深水勘探

2024-10-26

深水勘探（通用4篇）

深水勘探篇1

0 引言

巴西东部海岸的斯皮里图·桑托盆地位于大坎波斯盆地的最北端, 盆地面积12.9万km2, 水深:1000-3000米, 最大地层沉积厚度13000米。近年来位于大坎波斯盆地南端的桑托斯和坎波斯盆地深水石油勘探均取得了举世瞩目的成就, 先后发现了多个世界级大油田。具有相同构造、沉积演化背景的斯皮里图·桑托盆地深水区潜力到底有多大?是否具有大型油气田形成的条件?未来的勘探潜力区到底在哪里?这些问题是勘探家们需要迫切回答的。

区域构造与沉积:

斯皮里图·桑托盆地是典型的被动大陆边缘盆地, 目前石油2P可采储量3038 MMbbl, 天然气2P可采储量4.5bcf。该盆地经历裂陷、过渡和漂移三个原型盆地演化阶段, 从构造上可划分为3个区带6个单元。3个区带呈南北向展布, 由陆向海分别为台地区、盐盆区和火成岩区。6个单元分别为Besnard次盆、斯皮里图·桑托盐次盆、Abrolhos Bank次盆、Espirito Santo台地、Mucuri台地和Mucuri地堑。

区域上在构造演化的控制下可划分为3个构造巨层序, 其中发育7个沉积充填层序:冲积扇-三角洲层序、河流-湖泊层序、碎屑岩层序、蒸发岩层序、碳酸盐岩层序、深水碎屑岩层序 (近缘浊积复合砂体) 和浅水碎屑岩层序 (远源浊积) 。从石油地质条件上分析裂陷期和漂移期发育优质湖相和海相烃源岩, 过渡期和漂移期形成盐下碎屑岩和盐上浊积砂体两套优质储层, 过渡期蒸发岩及被动陆缘阶段海相页岩形成两类高效区域盖层。

1 石油地质条件

1.1 烃源岩

斯皮里图·桑托盆地发育两套主力烃源岩, 分别为盐下巴雷姆期的湖相页岩和盐上土伦期海相泥页岩。下白垩统巴雷姆湖相页岩是半咸水-咸水湖泊沉积, 下部II型干酪根为主, 无定形体占60%-75%, 处于成熟-过成熟阶段。上部I、II型干酪根为主, TOC大于4%, HI大于900mg HC/g TOC, 是一套优质的烃源岩。这套烃源岩在平面上分布面积广泛, 集中在北部的裂陷期断陷中, 这套烃源岩在斯皮里图·桑托盆地在陆上及浅水地区均证实是好-极好烃源岩。目前证实的盐上土伦期烃源岩对油气的贡献量最大, 占油气总量的62%, 干酪根Ⅱ型与Ⅲ型混合, TOC范围1-2.5%, 最大4%, S2:6 (mg/g) , 生烃潜力:3-4 mg HC/g rock, 最大12.9 mg HC/g rock。由于斯皮里图·桑托盆地在火山的作用下, 地温梯度可达到3.9, 烃源岩在高地温梯度作用下课有效降低门限深度, 因此2000米以下即可进入门限深度。控制盐上烃源岩发育的主控因素是岩盐的分布, 岩盐活动形成的小次盆是烃源岩发育的有利区域。

1.2 储集层

斯皮里图·桑托盆地深水区有5套储层, 分别位于盐上和盐下, 其中盐下巴雷姆湖相砂岩和介壳灰岩可作为潜在的储层, 目前没有井钻遇。阿普特期河流-三角洲砂岩孔隙度15%-20%, 渗透率10-400是一套次要储层。主力储层集中在盐上地层中, 马斯特里赫期的浅海陆架浊积砂岩, 孔隙度8%-23%, 渗透率500-600。第三系海相浊积砂岩, 孔隙度15%~27%, 渗透率60-500 MD。盐上浊积岩储层是目前主要的油气聚集位置, 盆地内最大的Golfinho油田就是以浊积岩为储层。

1.3 成藏组合与运聚

盐下成藏组合储层为碎屑岩和碳酸盐, 以断块、断背斜、背斜圈闭为主。该成藏组合目前发现的油气总量较小, 油2P可采储量占盆地的3%, 天然气2P可采储量占盆地的4%。盐上的成藏组合以地层、构造-地层圈闭为主, 油2P可采储量占盆地的77%, 气2P可采储量占盆地总量的65%。总体上盐上、盐下以碳酸盐岩为储层的已发现油气以构造圈闭为主, 以砂岩为储集层的主要是地层-构造圈闭为主。盐上油气的聚集横向运移为主, 通过砂体运聚到圈闭, 盐下油气聚集纵向运移为主, 通过断裂运移到圈闭聚集。

通过系统总结盆地内油田及钻井认为, 斯皮里图·桑托盆地钻井成功的基础是成藏要素匹配关系好, 油源落实、储层落实、圈闭落实。失利井分析揭示, 在盆地的西部失利原因在于烃源品质差和断层不发育, 即使生成了少量的油气也会因为运移不畅不能形成有效聚集。东部失利的主要原因是成藏要素匹配关系差上部有储层, 无构造, 下部有构造, 无储层。

总体上, 斯皮里图·桑托盆地深水区盐上勘探领域存在的风险有3点:一是主力生烃洼陷距东部较远, 长期运移指向区在西部。二是东部地区洼陷烃源差, 成藏要素匹配关系差。三是目前没有发现大型构造/地层目标。深水区的勘探潜力区主要在盐下, 其紧邻生烃凹陷是油气长期运移指向区, 并且基底隆起的存在具备了大型构造圈闭形成的背景。

2 结论与认识

(1) 斯皮里图·桑托盆地发育盐上、盐下两套烃源岩:裂陷期湖相页岩和漂移期海相泥岩。

(2) 深水区盐下领域存在基底古隆起背景, 是盐下油气长期运移指向区, 具有形成构造圈闭的优越条件。盐下领域成藏要素匹配好存在潜在目标。

(3) 深水区盐上领域成藏要素匹配关系差。受盐岩隆起控制, 西部洼陷富砂贫泥 (烃源差) , 东部洼陷富泥贫砂 (储层差) 。

摘要：通过应用石油地质学的基本理论为指导, 对斯皮里图·桑托盆地深水区油气勘探潜力进行了综合分析, 认为深水区盐下是油气长期运移指向区, 具有形成构造圈闭的优越条件, 能够形成大-中型油气聚集。盐上领域成藏要素匹配关系差, 勘探风险较大。

关键词：深水勘探,烃源岩,储层,巴西埃斯皮里图·桑托盆地,巴西

参考文献

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[2]马中振, 谢寅符, 耿长波, 等.巴西坎波斯 (Campos) 盆地石油地质特征与勘探有利区分析[J].吉林大学学报:地球科学版, 2011 (05) :1389-1396.

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[4]汪新伟, 邬长武, 郭永强, 等.巴西桑托斯盆地卢拉油田成藏特征及对盐下勘探的启迪[J].中国石油勘探, 2013 (03) :61-69.

[5]熊利平, 邬长武, 郭永强, 等.巴西海上坎波斯与桑托斯盆地油气成藏特征对比研究[J].石油实验地质, 2013 (04) :419-425.

[6]张申, 张达景, 刘深艳.巴西坎普斯盆地盐下层系油气发现及其勘探潜力[J].中国石油勘探, 2013 (02) :59-66.

深水勘探篇2

位于我国南中国海北部的琼东南盆地, 属于新生代的沉积盆地。由于琼东南盆地里有一条其发育的2号断裂带, 这条断裂带的规模大、地位高, 该断裂带还是分界线, 直接划分了北部和南部的陆架深水区。琼东南盆地的深水区主要特指盆地内水深>300m区域, 据文献报道该面积约50000 km2, 乐东、北礁、宝岛等凹陷和陵南低、松南低凸起是它的构成部分组成。

这些年, 天然气的勘探的主要就在琼东南盆地深水区, 在进行勘探时, 深水勘探受到了储层条件的严重影响。所以, 三维地震以及钻井等新技术和新资料被学界以及勘探企业逐渐应用, 针对琼东南盆地深水区的各种条件和特征, 做出了综合的分析, 再针对深水重力流领域的各个方面做出研究, 以此来推动我国深水区油气的勘探发展。

2 深水区大型重力流储集体发育

由于南海裂解的扩张作用下, 琼东南盆地逐渐形成了断坳双层的结构。在断陷期的初期, 存在从盆地到陆再到海的过渡期, 其中在古近纪断陷裂谷的早期, 在深湖相和断陷晚期煤系的地层, 以及地层里含有的烃源岩, 都被沉积所填充的, 它们是形成油气的基本物质。在坳陷期的后期, 就有了沉积环境的形成, 是由整个深水区过渡成半深海-深海而得到的, 深水重力流中的沉积体系E173的各种类型在沉积环境中都有, 给油气的成藏和储集创造了基本的条件, 其中发育最好的是海底扇、央峡谷浊积水道砂。地形一坡折带、海平面变化等因素影响着重力流沉积体系的形成和发育。

重力流沉积的产生离不开海底地形的作用, 这些地貌的坡折参与了重力流的整个启动和演化进程, 在流沉积体系中所涉及的各种重力, 在空间上的分配也受到地貌坡折的影响。

陆架坡折的下面地形比较陡, 重力流能很好的在这里完成搬运和沉积。陆坡体系发育最早的是在琼东南盆地, 还在一直向西延伸, 其中延伸得到的整体的陆坡体系是莺歌海组到莺歌海盆地, 形成了最原始的坡折地貌, 能很好的形成和发育重力流沉积体系。

研究得出, 琼东南盆地的中央坳陷处有以乐东一陵水凹陷中新统梅山组一上新统莺歌海组海底扇沉积体系为代表的三大重力流沉积体系。

3 琼东南盆地成藏规律及勘探方向

油气成藏需要一个很好的条件, 在琼东南盆地的深水区处, 有一处中央坳陷的重力流领域, 通过实际的油气勘探, 分析后得出结论, 琼东南盆地含有两种烃源岩, 一种是海陆过渡相煤系地层, 另一种是浅海相泥岩。其中还有富生烃凹陷, 它们位于琼东南盆地的陵水、乐东等深水区, 源岩发育最多的是崖城组海岸平原相煤系, 特别在斜坡、凹陷的边缘处发育很多。研究得出, 乐东、松南、北礁等6大凹陷天然气, 都在深水区中央坳陷带处, 3.72×10 12 m3是它们总的资源量, 潜力是巨大的。

研究还得出, 深水区还有两种垂向的高效通源模式, 一种是近源底辟, 另一种是近源断裂沟源。在琼东南盆地中央坳陷带, 发育较好的是乐东和陵水凹陷, 成藏的运聚主要在中央峡谷的底辟沟源处, 有着很好的成藏条件;发育成断裂且发育剧烈, 是东部的中央坳陷带发育的特点, 持续的时间也很长, 深浅部的陵水和三亚组是很多断裂带断层的目的层, 有很好的成藏条件, 油气经过断裂处的垂向运动, 在目标区能很好的完成聚集成藏。

其中油气的成藏是有规律的, 因为泥岩层很厚, 深水区储层与烃源之间就存在很很大的阻碍隔, 要想完成天然气的成藏, 就要依靠垂向沟源输导的体系。发育较好的是在琼东南盆地中央坳陷带的乐东、陵水凹陷处, 而热流体活动最厉害的是强烈莺歌海盆地, 天然气成藏的聚集在浅层圈内完成, 陵水17-2气田被发现, 成藏的运聚模式得以证明。

斜坡供烃, 底辟运气等是中央峡谷陵水17-2气田的特点, 成功的对它进行勘探, 这给在琼东南盆地, 以中央峡谷为代表的中央坳陷重力流领域的勘探开创了很好的条件, 让未来的勘探前景一片光明。最初得到证明的是中央峡谷领域, 其中发现有优越成藏条件和巨大勘探潜力的事乐东一陵水和莺歌海组, 为在深水区进行勘探做出了突破性的努力。

4 结语

由于南海裂解的扩张作用下, 琼东南盆地逐渐形成了断坳双层的结构。深水重力流中的沉积体系E173的各种类型在沉积环境中给油气的成藏和储集创造了基本的条件。在中央峡谷的陵水17-2气田进行了成功的勘探, 这给在琼东南盆地, 以中央峡谷为代表的中央坳陷重力流领域的勘探开创了很好的条件;中央峡谷领域其中发现有优越成藏条件和巨大勘探潜力的是乐东一陵水和莺歌海组, 为在深水区进行勘探做出了突破性的努力。这对深水区油气的勘探都开了很好的头, 也为国内深水区油气勘探提供一定的参考依据。

参考文献

[1]李磊, 王英民, 徐强等.被动陆缘深水重力流沉积单元及沉积体系——以尼日尔三角洲和珠江口盆地白云凹陷深水区为例[J].地质论评, 2012, 58 (5) :846-853.

深水勘探篇3

关键词：深水油气,溢油应急,溢油分散剂

目前, 深水油气开采已经成为世界各国资源开发的主要发展途径之一。我国的深水油气资源主要分布于南海海域, 据学者们分析, 南海主要盆地的油气资源潜量为707.8亿t, 其中天然气资源潜量为582 260亿m3, 石油资源潜量为291.9亿t, 号称全球“第二个波斯湾”[1]。随着2012年我国“海洋石油981” 深水钻井平台在南海的正式投入使用, 我国成为第一个自主开发南海深水油气资源的国家, 深水油气开采及其相关领域正成为我国石油工业拓展的新方向。

在深水油气开采过程中, 溢油事故是其面临的一大挑战。墨西哥湾深水地平线钻井平台溢油事故再一次给世界深水油气开采业敲醒了警钟。如何保障深水油气开采的顺利进行, 建立切实可行的技术方法, 减少突发溢油事故可能造成的海洋环境损害, 已经成为我国现阶段海洋开发与管理关注的热点。

现阶段, 常规溢油应急处置技术包括:机械回收、溢油分散剂喷洒、原位燃烧以及吸附。墨西哥湾溢油事故的发生及其溢油应急处置措施的实施, 为我国研发深水溢油事故应急处置技术提供了可借鉴的经验。在此次溢油事故中, 与其他应急处置手段相比较, 溢油分散剂在水面及水下使用的有效处置, 为研发深水环境下溢油事故应急处置措施提供了新的技术发展方向。

1溢油分散剂应急处置技术

溢油分散剂的使用作为处置溢油污染的主要手段之一, 在溢油事故应急过程中被广泛使用。溢油分散剂主要是利用表面活性剂的乳化作用, 在常规使用中将溢油分散剂喷洒于溢油海面, 通过减弱溢油与水之间的界面张力, 使溢油迅速乳化分散, 进而大大提高溢油的自然分散速率、生物降解速率和光化学氧化速率, 从而减小溢油对海洋生态系统的影响。

1.1溢油分散剂的水面应用

1.1.1 研究现状

学者们针对溢油分散剂的水面喷洒开展了较多的研究, 包括试验室和模拟水槽试验。

现阶段, 我国针对溢油分散剂使用效果影响因素的研究尚属空白, 学者们利用波浪槽开展了模拟条件下溢油分散剂乳化性能的试验研究, 利用波浪槽 (长15 m, 宽1 m, 工作水深0.5 m) 测试不同油膜厚度、波数及不同深度条件下, 溢油分散剂使用前后水体中乳化油浓度的变化, 研究不同环境条件对溢油分散剂使用效果的影响[2]。

我国针对溢油分散剂的室内试验多集中于产品性能 (如乳化率) 的评价。目前产品乳化性能的测试方法主要依据国家标准 (GB18188.1-2000《中华人民共和国国家标准——溢油分散剂技术条件》) 及行业标准 (HY044-1997《中华人民共和国行业标准——海洋石油勘探开发常用溢油分散剂性能指标及检验方法》) 中规定的测试方法进行。此方法属于实验室规模的分析测试方法:油在溢油分散剂作用下形成O/W (水包油) 型乳化液;利用三氯甲烷作溶剂萃取乳化液中的油, 在650 nm波长下测定萃取液的吸光度, 根据标准曲线计算出乳化液中油的浓度;根据油的浓度 (mg/L) 计算出乳化分散在水体中油的量, 与加入油量的百分比即为乳化率[3,4]。

国外针对溢油分散剂的室内研究主要通过BFT (baffled flask test) [5,6,7]测试方法进行测试。BFT分析测试原理与前面提到的国家标准、行业标准相同, 都是通过测定水体中乳化油浓度, 计算乳化率。不同的是该方法采用瓶底带凹槽及分支结构的三角瓶作为测试容器, 该容器能提供充分的剪切力/剪切速度, 使原油与溢油分散剂充分混合。在340 nm、370 nm、400 nm下测试待测液体的吸光度, 根据标准曲线计算待测液的油浓度。

与室内实验测试相对应的是, 利用模拟波浪槽进行模拟海况条件下溢油分散剂使用效果的评价研究。学者们利用美国国家溢油应急测试机构 (National Oil Spill Response Test Facility) 的Ohmsett波浪槽, 以试验前后海面的溢油量变化率作为乳化率, 进行溢油分散剂使用效果的评价, 但由于溢油质量变化难以科学准确的计算, 该方法尚存在一定的争议[8,9]。目前, 研究较深入的是由加拿大渔业海洋部海上油气环境研究中心 (Center for Offshore Oil and Gas Environmental Research) 的研究人员利用波浪槽系统对溢油分散剂使用效果开展的为期5年的研究。该方法主要研究波浪类型、温度、溢油分散剂种类、油品特性等因子对溢油分散剂使用效果的影响。在这些研究中, 水体中油浓度以及颗粒粒径这两个指标被用来评价溢油分散剂的乳化效果[10,11], 通过对波浪槽不同水平及垂直位置取样的油浓度以及颗粒粒径进行测试分析。水体中油的浓度越高, 溢油分散剂对原油的乳化效果越好;水体中油颗粒的粒径越小, 油颗粒在水体中的悬浮状态就越稳定。该研究方法已被国际广泛接受, 其研究成果在国际会议及期刊上多次发表, 并应用于监测墨西哥湾溢油事故水下溢油分散剂的使用效果[12]。现场监测方面, 在联合国环境署 (UNEP) 与国际海事组织 (IMO) 所编制的溢油分散剂使用导则 (guideline for the use of dispersant) 中也说明可以通过测试溢油分散剂使用前后水体中油的浓度, 对溢油分散剂的使用效果进行评价[13]。

由以上国内外研究现状的分析可以看出, 无论是实验室规模的分析测试方法 (国标、国家海洋局行业标准、BFT方法) , 还是波浪槽内开展的实验研究, 都是基于水体中乳化油的浓度来评价溢油分散剂的乳化分散性能。

1.1.2 溢油分散剂水面应用存在的问题

(1) 准确率较低。

建立科学的溢油分散剂水面使用效果评价方法是目前众多研究所关注的热点。试验室研究具有较好可重复性, 能够确定试验结果的误差范围[14], 但由于所设定的环境条件, 与溢油事故现场往往存在较大差异, 其对于应急处置中溢油分散剂使用的指导具有一定的局限性。而针对模拟试验水槽建立利用质量平衡 (mass balance) 进行溢油分散剂效果评价的方法, 由于无法较科学准确地计算试验前后水面的溢油量, 故无法较准确的计算溢油分散剂的乳化率[15]。此外, 南海海域的风、浪、流等自然环境也会对溢油分散剂水面应用准确性产生影响。

(2) 环境影响缺少针对性。

国内外对溢油分散剂的毒性影响均开展了一系列的研究。如我国目前依据《鱼类急性毒性试验方法》 (GB/T 18188.1-2000) 评价溢油分散剂产品的毒性。美国国家环保局 (EPA) 利用海洋生物 96 h和48 h半数致死浓度 (LC50) 作为指标评价溢油分散剂的毒性效应, 并应用于墨西哥湾溢油处置所使用的溢油分散剂毒性评价中[16]。挪威针对海上和岸滩所使用溢油分散剂的毒性评价采用了海洋微藻 (中肋骨条藻) EC50毒性效应试验, 并以此规定了海上和岸滩所使用溢油分散剂的毒性允许浓度[17]。但这些研究均缺少对于溢油分散剂本身及其使用后乳化原油在水体中行为归宿的研究, 这使溢油分散剂的毒性评价缺少一定的针对性。

1.2溢油分散剂水下应用

1.2.1 研究现状

与溢油分散剂海面使用的研究与应用不同, 国内外对于溢油分散剂水下技术的研究均刚刚起步, 在使用方法、规范和效果评价等方面还不完善, 而我国对于该技术的研究仍处于空白。但在墨西哥湾溢油事故中, 溢油分散剂水下技术的有效应用, 为水下溢油应急处置方法提供了新的技术发展方向, 也为世界各国建立溢油分散剂水下技术方案提供了可借鉴的经验。

在墨西哥湾溢油事故中, 约42%的溢油分散剂应用于水下应急处置[18]。海面供给溢油分散剂的船舶, 通过连续油管 (coil tubing) 打入水下, 再由水下机器人 (ROV) 将连续油管牵引至溢油口处进行溢油分散剂的喷注, 相关技术参数如表1所示[19]。

溢油分散剂水下使用技术由于其使用环境的特殊, 有着常规溢油污染处置方法所不具备的优势:

(1) 不受海面状况变化的影响。由于水下环境相对稳定, 在海面状况不适宜常规溢油处置的情况下, 可以进行水下溢油分散剂喷注的应急处置。同时, 由于溢油分散剂水下使用主要依靠水下机器人 (ROV) 进行作业, 因此在雾天或夜晚等常规溢油应急处置无法进行的情况下可使用溢油分散剂水下技术[20]。

(2) 较高的乳化分散性。溢油分散剂本身对于新鲜的原油具有较高的乳化分散性, 而在常规溢油污染处置过程中, 溢油污染物通过扩散、乳化和溶解等一系列物理化学过程使其本身的理化性质 (如黏度、密度及化学成分等) 发生变化 (如形成油包水乳化物等) , 降低了常规溢油处置方法的工作效率。而溢油分散剂在水下使用, 直接喷注于溢油处, 作用于新鲜原油, 能够减少溢油在扩散过程中环境因素对其性质的影响, 提高了溢油分散剂的乳化分散能力。

(3) 减少环境污染。溢油分散剂水下喷注使溢油在水下乳化分散形成水包油形态的小液滴, 一方面促进了水体中的微生物对溢油污染物的降解;另一方面也减少了海底溢油在上升过程中对整个水体的污染。同时, 减少了上浮至海面的溢油量, 也间接减少了海面溢油向岸线迁移扩散所引起的岸线生境污染损害[21]。

1.2.2 溢油分散剂水下应用存在的问题

(1) 技术方法。

现阶段, 国际上尚未建立起完善的溢油分散剂水下使用技术。随着溢油分散剂水下应用技术在墨西哥湾溢油事故中的首次应用, 学者们逐步开始了溢油分散剂水下使用技术的相关研究。BP公司利用美国国家海洋与大气局 (NOAA) 所提供的水下数据以及数学模型 (CDOG Model) , 以溢油分散剂的有效使用率 (efficiency of the dispersant application) 和作用时间为主要指标, 对溢油分散剂的水下使用效果进行了一定范围内的预测分析, 结果表明溢油分散剂水下使用能够有效降低溢油向水面的迁移。学者们利用LISST-100X颗粒分析仪对溢油分散剂使用后水体中油滴粒径进行了测试, 通过分析小颗粒油滴浓度的变化对溢油分散剂的使用效果进行评价, 发现在溢油分散剂水下使用后, 小颗粒油滴浓度显著的升高, 表明溢油分散剂的水下使用加快了溢油的乳化过程, 促进了小粒径油滴的形成[22]。

学者们利用水下溢油模拟试验装置, 通过分析溢油分散剂使用后水下溢油颗粒粒径变化, 对溢油分散剂水下使用效果进行了初步的评价, 结果发现在剂油比为1∶150的条件下, 使用后溢油颗粒粒径是未使用环境下的1/3, 表明溢油分散剂水下使用有效增加水下溢油的乳化效率, 促进水下溢油的乳化分散, 从而加快了水体中微生物对溢油的降解[23]。

同时, 国际石油工业环境保护委员会 (IPIECA) 、国际海事组织 (IMO) 、国际油气生产者协会 (OGP) 以及由9家国际石油公司出资成立的深水应急项目组 (SWRP) 等国际油气行业相关组织也陆续启动了针对溢油分散剂水下使用的方法、设备构建以及产品选择等方面的相关研究[19]。受试验条件、试验方法等方面的影响, 目前针对溢油分散剂水下应用所开展的研究, 多集中于室内模拟、数值预测的试验。

(2) 环境影响。

对于溢油分散剂水下使用的环境影响研究较少, 且现阶段开展的研究多集中于墨西哥湾溢油事故。在墨西哥湾溢油事故中美国环保部 (EPA) 利用48 h半致死浓度 (LC50) 作为指标, 以墨西哥湾海域Americamysis bahia和Menidia beryllina为受试生物, 开展了溢油分散剂的急性毒性试验, 发现溢油事故中所使用的溢油分散剂对两种受试生物分别表现出轻度毒性和无毒性[24]。进一步的研究发现, 溢油分散剂对受试生物内分泌系统并未产生显著的干扰作用[25]。

学者们以溢油分散剂主要成分乙二醇单丁醚 (2-Butoxyethanol, DPnB) 浓度作为指标, 对在1 100～1 300 m所采集的约4 000份沉积物和水体样品进行了分析, 结果表面仅8%的样品中检测出DPnB, 且浓度范围在0.017 0～113.4 μg/L, 低于美国环保部 (EPA) 所规规定的相关浓度限制标准[26]。

此外, 学者们在距离溢油源10 km处的羽状油层 (deep-sea oil plume) 取样分析发现, 该区域中细菌丰度显著高于未受污染水体中的细菌丰度, 且对石油烃烷类组分表现出较高的降解率, 而其他学者所开展的相关室内研究也表明, 溢油分散剂的使用能够显著促进溢油污染物的生物降解 [27,28]。

然而, 环境因素 (如温度) 、溢油分散剂使用方法和毒性试验受试生物的选择等诸多因素均会对溢油分散剂水下使用及毒性测试结果产生影响[29]。同时, 也有学者指出, 溢油分散剂水下应用对海洋环境所产生的长期影响还有待进一步研究[30]。因此, 建立完善的环境影响评价方法及相关测试标准对于分析确定溢油分散剂水下使用所产生的环境影响具有迫切的现实意义。

2我国溢油分散剂处置技术存在的问题

2.1效果评价与处置技术的建立

我国目前溢油分散剂使用效果的评价实验方法多依据国家标准GB18188.1/2-2000中所规定的方法建立。但由于波浪强度、温度及油品性质的变化等诸多因素均会影响溢油分散剂的乳化率, 因此建立符合或接近自然海况条件的实验方法或标准, 对于评价溢油分散剂的乳化率具有重要的实际意义。

我国现阶段对于溢油分散剂的水下应用研究刚刚起步, 对于原理、试验方法及使用技术等方面均处于空白, 而随着我国南海水下油气勘探开发进程的加快, 开展研究溢油分散剂水下相关技术方案, 对于保证我国南海水下油气资源开发的顺利实施, 应对水下大型或不可控溢油事故的发生, 维护海洋生态系统健康, 具有迫切的现实意义。

2.2环境影响评价

学者们针对溢油分散剂使用对环境所产生的影响开展了多年的研究, 但由于受试生物的不同、检测指标的差异以及评价方法的区别, 对溢油分散剂的使用是否对环境产生影响仍存在争议[20]。而作为溢油污染处置的有效手段之一, 建立全面、科学溢油分散剂使用环境影响预测和评价方法是溢油分散剂的合理使用重要前提。

3展望

深水勘探篇4

随着海洋油气勘探开发从以往的中浅海往深海、超深海方面发展,针对海底地形的新的速度模型提出尤为重要。海底一般为厚的、沉积海底盆地地形,比如墨西哥湾、中国南海的低幅构造区域等等。很多速度模型被用于描述该类压实沉积岩地层,最简单的是分段常数速度模型[1,2],稍微复杂的线性模型则假设速度分布为系统、连续的形式[3,4,5],其中比较能被接受的是随深度而线性增加的速度模型,这些模型通常被用于描述薄的、弹性岩石的层位组合。其它更高阶的速度模型函数则一般用来描述厚层位的速度模型;比如经典的指数模型[6,7],抛物线模型[8,9,10],Faust模型[11,12],对于这些模型来说,都缺少深部加以速度限制的地质约束条件。现采用的指数渐进边界速度模型(以下简称EAB模型)是一种符合地质规律、随着深度增加并有着边界值约束的速度模型;其边界值一般从充分压实的沉积岩地质资料中获得[13,14,15],再结合两个独立的参数即可精确地描述[16,17,18]。现分析了EAB速度函数的各个参数对整个速度模型的影响并进行了理想模型的模拟对比;在南海低幅构造区域的实际地震资料的处理中,分别对利用EAB速度模型函数计算出的单道曲线和均方根拾取速度、常规速度转换得到的速度曲线、测井得到的实际VSP速度曲线做了相应的对比;最后,利用EAB速度模型参与约束得到的速度场比用以往方法建立的速度场分层明晰更贴近实际区域地质条件。

1方法原理

1.1指数渐进边界模型(EAB)

$\begin{array}{l} v_{0, n} (\tilde{z}) = v_{a, n} + Δ v_{n}^{\infty} [1 - \exp (\frac{k_{a, n} \tilde{z}}{Δ v_{n}^{\infty}})], v_{\infty, n} = \\ v_{a, n} + Δ v_{n}^{\infty}; 1 \leq n \leq Ν (1) \end{array}$

$v_{0, n} (\tilde{z})$ 是相关深度域的瞬时速度,n是在两个垂直点之间的深度层位的下标,该速度模型由三个参数定义:va,n、ka,n、v∞,n。其中va,n为海底、地表等指定界面上的瞬时速度,参数Δv∞n是瞬时速度的分布—定义为边界速度值v∞,n和指定界面速度va,n之差。常数ka,n为在相同界面上的速度垂直梯度。相对的深度满足0≤z～≤Δzn,这里的Δzn为层位厚度。

1.2时深转换

EAB模型由提出的速度模型函数式(1)通过对应深度的瞬时速度所定义。这条定律使建立对应相关深度的(单程)旅行时 $\tilde{t} (0 \leq \tilde{t} \leq Δ t_{n})$ 成为可能

1.3计算层速度

第n层地层平均速度vInt,n=Δzn/Δtn是该层的局部平均速度。对于EAB速度模型来说,实际地层层速度可以通过层厚度Δzn或者层间旅行时Δtn来表示

$\begin{array}{l} v_{Ι n t, n} (Δ z_{n}) = \frac{v_{\infty, n}}{Δ v_{n}^{\infty}} \times \\ \frac{k_{a, n} Δ z_{n}}{\ln \frac{v_{\infty, n} \exp (k_{a, n} Δ z_{n} / Δ v_{n}^{\infty}) - Δ v_{n}^{\infty}}{v_{a, n}}} (3) \end{array}$

$\begin{array}{l} v_{Ι n t, n} (Δ t_{n}) = \frac{Δ v_{n}^{\infty}}{k_{a, n} Δ t_{n}} \times \\ \ln \frac{v_{a, n} \exp (k_{a, n} Δ t_{n} v_{\infty, n} / Δ v_{n}^{\infty}) + Δ v_{n}^{\infty}}{v_{\infty, n}} (4) \end{array}$

1.4计算平均速度

$v_{1, n} = \tilde{z}_{n} / \tilde{t}_{n} = v_{1, n} (Δ z_{n}) = v_{1, n} (Δ t_{n})$ 为n=1且t0=0时底界面的平均速度,所以

$\begin{array}{l} v_{1, n} (\tilde{z}) = \frac{v_{1, n - 1} t_{n - 1} + \tilde{z}}{t_{n - 1} + \tilde{t} (\tilde{z})} ； v_{1, n} (\tilde{t}) = \\ \frac{v_{1, n - 1} t_{n - 1} + \tilde{z} (\tilde{t})}{t_{n - 1} + \tilde{t}} ； \end{array}$

$v_{1, n} = \frac{v_{1, n - 1} t_{n - 1} + Δ z_{n}}{t_{n - 1} + Δ t_{n}}$ ; n=1,t0=0 (5)

把式(2)代入式(5),分别得到与厚度或者旅行时有关的平均速度。对于平均速度、均方根速度、和四阶平均速度,下标n-1表示层位n的顶界面,n则表示底界面。任一点的平均速度表征该点以上的所有介质。

1.5EAB模型函数的反演用于地震数据处理

在地震数据资料处理中,平均速度或者时深对被用作时深转换处理的输入数据,均方根速度则一般用于速度分析的输入数据[13,19,19];常规的Dix反演对于均方根速度中的微小振荡非常敏感,产生强烈的速度变化[20];因此,任何反演方法都应该考虑到符合局部地质规律[21,21,22]。

一般的,任意情况下的均方根速度可以定义为,

$v_{r m s} (t) = \sqrt{\frac{1}{t} \int_{0}^{t} v_{0, n}^{2} (τ) d τ} \equiv \sqrt{\frac{w (t)}{t}} (6)$

式(6)中 $w (t) = \int_{0}^{t} v_{0, n}^{2} (τ) d τ$ 为双曲线参数,其指数形式为

$w^{\exp} (t) = \frac{Δ v v_{\infty}}{k_{0}} \ln \frac{v_{a} λ + Δ v}{v^{\infty}} - \frac{v_{a} Δ v^{2} \cdot (λ - 1)}{k_{a} (v_{a} \cdot λ + Δ v)} (7)$

式(7)中 $λ = \exp (\frac{k_{0} t v_{\infty}}{v_{\infty} - v_{a}}), Δ v = (v_{\infty} - v_{a})$ 。且w(t)=v22,ntn-v $_{2, n - 1}^{2}$ tn-1为已知值,通过解该方程可以得到层界面顶的梯度ka或瞬时速度范围Δv值。

为了更好的控制速度场的横向分布,需引入一个预定义的相关半径R,任何在横向半径d<R范围内的均方根速度会对选定点的趋势参数产生影响,从而横向约束速度模型。提出如下权重系数

w $_{i j}^{L}$ =exp(-αd $_{i j}^{2}$ /R2) for (dij≤R);

w $_{i j}^{L}$ =0 (dij≥R) (8)

式(8)中上标L表示横向,i,j分别为CDP点号和速度网格节点号,通过预先设定一个极小的权重值wL=ξ=10-2使α=-lnξ。显然,一个较大的半径值能提高稳定性,但会影响其精度。除了横向上的权重值w $_{i j}^{L}$ ,也有垂直方向上的权重值wVn。每一个特定CDP点下的所有均方根速度数据的横向权重都一样,纵向的权重往往会随着旅行时而降低。

因此,引入不相干函数

$\begin{array}{l} A_{j} (v_{a}, k_{a}) = \\ \frac{1}{2} \sum_{i = 0}^{Μ_{j} - 1} w_{i j}^{L} \sum_{n = 0}^{Ν_{i}} w_{n}^{V} [v_{2}^{\exp} (v_{a, j}, k_{a, j}, t_{i n}) - v_{2, i n}^{d a t a}]^{2} \to \min (9) \end{array}$

式(9)中,w $_{n}^{V}$ 表示的是纵向权重系数,i,j分别为CDP点号和速度网格节点号,内部的求和代表对于某个特定的CDP点下i的所有Ni+1个均方根速度拾取点计算,外部求和则累加了以网格节点j为中心节点落在相关半径R内的全部Mj个CDP点速度计算数据。当 $\frac{\partial A_{j}}{\partial v_{a}}, \frac{\partial A_{j}}{\partial k_{a}}$ 这两个二阶导为最小时,用迭代法解,从而得到全局最小的充要条件[23]。

2参数分析及模型试算

由于EAB模型由三个参数va,n、ka,n、v∞,n决定,用于模型试算和实际资料处理时,给出的数据类型不同则求解的未知参数则不同;当数据为深度域和时间域的均方根速度时,需要求解ka,n和Δv,当数据为与层厚、或旅行时有关的平均速度时,则要求解va,n、ka,n、v∞,n三个参数。为此,需对三个参数对整体模型的影响做了分析。

图1中给出了三参数对EAB速度模型的影响分析。图1a为va,n参数分析,其中va=2 200 m/s,v∞=5 000 m/s,k0∈[0.1,1],可以看出va,n不影响速度趋势函数的形态,只对初值和边界值有影响;图1b为ka,n参数分析,ka,n作为速度垂直梯度,它的变化与速度趋势函数的形态及速度的变化快慢有密切关系,故ka,n在EAB速度模型中起决定性的作用,其中va∈[2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,19,20,21,21,22,23,24,25,26,26,27]m/s,v∞=5 000 m/s,k0=0.5,ka,n的值决定了速度函数的趋势形态;图1c为边界值v∞,n,其中va=5 000 m/s,v∞∈[5,7]m/s,k0=0.5,v∞,n值变化对趋势形态及其余参数均无大的影响。

3实际数据处理

琼东南盆地深水区位于南海北部大陆边缘,是新生代形成的断陷盆地[24]。BD三维地震工区南临宝岛凹陷,北靠松东凹陷[25],位于琼东南盆地东区块松涛凸起东倾伏端[26,26],海底趋势为北西-南东向深度降低,海底时间差约270 ms,深度差约为200 m[27]。2002年、2010年分别钻探井位1、井位2两口井,钻至陵水组三段。该三维地震工区时间采样率为2 ms,记录时间长度为6 s,工区的总覆盖面积约为350 km2。工区内的有利储层表现为复合型圈闭形式和低幅度向斜构造的烃源岩[27],EAB速度模型在岩性识别方面的应用在划分区域构造及后续的储层预测等工作中起了很大作用。

利用基于EAB速度模型的反演方法分别对BD—1及BD—2井旁道进行的速度曲线拟合亦良好(图2),图中上部VSP速度和拟合的速度曲线吻合良好。图3a为常规Dix方法计算得到的层速度场;图3b为基于EAB速度模型的反演方法得到的层速度场。对比两图可见,通过基于EAB速度模型的三维反演方法得到的层速度场纵横向上速度变化均匀, 更贴近实际地震数据的连井剖面图, 分层明显,剖面精度高,贴合层位曲线,能更清晰的描绘构造细节。

多年来的油气勘探表明,古近系下构造层含油气储盖组合之上渐新统陵水组三段砂岩是区域性分布的好储集层,也是BD区的主要勘探目的层;区别于其下部的始新世、渐新世以中深湖相泥岩和滨浅湖相泥岩为主,上部的三亚组以浅海相及半深海相泥岩为主[24]。该区域中T60—T70为目的层位。其中以T60层位最为明显(图4—图5),T60层速度变化范围在2 360～2 640 m/s,其变化特征与断层有关,断层下盘速度较上盘大。图4中两种转换方法得到的平均速度图均表现为中西部较东部小,与已知区域地质情况一致;基于EAB速度模型的反演方法转换得到的速度图形态清楚,含有较少的速度异常值。图5为T60层位两种方法的速度差值图,基于EAB速度模型的反演方法转换得到的差值图分布均匀,主要在10～25 m/s之间;其中位于工区西面边角的异常值数值范围在-20～6 m/s左右。结合图4、图5我们知道,差值图中前者对应的速度异常值较基于EAB速度模型反演方法对应的偏大,后者反演得到的速度趋势更符合地质规律。

4结束语

指数渐进边界(EAB)速度模型是由三个内部参数定义并引入一个半径参数加以横向约束的速度模型,在经过偏移或动校正处理过的稀疏、不规则叠加速度或者均方根拾取值中,通过最优化处理得到纵向速度曲线,从横向上通过阻尼最小平方法得到更符合区域地质规律的叠加速度,最终得到平滑且符合地质规律的速度模型。基于EAB速度模型可以转换得到多种速度,并且基于其建立的三维约束反演方法可以用于少井深水区低幅构造区域的地震资料处理,能克服传统Dix方法仅适用于水平层状及小排列的限制,处理得到的层速度场纵横向上速度变化均匀,更符合区域速度分布规律;分层明显,更清楚的识别低幅度构造区域的局部特征;贴合层位曲线,更清晰的描绘构造细节;结合其在岩性识别方面的作用,有助于后期的储层预测相关工作。

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