含油气盆地深层—超深层油气勘探开发的科学技术问题.pdf

2023 年 10 月第 47 卷 第 5 期 中国石油大学学报(自然科学版)Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science)Oct.2023Vol.47 No.5收稿日期:2023-09-06基金项目:国家自然科学基金联合基金项目(U22B6002)第一作者及通信作者:贾承造(1948-),男,中国科学院院士,博士,博士生导师,研究方向为构造地质学、石油地质学和油气勘探。E-mail:jiacz 。文章编号:1673-5005(2023)05-0001-12 doi:10.3969/j.issn.1673-5005.2023.05.001含油气盆地深层超深层油气勘探开发的科学技术问题贾 承 造(中国石油天然气集团有限公司,北京 100007)摘要:中国已在深层超深层油气勘探取得巨大进展,成为陆上深层超深层油气勘探生产大国。目前中国油气勘探已全面进入“深层、深水、非常规”的历史阶段,深层超深层油气资源具有巨大潜力,是中国今后石油工业发展的重要领域。需要深刻认识含油气盆地深层超深层油气勘探开发的科学技术问题。本文中回顾了中国深层超深层勘探成果,从地质科学与工程技术两个方面提出研究方向。地质科学问题:深层超深层储层特征与形成机制;深层超深层勘探目标的地质类型;深层超深层油气成藏机制与油气藏类型;深层超深层构造变形与地质力学、岩石力学机制;超深层流体特征与流-固作用机制;超深层油气资源的特点与评价方法。工程技术问题:万米钻机的大规模工业化推广;612 km 深度物探装备研发;高温高压测井技术研发;深层超深层压裂技术装备研发。关键词:深层超深层;地质科学问题;工程技术问题中图分类号:TE 1 文献标志码:A引用格式:贾承造.含油气盆地深层超深层油气勘探开发的科学技术问题J.中国石油大学学报(自然科学版),2023,47(5):1-12.JIA Chengzao.Key scientific and technological problems of petroleum exploration and development in deep and ultra-deep formationJ.Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science),2023,47(5):1-12.Key scientific and technological problems of petroleum exploration and development in deep and ultra-deep formationJIA Chengzao(China National Petroleum Corporation,Beijing 100007,China)Abstract:The rapid development of deep and ultra-deep hydrocarbon exploration has positioned China as a major player in onshore deep to ultra-deep petroleum exploration and production.Currently,Chinas oil and gas exploration has entered a historical stage characterized by“deep formations,deep water,and unconventional”.Deep and ultra-deep oil and gas reser-voirs hold immense potential and are of critical importance for the future development of Chinas petroleum industry.To ad-dress the challenges and opportunities presented by these resources,it is essential to have a comprehensive understanding of the scientific and technological issues related to deep to ultra-deep oil and gas exploration and development.This work re-views the successful endeavors of deep to ultra-deep exploration in China and proposes research directions that encompass both geological science and engineering technology.Geological science directions:Deep to ultra-deep reservoir characteris-tics;Geological types of exploration targets;Formation mechanism and types of oil and gas reservoirs;structural deformation and geo-mechanics,rock mechanics mechanism;Characteristics of ultra-deep fluid and fluid solid interaction;Characteristics and evaluation methods of ultra-deep oil and gas resources.Engineering issues:The large-scale drilling rig capable of reac-hing depths of 10 000 meters or more;Research and development of geophysical exploration equipment capable of operating at depths ranging from 6 to 12 km;High-temperature and pressure logging technology development;Research and develop-ment of deep to ultra-deep fracturing technology and equipment.Keywords:deep and ultra-deep formation;geoscience problem;engineering problem 随着全球油气勘探理论、技术与装备的进步,全球深层超深层油气勘探开发呈现出加快发展的态势,2000 年以来全球在深层超深层发现油气藏数量显著增长1。中国深层超深层油气勘探取得巨大进展,已经是陆上深层超深层油气勘探生产大国2。中国油气勘探已全面进入“深层、深水、非常规”的历史阶段。深层超深层的油气资源具有巨大潜力,是中国石油工业上游今后发展的一个重要和主要领域。深刻认识含油气盆地深层超深层油气地质的规律和地质特点,解决深层超深层勘探开发的科学技术问题,是今后勘探开发的重要方向。美国地质调查局(USGS)将深度超过 4 572 m的天然气定义为深层天然气资源(deep gas re-sources),将深度超过 7 620 m 的天然气定义为超深层天然气资源(ultra-deep gas resources)3。中国油气勘探实践中,由于地势上存在“西高东低”的三级阶梯状分布特征,东部盆地与西部盆地的地温梯度存在巨大差异。因此中国学者们将东西部含油气盆地的“深层”“超深层”概念进行区别定义:认为在东部平原及沿海地区,“深层”对应深度为 3 500 4 500 m,“超深层”为大于 4 500 m;在西部地区,“深层”对应深度为 4 5006 000 m,“超深层”为大于 6 000 m4-5。深层超深层油气勘探发展迅速,深层超深层油气资源是近十年全球探明储量的增长主体6-7,勘探过程中不断突破有效资源深度下限。20082018 年,全球在 4 000 m 以深地层新增油气探明储量 234 亿 t 油当量,超过同期全球新增油气储量的 60%,油气钻探最大深度达到 12 869 m8。中国深层超深层油气资源潜力巨大,但探明程度低,是未来油气勘探开发的重要现实领域9。根据 2015 年全国油气资源评价结果,中国深层超深层油气资源达 763 亿 t 油当量,占到全国油气资源总量的 35%,但目前探明程度不到 15%,依然存在巨大的勘探潜力。深层超深层已经是中国现在和未来的一个主要勘探领域。深层超深层油气藏具有其特殊的地质背景,地质条件十分复杂。具有埋深大10、温度高11、相态复杂12,存在异常压力13等特征,有着其独特的成岩、成储、成藏机制。中国面临着深层超深层油气勘探开发的种种问题。深刻认识含油气盆地深层超深层油气勘探开发的科学技术问题对中国的油气资源勘探开发具有重要意义。因此笔者回顾中国部分深层超深层勘探成果,解剖 4 个深层超深层勘探的实例,提出含油气盆地深层超深层地质科学问题与工程技术问题与研究方向。1 中国深层超深层勘探成果1.1 塔里木盆地富满顺北奥陶系盆地类型为克拉通盆地深层碳酸盐岩层系,深度可达8 0009 000 m,储层主要为断层裂缝体系和碳酸盐岩孔洞储层,属于超压、裂缝性油气藏,以轻质油、凝析油气为主。塔里木盆地寒武系奥陶系海相碳酸盐岩分布面积超过 40 万 km2,厚度超过 3 000 m,油气资源十分丰富14-15。塔里木盆地深层碳酸盐岩油气勘探历经“潜山构造礁滩相控层间岩溶断控缝洞体”4 个阶段16-17。自 1988 年轮南 1 井首次在塔北隆起发现奥陶系碳酸盐岩油气藏以来,相继发现富满、顺北等亿吨级大型油气田18。2014 年,跃满 3 井获得高产工业油气流,拉开富满地区大规模勘探开发的序幕,随后在富满油田范围内连续多年的勘探实践持续获得新发现19。20152016 年,针对顺北 1 号断裂带部署的 6 口钻井全部获得高产工业油气流,宣告顺北大型油气田的发现20。目前塔里木盆地在富满顺北 6 0008 200 m 奥陶系已经取得重大勘探成果(表 1)。建立走滑断裂“控储、控藏、控富集”成藏模式,批量井获日产千吨高产。富满区块已探明储量 1.5 亿 t、控制储量 1.66 亿 t、预测储量 2.15 亿 t;顺北区块探明储量 3.2 亿 t,落实储量 10 亿 t 资源阵地,2021 年产油 280 万 t。已形成两个 10 亿 t 规模储量原油场面。表 1 塔中-塔北地区奥陶系勘探部分井产量统计Table 1 Production statistics of some Ordovician exploration wells in Tazhong-Tabei area井名层位日产油/m3日产气/104m3满深 1 井奥陶系62437满深 2 井奥陶系1458.1满深 3 井奥陶系1 61052满深 4 井奥陶系85144英西 1 井奥陶系1500.252中国石油大学学报(自然科学版)2023 年 10 月1.2 塔里木盆地库车大北克拉苏构造带盆地类型为前陆冲断带陆相深坳陷,深度可达6 0008 000 m,储层为裂缝改造的致密砂岩储层,属于超压裂缝性致密砂岩气藏,以湿气为主。作为中国“西气东输”的重要气源地,克拉苏构造带位于塔里木盆地库车坳陷北部,其盐下主力储层为下白垩统巴什基奇克组,是一套埋深介于 6 0008 000 m,以细砂岩、中砂岩为主的三角洲沉积建造21。储层平均孔隙度介于 2%8%,其渗透率为(0.0010.1)10-3 m2,地层压力高达 150 MPa,地层温度高达 190 22。克拉苏构造带高产井裂缝普遍发育,其渗透率可达 2010-3 m2,裂缝对储层的渗透率起到主要贡献23。流体测试结果表明,其产出流体甲烷含量高(体积分数平均可达 85%),非烃类气体含量低(体积分数平均约为 3%),不含硫化氢,具有密度低、黏度低的特征,属于典型的凝析气藏24。目前塔里木盆地库车前陆冲断带深层盐下大北克拉苏构造带新发现 18 个大中型油气藏,发展前陆冲断带深层天然气聚集理论与勘探技术,并于库车8 000 m 超深层发现 2 个万亿 m3规模大气田,探明天然气地质储量 4 436 亿 m3、凝析油 730 万 t。克深8 井区中 10 口井单井日产均超百万立方米。其中克深 9 井完钻井深 7 550 m,单井测试日产 110104 m3(图 1)。图 1 拉苏构造带克深 9 井、克深 202 井和克深 203 井典型气藏剖面(据文献25)Fig.1 Typical gas reservoir profile through well Keshen 9,well Keshen 202 and well Kela 203 in the Kelasu structural belt(After citation25)1.3 四川盆地安岳特大型气田盆地类型为克拉通盆地古老碳酸盐岩,储层主要为碳酸盐岩孔-洞储层,属于超压、高孔、高渗常规气藏,并以干气为主。四川盆地作为中国现代天然气工业的摇篮,也是世界上最早开发利用天然气的地区25。2020年,四川盆地常规天然气年产量超过 300 万 m3,其中深层碳酸盐岩气藏天然气总产量超过 250 万 m3,占到四川盆地常规天然气总产量的 80%以上26。2011 年以来,位于四川盆地中部的安岳气田在寒武系龙王庙组与震旦系灯影组相继获得重大勘探突破,成为中国目前已发现的最大的整装碳酸盐岩气藏27-28。安岳气田主要层系为震旦系灯影组与寒武系龙王庙组,埋深超过 4 600 m(图 2),属于古老的深层碳酸盐岩气藏29-30。目前四川盆地安岳特大气田累计探明地质储量1.47 万亿 m3,形成古老碳酸盐岩天然气勘探开发技术,已建成 170 亿 m3产能。1.4 渤海湾盆地渤中 19-6 凝析气田盆地类型为中新生代裂谷盆地,储层深度达4 5005 500 m,属于太古界基岩潜山裂缝性储层,是富含油的裂缝性超压凝析气藏。作为中国东部典型的裂谷盆地,渤海湾盆地断裂发育导致前新生界基底的差异性沉降,同时发育多个古潜山构造。中国海洋石油集团有限公司从20 世纪 70 年代开始一直坚持对潜山进行探索,但在早期没有大的突破,仅发现一些中小型油气田。2005 年以来转变勘探思路,认识到构造破碎和风化淋滤可能是太古界潜山优质储层的主控因素,勘探目标转向断裂活动区域。2015 年,人们针对深层超深层潜山开展探索,认为深层的太古界变质岩在多期次构造作用下具有形成优质裂缝型储层的优势条件31。2019 年,渤海天然气勘探获得巨大突破,渤中3第 47 卷 第 5 期 贾承造:含油气盆地深层超深层油气勘探开发的科学技术问题凹陷 B19-6 气田测试获得优质高产油气流,渤海湾盆地发现首个整装千亿立方米凝析气田,一举打开渤海湾盆地深层天然气勘探的新领域(图 3)。目前渤中 19-6 新增天然气探明地质储量 1 570.93 亿m3、凝析油探明地质储量 1.42 亿 t。其主要储层类型为基岩潜山裂缝性储层。渤中 19-6 凝析气田经历“先油后气、浅成深埋、局部调整改造”的油气富集过程32,在地层压力、温度升高时,地层内早期充注的原油在晚期充注的天然气中的溶解度升高,并在地层温度压力条件达到露点及以上后形成如今富油的凝析气藏33。图 2 安岳气田地层剖面Fig.2 Stratigraphic profile of Anyue gas field图 3 渤中凹陷渤中 19-6 凝析气藏剖面(据文献32)Fig.3 Horizontal profile showing distribution of BZ19-6 gas codensate field(After citation32)塔里木盆地富满顺北奥陶系、塔里木盆地库车大北克拉苏构造带、四川盆地安岳特大气田以及渤海湾盆地渤中 19-6 大气田的成功发现标志着中国深层超深层油气勘探已取得较大成果。中国深层超深层油气类型主要为裂缝性油气藏以及高孔、高渗常规气藏,流体特征主要为轻质油、凝析油、湿气、干气;普遍表现为超压(表2)。2 含油气盆地深层超深层地质科学问题2.1 深层超深层储层特征与形成机制勘探实践表明,深层超深层存在优质储层,成储是深层超深层勘探的关键问题,储层的形成与保持机制也是学界关注的热点问题34。深层超深层可分为两大类:第一类为碳酸盐岩孔洞型储4中国石油大学学报(自然科学版)2023 年 10 月层,是主要的优质储层;第二类为裂缝性储层,同样也是优质的储层。在裂缝性储层中,裂缝不仅是油气渗流的通道,同时也是油气赋存的主要储集空间。如裂缝在富满大北地区是主要的储集空间35,而库车深层的裂缝则大幅度改善储层渗透率36。表 2 中国主要深层超深层勘探成果地质特征Table 2 Geological characteristics of major deep-and ultra-deep exploration results in China勘探成果盆地类型深度/m储层特征油气藏类型流体特征压力特征塔里木盆地富满顺北奥陶系克拉通盆地深层碳酸盐岩层系8 0009 000断层裂缝体系裂缝性油气藏轻质 油、凝析油气超压塔里木盆地库车大北克拉苏构造带前陆冲断带深坳陷6 0008 200裂缝改造致密砂岩裂缝型致密砂岩气藏湿气超压四川盆地安岳特大气田克拉通盆地古老碳酸盐岩层系4 6005 700碳酸盐岩孔-洞储层高孔、高渗常规气藏干气超压渤海湾盆地渤中 19-6 大气田中新生代裂谷盆地4 5005 000基岩潜山裂缝性储层裂 缝 性 凝 析气藏富含油凝析气超压 与碎屑岩储层相比,碳酸盐岩储层的成岩、成储历史具有很大差异。碳酸盐岩储层的演化大体可分3 个阶段:生物成岩和化学成岩阶段。在这一阶段主要形成原生孔;近地表的淋滤溶蚀和白云岩化形成阶段。这一阶段的孔洞形成原理十分复杂,目前深层超深层已经发现能够形成常规油气藏的优质储层的储集空间 80%以上主要为近地表的淋滤溶蚀保存下来的孔洞,这也是碳酸盐岩储层的主要形成类型;后期成岩溶蚀阶段。目前的研究人员在后期成岩溶蚀、成岩作用方面投入大量精力研究37。但实际上,有效孔隙的形成主要是因为近地表的淋滤溶蚀孔洞和白云岩化形成的孔隙后期形成的保存作用。事实证明,原生孔后期淋滤溶蚀作用形成的孔隙占比相对较小。碳酸盐岩储层的这种早期成岩特点决定碳酸盐岩储层强大的抗压实作用。四川盆地震旦系灯影组和寒武系龙王庙组储层中,主要有效储集空间为近地表的淋滤溶蚀作用和白云岩化形成的孔洞,且在钻进过程中,井下常见溶洞、钻井漏失放空。取芯观察中,大量的溶孔和溶洞都能从地表的淋滤溶蚀形成以后直至到达地下 8 000 m 以下仍能得以保存。碳酸盐岩抗压实作用非常强,深层超深层可以见到保存良好的早期淋滤作用、溶蚀作用形成的孔洞38-39。从全油气系统的观点来看,在油气成藏过程中,伴随着生油岩的演化,生烃、排烃特征不断变化,有机质从低成熟阶段演化到高成熟阶段、从生油到生气的变化,成藏过程中的一个重要问题在于与生油岩相对匹配的储层与输导层的特征演化。碳酸盐岩盆地和碎屑岩盆地相比具有很大差异。碎屑岩盆地中,上部浅埋深储集层孔隙度非常高,早期可以达到30%40%,但在埋藏压实过程中可降至 6%8%。碳酸盐岩盆地中,在深埋藏时烃源岩演化程度较高,进入生气阶段,此时由于碳酸盐岩储层抗压实能力强,仍具有较好的孔隙度,天然气仍然能够充注、运移、聚集在碳酸盐岩储层中;但在碎屑岩盆地中,在深埋藏时由于碎屑岩储集层抗压实能力弱,此时储集层已十分致密,天然气难以充注、运移进入到致密储集层中。因此在碳酸盐岩盆地中能够发现一些具有高气油比的特大气田,但碎屑岩盆地中,由于储层在生气阶段已经演化到十分致密的程度,因此大部分气油比非常低(例如著名的松辽盆地大庆长垣)。从目前的勘探情况来看,人们针对深层超深层的储层问题存在几个基本认识:(1)碎屑岩与糖粒状白云岩普遍致密化,寻找优质储层是深层超深层勘探的主要挑战。(2)裂缝性储层是主要的优质储层。裂缝的存在可作为主要的油气储集空间,如富满顺北地区的深层超深层储层;同时也可以大幅改善储层渗透率,如库车的深层储层。(3)碳酸盐岩孔洞型储层也是主要的优质储层。深层超深层碳酸盐岩油气藏是优质资源,也是目前主要的勘探目标。(4)深层超深层致密砂岩油气和页岩油气是重要的油气资源,裂缝发育的致密油气和页岩油气是优质资源,例如库车白垩系气藏。(5)深层超深层碎屑岩存在少量优质储层,其形成机制与预测技术需要进一步研究。(6)碳酸盐储层在深层超深层存在巨大的变化。如裂缝的改造、溶蚀作用提高储层的孔隙度、渗透率,而充填作用、压实作用则降低储层的品质。其变化规律需要进一步深入研究。5第 47 卷 第 5 期 贾承造:含油气盆地深层超深层油气勘探开发的科学技术问题2.2 深层超深层勘探目标的地质类型深层超深层的勘探与地质研究首先要区分深层超深层勘探目标的地质类型。目前中国的深层超深层油气勘探过程主要以工程为主导,在地质类型上简单地将深层超深层以东部、中部、西部进行分类。从地质科学的角度来看,应当从岩石强度、成岩程度-储层物性、地温梯度几个方面出发进行地质类型区分。岩石强度直接决定钻井过程中的难度,同时影响着后期压裂施工的问题;成岩强度与储层物性决定勘探目标的品质;地温梯度则影响储层与烃源岩的演化,一并影响着钻井、测井过程中一系列的适应温度问题。针对深层超深层勘探目标地质类型的区分。本文中认为应该区分为两大类(表 3):一类为古老克拉通,其主要特点为古老地层、碳酸盐岩层系、中低地温梯度;一类为中新生界的凹陷,而中新生界凹陷可进一步分为陆内深凹陷与陆内裂谷。陆内深凹陷为陆相碎屑岩系、中低地温梯度,例如库车凹陷与柴达木盆地;陆内裂谷虽然同样为陆相碎屑岩系,但由于其具有高地温梯度,深刻影响成岩、成储、成藏过程,影响其储层特征与工程作业,如渤海湾盆地的渤中凹陷与南海的莺歌海盆地。表 3 深层超深层勘探目标的地质类型划分Table 3 Geological classification of deep-ultra-deep exploration targets地质类型划分地质类型特点古老克拉通古老地层、碳酸盐岩层系、中低地温梯度中新生界凹陷陆内深凹陷陆相碎屑岩系、中低地温梯度(库车凹陷、柴达木盆地)陆内裂谷陆相碎屑岩系、高地温梯度(渤中凹陷、莺歌海盆地)2.3 深层超深层油气成藏机制与油气藏类型2.3.1 深层超深层油气成因目前已确定 CO2和氦气等气体资源为无机成因,如松辽盆地深层存在大量的 CO2。但对于深层甲烷气的成因仍具有争论。尽管从目前的勘探实践来看,已发现的深层超深层碳氢化合物基本都是干酪根有机生烃过程形成,但深层超深层油气成因仍值得进一步深入探索。2.3.2 深层超深层油气成藏规律全油气系统理论框架下,碎屑岩盆地超深层油气都处于浮力成藏下限以下的致密储层中。油气赋存于局限的达西流动场和更深层的束缚流动场中,只有通过人工压裂或天然裂缝改造才有工业油气流,因此其主要流动在裂缝系统中。碳酸盐岩盆地有着不同的渗流机制。深层超深层碳酸盐岩中存在良好的储层,油气可以赋存在常规油气概念中的达西流动场中。深层超深层油气成藏规律、成藏机制需要结合全油气系统理论进一步研究。2.3.3 深层超深层流体相态特征超深层油气藏的成藏充注过程发生在生烃高峰与适宜的深度,随后经历沉降深埋与升温、升压的改造过程,包括原油的裂解、后期生气注入等。目前深层超深层油气基本都处于以气态为主的超压状态,但其成藏过程中的流体相态变化过程与赋存特征需要进一步研究。2.3.4 深层超深层油气藏类型划分深层超深层油气藏类型需要进一步精细、准确地划分。目前发现的深层超深层油气藏可大体分为裂缝性油气藏(包括基岩潜山型)、裂缝改造型致密/页岩油气藏、缝洞型碳酸盐岩常规油气藏 3 类(表 4)。表 4 深层超深层油气藏类型划分Table 4 Classification of deep-ultra-deep reservoirs油气藏类型分类代表性油气藏裂缝性油气藏(包括基岩潜山型)塔里木盆地富满顺北奥陶系渤海湾盆地渤中 19-6 大气田裂缝改造型致密/页岩油气藏塔里木盆地库车大北克拉苏构造带缝洞型碳酸盐岩常规油气藏四川盆地安岳特大气田2.3.5 超深层无机成因气生成与成藏机制 甲烷(CH4)是最简单也是最稳定的碳氢化合物,并广泛存在于深部地层中。无机成因的甲烷对成藏是否有意义这一问题仍然值得研究。氦气(He)是一种关键的、战略性的、且稀有的资源。氦气通常位于天然气储层中,目前对于氦气藏中氦气资源的形成、评价和预测尚不清楚。需要进一步积极探索超深层无机成因气(主要是甲烷与氦气)的生成与成藏机制。2.4 深层超深层构造变形与地质力学、岩石力学机制2.4.1深层超深层地质构造特征、类型与变形规律 目前的研究多将深层超深层等同于浅层进行研究,推及地表。深层超深层具有其独特的特征,这种研究方法明显不够深入。需要加强深层超深6中国石油大学学报(自然科学版)2023 年 10 月层地质构造特征、类型与变形规律研究。2.4.2深层超深层构造的深部及区域控制因素与演化历史 深层超深层构造直接决定盆地的基底特征,其控制因素需要进一步研究。区域控制因素同样需要进一步研究,塔里木盆地与四川盆地发育大量 NE走向的走滑断裂体系,不仅规模大且对成藏影响非常大,但其区域控制因素不清,其演化历史不清,需要开展进一步研究。2.4.3 深层超深层断层、裂缝等大规模区域性破裂构造的发育特征,分布规律与力学机制 在以往的研究中,断层、裂缝等大规模区域性破裂构造未受到足够的重视。在深层超深层中,断层、裂缝等大规模区域性破裂构造可直接作为油气的储集层(图 4)。大规模区域性破裂构造的发育特征,分布规律和力学机制亟需进一步研究。图 4 中东地区碳酸盐岩地层中的断层与构造碎裂岩Fig.4 Faults and tectonic cataclastic rocks in carbonate formations in the Middle East2.4.4 断裂裂缝构造作为储集空间与输导通道的定量评价与预测 裂缝网络作为深层超深层油气的重要储集空间与有效渗流通道,极大地影响油气的富集、产能与开发效果40。针对裂缝的研究方法大致可以分为:地质综合法(岩心、露头及地质统计)41、地球物理法42、岩石学方法43、物理实验分析法44、动态资料分 析 法45、数 值 模 拟 法46与 多 方 法 综 合 分析47。但目前针对裂缝的定量评价与预测的研究仍然存在许多不足,尤其对深层超深层的研究更为缺乏。在未来的油气藏预测、储层预测、有利区带预测过程中,主要围绕着大型断裂、有利裂缝缝网发育区开展研究。另外亟需加强断裂、裂缝、储集空间和疏导通道的定量评价和预测。2.4.5 超深层岩石变形的地质力学与岩石力学特性和极端条件下岩石力学机制 深层超深层的岩石力学特征不仅仅是钻井工程需要研究的问题,同时也是地质研究过程中需要重视的问题。目前针对深层超深层的岩石力学问题研究存在不足。传统的观点认为 3 500 m 以深的岩石主要为塑性变形,存在较好的封堵能力,3 500 m 以浅的岩石主要为脆性变形,裂缝发育,封堵能力有限。但从目前的勘探生产实践来看,这种认识仍存在很大不确定性。同时极端条件下的岩石力学机制同样要得到重视。2.5 超深层流体特征与流-固作用机制(1)含油气盆地流体场结构。含油气盆地流体场结构需要进一步研究,要从流体场的角度理解认识含油气盆地中的流体行为。可将含油气盆地流体场分为 3 层结构:近地表地下水系统;与成岩生烃相关的地层水系统;与壳幔活动有关的深部流体系统。目前石油地质学界针对流体的研究主要针对与壳幔活动有关的深部流体系统和成岩生烃相关的地层水系统。(2)流-固作用。尽管从目前看,控制储层的主要因素是储层原生品质和后期成岩作用。但由深部流体活动引起的储层骨架矿物的溶蚀与孔隙充填作用,其规模与成储效应存在争议。目前人们对深部储层知之甚少,流-固作用对储层究竟是改良还是劣化,其对储层质量是否有决定性意义值得进一步深入研究。(3)深部流体活动。深部流体活动是无机生烃的主要机制,包括极端条件下的有机-无机化学反应机制等。同时深部流体活动规律与盆地基底地壳性质和后期活动,及深部大型断裂活动有关,需要加强研究。(4)含油气盆地深浅流体相互作用。含油气盆地深浅流体相互作用影响多种能源矿产成矿成藏作用,包括沉积型铀矿等,需要进一步研究。2.6 超深层油气资源的特点与评价方法2.6.1 超深层油气资源类型从过去多年的石油地质学研究来看,超深层的油气资源主要可以分为 3 类:天然气;轻质油、凝析油、少部分黑油;非烃气资源(如氦气等)。7第 47 卷 第 5 期 贾承造:含油气盆地深层超深层油气勘探开发的科学技术问题天然气是目前深层超深层勘探开发的重点。但对于超深层的石油资源目前尚有争议,有学者认为超深层仅有天然气资源,有学者认为超深层仍有丰富的石油资源。从目前的勘探实践来看,这二者的认识都相对片面,需要对具体盆地及油气系统开展进一步研究。2.6.2 轻质油与凝析油地质理论、勘探评价和开发生产技术 中国石油资源具有其特殊性,在以往的勘探生产过程中,中国石油资源主要为中质油与重质油,天然气资源主要为干气。但从国际上的勘探生产实践来看,有很大一部分油气藏是油气共存的,且超深层石油资源主要为轻质油与凝析油。中国轻质油与凝析油生产规模小,认识不足。随着中国勘探开发转向深层超深层,未来轻质油、凝析油在原油产量中占比将持续上升,需要加强对轻质油、凝析油地质理论、勘探评价和开发生产技术的研发。2.6.3 深层超深层非常规资源特点中国叠合盆地具有致密化的特征48,缺少高孔、高渗的优质储层,因此势必发育致密油气和页岩油气,致密油气和页岩油气资源大多在 6 000 m 以深,甚至更深,如何有效开发成为阻碍致密/页岩油气发展的重要问题。一是技术难题,二是成本问题。首先要寻找裂缝化深层超深层的致密/页岩油气藏,如克深和大北裂缝化的致密气藏。同时要加强天然裂缝区的预测与勘探,研发深层超深层致密储层人工压裂技术,加强碳酸盐岩深层超深层油气勘探。2.6.4 加强深层超深层油气资源评价工作中国历次资源评价中均未评价轻质油与凝析油资源量,轻质油与凝析油资源评价是中国资源评价过程中的薄弱一环,亟需加强湿气、凝析油气、轻质油资源评价。2.6.5 超深层油气勘探的深度下限一些学者认为油气勘探没有深度下限,但是从目前的研究来看,超深层油气勘探仍然存在深度下限:干酪根生烃理论框架下,生烃灶向下存在供烃排烃边界;缺少裂缝情况下,极致密储层处于束缚动力场,缺少流动条件,将会导致油气成藏出现下限;工程技术装备困难,成本及经济性将会限制超深层油气勘探的深度下限。这些因素都将限制深层超深层油气勘探深度,其具体影响机制值得进一步研究。3 深层超深层油气勘探开发的工程技术问题3.1 万米钻机的大规模工业化推广2015 年,克深 903 井完钻井深 8 038 m,成为当时中国石油陆上获得工业油流最深的一口井;2019年,轮探 1 井完钻井深 8 882 m,标志着寒武系吾松格尔组的发现;2022 年,双鱼 001-H6 井完钻井深9 010 m,再次创造中国陆上最深气井记录49。目前向更深、更古老的层系寻找油气资源已经成为中国石油勘探开发的重要目标,亟需研发先进的万米钻井技术装备。尽管万米钻井技术装备现在已经列到不同级别的国家科研计划中,但始终没有把它作为一个大规模工业化推广目标。为了满足深层超深层油气勘探开发的需求,需要大规模工业化批量推广万米钻机。3.2 612 km 深度物探装备研发目前的物探装备在深层超深层油气勘探过程中面临着信噪比低、分辨率低等问题,无法满足目前在深层超深层勘探开发的技术需求。亟需研究612 km 深度的具有高性噪比和高分辨率的地震技术装备。3.3 高温高压测井技术开发深层超深层面临着高温高压的问题。目前测井温度大体上在 140170,压力环境在 100160 MPa,需要研制工作温度超过 200,工作压力超过200 MPa 工作环境的包括芯片、陀螺仪在内等的全套测井仪器。3.4 深层超深层压裂技术装备研发钻井数据显示,深层超深层油藏温度一般在150260,俄罗斯滨里海盆地布拉海深层油藏甚至高达 295 50。根据对全球 428 个深层油气藏的压力数据统计,有 198 个油气藏压力系数高于1.2,最高可达 2.8,深层油气藏最高压力可达 130 MPa,极少数可以超过 170 MPa51。针对深层超深层储层高温、高压、高地应力的储层特征,亟需研发“三高”条件下的压裂装备。4 结 论回顾中国含油气盆地深层超深层油气勘探开发发展历程,尽管中国目前已经取得累累硕果,但仍存在大量科学技术问题需要解决。深刻认识并探索研究这些科学技术问题对中国含油气盆地深层超深层油气勘探开发具有重要意义。8中国石油大学学报(自然科学版)2023 年 10 月(1)含油气盆地深层超深层油气勘探开发存在 6 个科学问题:深层超深层储层特征与形成机制;深层超深层勘探目标的地质类型;深层超深层油气成藏机制与油气藏类型;深层超深层构造变形与地质力学、岩石力学机制;超深层流体特征与流-固作用机制;超深层油气资源的特点与评价方法。(2)含油气盆地深层超深层油气勘探开发存在 4 个工程问题:万米钻机的大规模工业化推广;612 km 深度物探装备研发;高温高压测井技术研发;深层超深层压裂技术装备研发。参考文献:1 贾承造,庞雄奇.深层油气地质理论研究进展与主要发展方向J.石油学报,2015,36(12):1457-1469.JIA Chengzao,PANG Xiongqi.Research processes and main development directions of deep hydrocarbon geolog-ical theoriesJ.Acta Petrolei Sinica,2015,36(12):1457-1469.2 匡立春,支东明,王小军,等.新疆地区含油气盆地深层超深层成藏组合与勘探方向J.中国石油勘探,2021,26(4):1-16.KUANG Lichun,ZHI Dongming,WANG Xiaojun,et al.Oil and gas accumulation assemblages in deep to ultra-deep formations and exploration targets of petroliferous ba-sins in Xinjiang regionJ.China Petroleum Exploration,2021,26(4):1-16.3 DYMAN T S,WYMAN R E,KUUSKRAA V A,et al.Deep natural gas resourcesJ.Natural Resources Re-search,2003,12(1):41-56.4李剑,佘源琦,高阳,等.中国陆上深层超深层天然气勘探领域及潜力J.中国石油勘探,2019,24(4):403-417.LI Jian,SHE Yuanqi,GAO Yang,et al.Onshore deep and ultra-deep natural gas exploration fields and poten-tials in 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