微生物地球化学勘探技术在白云凹陷深水区油气勘探中的应用*

颜承志施和生庞 雄朱俊章石 宁李元平张思梦梅 海

(1.中海石油(中国)有限公司深圳分公司; 2.盎亿泰地质微生物技术(北京)有限公司)

微生物地球化学勘探技术在白云凹陷深水区油气勘探中的应用*

颜承志1施和生1庞 雄1朱俊章1石 宁1李元平1张思梦2梅 海2

(1.中海石油(中国)有限公司深圳分公司; 2.盎亿泰地质微生物技术(北京)有限公司)

为提高南海深水区油气勘探成功率,降低油气勘探的风险及成本,在珠江口盆地白云凹陷深水区首次应用了微生物地球化学勘探技术。该技术以轻烃微渗漏理论为基础,采用微生物学方法和地球化学方法直接检测有利目标区之上海底表层的微生物异常和吸附烃异常,预测下伏有利目标区目的层段是否存在油气藏,并预测油气藏的含油气性质。针对白云凹陷深水区复杂地质条件、多种圈闭类型和不同的油气藏类型,利用已钻构造作为微生物地球化学检测的正演模型,对新发现圈闭的含油气性进行了预测,最终将油气微生物地球化学勘探的研究成果与地震、钻井、测井、岩心等资料相结合,对微生物异常分布与油气富集规律间的关系作出了合理的地质解释,并对有利圈闭和区带进行了含油气评价,从而实现了直接发现油气藏的目的。应用实践表明,在白云凹陷深水区采用微生物地球化学烃类检测技术与常规勘探技术相结合的综合勘探新模式,能够较好地预测有利圈闭的含油气性。

微生物地球化学勘探技术;油气勘探;深水区;白云凹陷;珠江口盆地

珠江口盆地白云凹陷深水区是我国深海油气勘探的重要选区[1-3]。然而,钻探成本高、油气勘探成功率低是制约当前白云凹陷深水区油气勘探的重要因素,需要结合勘探需求,采用低成本、方便、快捷、可行的新技术来降低深水区油气勘探风险。为此,采用微生物地球化学勘探技术对白云凹陷深水区部分已钻和待钻目标的含油气性进行了检测,证明了该技术在深水区圈闭含油气性检测的适用性和有效性,同时为该地区钻探目标优选提供了技术支持。

1 微生物地球化学勘探技术

微生物地球化学勘探技术是近年来发展比较迅速的油气勘探技术,该技术基于油气藏轻烃微渗漏原理,具有普遍性、垂直性和动态性等3个基本特性[4],其研究方法包括确定油气藏存在与分布的微生物石油调查技术(MOST)和确定油气藏性质的土壤吸附气技术(SSG)。这2种技术(以前者为主,后者为辅)相互补充,合为一体,可以显著提高微生物烃检测技术解释模型的准确性。研究与应用实践表明,微生物地球化学勘探技术具有以下特点:①MOST技术主要检测土壤或沉积物中专属烃氧化菌的丰度,热成因烃是这种烃氧化菌的唯一碳源,因此其丰度与下方油气圈闭中的烃类浓度和压力密切相关,具有地质解释的唯一性;②SSG技术反映烃类在漫长地质年代中积累于沉积物矿物结晶和包裹体内轻烃的组成特征,有助于判识可能存在的圈闭内烃类的地球化学属性;③轻烃微生物门槛值的选择与确定拥有一套严格的准则和规范,其依据是建立在全球各种不同景观类型的3000多个案例的庞大的油气微生物勘探数据库,为不同景观区的门槛值分析提供了可靠的对比平台;④擅长与二维和三维地震勘探成果相结合,进行资料的合理解释和综合评价,特别是通过采用“4G”(Geology;Geophysics;Geochemistry;Geobiology)综合勘探新模式,使得微生物地球化学勘探技术正在成为提高油气钻探成功率、降低勘探风险的新型综合勘探法的重要组成部分。但是,微生物地球化学勘探技术的弱点是不能直接有效地指示烃类异常深度的空间归位,从完成油气勘探的使命来看,该技术的定位应当是地震勘探法的最佳搭配技术[5-6]。

2 研究区地质概况

白云凹陷位于中国南海北部陆缘深水区,属于珠江口盆地珠二坳陷,水深200～3000m,面积约2万km2。白云凹陷北靠中央隆起带番禺低隆起,南临南部隆起带,西接云开低凸起,东临东沙隆起(图1),为一个处于陆棚边缘斜坡带的新生代沉积凹陷,具有十分优越的油气地质条件[8-12]。

白云凹陷新生界厚度超过1万m,2套主力烃源岩发育在始新统文昌组和下渐新统恩平组,上渐新统珠海组的浅水三角洲—滨岸砂体、下中新统珠江组的深水扇砂体是重要储层,而珠江组上部的巨厚泥岩及中中新统韩江组泥岩是优良的区域性盖层,具有“下断上坳、下陆上海、古生新储”的油气地质特征[2,13-16]。

图1 珠江口盆地白云凹陷构造位置图(据郭刚等[7],有修改)

3 微生物地球化学勘探设计和实施

选择A探区作为目标区进行微生物地球化学勘探设计和实施。该研究区位于白云凹陷主洼东北部(图1),勘探面积约300 km2,已完成三维地震勘探解释,发现并落实A-4、A-1、A-2和A-3等4个圈闭(图2),主要钻探目标层位为上渐新统珠海组的浅水三角洲—滨岸砂体、下中新统珠江组深水扇砂体,其中A-1构造已钻探4口井,并已发现油气藏,而A-2、A-3和A-4构造尚未进行钻探。分析认为, A-2构造为构造-岩性复合圈闭,A-3为岩性圈闭, A-4为构造圈闭。

图2 白云凹陷A探区微生物地球化学勘探MV平面图

根据微生物地球化学勘探技术原理及圈闭烃类检测评价原则,2011年在该研究区共设计采集站位237个,其中A-4、A-1、A-3构造采用测线式布设,初步判别其含油气性;A-2采用网格式布设,详细评价其含油气性。

微生物地球化学勘探技术须采集海底沉积物表层样品,海上施工过程严格执行样品采集的操作规范(本次共采集MOST样品237个,SSG样品229个),采集样品经过预处理后直接送实验室进行MOST检测和SSG分析。其中,MOST检测结果以轻烃微生物值(MV:Microbial Value)指标评价体系表示(为美国GMT公司MOST技术专利[17])。MV值是将微生物进行选择性培养后,综合显微计数结果(菌落数)和生长活性等综合分析得出的一个无量纲量,其数值大小反映了样品中专性微生物发育的相对浓度,并非一个绝对的微生物数量值。SSG分析包括样品称重,酸化处理释放出C1—C5+气体,并以氦气为载气进行高精度的气相色谱分析。

4 微生物地球化学勘探数据解释

在微生物地球化学勘探技术中,MV异常与背景的划分是评价探区内油气有利前景的关键环节。首先采用统计学方法,初步确定目标探区异常值与背景值的划分界限,然后结合已知井区或邻区正演模型以及MOST全球数据库的相关信息,综合分析得出研究区的MV门槛值。为了凸显不同等级的微渗漏异常点、异常带和异常区,在MV成图时采用了5个等级来刻画,如表1所示,其中低异常值与中异常值的界限为MV门槛值。根据这一原则,将研究区的MV门槛值确定为79(表1),并据此绘制出MV的相关图件。在评价由烃类微渗漏异常指示的勘探远景时,不仅要分析图上红色点、橙色点的绝对数量,更要分析是否有多个红色点、橙色点集中分布在一起形成簇群,且簇群周围是否有指示中、低值异常的黄色点和绿色点对其形成支撑。

在微生物地球化学勘探技术中,SSG分析是通过研究吸附烃各个烃组分之间的比值及其在经验模式图版上投落的区域,进而对土壤气潜在的油气源属性特征进行鉴定,分析时不强调总烃与各个烃组分的绝对浓度值,而是重点关注不同轻烃比值的分析。通常,土壤吸附烃的含量高低与吸附介质的亲和性有关,容易引起吸附烃含量的波动,但吸附烃的内组成在不同介质中通常以相同比例进行吸附,保存相对稳定。因此,含相似比例的气体,不管其绝对值如何,都可以指示成因相互有联系的气体族群,从而有助于进行微渗漏趋势的分析。所以,吸附烃的内组成特征便成为认识油气地球化学特征的有效指标体系。

4.1 已知油气藏上方MV和SSG检测结果分析

A-1构造共钻探4口井,分别为A-1-1、A-1-2、A-1-3和A-1-4井,测井解释结果显示具有若干气层和油层(表2)。微生物地球化学勘探的2条设计测线分别过A-1-1、A-1-3和A-1-4井。

MOST检测结果显示,在钻探证实的A-1油气藏已知井上方均出现了MV高异常值(图2),油气藏范围内2条设计测线上的MV平均值分别为北部130,南部189。

利用酸解烃C1/(C2+C3)与C2/(C3+C4)三组分经验图版对潜在的油气藏属性特征进行判别的SSG检测数据指示,白云凹陷A探区潜在油气性质主要为凝析油气藏(图3),这与钻探结果相一致,表明微生物地球化学勘探成果可以准确揭示该区下伏地层中的油气流体性质,具有较高的准确性与精确性。

4.2 有利勘探目标综合评价

分析认为,研究区整体为一构造脊,北部通过近东西向大断裂与白云东洼相邻,向南倾斜进入主洼。从构造演化来看,A-1和A-2构造均长期处于构造的古隆起部位,是油气运移的指向区,紧邻生烃凹陷,油源丰富,故推测A-2构造为最有利勘探目标。

精细分析发现,A-2构造整体为反向正断层封堵的鼻状隆起,该鼻状隆起的东部为向北抬升的鼻状构造,西部为向北东抬升被断层复杂化的鼻状构造。从过A-2构造的东西向微生物值(MV)与地震剖面综合研究图(图4)可以看到,MV高异常值主要分布于A-2构造鼻状隆起的北部,又呈两簇分别反映隆起东北部和西北部的鼻状构造。从地震相来看,该构造区深切河谷和水道发育,储层条件良好。另外,从过A-2构造的2条南北向微生物值与地震剖面综合研究图(图5)也可以看出,反向正断层封堵的鼻状隆起由北向南构造降低,其MV值也随之降低。

表1 白云凹陷A探区烃类微生物值(MV)异常分级表

表2 白云凹陷A探区已知钻井钻探结果及钻后评价结果

图3 白云凹陷A探区C1/(C2+C3)与C2/(C3+C4)三组分图版

图4 白云凹陷A探区A-2构造微生物值(MV)与东西向地震剖面(剖面位置见图2中A-A′)综合研究图

图5 白云凹陷A探区A-2构造微生物值(MV)与南北向地震剖面(剖面位置见图2)综合研究图

综合评价认为,A-2构造微生物异常级别较高,具有良好的含油气性,预测有利油气区主要位于该构造北部,特别是东北部的MV高异常区可能成为最有利的油气勘探远景区。另外,SSG检测数据(图3)表明,白云凹陷A探区油气前景区的潜在油气性质为凝析油气。

通过综合地质、物探、微生物等研究成果,优选探井A-2-1井实施钻探。钻探结果表明,A-2构造为被深水水道复杂化的构造-岩性复合圈闭,主要勘探目的层系珠江组底部发育深水扇砂岩异常体, A-2-1井在珠江组下段钻遇气层。该井的成功钻探证实了研究区油气分布规律与微生物地球化学勘探检测成果相匹配的这一认识,利用微生物地球化学勘探技术能够较好地预测有利圈闭的含油气性。

5 结束语

首次在南海北部深水区应用微生物地球化学勘探技术对圈闭含油气性和油气藏性质进行了评价,结果表明,采用MOST和SSG技术相结合的微生物地球化学勘探技术可以灵敏而有效地检测MV异常区并判断下伏油气藏的性质。白云凹陷主洼东北部A探区A-2等构造顶部发育的MV高异常区及预测的油气藏性质与实际钻探结果相吻合,并且油气富集区与非富集区检测数据差异显著,证明了微生物地球化学勘探技术在深水区圈闭含油气性检测的适用性和有效性。

目前微生物地球化学勘探技术在南海北部深水区的首次应用所覆盖的区域与勘探目标个数均有限,仅获得了有限探井钻探结果的证实。我们相信,随着应用范围的进一步扩大,微生物地球化学勘探技术的优势将会得到进一步的验证,在提高深水区油气钻探成功率,降低勘探风险等方面将会发挥更重要的作用。

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(编辑:周雯雯)

Applying a technique of microbiological geochemistry to hydrocarbon exploration in Baiyun sag deep water area

Yan Chengzhi1Shi Hesheng1Pang Xiong1Zhu Junzhang1Shi Ning1Li Yuanping1Zhang Simeng2Mei Hai2

(1.Shenzhen Branch of CNOOC Ltd.,Guangzhou,510240; 2.AE&EGeomicrobial Technologies Inc.,Beijing,102200)

A technique of microbiological geochemistry was firstly applied in Baiyun sag deep water area,Pearl River Mouth basin,in order to improve the success rate and reduce the risk and cost of deep water hydrocarbon exploration in South China Sea.Based on the theory about light hydrocarbon micro-seepage,this technique employs the microbiological and geochemical methods to directly detect microbial and adsorbed-hydrocarbon anomalies on the sea floor above favorable target strata,so as to predict if there would be any hydrocarbon accumulation in the target strata and to predict the hydrocarbon accumulation’s properties.In consideration of the complex geology,multiple trap types and various types of hydrocarbon accumulation in Baiyun sag deep water,the drilled structures were used as a forward model for the microbiological geochemistry detection to predict the hydrocarbon potential of the new-discovered prospects.Finally,the exploration and research results of microbiological geochemistry were combined with seismic,drilling,logging and core data,the relationship between microbial anomalies and hydrocarbon enrichment was reasonably interpreted in geology,and the hydrocarbon potential was evaluated for the favorable prospects and plays,achieving the aim of directly detecting hydrocarbon accumulations.The actual application has indicated that the comprehensive exploration mode of microbiological geochemistry in combination with the conventional exploration can predict the hydrocarbon potential of favorable prospects quite well in Baiyun sag deep water.

technique of microbiological geochemistry;hydrocarbon exploration;deep water area; Baiyun sag;Pearl River Mouth basin

2013-08-01改回日期:2014-03-11

*中海石油(中国)有限公司综合科研课题“珠江口盆地白云凹陷油气微生物勘探”部分研究成果。

颜承志,男,高级工程师,中海石油(中国)有限公司深圳分公司研究院方法室主任,现主要从事珠江口盆地油气勘探研究工作。地址:广州市江南大道中168号海洋石油大厦(邮编:510240)。E-mail:yanchzh@cnooc.com.cn。