牛東1井深潛山油氣勘探實(shí)踐與認(rèn)識(shí)

牛東1井深潛山油氣勘探實(shí)踐與認(rèn)識(shí)

牛東1潛山油氣藏位于河北省雄縣。其地理位置位于牛東伏山帶，東南角為中南海伏敖縣（圖1）。該潛山帶西臨牛駝鎮(zhèn)凸起,東至文安斜坡,南、北緊鄰淀北、霸縣兩個(gè)生油洼槽,勘探面積約200km2。牛東1井2011年5月1日在潛山霧迷山組獲得高產(chǎn)工業(yè)油氣流,從而發(fā)現(xiàn)了冀中坳陷第一個(gè)超深潛山油氣藏,實(shí)現(xiàn)了華北油田潛山勘探歷史上新的重大突破。1“牛東潛山”結(jié)構(gòu)及工區(qū)潛山勘探成果自1978年建立潛山模式,勘探至今歷時(shí)33年。牛東1井深潛山油氣藏的發(fā)現(xiàn),經(jīng)歷了一段極為曲折的過程,其勘探歷程大體上可劃分為以下6個(gè)階段:(1)1978—1997年,鉆探“高家堡潛山”未果。該階段以二維地震和重力資料為依據(jù),提出高家堡潛山,上鉆家4、家6和新家4這3口井,都因潛山面識(shí)別不準(zhǔn),未鉆遇潛山。(2)1998—2002年,提出“興隆宮潛山”方案。通過重力、磁法、電法、地震等多項(xiàng)資料聯(lián)合研究,建立了基底壘塹相間的構(gòu)造模式,落實(shí)了兩個(gè)山頭,但因?qū)撋降男螒B(tài)、埋深有較大的爭議,未能實(shí)施鉆探。(3)2003—2004年,提出“斷階潛山結(jié)構(gòu)”模式。通過寬線二維地震攻關(guān)處理和一次三維連片資料的精細(xì)構(gòu)造解釋,初步發(fā)現(xiàn)牛東地區(qū)基底具有斷階結(jié)構(gòu),建立了斷階潛山雛形。但因地震資料品質(zhì)不高,潛山落實(shí)難度大,“深淺”方案爭論不休,深方案潛山面積小,深層供烴條件不清;淺方案,面積大,但落實(shí)精度也不高,難以決策上鉆。(4)2005—2007年,中國石油天然氣股份有限公司決策,按照沙三段巖性圈閉和潛山淺方案兩套目的層兼顧,部署興隆1風(fēng)險(xiǎn)探井。該井潛山鉆探失利,但在深層發(fā)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)的烴源巖,初步展示出霸縣凹陷深層具有較大的油氣資源基礎(chǔ)。運(yùn)用大連片三維地震資料,重新認(rèn)識(shí)、構(gòu)造解釋,在牛東斷層下降盤發(fā)現(xiàn)存在3個(gè)埋深達(dá)6000m的斷塊、斷鼻、背斜潛山構(gòu)造,具備較大的勘探潛力。(5)2008—2009年,精細(xì)落實(shí)“牛東潛山”。該階段把潛山帶中部的牛東潛山確定為主攻目標(biāo),開展了二次三維地震資料采集、疊前深度偏移處理。資料品質(zhì)大幅提高,深層反射清晰,潛山構(gòu)造面貌清楚,精細(xì)落實(shí)了“牛東潛山”構(gòu)造。牛東潛山由被3條東掉、北東走向延伸的反向正斷層切割形成的3個(gè)斷鼻山組成,圈閉面積達(dá)58km2,潛山層位為薊縣系霧迷山組,成藏條件有利。(6)2010年至今,鉆探牛東1風(fēng)險(xiǎn)探井獲重大突破。2010年3月23日中國石油天然氣股份有限公司終審?fù)ㄟ^風(fēng)險(xiǎn)探井——牛東1井。牛東1井于2010年5月13日開鉆,2011年5月1日獲高產(chǎn)工業(yè)油氣流,深潛山勘探領(lǐng)域獲重大突破。2洼槽區(qū)埋深和潛山形態(tài)華北油田地質(zhì)家始終堅(jiān)信霸縣凹陷陡帶存在潛山,且成藏條件好,但由于位于洼槽區(qū),埋藏深度大,潛山形態(tài)和埋深落實(shí)難度大。針對潛山圈閉落實(shí)這一關(guān)鍵因素,華北油田做了大量的艱苦細(xì)致的探索,最終落實(shí)了牛東潛山,鎖定了風(fēng)險(xiǎn)鉆探目標(biāo)。2.1前古近紀(jì)三維地震勘探的特點(diǎn)牛東潛山圈閉發(fā)現(xiàn)落實(shí)存在3個(gè)難點(diǎn)。一是潛山埋藏深度大,地震資料成像難度大。牛東潛山帶位于霸縣凹陷埋深最大的陡帶區(qū),在牛東潛山附近古近系—新近系地層厚5500~8000m,前古近系頂面的地震反射信號(hào)弱,偏移成像難度很大。二是,受當(dāng)時(shí)技術(shù)條件限制,老物探資料品質(zhì)較差。在20世紀(jì)70年代末所用的重力、磁法、電法資料,勘探面元大,精度較低,不能準(zhǔn)確反映地下地質(zhì)結(jié)構(gòu);而70年代的二維地震和90年代的一次三維地震,其主要目的層為古近系—新近系中淺層,對埋深很大的前古近系而言,地震勘探的觀測系統(tǒng)存在缺陷,排列短,深層信息接收不夠,面元大,分辨率低,潛山頂面地震成像較差。三是,牛東潛山圈閉區(qū)無井鉆遇潛山,地震和地質(zhì)層位難確定。2.2通過重力、磁法和電法數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)研究，確定潛山的存在在牛東潛山發(fā)現(xiàn)落實(shí)過程中,加強(qiáng)重力、磁法、電法資料的攻關(guān)利用,對堅(jiān)定潛山圈閉存在的信念起到了關(guān)鍵作用。2.2.1潛山地震波與州潛山比較1978年完成的冀中坳陷1:10萬的剩余重力異常圖上,在現(xiàn)今牛東潛山帶的中部興隆宮地區(qū)剩余重力值為0mGal,與已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的州潛山相似,由此認(rèn)識(shí)可能存在“興隆宮潛山”。然而,由于控制潛山的斷層地震斷面波不發(fā)育,潛山頂面反射能量不強(qiáng),與州潛山有較大的區(qū)別。為了解決這些不確定因素,論證潛山的存在,1999年冬至2000年春在州—興隆宮地區(qū)部署實(shí)施了343.25km2的高精度重磁面積勘探。采用從美國引進(jìn)的LCT平臺(tái)處理方法,在現(xiàn)在的牛東1井東發(fā)現(xiàn)了重力高(圖2),確認(rèn)是前古近系潛山的反映,構(gòu)思了興隆宮洼槽中央隆起潛山結(jié)構(gòu)。2.2.2局部構(gòu)造研究高精度重磁資料顯示潛山的存在,但高精度重磁資料、二維和三維地震資料對潛山的埋深、幅度、面積等要素研究仍存在多解性,為了進(jìn)一步驗(yàn)證潛山的存在,采集了3條連續(xù)電磁剖面(CEMP)測線,總長41.0km。通過反演處理,反映出該區(qū)基底頂面橫向有較大起伏,存在復(fù)雜的構(gòu)造現(xiàn)象,大致劃分了兩個(gè)正向局部構(gòu)造。由此建立了基底壘塹相間的構(gòu)造模式,提出壘狀“興隆宮潛山”方案。2.3潛山圈閉勘探的地質(zhì)解釋重力、磁法、電法勘探攻關(guān)顯示了牛東潛山的存在,但是具體的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和潛山圈閉形態(tài)具有較大的爭議,落實(shí)潛山圈閉,鎖定勘探目標(biāo)和鉆探靶點(diǎn),仍然必須由地震資料最終實(shí)現(xiàn)。2.3.1潛山結(jié)構(gòu)的初步建立2003年在牛東潛山帶實(shí)施了3條二維寬線地震資料的采集,采用的觀測系統(tǒng)是長排列(7000m)、小道距(20m),密炮點(diǎn)(20m)、高覆蓋次數(shù)(140次)、小面元(10m),得到了較原二維和一次采集三維地震清楚的深層地震資料,從而初步建立了節(jié)節(jié)東掉的牛東斷階潛山結(jié)構(gòu)雛形。2.3.2斷層-斷階山復(fù)合結(jié)構(gòu)的融合應(yīng)用牛東潛山帶沒有鉆達(dá)潛山的井,而相鄰的文安斜坡鉆遇潛山井較多,但受當(dāng)時(shí)三維地震分塊采集、分塊處理的局限,當(dāng)初認(rèn)為“興隆宮斷壘潛山”的地方處于岔河集和文安斜坡兩個(gè)構(gòu)造帶的過渡區(qū),沒有三維地震資料,三維地震資料無法連片,更無法利用老井引層標(biāo)定興隆宮地區(qū)潛山反射界面。針對這一問題,2002年在岔河集和文安斜坡兩個(gè)構(gòu)造帶的過渡區(qū)又新部署采集了87.6km2的三維地震,并與周邊5塊老三維進(jìn)行了連片處理,得到滿覆蓋面積達(dá)520km2的三維連片地震資料。利用連片地震資料,通過文安斜坡已鉆潛山井標(biāo)定,聯(lián)井地震線追蹤到牛東地區(qū),就較準(zhǔn)確地解釋出牛東斷層下降盤到牛東地區(qū)潛山頂面反射,基本形成了斷階山結(jié)構(gòu)模式,并基本確定了該區(qū)潛山層位為霧迷山組(圖3)。而且,整體解釋在霸縣凹陷陡帶發(fā)現(xiàn)了一個(gè)沿牛東斷層下降盤分布的斷裂潛山帶,即牛東潛山帶,發(fā)育多個(gè)潛山。該帶呈北東向展布,寬約8km,長約30km,勘探面積約200km2,其主體構(gòu)造為中部的牛東潛山。2.3.3潛山疊前深度偏移處理效果一次三維地震連片資料,潛山頂面地震反射速度譜不聚焦,潛山結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的多解性依然存在。2008年冬至2009年春,在岔河集地區(qū)二次采集三維地震資料218km2,觀測系統(tǒng)具有較寬的方位角,較大的排列長度,較高覆蓋次數(shù),與一次三維比較,在深層能量、地震資料的分辨率、空間歸位上都有明顯提高。在疊前時(shí)間偏移處理后就發(fā)現(xiàn),新資料較原來一次三維地震資料品質(zhì)有了較大提高。為了進(jìn)一步搞清潛山的規(guī)模、形態(tài)和埋深,又針對牛東潛山主體目標(biāo)區(qū)進(jìn)行了125km2疊前深度偏移處理。成果資料中牛東斷裂、控山斷層和潛山頂面波組特征清楚,潛山內(nèi)幕地震反射結(jié)構(gòu)也有了較大改善,完全解決了地震資料埋深大、成像難的關(guān)鍵問題,清晰、準(zhǔn)確地顯示出牛東潛山基底的斷階結(jié)構(gòu)特征(圖4)。通過對疊前深度資料精細(xì)解釋,落實(shí)了牛東潛山的斷裂結(jié)構(gòu),理順了潛山的斷裂組合,發(fā)現(xiàn)了圈閉面積約58km2的潛山圈閉。該潛山由3個(gè)斷鼻組成,即岔71斷鼻山、興隆1斷鼻山和興隆1東斷鼻山,其中岔71斷鼻山最大,埋藏最淺。由此,鎖定岔71斷鼻山為風(fēng)險(xiǎn)勘探冀中坳陷霸縣凹陷隱蔽型深潛山的鉆探目標(biāo)。3深層勘探效果評(píng)價(jià)華北油田公司按照中國石油天然氣股份有限公司積極推進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)勘探的工作要求,把霸縣凹陷深層勘探領(lǐng)域作為風(fēng)險(xiǎn)勘探的重要方向,加強(qiáng)了基礎(chǔ)研究和深層勘探目標(biāo)的落實(shí)評(píng)價(jià),2005—2009年先后鉆探了興隆1、文安1、文古3和東1等4口風(fēng)險(xiǎn)探井,文古3和文安1兩口井獲得了工業(yè)油氣流,加速推動(dòng)了霸縣凹陷深潛山勘探的進(jìn)程。3.1下地層、沉積相、生烴源巖霸縣凹陷深層沙四段—孔店組是否具備生烴潛力一直是困擾該區(qū)深層勘探的主要瓶頸之一。2005年部署風(fēng)險(xiǎn)探井興隆1井,主要目的是預(yù)探潛山(淺方案)和中深層巖性圈閉的含油氣性,完鉆井深5500m,該井在沙三中下亞段—沙四段于3692~5500m井段(沙四段未穿),鉆遇深褐色油頁巖、深灰色泥巖、深灰色膏泥巖和灰質(zhì)泥巖等暗色泥質(zhì)巖1036m,占地層厚度的57.3%。地化指標(biāo)分析有機(jī)碳平均含量為2.1%,生烴潛量為3.74~7.97mg/g,總烴含量為867μg/g,屬于好烴源巖。熱演化程度達(dá)到高成熟階段,是形成凝析油和濕氣的主要時(shí)期,首次揭示了沙四段大套烴源巖的存在。2007年在文安斜坡針對沙四段巖性地層圈閉又部署了風(fēng)險(xiǎn)探井文安1井。該井在沙四下亞段4139~4500m井段鉆遇了暗色泥巖220m,占地層厚度的61%,揭示了一套新的烴源巖。錄井在沙四下亞段見到良好的油氣顯示,于4192.4~4224.2m井段抽汲試油,獲得日產(chǎn)油7.26m3的工業(yè)油流,首次發(fā)現(xiàn)了沙四下亞段深層油氣藏。興隆1井、文安1井鉆探后,利用動(dòng)力成藏模擬法對重新計(jì)算霸縣凹陷的石油、天然氣資源量,石油資源量為5.25×108t,天然氣資源量為1216×108m3,比三次資源評(píng)價(jià)油氣資源量增加了近一倍,剩余石油資源量為3.86×108t,剩余天然氣資源量為1000×108m3,為深層勘探提供了充足的油氣資源。3.2平等、優(yōu)質(zhì)烴源巖沉積研究表明,孔店組沉積時(shí)期,冀中坳陷北部的廊固、霸縣凹陷發(fā)育較深湖—濱淺湖相沉積,應(yīng)發(fā)育較厚的暗色泥巖和優(yōu)質(zhì)烴源巖。2008年以該套烴源巖為主要供油氣層,鉆探了風(fēng)險(xiǎn)探井文古3井,該井在潛山內(nèi)幕寒武系府君山組試油,于4467.13~4489m井段,中途裸眼測試,放噴求產(chǎn)獲得日產(chǎn)油302.64m3、日產(chǎn)氣94643m3的高產(chǎn)油氣流,進(jìn)一步驗(yàn)證了霸縣凹陷深層的油氣成藏條件(圖5)。3.3潛山霧迷山組井段放噴藥運(yùn)用牛東1井是中國石油天然氣股份有限公司的一口重點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)探井,設(shè)計(jì)井深6200m,于2010年5月13日開鉆,2011年4月16日鉆至井深6027m完鉆,井底層位為元古宇薊縣系霧迷山組(未穿)。2011年5月1日對潛山霧迷山組5641.5~6027m井段裸眼試油,采用16mm油嘴、63.5mm孔板放噴求產(chǎn),獲折日產(chǎn)油642.91m3、天然氣562558m3的高產(chǎn)油氣流。最新的研究取得以下新認(rèn)識(shí)。3.3.1油源巖質(zhì)量特征牛東1井于4517~5639m井段新揭示沙四下亞段—孔店組生油巖。暗色泥巖厚度為555m,占地層厚度52%以上,有機(jī)碳含量平均為1.24%,生烴潛量為3.6mg/g,氯仿瀝青“A”含量為0.259%,有機(jī)質(zhì)豐度為中等—好,有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ2—Ⅲ型;有機(jī)質(zhì)熱演化表明,大于5200m已進(jìn)入高成熟階段,處于凝析油和濕氣的生烴階段。油源對比,牛東1井原油與該井5200m以下烴源巖地化指標(biāo)具有較好的對比性,與4091m烴源巖對比性較差(圖6)。牛東1井原油與文古3井原油具有可比性,屬于同一油氣源巖層,進(jìn)一步證實(shí)了沙四段—孔店組是一套優(yōu)質(zhì)的烴源巖。3.3.2潛山地層儲(chǔ)層發(fā)育情況薊縣系霧迷山組是一套局限海灣隱藻白云巖及硅化作用形成的隱藻白云巖和硅質(zhì)巖疊層石,在冀中坳陷北部沉積厚度巨大,為1500~2400m。牛東1井巖石薄片分析,儲(chǔ)層巖石類型主要為泥晶—粉晶藻云巖、亮晶粒屑云巖和含硅(化)疊層石云巖等。巖石礦物組分中白云石含量很高,多在95%以上。儲(chǔ)層具有孔隙和裂縫兩種儲(chǔ)集空間類型,孔隙類型主要為白云石晶間溶孔,孔徑為20~60μm;裂縫類型主要為構(gòu)造縫,少量為構(gòu)造—溶蝕縫,縫寬多在25~625μm之間,裂縫多被白云石、硅質(zhì)和泥質(zhì)全充填,部分井段見半充填構(gòu)造縫。牛東1井測井資料及鉆井資料綜合分析,潛山地層有3個(gè)儲(chǔ)層發(fā)育段,5640~5750m井段,發(fā)育洞穴系統(tǒng),高角度縫伴隨孔洞發(fā)育,鉆井過程中于5695~5705m發(fā)生井壁垮塌,為裂縫—孔隙型、縫洞復(fù)合型;5750~5870m井段,裂縫比較發(fā)育,為孔隙—裂縫型;5990~6027m井段,未測井,鉆井中多次發(fā)生漏失,累計(jì)漏失鉆井液133m3,錄井功指數(shù)分析,認(rèn)為是全井最好的裂縫發(fā)育段。全井揭示霧迷山組5639~6027m井段,共解釋Ⅰ+Ⅱ類裂縫段232.6m,占地層的60%,具有孔隙、裂縫雙重介質(zhì)特征,是一套優(yōu)質(zhì)的碳酸鹽巖儲(chǔ)層,是獲得高產(chǎn)油氣流的重要地質(zhì)基礎(chǔ)。3.3.3構(gòu)造-沉積條件燕山晚期受北西—南東方向的區(qū)域擠壓應(yīng)力場的作用,冀中凹陷形成北東走向的復(fù)式古背斜,背斜核部持續(xù)隆起,地層遭受剝蝕,最終從核部向東西兩翼出露了薊縣系霧迷山組、寒武系、奧陶系、石炭系—二疊系及中生界,最大剝蝕厚度達(dá)3000m以上,為潛山形成良好的儲(chǔ)層奠定了基礎(chǔ)。牛東潛山正是在此背景上,受牛東斷裂和高家堡斷層共同控制而形成的斷塊山,其南北方向?yàn)楸承毙螒B(tài),東西方向?yàn)橐唤M東掉的斷層控制的多個(gè)斷階。構(gòu)造發(fā)育史(圖7)研究表明,新生代始新世早期,在北西—南東向拉張應(yīng)力場的作用下,基巖塊體發(fā)生翹傾活動(dòng),牛東斷裂產(chǎn)生。沙四—孔店時(shí)期牛東斷裂下降盤基巖塊體東抬西傾,形成了一系列遞進(jìn)式東掉控山斷層,這些斷層形成了多個(gè)潛山,同時(shí)也控制了洼槽內(nèi)沙四組—孔店組的沉積及生油巖的分布。在沙四段沉積時(shí)期潛山被完全覆蓋,到沙四段末—沙三段沉積早期牛東潛山帶已基本成形。在沙三段至東營組沉積時(shí)期,隨著牛東斷裂強(qiáng)烈活動(dòng)、文安斜坡持續(xù)抬升,使?jié)撋巾斀缑娈a(chǎn)狀西傾變陡,潛山圈閉幅度進(jìn)一步增大,但整體構(gòu)造面貌變化不大。3.3.4油氣運(yùn)移規(guī)律潛山對接或超覆之上的沙四段—孔店組下部烴源層在沙二段沉積末期埋深已達(dá)到3000m成熟門限以下,開始向潛山供油。至明化鎮(zhèn)組沉積時(shí)期,沙四段—孔店組中下部烴源層埋深已達(dá)到5200m高成熟門限以下,生成的油氣缺少向上逸散的有效通道,油氣主要向處于低勢區(qū)的潛山圈閉運(yùn)移。因此,深層生成的油氣從沙二時(shí)期至今一直向牛東潛山中充注,具有“早成藏、長期運(yùn)聚”、潛山油氣灌滿程度高的特點(diǎn)。3.3.5壓力、密度、黏度牛東1井潛山油氣藏已揭示的地層溫度為193~201.1℃,地溫梯度為3.3℃/100m,屬正常的溫度系統(tǒng)。地層壓力為51.2~57.6MPa,壓力系數(shù)為1.01,為正常壓力油氣藏。原油密度為0.7744g/cm3(20℃),黏度為1.135mPa.s,凝固點(diǎn)為22℃,含蠟量為13.16%,膠質(zhì)+瀝青質(zhì)含量為1.59%。試油求產(chǎn)氣油比為876.4,天然氣組分分析,甲烷占85.13%,乙烷占6.69%,天然氣甲烷碳同位素為-38.7‰~-38.8‰,原油性質(zhì)為凝析油氣藏特征。4潛山勘探的意義牛東1井的突破,發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的油氣勘探領(lǐng)域,打開了冀中坳陷深潛山勘探的新局面,對于冀中坳陷深層油氣勘探具有里程碑的意義,為華北油田增儲(chǔ)上產(chǎn)、健康發(fā)展提供了資源保障,為推動(dòng)京津冀地區(qū)清潔能源發(fā)展、繁榮社會(huì)經(jīng)濟(jì)、造福廣大人民群眾做出了重要的貢獻(xiàn)。4.1程度較高,對油氣勘探方向的信心牛東1井的突破,證實(shí)了霸縣凹陷深層沙四段—孔店組烴源巖發(fā)育,熱演化程度較高,具有豐富的油氣資源,進(jìn)一步確立了冀中坳陷沙四段—孔店組作為深層主力烴源巖的地位,更加堅(jiān)定了華北油田在深層領(lǐng)域?qū)ふ矣蜌饪碧酱髨雒娴男判?。同時(shí),對于渤海灣盆地其他坳陷深層勘探具有重要的借鑒意義。4.2潛山碳酸鹽巖孔牛東1井的突破進(jìn)一步表明該潛山帶從中生代中后期至新生代始新世早期,持續(xù)的地層隆起伴隨著長期風(fēng)化淋濾,造就了潛山碳酸鹽巖孔、洞、縫十分發(fā)育。牛東1井霧迷山組有效的縫洞段占地層的60%以上,氣藏高度達(dá)740m,儲(chǔ)集條件較好,