琼东南盆地L气田高温高压地质成因研究

＊幸雪松 文敏 吴怡 邱浩* 马楠 张子桢

（1.中海油研究总院有限责任公司 北京 100028 2.中国石油大学（华东）石油工程学院 山东 266580）

引言

随着世界对油气需求量的增加及中-浅层常规油气藏的大规模开发，目前全球油气勘探已经进入深层（＞4500m）、深水（＞300m）及与之对应的高温高压环境（储层温度＞120℃，压力系数＞1.2）[1-4]。目前，世界范围内有超过180个沉积盆地存在异常压力，其中大部分为异常高压[5-6]。琼东南盆地存在超压现象，埋深大于3000m以下的地层会出现异常高压现象[7]。

L气田位于南海琼东南盆地北部海域，平均水深900m，属于深水气田。其所在陵水凹陷具有典型的高温高压的地质环境特征，是琼东南盆地增储上产的重要勘探领域[8-10]。本文基于国内外高温高压盆地地质成因相关研究，通过分析琼东南盆地的沉积及地热演化历史及L气田的温压场特征，探讨L气田高温高压储层的地质成因及作用机制。

1.L气田地质概况

L气田处于陵水凹陷南部，接近乐东凹陷。水深约900m，经钻探发现主要目的储层存在高温高压。L5井温度和压力剖面如图1所示。

图1 L5井地层温度压力剖面

L5井主要目的层为3727m～4147m。目的层温度范围122.1℃～139.7℃，井底温度144℃，属于高温地层。目的层地层压力系数范围1.18～1.47，属于异常高压地层。L气田梅山组地层异常高压现象更为明显，地层压力可高达1.73。L气田浅层地温、储层高温和地层压力高的特性，给钻井液优选、储层保护及井控安全等方面带来较大的挑战与风险。

2.高温高压形成机理

(1)地层高压形成机理

目前，异常高压形成机理的种类多种多样，各种机理在形成异常高压时的重要性和作用对象则有所不同，主要包括以下方面：

①不均衡压实作用

成岩压实过程中，渗透率较低导致孔隙流体无法及时排出，孔隙流体压力高于相应深度的静水压力。欠压实地层通常具有高声波时差、低密度的特征。

②构造作用

在地质演化过程中，构造挤压、断层作用、侧向滑动等各种地层构造作用对地层压力有重要影响，主要包括封堵流体运移通道、对孔隙流体形成附加应力。

③孔隙流体或岩石基质体积变化增压

在较高的地温环境中，如岩浆活动或盆地底部异常的热流体活动区，在孔隙体积不变时，温度提高会导致孔隙中流体体积膨胀，使压力增大，形成异常高压。该作用一般需要快速升温的地质条件以及相对封闭的地质环境。

④生烃与烃类热裂解作用

干酪根在向液态、气体、残留物和副产品的转变过程中，伴随有一定的体积膨胀。同时，当温度升高时，由于气体的膨胀，将使生油层中的压力进一步提高。因受热催化等作用，较大分子烃类裂解转化为分子较小的烃类，导致体积增加，引起地层压力增加。

(2)地层高温形成机理

影响地层温度的主要因素一般有区域地热条件、埋深和地层热导率结构等，这些因素在盆地演化过程中也受到沉积作用、构造运动的控制，最终形成较高的地温梯度。琼东南盆地地层高温成因主要包括沉积物热效应以及盆地构造运动导致的热入侵效应。

①沉积物热效应

不同时期的沉积物具有不同的生热率及热导率，对于高温的形成及温度梯度的演化具有重要意义。岩石内放射性元素的衰变生热是地球内部驱动众多深部构造热过程的重要来源，也是岩石圈内温度场分布的主要控制因素。沉积物本身的热效应结合海底热流的热传导作用，促进形成了区域现今温度场的分布特征。

②构造运动

一般情况下，构造活跃区或地壳减薄区，因其深部热源供给而使得地表热流偏高，地层温度也相应偏高[15]。琼东南盆地经历长期的伸展，盆地岩石圈结构不断减薄，有利于地壳深部的热入侵作用，形成较高的地层温度。

3.琼东南盆地L气田高温高压地质成因

(1)高压地质成因

琼东南盆地是南海典型的伸展性盆地，受到南海扩张的控制，不均衡压实因素、高地温场是该盆地超压的主要影响因素；断层的封堵性强、超压系统未及时卸压是导致该盆地下超压系统得以保留的条件。

①构造运动、不均衡压实造成的超压

琼东南盆地的沉降速率普遍大于200m/Ma[11]。一般将150m/Ma作为快速沉积的判断标准，当沉积速率大于150m/Ma时，属于快速沉积，地层容易形成超压。L气田主要目的地层为黄流组（T40-T30）与梅山组（T50-T40），其总沉积速率均超过150m/Ma[12]。沉积速率较快导致流体排出受阻或无法及时排出，在地层压力中形成了高于静水压力的异常高压。

L气田W2井声波与压力系数如图2所示，在黄流组3700m左右，地层存在超压现象，地层压力约为1.19。4050m处，地层压力约为1.74，声波时差相较黄流组更高。W2井体现了欠压实作用的高声波时差特征。由此可见，快速沉积与欠压实作用是L气田储层高压形成的地质原因之一。

图2 L气田W2井压实特征

②高地温场引起的生烃增压作用造成超压

南海海域从古新世到第四纪共发生过5期火山活动，产生的大量热量积累，在上覆沉积的泥岩的影响下，形成现今较高地温场。陵水凹陷热解Ro演化特征如图3所示，大部分深度下烃源岩成熟度偏低（＜1.0%）。由于中新统黄流组、梅山组和三亚组有机质丰度不高，成熟度也较低，因此生烃作用对地层超压的贡献较小，起到辅助作用[13]。

图3 陵水凹陷热解Ro演化特征[14]

琼东南盆地裂陷期及裂后热沉降阶段的快速沉降引起的不均衡压实是造成L气田超压的主要因素；L气田具有较高的地温梯度，促使有机质成熟生烃、烃类裂解，产生超压；从目标开发层位的沉降时期开始，断层的活动性减弱，封堵性增强，造成流体的横向运移不利，促进了高压特征的产生；高温环境促进了流体膨胀作用以及粘土矿物成岩作用，对L气田的高压形成起到辅助作用。

(2)高温地质成因

①沉积物热效应

图4为经估算预测的琼东南盆地T50～T30界面处的现今温度分布，整体呈现西高东低的特征。这一温度格局与层系埋深的“西深东潜”有关。L气田黄流组、梅山组间平均温度在122℃～136℃。

图4 琼东南盆地不同层系地层温度估算分布图[15]

沉积物的热效应主要有热披覆作用、热流再分配和生热贡献。沉积物热导率一般比盆地基底热导率低。沉积作用导致沉积层加厚、底部温度增高和基底热流降低，具有延缓基底冷却的热披覆作用。琼东南盆地西部地层物性实测数据如表1所示。

表1 琼东南盆地西部地层平均热物性[15]

各时期地层沉积物具有热导率随沉积时期由老至新逐渐减小的趋势。除前古近系基底外，其余地层沉积物的生热率均较高。琼东南盆地沉积历史中，西部较高的沉积速度与较大的沉积量，为沉积物热效应作用提供了环境，是L气田深部地层高温环境的形成基础。

②海底扩张影响

琼东南盆地属于拉张型盆地，在其构造演化过程中岩石圈长期经历伸展作用，并伴有裂陷，导致地壳岩石圈减薄，促进地热向上传导。琼东南盆地的缓慢沉降期及快速沉降期，盆地岩石圈持续经历伸展作用，地壳不断减薄，为该区域高地温的形成提供了热背景的基础。

受多次区域地壳伸展减薄作用等影响，琼东南盆地西部地区形成了较大的可容空间，构造沉降量大，沉积层厚度达，埋深增加。埋深差异是决定琼东南盆地深部地层西高东低温度分布格局的重要因素。

海底扩张为该区域高地温的形成提供了基础，为该区域高地温的形成提供了基础。琼东南盆地整体沉积作用引起热披覆效应，结合乐东、陵水凹陷区域较高的沉积物生热贡献和较低的导热率，为L气田储层高温的形成提供了条件。

4.结论

（1）基于目前已有的研究，总结分析琼东南盆地地层高压成因主要包括应力增压、孔隙流体或岩石基质体积变化增压、流体流动和浮力增压三大类；高温成因主要包括沉积物热效应、海底扩张导致的岩石圈减薄带来的高温侵入。

（2）基于琼东南盆地沉积历史及超压地层测井响应特征，结合L气田W2井的压实特征，分析认为快速沉降及欠压实作用是L气田高压储层的重要形成原因。L气田的超压现象是以欠压实作用为主，生烃作用、热裂解作用、高温流体膨胀等作用为辅的共同作用结果。

（3）L气田主要目的层位黄流组及梅山组沉积物生热率较高，而热导率较低，为L气田储层的高温环境提供了条件。琼东南盆地长期伸展作用导致盆地岩石圈减薄，有利于地壳深部热量向上传递。沉积物热物性及构造运动历史综合作用形成了L气田现今的高温环境。