賈 承 造

(中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司,北京 100007)

隨著全球油氣勘探理論、技術(shù)與裝備的進(jìn)步,全球深層—超深層油氣勘探開(kāi)發(fā)呈現(xiàn)出加快發(fā)展的態(tài)勢(shì),2000年以來(lái)全球在深層—超深層發(fā)現(xiàn)油氣藏?cái)?shù)量顯著增長(zhǎng)[1]。中國(guó)深層—超深層油氣勘探取得巨大進(jìn)展,已經(jīng)是陸上深層—超深層油氣勘探生產(chǎn)大國(guó)[2]。中國(guó)油氣勘探已全面進(jìn)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(guó)石油工業(yè)上游今后發(fā)展的一個(gè)重要和主要領(lǐng)域。深刻認(rèn)識(shí)含油氣盆地深層—超深層油氣地質(zhì)的規(guī)律和地質(zhì)特點(diǎn),解決深層—超深層勘探開(kāi)發(fā)的科學(xué)技術(shù)問(wèn)題,是今后勘探開(kāi)發(fā)的重要方向。美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)將深度超過(guò)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(guò)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(guó)油氣勘探實(shí)踐中,由于地勢(shì)上存在“西高東低”的三級(jí)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(guó)學(xué)者們將東西部含油氣盆地的“深層”“超深層”概念進(jìn)行區(qū)別定義:認(rèn)為在東部平原及沿海地區(qū),“深層”對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)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(chǔ)量的增長(zhǎng)主體[6-7],勘探過(guò)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(chǔ)量234億t油當(dāng)量,超過(guò)同期全球新增油氣儲(chǔ)量的60%,油氣鉆探最大深度達(dá)到12 869 m[8]。中國(guó)深層—超深層油氣資源潛力巨大,但探明程度低,是未來(lái)油氣勘探開(kāi)發(fā)的重要現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域[9]。根據(jù)2015年全國(guó)油氣資源評(píng)價(jià)結(jié)果,中國(guó)深層—超深層油氣資源達(dá)763億t油當(dāng)量,占到全國(guó)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(guó)現(xiàn)在和未來(lái)的一個(gè)主要勘探領(lǐng)域。深層—超深層油氣藏具有其特殊的地質(zhì)背景,地質(zhì)條件十分復(fù)雜。具有埋深大[10]、溫度高[11]、相態(tài)復(fù)雜[12],存在異常壓力[13]等特征,有著其獨(dú)特的成巖、成儲(chǔ)、成藏機(jī)制。中國(guó)面臨著深層—超深層油氣勘探開(kāi)發(fā)的種種問(wèn)題。深刻認(rèn)識(shí)含油氣盆地深層—超深層油氣勘探開(kāi)發(fā)的科學(xué)技術(shù)問(wèn)題對(duì)中國(guó)的油氣資源勘探開(kāi)發(fā)具有重要意義。因此筆者回顧中國(guó)部分深層—超深層勘探成果,解剖4個(gè)深層—超深層勘探的實(shí)例,提出含油氣盆地深層—超深層地質(zhì)科學(xué)問(wèn)題與工程技術(shù)問(wèn)題與研究方向。

1 中國(guó)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(dá)8 000～9 000 m,儲(chǔ)層主要為斷層裂縫體系和碳酸鹽巖孔洞儲(chǔ)層,屬于超壓、裂縫性油氣藏,以輕質(zhì)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(guò)40萬(wàn)km2,厚度超過(guò)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(gòu)造—礁灘相控—層間巖溶—斷控縫洞體”4個(gè)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(lái),相繼發(fā)現(xiàn)富滿、順北等億噸級(jí)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(kāi)富滿地區(qū)大規(guī)模勘探開(kāi)發(fā)的序幕,隨后在富滿油田范圍內(nèi)連續(xù)多年的勘探實(shí)踐持續(xù)獲得新發(fā)現(xiàn)[19]。2015—2016年,針對(duì)順北1號(hào)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(chǔ)、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(chǔ)量1.5億t、控制儲(chǔ)量1.66億t、預(yù)測(cè)儲(chǔ)量2.15億t;順北區(qū)塊探明儲(chǔ)量3.2億t,落實(shí)儲(chǔ)量10億t資源陣地,2021年產(chǎn)油280萬(wàn)t。已形成兩個(gè)10億t規(guī)模儲(chǔ)量原油場(chǎng)面。

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

1.2塔里木盆地庫(kù)車大北克拉蘇構(gòu)造帶

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

作為中國(guó)“西氣東輸”的重要?dú)庠吹?克拉蘇構(gòu)造帶位于塔里木盆地庫(kù)車坳陷北部,其鹽下主力儲(chǔ)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(xì)砂巖、中砂巖為主的三角洲沉積建造[21]。儲(chǔ)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(dá)150 MPa,地層溫度高達(dá)190 ℃[22]?？死K構(gòu)造帶高產(chǎn)井裂縫普遍發(fā)育,其滲透率可達(dá)20×10-3μm2,裂縫對(duì)儲(chǔ)層的滲透率起到主要貢獻(xiàn)[23]。流體測(cè)試結(jié)果表明,其產(chǎn)出流體甲烷含量高(體積分?jǐn)?shù)平均可達(dá)85%),非烴類氣體含量低(體積分?jǐn)?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(kù)車前陸沖斷帶深層鹽下大北克拉蘇構(gòu)造帶新發(fā)現(xiàn)18個(gè)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(shù),并于庫(kù)車8 000 m超深層發(fā)現(xiàn)2個(gè)萬(wàn)億m3規(guī)模大氣田,探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量4 436億m3、凝析油730萬(wàn)t。克深8井區(qū)中10口井單井日產(chǎn)均超百萬(wàn)立方米。其中克深9井完鉆井深7 550 m,單井測(cè)試日產(chǎn)110×104m3(圖1)。

圖1 拉蘇構(gòu)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(xiàn)[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(chǔ)層主要為碳酸鹽巖孔-洞儲(chǔ)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(guó)現(xiàn)代天然氣工業(yè)的搖籃,也是世界上最早開(kāi)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(guò)300萬(wàn)m3,其中深層碳酸鹽巖氣藏天然氣總產(chǎn)量超過(guò)250萬(wàn)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(lái),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(guó)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(guò)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(jì)探明地質(zhì)儲(chǔ)量1.47萬(wàn)億m3,形成古老碳酸鹽巖天然氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù),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(chǔ)層深度達(dá)4 500～5 500 m,屬于太古界基巖潛山裂縫性儲(chǔ)層,是富含油的裂縫性超壓凝析氣藏。

作為中國(guó)東部典型的裂谷盆地,渤海灣盆地?cái)嗔寻l(fā)育導(dǎo)致前新生界基底的差異性沉降,同時(shí)發(fā)育多個(gè)古潛山構(gòu)造。中國(guó)海洋石油集團(tuán)有限公司從20世紀(jì)70年代開(kāi)始一直堅(jiān)持對(duì)潛山進(jìn)行探索,但在早期沒(méi)有大的突破,僅發(fā)現(xiàn)一些中小型油氣田。2005年以來(lái)轉(zhuǎn)變勘探思路,認(rèn)識(shí)到構(gòu)造破碎和風(fēng)化淋濾可能是太古界潛山優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的主控因素,勘探目標(biāo)轉(zhuǎn)向斷裂活動(dòng)區(qū)域。2015年,人們針對(duì)深層—超深層潛山開(kāi)展探索,認(rèn)為深層的太古界變質(zhì)巖在多期次構(gòu)造作用下具有形成優(yōu)質(zhì)裂縫型儲(chǔ)層的優(yōu)勢(shì)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(cè)試獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)油氣流,渤海灣盆地發(fā)現(xiàn)首個(gè)整裝千億立方米凝析氣田,一舉打開(kāi)渤海灣盆地深層天然氣勘探的新領(lǐng)域(圖3)。目前渤中19-6新增天然氣探明地質(zhì)儲(chǔ)量1 570.93億m3、凝析油探明地質(zhì)儲(chǔ)量1.42億t。其主要儲(chǔ)層類型為基巖潛山裂縫性儲(chǔ)層。渤中19-6凝析氣田經(jīng)歷 “先油后氣、淺成深埋、局部調(diào)整改造”的油氣富集過(guò)程[32],在地層壓力、溫度升高時(shí),地層內(nèi)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(dá)到露點(diǎn)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(kù)車大北克拉蘇構(gòu)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(biāo)志著中國(guó)深層—超深層油氣勘探已取得較大成果。中國(guó)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(zhì)油、凝析油、濕氣、干氣;普遍表現(xiàn)為超壓(表2)。

表2 中國(guó)主要深層—超深層勘探成果地質(zhì)特征

2 含油氣盆地深層—超深層地質(zhì)科學(xué)問(wèn)題

2.1 深層—超深層儲(chǔ)層特征與形成機(jī)制

勘探實(shí)踐表明,深層—超深層存在優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層,成儲(chǔ)是深層—超深層勘探的關(guān)鍵問(wèn)題,儲(chǔ)層的形成與保持機(jī)制也是學(xué)界關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)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(chǔ)層,是主要的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層;②第二類為裂縫性儲(chǔ)層,同樣也是優(yōu)質(zhì)的儲(chǔ)層。在裂縫性儲(chǔ)層中,裂縫不僅是油氣滲流的通道,同時(shí)也是油氣賦存的主要儲(chǔ)集空間。如裂縫在富滿—大北地區(qū)是主要的儲(chǔ)集空間[35],而庫(kù)車深層的裂縫則大幅度改善儲(chǔ)層滲透率[36]。

與碎屑巖儲(chǔ)層相比,碳酸鹽巖儲(chǔ)層的成巖、成儲(chǔ)歷史具有很大差異。碳酸鹽巖儲(chǔ)層的演化大體可分3個(gè)階段:①生物成巖和化學(xué)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(fù)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(zhì)儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間80%以上主要為近地表的淋濾溶蝕保存下來(lái)的孔洞,這也是碳酸鹽巖儲(chǔ)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(shí)際上,有效孔隙的形成主要是因?yàn)榻乇淼牧転V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(shí)證明,原生孔后期淋濾溶蝕作用形成的孔隙占比相對(duì)較小。

碳酸鹽巖儲(chǔ)層的這種早期成巖特點(diǎn)決定碳酸鹽巖儲(chǔ)層強(qiáng)大的抗壓實(shí)作用。四川盆地震旦系燈影組和寒武系龍王廟組儲(chǔ)層中,主要有效儲(chǔ)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(jìn)過(guò)程中,井下常見(jiàn)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(dá)地下8 000 m以下仍能得以保存。碳酸鹽巖抗壓實(shí)作用非常強(qiáng),深層—超深層可以見(jiàn)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(diǎn)來(lái)看,在油氣成藏過(guò)程中,伴隨著生油巖的演化,生烴、排烴特征不斷變化,有機(jī)質(zhì)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(guò)程中的一個(gè)重要問(wèn)題在于與生油巖相對(duì)匹配的儲(chǔ)層與輸導(dǎo)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(chǔ)集層孔隙度非常高,早期可以達(dá)到30%～40%,但在埋藏壓實(shí)過(guò)程中可降至6%～8%。碳酸鹽巖盆地中,在深埋藏時(shí)烴源巖演化程度較高,進(jìn)入生氣階段,此時(shí)由于碳酸鹽巖儲(chǔ)層抗壓實(shí)能力強(qiáng),仍具有較好的孔隙度,天然氣仍然能夠充注、運(yùn)移、聚集在碳酸鹽巖儲(chǔ)層中;但在碎屑巖盆地中,在深埋藏時(shí)由于碎屑巖儲(chǔ)集層抗壓實(shí)能力弱,此時(shí)儲(chǔ)集層已十分致密,天然氣難以充注、運(yùn)移進(jìn)入到致密儲(chǔ)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(chǔ)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(zhǎng)垣)。

從目前的勘探情況來(lái)看,人們針對(duì)深層—超深層的儲(chǔ)層問(wèn)題存在幾個(gè)基本認(rèn)識(shí):

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

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

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

(5)深層—超深層碎屑巖存在少量?jī)?yōu)質(zhì)儲(chǔ)層,其形成機(jī)制與預(yù)測(cè)技術(shù)需要進(jìn)一步研究。

(6)碳酸鹽儲(chǔ)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(chǔ)層的孔隙度、滲透率,而充填作用、壓實(shí)作用則降低儲(chǔ)層的品質(zhì)。其變化規(guī)律需要進(jìn)一步深入研究。

2.2 深層—超深層勘探目標(biāo)的地質(zhì)類型

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

從地質(zhì)科學(xué)的角度來(lái)看,應(yīng)當(dāng)從巖石強(qiáng)度、成巖程度-儲(chǔ)層物性、地溫梯度幾個(gè)方面出發(fā)進(jìn)行地質(zhì)類型區(qū)分。巖石強(qiáng)度直接決定鉆井過(guò)程中的難度,同時(shí)影響著后期壓裂施工的問(wèn)題;成巖強(qiáng)度與儲(chǔ)層物性決定勘探目標(biāo)的品質(zhì);地溫梯度則影響儲(chǔ)層與烴源巖的演化,一并影響著鉆井、測(cè)井過(guò)程中一系列的適應(yīng)溫度問(wèn)題。

針對(duì)深層—超深層勘探目標(biāo)地質(zhì)類型的區(qū)分。本文中認(rèn)為應(yīng)該區(qū)分為兩大類(表3):一類為古老克拉通,其主要特點(diǎn)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(jìn)一步分為陸內(nèi)深凹陷與陸內(nèi)裂谷。陸內(nèi)深凹陷為陸相碎屑巖系、中低地溫梯度,例如庫(kù)車凹陷與柴達(dá)木盆地;陸內(nèi)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(chǔ)、成藏過(guò)程,影響其儲(chǔ)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(biāo)的地質(zhì)類型劃分

2.3 深層—超深層油氣成藏機(jī)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(duì)象,納入標(biāo)準(zhǔn):①在我院被診斷為肛周膿腫并肛瘺者;②本人及其家屬對(duì)本研究知情且簽署同意書(shū)者。排除標(biāo)準(zhǔn):①存在嚴(yán)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(gè)月內(nèi)使用過(guò)抗生素者。使用計(jì)算機(jī)表法分為分析組和對(duì)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(duì)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(xiàng)指標(biāo)上P值均大于0.05,數(shù)據(jù)從統(tǒng)計(jì)結(jié)果,不具有意義,具有比較價(jià)值。

目前已確定CO2和氦氣等氣體資源為無(wú)機(jī)成因,如松遼盆地深層存在大量的CO2。但對(duì)于深層甲烷氣的成因仍具有爭(zhēng)論。盡管從目前的勘探實(shí)踐來(lái)看,已發(fā)現(xiàn)的深層—超深層碳?xì)浠衔锘径际歉衫腋袡C(jī)生烴過(guò)程形成,但深層—超深層油氣成因仍值得進(jìn)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(chǔ)層中。油氣賦存于局限的達(dá)西流動(dòng)場(chǎng)和更深層的束縛流動(dòng)場(chǎng)中,只有通過(guò)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(dòng)在裂縫系統(tǒng)中。

碳酸鹽巖盆地有著不同的滲流機(jī)制。深層—超深層碳酸鹽巖中存在良好的儲(chǔ)層,油氣可以賦存在常規(guī)油氣概念中的達(dá)西流動(dòng)場(chǎng)中。深層—超深層油氣成藏規(guī)律、成藏機(jī)制需要結(jié)合全油氣系統(tǒng)理論進(jìn)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(guò)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(guò)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(guò)程中的流體相態(tài)變化過(guò)程與賦存特征需要進(jìn)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(jìn)一步精細(xì)、準(zhǔn)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(yè)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(wú)機(jī)成因氣生成與成藏機(jī)制

甲烷(CH4)是最簡(jiǎn)單也是最穩(wěn)定的碳?xì)浠衔?并廣泛存在于深部地層中。無(wú)機(jī)成因的甲烷對(duì)成藏是否有意義這一問(wèn)題仍然值得研究。

氦氣(He)是一種關(guān)鍵的、戰(zhàn)略性的、且稀有的資源。氦氣通常位于天然氣儲(chǔ)層中,目前對(duì)于氦氣藏中氦氣資源的形成、評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)尚不清楚。

需要進(jìn)一步積極探索超深層無(wú)機(jī)成因氣(主要是甲烷與氦氣)的生成與成藏機(jī)制。

2.4 深層—超深層構(gòu)造變形與地質(zhì)力學(xué)、巖石力學(xué)機(jī)制

2.4.1 深層—超深層地質(zhì)構(gòu)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(jìn)行研究,推及地表。深層—超深層具有其獨(dú)特的特征,這種研究方法明顯不夠深入。需要加強(qiáng)深層—超深層地質(zhì)構(gòu)造特征、類型與變形規(guī)律研究。

2.4.2 深層—超深層構(gòu)造的深部及區(qū)域控制因素與演化歷史

深層—超深層構(gòu)造直接決定盆地的基底特征,其控制因素需要進(jìn)一步研究。區(qū)域控制因素同樣需要進(jìn)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(duì)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(kāi)展進(jìn)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(gòu)造的發(fā)育特征,分布規(guī)律與力學(xué)機(jī)制

在以往的研究中,斷層、裂縫等大規(guī)模區(qū)域性破裂構(gòu)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(gòu)造可直接作為油氣的儲(chǔ)集層(圖4)。大規(guī)模區(qū)域性破裂構(gòu)造的發(fā)育特征,分布規(guī)律和力學(xué)機(jī)制亟需進(jìn)一步研究。

圖4 中東地區(qū)碳酸鹽巖地層中的斷層與構(gòu)造碎裂巖

2.4.4 斷裂裂縫構(gòu)造作為儲(chǔ)集空間與輸導(dǎo)通道的定量評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)

裂縫網(wǎng)絡(luò)作為深層—超深層油氣的重要儲(chǔ)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(kāi)發(fā)效果[40]。針對(duì)裂縫的研究方法大致可以分為:地質(zhì)綜合法(巖心、露頭及地質(zhì)統(tǒng)計(jì))[41]、地球物理法[42]、巖石學(xué)方法[43]、物理實(shí)驗(yàn)分析法[44]、動(dòng)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(duì)裂縫的定量評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)的研究仍然存在許多不足,尤其對(duì)深層—超深層的研究更為缺乏。在未來(lái)的油氣藏預(yù)測(cè)、儲(chǔ)層預(yù)測(cè)、有利區(qū)帶預(yù)測(cè)過(guò)程中,主要圍繞著大型斷裂、有利裂縫縫網(wǎng)發(fā)育區(qū)開(kāi)展研究。另外亟需加強(qiáng)斷裂、裂縫、儲(chǔ)集空間和疏導(dǎo)通道的定量評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)。

2.4.5 超深層巖石變形的地質(zhì)力學(xué)與巖石力學(xué)特性和極端條件下巖石力學(xué)機(jī)制

深層—超深層的巖石力學(xué)特征不僅僅是鉆井工程需要研究的問(wèn)題,同時(shí)也是地質(zhì)研究過(guò)程中需要重視的問(wèn)題。目前針對(duì)深層—超深層的巖石力學(xué)問(wèn)題研究存在不足。傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)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(shí)踐來(lái)看,這種認(rèn)識(shí)仍存在很大不確定性。同時(shí)極端條件下的巖石力學(xué)機(jī)制同樣要得到重視。

2.5 超深層流體特征與流-固作用機(jī)制

(1)含油氣盆地流體場(chǎng)結(jié)構(gòu)。含油氣盆地流體場(chǎng)結(jié)構(gòu)需要進(jìn)一步研究,要從流體場(chǎng)的角度理解認(rèn)識(shí)含油氣盆地中的流體行為?？蓪⒑蜌馀璧亓黧w場(chǎng)分為3層結(jié)構(gòu):①近地表地下水系統(tǒng);②與成巖生烴相關(guān)的地層水系統(tǒng);③與殼?；顒?dòng)有關(guān)的深部流體系統(tǒng)。目前石油地質(zhì)學(xué)界針對(duì)流體的研究主要針對(duì)與殼?；顒?dòng)有關(guān)的深部流體系統(tǒng)和成巖生烴相關(guān)的地層水系統(tǒng)。

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

(3)深部流體活動(dòng)。深部流體活動(dòng)是無(wú)機(jī)生烴的主要機(jī)制,包括極端條件下的有機(jī)-無(wú)機(jī)化學(xué)反應(yīng)機(jī)制等。同時(shí)深部流體活動(dòng)規(guī)律與盆地基底地殼性質(zhì)和后期活動(dòng),及深部大型斷裂活動(dòng)有關(guān),需要加強(qiáng)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(jìn)一步研究。

2.6 超深層油氣資源的特點(diǎn)與評(píng)價(jià)方法

2.6.1 超深層油氣資源類型

從過(guò)去多年的石油地質(zhì)學(xué)研究來(lái)看,超深層的油氣資源主要可以分為3類:①天然氣;②輕質(zhì)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(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。但對(duì)于超深層的石油資源目前尚有爭(zhēng)議,有學(xué)者認(rèn)為超深層僅有天然氣資源,有學(xué)者認(rèn)為超深層仍有豐富的石油資源。從目前的勘探實(shí)踐來(lái)看,這二者的認(rèn)識(shí)都相對(duì)片面,需要對(duì)具體盆地及油氣系統(tǒng)開(kāi)展進(jìn)一步研究。

2.6.2 輕質(zhì)油與凝析油地質(zhì)理論、勘探評(píng)價(jià)和開(kāi)發(fā)生產(chǎn)技術(shù)

中國(guó)石油資源具有其特殊性,在以往的勘探生產(chǎn)過(guò)程中,中國(guó)石油資源主要為中質(zhì)油與重質(zhì)油,天然氣資源主要為干氣。但從國(guó)際上的勘探生產(chǎn)實(shí)踐來(lái)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(zhì)油與凝析油。中國(guó)輕質(zhì)油與凝析油生產(chǎn)規(guī)模小,認(rèn)識(shí)不足。隨著中國(guó)勘探開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)向深層—超深層,未來(lái)輕質(zhì)油、凝析油在原油產(chǎn)量中占比將持續(xù)上升,需要加強(qiáng)對(duì)輕質(zhì)油、凝析油地質(zhì)理論、勘探評(píng)價(jià)和開(kāi)發(fā)生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)。

2.6.3 深層—超深層非常規(guī)資源特點(diǎn)

中國(guó)疊合盆地具有致密化的特征[48],缺少高孔、高滲的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層,因此勢(shì)必發(fā)育致密油氣和頁(yè)巖油氣,致密油氣和頁(yè)巖油氣資源大多在6 000 m以深,甚至更深,如何有效開(kāi)發(fā)成為阻礙致密/頁(yè)巖油氣發(fā)展的重要問(wèn)題。一是技術(shù)難題,二是成本問(wèn)題。首先要尋找裂縫化深層—超深層的致密/頁(yè)巖油氣藏,如克深和大北裂縫化的致密氣藏。同時(shí)要加強(qiáng)天然裂縫區(qū)的預(yù)測(cè)與勘探,研發(fā)深層—超深層致密儲(chǔ)層人工壓裂技術(shù),加強(qiáng)碳酸鹽巖深層超深層油氣勘探。

2.6.4 加強(qiáng)深層—超深層油氣資源評(píng)價(jià)工作

中國(guó)歷次資源評(píng)價(jià)中均未評(píng)價(jià)輕質(zhì)油與凝析油資源量,輕質(zhì)油與凝析油資源評(píng)價(jià)是中國(guó)資源評(píng)價(jià)過(guò)程中的薄弱一環(huán),亟需加強(qiáng)濕氣、凝析油氣、輕質(zhì)油資源評(píng)價(jià)。

2.6.5 超深層油氣勘探的深度下限

一些學(xué)者認(rèn)為油氣勘探?jīng)]有深度下限,但是從目前的研究來(lái)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(chǔ)層處于束縛動(dòng)力場(chǎng),缺少流動(dòng)條件,將會(huì)導(dǎo)致油氣成藏出現(xiàn)下限;③工程技術(shù)裝備困難,成本及經(jīng)濟(jì)性將會(huì)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(jī)制值得進(jìn)一步研究。

3 深層—超深層油氣勘探開(kāi)發(fā)的工程技術(shù)問(wèn)題

3.1 萬(wàn)米鉆機(jī)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(dāng)時(shí)中國(guó)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(biāo)志著寒武系吾松格爾組的發(fā)現(xiàn);2022年,雙魚(yú)001-H6井完鉆井深9 010 m,再次創(chuàng)造中國(guó)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(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)的重要目標(biāo),亟需研發(fā)先進(jìn)的萬(wàn)米鉆井技術(shù)裝備。盡管萬(wàn)米鉆井技術(shù)裝備現(xiàn)在已經(jīng)列到不同級(jí)別的國(guó)家科研計(jì)劃中,但始終沒(méi)有把它作為一個(gè)大規(guī)模工業(yè)化推廣目標(biāo)。為了滿足深層—超深層油氣勘探開(kāi)發(fā)的需求,需要大規(guī)模工業(yè)化批量推廣萬(wàn)米鉆機(jī)。

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(guò)程中面臨著信噪比低、分辨率低等問(wèn)題,無(wú)法滿足目前在深層—超深層勘探開(kāi)發(fā)的技術(shù)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(shù)裝備。

3.3 高溫高壓測(cè)井技術(shù)開(kāi)發(fā)

深層—超深層面臨著高溫高壓的問(wèn)題。目前測(cè)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(guò)200 ℃,工作壓力超過(guò)200 MPa工作環(huán)境的包括芯片、陀螺儀在內(nèi)等的全套測(cè)井儀器。

3.4 深層—超深層壓裂技術(shù)裝備研發(fā)

鉆井?dāng)?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(dá)295 ℃[50]。根據(jù)對(duì)全球428個(gè)深層油氣藏的壓力數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),有198個(gè)油氣藏壓力系數(shù)高于1.2,最高可達(dá)2.8,深層油氣藏最高壓力可達(dá)130 MPa,極少數(shù)可以超過(guò)170 MPa[51]。針對(duì)深層—超深層儲(chǔ)層高溫、高壓、高地應(yīng)力的儲(chǔ)層特征,亟需研發(fā)“三高”條件下的壓裂裝備。

4 結(jié) 論

回顧中國(guó)含油氣盆地深層—超深層油氣勘探開(kāi)發(fā)發(fā)展歷程,盡管中國(guó)目前已經(jīng)取得累累碩果,但仍存在大量科學(xué)技術(shù)問(wèn)題需要解決。深刻認(rèn)識(shí)并探索研究這些科學(xué)技術(shù)問(wèn)題對(duì)中國(guó)含油氣盆地深層—超深層油氣勘探開(kāi)發(fā)具有重要意義。

(1)含油氣盆地深層—超深層油氣勘探開(kāi)發(fā)存在6個(gè)科學(xué)問(wèn)題:深層—超深層儲(chǔ)層特征與形成機(jī)制;深層—超深層勘探目標(biāo)的地質(zhì)類型;深層—超深層油氣成藏機(jī)制與油氣藏類型;深層—超深層構(gòu)造變形與地質(zhì)力學(xué)、巖石力學(xué)機(jī)制;超深層流體特征與流-固作用機(jī)制;超深層油氣資源的特點(diǎn)與評(píng)價(jià)方法。

(2)含油氣盆地深層—超深層油氣勘探開(kāi)發(fā)存在4個(gè)工程問(wèn)題:萬(wàn)米鉆機(jī)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(cè)井技術(shù)研發(fā);深層—超深層壓裂技術(shù)裝備研發(fā)。