探测海洋油气资源之路 - 海底地质样本分析方法步骤

作者简介

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王建强，高级工程师，研究方向为油气地质。

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> 海到无边天作岸 赵洪山/摄

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进入21世纪，“谁拥有海洋，谁就拥有未来”已成为全球各国共识。海洋被誉为“蓝色国土”，是一个巨大宝库，不仅能够提供丰富的渔业资源，而且海底还蕴藏着极其丰富的石油、天然气和天然气水合物等能源矿产资源。全球海洋油气资源潜力丰富，探明率较低，尚处于勘探早期阶段。随着陆地油气资源的日益枯竭，油气资源丰富的海洋已经成为最现实的能源接替区，成为能源稀缺时代的世界焦点，是保障国家能源安全的必然要求。

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海洋油气何以形成

一次偶然，在墨西哥湾工作的潜水人员和油气勘探工作者们发现了一种黑色的油浸沉积物，经过研究发现，这是出现在海底的油气渗漏，也就是海底油苗。我国海底油气的发现是在1954年夏天，一位海南渔民在莺歌海打渔时发现海上咕嘟咕嘟地冒着“小泡泡”，从此掀起了我国石油的“下海热”。为什么会形成小泡泡呢？因为海洋油气生成以后，会沿着海底一些“水管管道”运移到海底表面，从而形成连续不断的或间歇的成串气泡。那么海洋油气到底是如何形成的呢？

海洋油气是埋藏于海底沉积岩及基岩中的化石能源，多栖身在海洋中的“大陆坡”和“大陆架”底下。几千万年甚至上亿年以前，气候比现在温暖湿润，海湾地区海水中氧气和阳光充足，江河带入大量营养物质和有机质，为生物的生长、繁殖提供了丰富的“粮食”，许多海洋生物得以迅速大量繁殖。当海洋中各种生物死去，它们的遗体形成大量有机碳，同时，陆地上的河流将泥沙和有机质冲刷进海洋，年复一年地把大量生物遗体一层层掩埋。经过漫长时期的地质演化，被埋藏的生物遗体与空气隔绝，处在缺氧环境中，受到温度升高和细菌作用，开始慢慢分解，再经过漫长地质时期，这些生物遗体逐渐变成了天然气和石油。

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海洋油气知多少

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全球海域油气资源丰富，能源战略意义深远。海洋油气储量约占全球油气资源总量1/3。其中，海洋油气资源约60%分布在浅海大陆架，深水、超深水占比约30%。目前，全球共发现海域常规油气田数量为4311个，海域在产常规油气田数量为1175个，技术剩余可采储量为1117亿吨油当量，占全球油气技术剩余可采储量的29%。海洋油气资源与陆上资源一样，分布极不平衡。从全球来看，海洋油气勘探开发形成了“三湾、两海、两湖”的格局。“三湾”即波斯湾、墨西哥湾和几内亚湾；“两海”即北海和南海；“两湖”即里海和马拉开波湖。海上天然气的储量以波斯湾第一，被称为“石油海”；北海第二；墨西哥湾第三。

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我国海域油气资源分布

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我国管辖海域约300万平方千米，包括内海、领海、毗连区、专属经济区和大陆架。我国四大海域为渤海、黄海、东海和南海（大部分），其上分布有30余个大小不等、形态各异的新生代沉积盆地，包括渤海盆地、南黄海盆地、东海陆架盆地、莺歌海盆地，等等。我国海域油气勘探工作主要集中在近海海域（共发育10多个中生代沉积盆地），海域总面积约70万平方千米，油气资源丰富，但是分布不均、探明程度相对较低。石油资源主要分布在渤海、珠江口、北部湾3个盆地，占总资源量的91%。天然气资源主要集中在东海、珠江口、琼东南、莺歌海4个盆地，占总资源量的86%。截至目前，已发现锦州凝析油气田、绥中油田、春晓油气田、平湖油气田、涠洲油田、东方气田、崖城气田等200余个油气田，更为广阔的南海深水海域尚待开发之中。

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海洋油气资源探测技术

海洋油气勘探开发是陆上石油勘探开发的延续，经历了从浅海到深海，从简单到复杂的发展过程。目前在海洋进行油气勘探的国家越来越多，海洋钻井遍布全球各个海区。同时，海洋油气开发的水深得到突飞猛进发展。

海洋油气探测技术主要包括海上地震勘探、海上电磁法勘探、海洋化学勘探及海洋钻井勘探等技术。地球物理勘探是通过定量的物理方法研究地球以及寻找地球内部矿藏资源的一门综合性学科，包括磁力、电法及地震等勘探方法，是针对有关海底地质特征的资料采集、分析和显示技术，是海底油气探测前期工作的重要技术手段。目前，在国际海洋油气勘探领域，三维地震、叠前深度偏移、多分量地震等技术，以及直接指示烃类的非地震勘探技术，引导着海上油气勘探的技术前沿。

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海上地震勘探

海上地震勘探工作是把地震仪安装在船上，使用海上专门电缆和检波器，在观测船航行中连续进行地震波的激发和接收。震源激发方面包括气枪震源、电火花震源、可控震源，目前可控震源因对环境影响小而成为主要发展方向。采集方面包括拖缆、海底地震仪、海底电、海底节点；在地震数据处理方面，为了处理深水地震资料，我国形成了波动方程反馈迭代压制多次波技术、基于多次聚焦共反射面元叠加技术，研发了“梨式”宽频数据鬼波压制技术，以及宽频数据逆时偏移成像技术。

海上电磁法勘探

海洋电磁方法分为天然场源和人工场源（Marine CSEM），后者在油气直接检测中发挥了重要作用。CSEM测量分为频率域和时间域两种，按照施工方式分为浅海拖拽施工和深海固定施工，这一方法受海流和海底地形因素影响较大。目前，中国石油天然气集团有限公司具备在4000米水深评价海底3000米以内目标储层含油气性能的能力。

海上化学勘探

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海底烃类渗漏是海洋油气化学勘探的基础，代表着深部的烃类上升渗漏到海底的过程和产物，能够为油气勘探提供成熟生油岩和运移路径的关键信息。海底烃类渗漏直接显示包括海水表面油膜，海水渗漏气体羽，海底沉积物中油斑、团块，海水和沉积物中的烃类异常；间接显示包括“烟囱构造”，海底隆丘、泥火山、海底表面断裂和古河道，等等。

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海上钻井勘探

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钻井勘探法是勘探与开采石油及天然气资源的一个重要环节，是寻找和证实含油气构造、含油气面积和储量、取得相关地质资料和开发数据的重要手段。

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1887年，加利福尼亚海上油田现场

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1887年，美国加利福尼亚，世界上第一口钻井，拉开了世界海洋石油的工业序幕。

马拉开波湖采油现场

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1920年，委内瑞拉马拉开波湖采用木制平台钻井，发现了一个大油田，至今仍在开采。

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“二战”期间苏联巴库油田

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1922年，苏联在里海巴库油田附近用栈桥进行海上钻探成功。

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海上油田

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1936年，美国在墨西哥湾海上钻探了第一口深井，并于1938年建成世界上最早的海洋油田。

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墨西哥湾上采油平台

20世纪40年代，海上油气生产主要集中在墨西哥湾、马拉开波湖等地区。

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“德隆一号”

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20世纪40年代之前，作业水深在几十米以内。1954年，世界上第一座自升式钻井平台“德隆一号”问世。

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萨法尼亚油田是世界上最大的海上油田

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20世纪50年代—60年代，海上油气生产主要在波斯湾、里海等海区。

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海底甲烷气体喷溢口

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1957年，我国在莺歌海首次发现油气苗。

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1963年，用土办法制造了中国第一座浮筒式钻井平台，在莺歌海打了三口井

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1960年，在莺歌海钻探中国海上的第一口发现井——英冲1井；同年，在英冲2井采出了中国海上第一桶金——150千克原油。

原油“金三角”

20世纪70年代，是海洋油气勘探开发快速发展期，形成了美国墨西哥湾、巴西近海、西非几内亚三大传统深水油气区。

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中国造“蓝鲸1号”

如今，全球已进入深水油气勘探开发阶段。“蓝鲸1号”是世界上最大、井深最深的海上钻井平台。作业水深3658米，钻井深度15240米。

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> 海洋油气资源勘探历程

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海底油气勘探与开采

海底石油的生产过程一般分为勘探和开采两个阶段。海底油气的开采首先要进行海底油气的普查和勘探。目前，针对海底油气勘探，首先要通过地震、重磁等地球物理方法给海底做“CT”，获得海底地质构造的“CT图”，寻找含油气构造；在此基础上，运用“地球物理勘探”分析海底地下地层特征及构造特征、油气圈闭类型、含油面积和储量等情况，从而确定勘探井井位；然后，采用“钻井勘探法”取得地质资料，进行分析评价，确定该地质构造是否含石油、含油量及开采价值。

海上油气开采要比陆地上复杂得多，它需要特定设备进行支撑。最早人们使用钻井船来开采。在船中央开一个洞，钻机架在高高的钻塔上，搁在船上进行作业。这种钻井船缺点明显，受海况的影响非常大，风浪、潮汐、海流会使船不停地摇摆、移动，给作业带来很大困难。中国第一艘钻井船——“勘探一号”，就是用两艘货船拼装起来的。为了减少船的摇摆，需要用6只锚将其锚定。

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后来，人们又发明了更好的办法——钻井平台。“固定式平台”是固定于海底，用作钻井作业和生活场所的装置，一般作业水深在20米左右。自升式平台将几根钢柱插在海底，再用机械设备把平台升起来，离开海面，这样就可以防止海浪和海流的冲击，作业基本不受海况影响。这种平台的最大缺点是作业水深受很大限制。因为桩腿的长度不能过长，否则平台就会不稳。

还有一种是“半潜式平台”，靠海面下深20米左右的几个大浮箱支持。这是因为在海面下这个深度，风浪总是很小的，沉在那里的浮箱十分稳定，海面上的平台也不会有太大摇摆。随着海底采油技术的快速发展，人们现在甚至可以将原来安装在钻井平台上的井口直接放置到海底，去掉了复杂的海上平台设施，从而大大降低了海底油气的开采成本，并提高了海底油气开采的安全性。

我国海洋工程技术起步比发达国家晚20年，起初，没有较先进的海上钻井平台，海上油气被其他国家疯狂开采。进入21世纪后，我国只用了短短十几年时间，迅速缩小了与世界的差距。如今，全世界最高端的石油钻井平台很多都是由中国制造的，世界纪录一次次在中国人手中刷新。

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遥想20世纪60年代初期，我国仅能建造入门级的浅海石油钻井平台。20世纪80年代初期，建造了第一艘半潜式石油钻井船。2008年，世界上最大的坐地式石油平台在秦皇岛下水；2011年，全球最先进的半潜式深海钻井平台“海油981”在上海下水，这是我国第一座自主设计和建设的深水钻井平台；2017年，全球最大的半潜式钻井平台“蓝鲸1号”在烟台下水，这是全球最先进的半潜式钻井平台；2019年，半潜式钻井平台“蓝鲸2号”完工下水，它能在水深超过3000米的海域工作，最大钻深深度超过15000米。这些“大国利器”已使我国跻身世界深水装备第一梯队。

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随着油气勘探技术的进步以及经济社会发展对能源需求的增长，海洋油气勘探开发向深水领域进军已成为必然趋势。海区深水盆地良好的油气远景已引起全球各国的瞩目。我国300多万平方千米的海洋领域蕴藏着丰富的油气资源，深水油气是未来油气发现的重要领域。

作者： 王建强

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编辑： 张佳楠

排版： 何陈临秋

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审核： 刁淑娟

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