田公司對塔中隆起奧陶系“加快做大”的戰(zhàn)略部署,認為在探明評價上奧陶統(tǒng)礁灘復合體的同時,應積極探索中—下奧陶統(tǒng)鷹山組碳酸鹽巖的含油氣性,塔中隆起鷹山組的勘探由此也經(jīng)歷了由探索到突破的過程。
塔中北斜坡T83井于2006年3月27日開鉆,鉆至5589m進入中—下奧陶統(tǒng)鷹山組,8月29日至9月13日對5666.1~5684.7m井段鷹山組進行酸化壓裂中測,11mm油嘴求產(chǎn),獲日產(chǎn)原油10.6m3和天然氣639177m3。中測過程中,H2S含量高達32700 mg/m3,決定提前完鉆,完鉆井深5684.7m。同年10月18日,對T721井5355.5~5505m井段 (奧陶系良里塔格組—鷹山組)測試,在鷹山組獲高產(chǎn)工業(yè)油氣流,12 mm油嘴求產(chǎn),油壓39.16MPa,獲日產(chǎn)原油126.48m3和天然氣720352m3。
T83井鷹山組油氣的戰(zhàn)略突破,證實塔中地區(qū)加里東中期的中—下奧陶統(tǒng)不整合層間巖溶溶蝕孔洞型儲層在塔中北斜坡區(qū)最為發(fā)育,巖溶作用強,勘探潛力大,使塔中地區(qū)由上奧陶統(tǒng)潛山構(gòu)造勘探向中—下奧陶統(tǒng)不整合層間巖溶斜坡勘探轉(zhuǎn)變。
隨著科研、勘探評價力度的加大,塔中北斜坡中—下奧陶統(tǒng)鷹山組巖溶的勘探獲得持續(xù)突破。
2007年,在T83井區(qū)獲得突破的基礎(chǔ)上,向北斜坡巖溶區(qū)甩開的Z5井和Z7井相繼在中—下奧陶統(tǒng)層間巖溶儲層獲得高產(chǎn)油氣流,2008年向巖溶次高地甩開的Z8井和Z21井也相繼在中—下奧陶統(tǒng)層間巖溶儲層獲得了高產(chǎn)油氣流。自此,塔中北斜坡奧陶系巖溶斜坡帶整體含油氣的假設(shè)得到證實,由此也展示了巨大的勘探潛力。
Z8井在鉆進至中—下奧陶統(tǒng)鷹山組時,多次發(fā)生鉆具放空并伴隨有井漏,累計放空4.3 m,累計漏失泥漿2647.3m3,這為塔中北斜坡中—下奧陶統(tǒng)鷹山組儲層存在大型溶蝕洞穴提供了直接證據(jù),也進一步確定了該套儲層主要為層間巖溶儲層。2009年,在Z8井區(qū)僅有兩口井獲得工業(yè)油氣流的情況下,科研人員充分利用基于縫洞系統(tǒng)綜合評價基礎(chǔ)上的井位優(yōu)選技術(shù)、縫洞系統(tǒng)定量化雕刻與評價技術(shù)、油氣檢測、儲量評估等一系列井位優(yōu)選配套技術(shù)及相關(guān)理論上的創(chuàng)新成果,整體部署6口探井和1口評價井,均獲高產(chǎn)油氣流。至2009年底,整裝探明了Z8井區(qū)億噸級鷹山組凝析氣田,面積251.88km2,提交天然氣探明儲量1 365.73×108m3、石油探明儲量4961.74×104t,探明油氣當量為 1.58×108t。
2010年遵循“以Z8為中心,集中力量,整體解剖,整體評價塔中北斜坡鷹山組,加速Z8井區(qū)周緣規(guī)模探明,形成高效建產(chǎn)優(yōu)勢,實現(xiàn)規(guī)模效益開發(fā)”的總體部署思路[1],基于老井復查和油氣藏地質(zhì)研究認識,在塔中北斜坡10號構(gòu)造帶果斷部署Z43井,并對已鉆的T201井進行加深側(cè)鉆,由此發(fā)現(xiàn)了塔中10號鷹山組富油氣區(qū)帶。隨后整體部署12口勘探(評價)井,以此整體解剖該富油氣區(qū)帶。經(jīng)過鉆探,10號構(gòu)造帶主體部位當年完鉆的10口井均獲高產(chǎn)油氣流。Z43井區(qū)當年發(fā)現(xiàn)、當年探明,是塔里木油田公司千億方大氣田勘探的第一例。Z8井區(qū)、Z43井區(qū)連片探明,累計探明天然氣2 720.21×108m3、石油1.30×108t,油氣當量 3.47×108t。
在相繼探明Z8井區(qū)和Z43井區(qū)之后,塔中隆起西部鷹山組油氣藏的地質(zhì)認識清晰了,資源規(guī)模得到落實;同時,2011年建成投產(chǎn)的塔中東部試驗區(qū)(塔中上奧陶統(tǒng)良里塔格組礁灘型凝析氣田)因相應鉆井、完井、開發(fā)技術(shù)成熟,為西部油氣產(chǎn)能建設(shè)提供了有效經(jīng)驗(圖1)。研究認為:“塔中現(xiàn)在整體考慮,謀劃整體建產(chǎn),條件是最具備的”①江同文,羅春樹,施英,等.塔中I號凝析氣田中古8—中古43井區(qū)初步開發(fā)方案(氣藏地質(zhì)與氣藏工程).中國石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司,2012:4-5.。2012年3月,以Z8、Z43井區(qū)為主建產(chǎn)區(qū)的塔中西部鷹山組初步開發(fā)方案通過審議,被塔里木油田公司認為是啟動碳酸鹽巖開發(fā)的第一個重頭戲。
截至2012年10月31日,塔中西部鷹山組層間巖溶儲層共有試采井49口,其中開井30口,日產(chǎn)天然氣 129×104m3和油 577 t,含水 36.16%;累計產(chǎn)天然氣(工業(yè))8.09×108m3,累計產(chǎn)凝析油(核實)40.53×104t。
塔中隆起是一個寒武系—奧陶系巨型褶皺背斜基礎(chǔ)上長期發(fā)育的繼承性古隆起,形成于早奧陶世末,泥盆系沉積前基本定型,早海西期以后以構(gòu)造遷移及改造為特征。塔中隆起具有形成演化北早南晚、構(gòu)造作用西弱東強、構(gòu)造作用多期疊加的特點,震旦系—泥盆系總體面貌為巨型復式臺背斜[9]。
根據(jù)斷裂展布方向、斷開層位、區(qū)域構(gòu)造應力場背景等方面分析,塔中地區(qū)斷裂體系大致可分為兩期和兩種體系:加里東期平行塔中Ⅰ號坡折帶的北西—南東向逆沖斷裂體系和早海西期近北東—南西向及南北向走滑斷裂體系[10-11](圖 2)。 逆沖斷裂系統(tǒng)控制了構(gòu)造格局,控制了早奧陶世末—中奧陶世時期中—下奧陶統(tǒng)風化殼巖溶良好儲層的發(fā)育與橫向分布。此外,走滑斷裂、逆沖斷裂的后期活動,一方面促進了塔中地區(qū)次生微斷裂、裂縫系統(tǒng)和巖溶的發(fā)育,形成孔洞型和裂縫—孔洞型優(yōu)質(zhì)儲層,從而奠定了鷹山組準層狀氣藏的基礎(chǔ);另一方面逆沖斷裂及走滑斷裂共同構(gòu)成油氣的空間輸導通道,對油和氣的再分配起了重要作用。
鷹山組油氣圈閉整體屬于風化殼巖溶巖性圈閉,不受局部構(gòu)造控制,是碳酸鹽巖儲層的不均一發(fā)育而形成的局部封閉儲集空間[12-15]。
塔中隆起中—下奧陶統(tǒng)鷹山組碳酸鹽巖經(jīng)歷了長期的成巖演化,儲層以低孔低滲為主,沉積相帶、古地貌、巖溶、裂縫是儲層發(fā)育的主控因素。盡管塔中北斜坡奧陶系油氣分布復雜,但儲層的良好發(fā)育控制了油氣的富集。
開闊臺地相帶中,臺內(nèi)灘是儲層發(fā)育的有利場所。隨階段性構(gòu)造沉降和海平面變化,區(qū)塊上發(fā)育多個臺內(nèi)灘沉積旋回,沉積厚度較大。臺內(nèi)灘中顆?;?guī)r的泥質(zhì)含量少,易于溶蝕;此外,顆?;?guī)r內(nèi)由于顆粒支撐作用形成大量的粒間孔,雖然大部分孔洞為灰泥和多期方解石所充填或半充填,但研究表明仍有近1%的殘余孔隙被保存。由于原生孔隙在膠結(jié)充填中多有殘余通道,且充填物與顆粒之間有薄弱帶,在后期酸性流體的運聚過程中,有利于溶蝕作用發(fā)育。
圖4 塔中奧陶系準層狀油氣藏模式圖
古地貌平面上的分帶性決定了層間巖溶的深度、范圍及強度;巖溶分帶性則控制了優(yōu)質(zhì)儲層的垂向發(fā)育特征;斷裂活動改善了儲層的滲濾性能,斷裂附近儲層更為發(fā)育,往往伴隨斷裂裂縫發(fā)育大型巖溶。多種作用的多期疊加改造使塔中鷹山組層間巖溶儲層形成了“橫向連片,縱向疊置”的分布特征,縱向上儲層主要發(fā)育于鷹山組上部約0~200 m范圍內(nèi),具有準層狀特征[16-20](圖 4)。
塔中隆起的油氣來源于中—下寒武統(tǒng)和上奧陶統(tǒng)兩套烴源巖[21-22],地化分析表明原油具有明顯的混源特征,天然氣主要來源于中—下寒武統(tǒng)高成熟度原油裂解氣。油氣成藏過程可概括為加里東—早海西期、晚海西期、喜馬拉雅期三期油氣充注,早海西期油氣破壞調(diào)整,喜馬拉雅期油氣補充調(diào)整三個階段。
油氣通過底部氣源斷裂輸導,由下向上充注,經(jīng)不整合面橫向運移,調(diào)整成藏。既有正常油、弱揮發(fā)油,也有凝析氣、干氣,油氣相態(tài)的變化沒有截然的邊界,油氣的產(chǎn)出不受構(gòu)造高低的控制[23],整體表現(xiàn)為油氣水分布復雜的大型準層狀非常規(guī)凝析氣藏[24-25](圖 4),以及與寒武系白云巖油氣藏、上奧陶統(tǒng)良里塔格組礁灘型油氣藏相似的特征,具體如下:
(1)含油面積廣,油氣分布不受局部構(gòu)造控制,低孔低滲的碳酸鹽巖非均質(zhì)儲層,以低豐度油氣藏為主,局部有中等豐度的油氣富集區(qū);
(2)巖溶儲層類型多樣,非均質(zhì)性強,以次生溶蝕孔洞形成的低孔低滲儲層為主,儲層縱向疊置、橫向連片,具有大面積層狀分布的特征;
(3)具有多期油氣充注與調(diào)整,儲層的發(fā)育程度是油氣富集的主控因素,多期油氣充注與儲層非均質(zhì)性造成了油氣水產(chǎn)出的復雜性;
(4)缺少構(gòu)造圈閉,多為受儲層控制的準層狀分布的大面積巖性圈閉,沒有明顯邊、底水,油氣水分布復雜,具有相對統(tǒng)一的溫壓系統(tǒng),為非常規(guī)準層狀巖性油氣藏。
塔中中—下奧陶統(tǒng)鷹山組獲得突破是2006年的T83井,在不到十年的時間里,油氣勘探持續(xù)突破,評價進展順利,實現(xiàn)了鉆井成功率、儲量和產(chǎn)量的快速提高和增長。Z8井、Z43井區(qū)的大面積連片探明、規(guī)模建產(chǎn)是深部海相碳酸鹽巖地層油氣勘探的巨大成果,也是中國海相勘探理論和實踐的重大突破,它在中國碳酸鹽巖型油氣藏的勘探開發(fā)歷史上具有里程碑式的意義,顯示出中國海相碳酸鹽巖巨大的勘探潛力。
優(yōu)越的成藏背景 塔中北斜坡北接北部大型生烴、排烴凹陷,多期斷裂和不整合面構(gòu)成立體輸導體系,同上奧陶統(tǒng)成藏條件相比,中—下奧陶統(tǒng)成藏組合在油氣充注先后和逼近深層古油藏等方面具有更大的優(yōu)越性,氣侵型準層狀凝析氣藏潛力巨大,成藏條件更為優(yōu)越。
優(yōu)質(zhì)巖溶儲集體 勘探初期,首次厘定了塔中隆起奧陶系鷹山組大型不整合面:根據(jù)構(gòu)造沉積特征、古生物鑒定、微量元素分析成果,厘定出上、下奧陶統(tǒng)相似灰?guī)r地層之間缺失中奧陶統(tǒng)吐木休克組和一間房組,中—下奧陶統(tǒng)鷹山組暴露時間長達15 Ma,這是大型不整合巖溶儲集體發(fā)育的關(guān)鍵[26]。早期形成的儲集體經(jīng)過同生期、表生期、熱液作用、化學作用(TSR)等多種成因、多期次的巖溶疊加改造,在斷裂及相關(guān)巖溶作用的改造下,形成了在空間上不整合巖溶與斷層相關(guān)巖溶疊合、復合的巖溶縫洞系統(tǒng)[27],在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了多成因、多期次疊合復合巖溶儲層地質(zhì)模型。
優(yōu)越的輸導體系 加里東中晚期、海西期斷裂系統(tǒng)及其交匯處、不整合儲集體等構(gòu)成油氣空間輸導體系,是寒武系—奧陶系油氣沿巖溶斜坡大面積聚集成藏的關(guān)鍵。在此基礎(chǔ)上,發(fā)展了多充注點、多期次大面積復式混源成藏理論,創(chuàng)建了塔中北斜坡鷹山組縫洞型準層狀大型凝析氣藏模式[28](圖 4)。
縫洞系統(tǒng)勘探單元的細化 提出了將縫洞系統(tǒng)作為圈閉進行精細刻畫,并以縫洞系統(tǒng)為勘探開發(fā)單元進行井位部署與開發(fā)技術(shù)政策制定的新理念。
縫洞系統(tǒng)的量化評價技術(shù) 通過高產(chǎn)油氣井儲層井—震響應標定、模擬正演建立縫洞體量化校正量版、波阻抗反演計算縫洞體體積,實現(xiàn)縫洞體定量雕刻以及縫洞系統(tǒng)自動化分類,形成多信息融合的縫洞量化雕刻評價技術(shù),使縫洞鉆遇率大幅提高至100%。
多種方法集成的烴類檢測 利用疊后MDI、VVA、WVD和疊前AVO等技術(shù)開展鷹山組不整合儲集體油氣綜合檢測,集成多種方法實現(xiàn)了復雜儲層流體檢測。其中,MDI、WVD技術(shù)油氣檢測與實鉆結(jié)果吻合率一般大于85%。
高產(chǎn)油氣流井位部署技術(shù) 形成了以縫洞系統(tǒng)量化綜合評價與油氣藏認識為核心的井位、井型優(yōu)選技術(shù)(油氣藏地質(zhì)優(yōu)越,與高穩(wěn)產(chǎn)井相似,地震反射串珠強,屬性預測有利區(qū),縫洞單元體積大、部位高,烴類檢測油氣富);形成了工程地質(zhì)一體化超深縫洞體中靶、酸壓等配套技術(shù),探井+評價井成功率2007—2010年連續(xù)三年保持在 85%以上[29-32]。
塔中地區(qū)中—下奧陶統(tǒng)層間巖溶是塔里木盆地油氣勘探的重要領(lǐng)域,針對層間巖溶油氣勘探面臨的一系列難題,中國石油塔里木油田公司制定了“以高效井點—井組—井區(qū)建設(shè)、上產(chǎn)增儲為核心,整體評價塔中富油氣區(qū),積極推進一體化,在鉆井、測試過程中堅持地面服從地下,地面地下一體化,確保中靶”的方針。按照“研究一體化、技術(shù)一體化、生產(chǎn)組織一體化、成果一體化、投資一體化”的指導原則①,實現(xiàn)勘探開發(fā)一體化,強化海相油氣理論與關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新,落實油氣資源,加速規(guī)模效益開發(fā)的攻關(guān)思路,以油氣藏地質(zhì)模型的建立與儲層預測為重點,不斷深化塔中地區(qū)中—下奧陶統(tǒng)層間巖溶的地質(zhì)認識,積極創(chuàng)新儲集體預測技術(shù),攻關(guān)創(chuàng)新了縫洞系統(tǒng)定量化雕刻與評價、油氣檢測及儲量評估配套技術(shù),形成了塔中碳酸鹽巖井位優(yōu)選技術(shù),指導了井位優(yōu)選,促成了千億方天然氣儲量探明,基本明確了塔中北斜坡10億噸級油氣儲量規(guī)模和500萬噸產(chǎn)能規(guī)模,將塔中油氣勘探開發(fā)事業(yè)推向了新的高峰。
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