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地下花开油气来——碎屑岩油气储层叠覆式沉积模式创建与应用

来源:光明网2020-12-16 11:33

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  《中国国家地理》杂志主编、著名地理学家单之蔷先生曾把黄河三角洲的形态比喻为“一朵大大的西兰花”,西兰花的花瓣其实是三角洲在不同发育阶段形成的一个个“朵叶体”,这些朵叶体被埋在地下千万年后成为岩石,就会形成良好的储层,储层就是石油和天然气的“家”。为了寻找和描述这些油气储层之花,长江大学的一个研究团队花费了将近10年的时间 ,组建了两支队伍,一支专门探索地质规律,研究朵叶体的形成和演变机理;另一支专门建立地质模型,对储层砂体进行定量的表征。

地下花开油气来——碎屑岩油气储层叠覆式沉积模式创建与应用

  图1 根据中国科学院地理与资源研究所叶青超研究成果改绘的黄河三角洲发展过程示意图被《中国国家地理》杂志主编、著名地理学家单之蔷先生成为“一朵大大的西兰花。

  2010 年初,张昌民和尹太举教授在指导博士生的沉积学水槽实验过程中,惊奇地发现在水流的冲积下,泥沙被一颗一颗堆积成一片片树叶状的砂体,随着这些树叶不断长大,水流会突然发生侧向摆动或者向前迁移,形成新的叶片,这些大小和形态各异的叶片叠置形成了一个新的沉积体—三角洲朵叶体,他们把这种三角洲命名为“叠覆三角洲”。

  这是一种偶然的过程还是必然的规律?在自然界的河流三角洲上是否存在同样的现象?如果这是必然的规律,他们的实验很可能揭示了一种新的三角洲沉积机理,有可能会给寻找三角洲沉积储层提供一个新的沉积模式。为了探索其中的奥妙,研究团队借助遥感卫星图像和文献对国内外的海洋和湖泊三角洲进行大量的调查,发现在阿查法拉亚三角洲、伯德金河三角洲、巴西河三角洲、多瑙河三角洲、瓦克斯湖三角洲、密西西比河三角洲、鄱阳湖、洞庭湖、乌伦古湖等发育的现代三角洲都显示明显的叠覆特征。不仅如此,在现代和古代冲积扇、河流扇、巨型扇、海底扇等重力流沉积体系中,都发育有相似沉积现象。叠覆现象并非室内实验昙花一现,而是碎屑岩沉积体系的普遍特征,这表明在碎屑沉积体系中存在一种普遍沉积模式——叠覆式沉积模式。

地下花开油气来——碎屑岩油气储层叠覆式沉积模式创建与应用

  图2 由大型朵叶体叠覆构成的墨西哥湾现代三角洲沉积体系

  “叠覆式三角洲沉积模式与传统的三角洲沉积模式不同,此模式认为三角洲沉积以朵叶体为基本构成单元,不同朵叶体叠覆形成三角洲沉积体,打破了经典的三角洲前积模式,从更宏观的层次概括碎屑沉积过程,丰富了碎屑岩储层沉积模式的内容。”尹太举教授以三角洲沉积的叠覆模式为例解释说:“朵叶体是有层次的,低层次朵叶体就像一片片花瓣,高层次朵叶体好似一朵朵鲜花。朵叶体的排列是多姿多彩的,有些朵叶体呈离散式分布,有些朵叶体瓣瓣相叠构成一支完整的花朵;多个朵叶体可能分散排列,象一支支花朵零散地摆放,也可能紧密堆积构成朵朵相拥的花团”。研究团队经过多年研究,发现叠覆式沉积体的沉积过程发育进积式和侧积扫描式两种单朵体成因模式;具有孤立式、侧向拼接、同位叠覆、异位叠覆等四种方式,垂向上呈现出孤立分布、同位收缩叠覆、同位扩张叠覆、叠瓦状前积叠覆、叠瓦状退积叠覆、主体朵体与局部接触叠覆、薄层复合朵体叠覆等七种叠覆方式;形成长条状、朵状、肾状和不规则状四种类型复合砂体。在新的沉积模式指导下,研究团队先后在准噶尔盆地、渤海湾盆地、苏北盆地、东海陆架盆地开展研究工作,与油田公司合作发现了一批大中型岩性油气藏。

地下花开油气来——碎屑岩油气储层叠覆式沉积模式创建与应用

  图3 两种碎屑岩储层砂体叠覆式沉积模式

  沉积砂体之花深埋在数千米的地下,其结构不象树上的花瓣那么一目了然。如何根据沉积模式对油气储层岩性、厚度和储层物性进行预测,不仅影响着油气开采过程中对井位和工艺的选择,而且影响石油开采的投资效益。李少华和尹艳树教授率领的另一只队伍就像一批雕刻大师,运用现代地质统计学、人工智能和大数据技术对叠覆的碎屑岩储集体进行精细的表征。他们首创了基于B/S架构的多源、多层次、多类型储层地质知识库管理平台,实现了多来源、多层次、多类型地质知识融合,实现了露头库、水槽实验库、现代沉积库、训练图像库、文献库等各类数据源的采集、校验、存储、管理和融合;形成了沉积物理模拟和数值模拟相结合、现代沉积与地下解剖相验证的地质知识采集、校验和融合方法;构建了国内类型最多、数据量最多的储层建模分类地质知识库,出版了国内第一部地质知识库专著。为了精确刻画储层砂体和储层物性的分布,首创了基于地貌的三维训练图像自动生成技术和图像筛选方法,首创考虑地貌要素的多点地质统计学训练图像构建技术,解决了训练图像可靠性评价难题;研发了基于位置的多点地质统计学建模技术,实现了叠覆式朵体非平稳建模和复杂储层模式再现,开发的算法和软件平台填补了商业化软件的空白。

  “碎屑岩储层的叠覆式沉积模式的创建和应用,实现了碎屑岩储层沉积学理论和技术在油气勘探和开发、常规和非常规等方面的应用创新,实现了对叠覆式碎屑岩储层的定量化表征。成果既可应用于油气勘探和评价,又能实现对高含水老油田的剩余油挖潜”,项目负责人张昌民教授说:“研究成果先后在国内新疆、江苏、江汉、中原、大港、渤海、大庆、青海、河南、东海等油田以及中石油一些海外区块推广应用,近3年为企业新增探明储量1亿多吨、新增原油产量130多万吨、新增产值41亿元、新增利润16亿元,取得了显著的经济效益和社会效益,荣获中国石油与化学工业联合会2020年科技进步一等奖。我们将不忘初心,继续刻苦攻关,继续精雕细刻碎屑岩沉积学之花,让她在中国大地上开得更加鲜艳夺目,让地下油气滚滚而来,为维护国家能源安全,造福人民做出新的贡献”。(光明日报全媒体记者夏静)

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