遼西凹陷錦州25-1大型輕質油田發現的地質意義

徐長貴 周心懷 鄧津輝 魏 剛 賴維成

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海油田勘探開發研究院)

遼西凹陷錦州25-1大型輕質油田發現的地質意義

徐長貴 周心懷 鄧津輝 魏 剛 賴維成

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海油田勘探開發研究院)

錦州25-1油田是近期發現的大型輕質油田,也是截至目前渤海海域發現的最大的輕質油田和遼西凹陷首個億噸級油田。該油田主要目的層段為古近系沙河街組,圈閉類型為復雜斷塊圈閉,具有良好的儲蓋組合;油藏具有埋深淺、儲量大、豐度高、原油密度低、測試產能高等特點。錦州25-1油田的發現具有重要的地質意義。

輕質油田 古近系 地質意義 錦州25-1 遼西凹陷

錦州25-1油田位于渤海遼東灣海域遼西凹陷,處于遼西中洼和遼西北洼之間的反轉構造帶上,整體為具有背斜構造背景的復雜斷塊構造,其西南與錦州25-1S潛山油(氣)田以鞍部相連,北東向遼西凹陷下傾(圖1),該油田于2007年發現,2008年完成油田評價工作。錦州25-1油田從1985年鉆探第一口探井到評價成功,經歷了20多年的勘探過程,在新區發現整裝的大型優質油氣田帶來的不僅僅是儲量上的增長,更重要的是通過這一發現給勘探工作者留下了許多重要的啟示和思考,錦州25-1油田的發現具有重要的地質意義。

圖1 錦州25-1油田區域位置示意圖

1 錦州25-1油田基本特征

1.1 構造特征

1.1.1 構造格局

錦州25-1油田位于遼西低凸起北部傾末端、遼西凹陷中北洼東側。遼西1號斷層從南向北穿越錦州25-1油田,控制了本區的總體構造格局和沉積格局,將油田區構造分為東西兩盤。東盤主要為低凸起區,構造簡單,主要為披覆背斜構造,沙河街組地層較薄,部分地區缺失沙三段和沙二段早期沉積;西盤從成因上可以劃分為陡坡帶、轉換構造帶以及反轉背斜帶(圖2)。

圖2 錦州25-1油田構造綱要圖

陡坡帶主要受遼西1號斷層影響,發育一系列北東東走向呈雁行排列的派生斷層,這些派生斷層對局部圈閉的形成以及油氣運移起著重要的作用;轉換帶位于油田南部,根據Mo rley(1990)關于轉換帶的劃分方案[1],該轉換帶屬同向疊覆型轉換帶,遼西1號斷層南段在此斷距逐漸減小直至斷層消亡,遼西1號斷層北段在此開始發育,向北斷距逐漸增大,北段和南端之間發育一條北西—南東走向的橫向調節斷層,該轉換帶形成了多個鼻狀構造,同時該轉換帶控制了水系的走向進而影響了沉積體系的展布;反轉背斜帶發育于油田西部,該反轉帶形成于沙河街組沉積末期,反轉之前該帶處于深洼,該區發育的沙河街組比周圍凹陷內的沙河街組還要厚300～500 m;在沙河街組沉積之前,該區應該是溝谷發育的地方,這種古地貌條件造就了本區水系發育,砂體廣布,儲層發育。

1.1.2 圈閉特征

錦州25-1油田圈閉主要發育于沙河街組,構造主體位于遼西凹陷,夾持于遼西凹陷的北洼和中洼之間,依據成因可以分為4種:①發育于東盤的披覆背斜;②被斷層復雜化的反轉背斜,反轉時期在沙河街組沉積末期;③依附于遼西1號斷裂的陡坡帶復雜斷塊構造;④轉換帶的鼻狀構造。由此可見,錦州25-1油田實際上是受遼西1號斷層影響形成的復雜圈閉群,圈閉群總體規模較大,西盤主體區圈閉面積累計可達60 km2。發育大規模圈閉是錦州25-1億噸級油田形成的基礎。

1.2 儲層特征

1.2.1 沉積體系展布格局

錦州25-1油田主力油層段為沙三段和沙二段。在沙三段和沙二段沉積時期,該區受到三支水系的影響:一支來自于燕山褶皺帶(古興城水系),該水系從西向東注入遼西凹陷,是本區控制儲層發育的主要水系,在沙二段沉積時期形成了面積巨大的辮狀河三角洲沉積體系;一支來自于遼西低凸起中部剝蝕區,該水系由南向北穿過錦州25-1南油田通過轉換帶注入遼西凹陷;另外一支來自于東盤的遼西低凸起區,屬于近物源沉積,該水系主要在沙三沉積時期形成小型扇三角洲沉積(圖3)。

1.2.2 儲層特征

錦州25-1油田沙三段儲層主要為遼西低凸起近源扇三角洲前緣沉積,巖性主要為厚層灰色泥巖夾中厚層細砂巖、含礫中粗砂巖,分選中等—好,磨圓度次圓—次棱狀,巖心觀察可見重力垮塌與揉皺變形構造、小型槽狀交錯層理和礫石定向排列,儲層物性較好,平均孔隙度為23%(分布范圍9.8%～34.8%),平均滲透率為382.3 mD,為中孔中滲儲層。

錦州25-1油田沙二段儲層主要為辮狀河三角洲前緣沉積,巖性主要為厚層細砂巖、中—粗砂巖,局部含礫夾薄層灰綠—灰褐色泥巖,砂巖發育非常集中,砂巖含量很高(在70%以上),常見代表強水流的塊狀層理、槽狀交錯層理、波狀交錯層理等。儲層物性好,孔隙度平均值在25%左右,滲透率平均值為267 mD,具有中孔中滲特征。

圖3 錦州25-1油田主力含油層段沉積體系展布

沙三段厚層砂巖夾于大套灰色泥巖中,沙二段儲層上覆為沙一段和東營組厚層泥巖,泥巖累計厚達800～900 m,這種巖性組合構成了錦州25-1油田良好的儲蓋組合。

1.3 油氣藏特征

(1)油藏埋深淺,含油井段集中,油氣層厚度大

錦州25-1油田含油層系發育于沙二段和沙三段,油氣藏埋深1600～2338 m,均為構造油氣藏,油氣層集中發育在80～160 m的井段內,單井揭示油氣層厚度20.7～80.0 m,平均50.2 m。

(2)油水系統簡單,常溫常壓,油藏模式清晰

錦州25-1油田油藏主要為層狀或塊狀油藏,每個斷塊均為獨立的油水系統,不同斷塊油水系統均不相同(圖4);主力區塊屬于常溫常壓油藏系統,壓力系數1.01,壓力梯度為1.03 M Pa/100 m,溫度梯度為3.3℃/100 m,屬正常壓力和溫度系統。

圖4 錦州25-1油田油藏模式圖(油藏剖面位置見圖2)

(3)油品性質好、測試產能高,是常規輕質原油

錦州25-1油田南區沙二段原油為輕質原油,具有密度低、粘度低、含硫量低、膠質瀝青質含量少—中等、含蠟量中等的特點:原油密度(20℃)為0.840～0.854 g/cm3,原油粘度為 0.94～1.56 m Pa·s,含硫量為 0.08%～0.19%,含蠟量為 12.69%～16.58%,膠質瀝青質為1.05%～5.04%,凝固點為18～23℃。沙二段凝析油密度、粘度、膠質瀝青質含量、凝固點、含蠟量及含硫量均較低。沙二段主力區塊測試日產油120～1018 m3。部分井區沙二段揭示帶凝析氣頂的油藏,天然氣甲烷含量高達82.39%～86.64%,C2H6—C6H14含量為 12.24%～16.56%,CO2含量僅為0.29%～0.30%,天然氣密度為0.672～0.711 g/cm3。

沙三段原油為中—輕質原油,具有密度低、粘度低、含硫量低、膠質瀝青質含量少—中等、含蠟量中等的特點:地面原油密度(20℃)為 0.860～0.876 g/cm3,含硫量為0.11%～0.14%,含蠟量為4.84%～16.65%,膠質瀝青質為1.11%～6.06%,凝固點為18～22℃。沙三段主力區塊測試日產油在470 m3以上。

(4)儲量規模大,儲量豐度高

錦州25-1油田地質儲量油當量達1.3×108m3,是目前渤海最大的輕質油田,是首次在遼西凹陷發現的油氣當量超過億噸的優質油田。錦州25-1油田油藏高度大(160～280 m)、豐度高(394.2×104～910.2×104m3/km2)、圈閉充滿度高(70%～100%)。

2 錦州25-1油田發現的地質意義

2.1 證實遼西凹陷不僅是富生烴凹陷而且是潛在富烴凹陷

對遼西凹陷資源潛力的評價一直頗具爭議,以往多次資源評價結果都顯示其資源規模小,屬于勘探潛力較差的凹陷。特別是上世紀80年代以來在遼西凹陷綏中30-3構造先后鉆探了2口井沒有見到任何顯示,而該構造是依附于遼西凹陷東界大斷裂的很好的滾動背斜構造,鉆探也證實該構造主要目的層段儲層非常發育,物性非常好,但在這么好的成藏條件下該構造卻沒有獲得發現,這使人們對遼西凹陷的生烴潛力產生了懷疑。

錦州25-1油田的發現證實,古近系沙河街組三段為遼西凹陷的主要生烴層系。凹陷中各次洼烴源巖生烴指標雖然存在一定的差異,但整體均為好烴源巖,生烴潛力較大,其中北次洼 TOC普遍大于2%(JZ25-1-A井沙三段揭示的泥巖 TOC高達5%),產油氣潛量(S1+S2)普遍大于 10 mg/g(JZ25-1-A井沙三段揭示的泥巖 S1+S2高達40 mg/g),為好—很好烴源巖。以上說明遼西凹陷具有很好的烴源巖,而遼西凹陷目前發現的油氣已達到4.3×108m3油當量,遠遠超過了以往資源評價結果資源量的上限值(3.3×108t),說明以前的資源評價結果偏于保守。而先期鉆探的綏中30-3構造沒有任何油氣顯示,其主要原因是該構造所處的位置存在油氣屏蔽作用從而導致勘探失利,并不是遼西凹陷生烴能力有問題。因此,遼西凹陷不僅僅是富生烴凹陷,而且是潛在的富烴凹陷。

2.2 表明動態物源分析理念是突破找砂禁區的新思路

儲集砂體是渤海灣盆地古近系成藏的關鍵要素。物源是儲集砂體存在的物質基礎,無物源則無儲層,因此物源研究至關重要。傳統靜態物源的認識不能完全反映不同時期物源的變化情況,特別是對盆內低凸起的物源狀況不能很好的反映。

傳統的物源分析是將研究層段頂的剝蝕范圍作為物源區,這種認識其實是整套沉積結束之后靜態的物源區范圍。此方法對于大物源的剝蝕區具有很好的指示作用,但對于盆內凸起相對較小的物源區則不能很好的反映,其結果造成盆內低凸起區由于遠離大物源剝蝕區而常被認為是湖相的無砂沉積區,從而也使此地成為找砂的“禁區”。

錦州25-1構造區遠離遼西大物源區,以往認為沙三段時期該構造及其周邊位于扇三角洲前端的深湖相區[2],而東部凸起雖有剝蝕區但又太小,不能提供物源形成較大規模的砂體,因此本區特別是本區陡坡帶A井區應該不存在儲層。

本次研究采用動態物源分析的理念,認為任何一個物源區被新的沉積物覆蓋都不是突變的,而是經歷了漫長的地質歷史時期。物源區的大小也不是固定不變的,物源區范圍大小受基準面旋回控制,基準面變化影響物源區的擴大和收縮。現今所看到的物源區的范圍,是地質歷史某一個特定時期的物源范圍,并不能完全反映地質歷史時期物源區的整個動態變化過程;即便是在同一個層序內,不同的體系域沉積時期,其物源區的大小也是不同的。在低水位期,湖平面降低,沉積范圍退縮,物源區擴大;在高水位期,由于沉積范圍擴大,局部小物源的作用減弱或消失(圖5)。因此,JZ25-1-A井區上升盤凸起上雖有沙三段沉積,但通過仔細研究發現,遼西1號斷裂西側沙三段沉積厚度遠大于東側,說明沙三早期低凸起高部位及東側大部分都是剝蝕區。從宏觀地震相看,斷層主體根部的楔形體、斷層北部調節帶的楔型前積、斷層南部調節帶的近疊瓦前積的存在都表明了遼西低凸起近物源的存在。由此突破靜態思維,提出了動態物源的新思路,即物源區的大小隨層序的發育也是動態變化的,剝蝕區的大小是隨著沉積作用的進行而變化著的。對于像遼西低凸起這樣的盆內凸起,上述認識有著非常重要的意義,其層序發育早期可作為物源區為周圍沉積體提供物質基礎。就錦州25-1而言,沙三段的剝蝕區是隨著沉積作用的進行而逐漸變小的,沙三段頂所示剝蝕區相當于最小剝蝕區,結合層序地層分析可以做出本區沙三段的最大剝蝕區(圖3上),從最大剝蝕區的分布可以看出,這個時期遼西低凸起呈多個孤島地貌,能為周邊提供較大的沉積物源。在此新地質模式指導下,綜合層序分析、古地貌、宏觀地震相、地震屬性對沙三不同時期的沉積相進行仔細分析,得出了合理的沉積相分布圖(圖3上)。鉆探證實了這種儲層預測結果。

圖5 動態物源存在的機理:基準面變化與物源范圍變化的關系

這給了我們在基于傳統理念認為的貧砂區尋找優質儲層的重要啟示:不能以靜態的觀點來尋找物源區,物源區是動態變化的,后期被覆蓋的低凸起區在沉積的早期有可能是物源區;這樣就“解放”了凹陷中許多遠離大物源區的繼承性凹中隆,這些凹中隆在沉積早期都可能成為物源區并在周邊形成一定規模的沉積砂體,而不是“找砂禁區”。儲層禁區的突破意味著有利勘探區的拓展。

2.3 揭示高效輸導體系是本區油氣富集的關鍵

錦州25-1構造區本身的烴源巖所提供的油源不足以形成大規模的油氣聚集,錦州25-1油田油氣主要來自遼西深洼的烴源巖。斷裂與砂體的時空耦合是錦州25-1油田的高效輸導體系。深部流體通過張性斷層垂向運移到沙二段高滲透砂巖中,由于沙二段高滲透砂巖上覆為巨厚較純泥巖,突破壓力大,油氣會沿運移阻力更小的沙二段高滲透砂巖橫向集中并快速、高效運移,沙二段區域廣布的優質砂巖與發育的張性斷裂體系耦合構成了錦州25-1油氣成藏的高效輸導體系(圖6)。

勘探實踐證實,錦州25-1油田具備了這種輸導模式的斷塊,沙二段圈閉充滿度都很高,如JZ25-1-A、B、C、D井區,而不具備這種輸導模式的斷塊圈閉充滿度很低甚至不成藏,如JZ25-1-E;特別是沙三段,圈閉內的沙三段砂巖只要和高效輸導體系對接,即可大規模成藏,如JZ25-1-A井區的沙三段油藏,反之則不能成藏,如C、D、F井區。

圖6 錦州25-1油田高效輸導模式

2.4 揭示邊界大斷層及其派生的壓扭性斷層具有良好的油氣側封性

遼西1號大斷裂主要起側封作用。在傳統石油地質學概念中,控凹邊界斷層由于活動性強、切過地層多、繼承性好,是溝通淺層圈閉與深部烴源的主要通道。然而,遼西1號大斷裂雖然是控凹斷裂,但由于其在古近紀具有走滑壓扭特征,因此在油氣成藏中主要起側封作用,主要依據是:①遼西1號斷層下降盤依附于1號大斷裂的陡坡帶(A、E井區)油氣藏豐度大、烴柱高(可達300 m),圈閉面積充滿度達90%～100%,這說明遼西1號斷裂作為上傾方向的側封斷層具有良好的側封性能;②遼西1號斷裂東、西兩盤油藏的壓力系統差異大,西盤油藏為正常壓力系統,壓力系數在1.0～1.1之間,而東盤油藏壓力系數高達1.4～1.6,這說明遼西1號斷裂的良好側封性阻止了東西兩盤的壓力傳遞,使得兩盤壓力明顯不同。

錦州25-1構造壓扭性控圈小斷層也具有良好的側封性。該構造B井區西界斷層、C井區北界斷層、D井區北界斷層斷距都非常小,在0～15 m之間,而斷層兩側巖性都為厚層砂礫巖(單層厚度一般在20～60 m之間),如果按照常規的斷層界巖關系分析,這種斷層側封能力較差[3],尤其是對于輕質石油;但實鉆結果表明,B井區和C-D井區均有良好的油氣聚集,并且兩井區油水系統不同,說明這類斷層側封較好。分析其原因,主要是這3條斷層具壓扭性,而在壓扭應力的作用下,這類斷層即使砂巖與砂巖對接也會產生良好的封閉性[3-5]。

錦州25-1油田油質輕、產能高、儲量規模大(該油田三級地質儲量已超過1億m3油當量)、儲量豐度高,是截至目前渤海海域發現的最大的輕質油田,這一發現堅定了遼東灣勘探由遼中凹陷向遼西凹陷戰略轉移的信心,也堅定了在遼東灣發現大型輕質油田的信心。

[1] 陳發景,汪新文,陳昭年,等.伸展斷陷盆地分析[M].北京:地質出版社,2004.

[2] 徐長貴,許效松,丘東洲,等.遼東灣地區遼西凹陷中南部古近系構造格架與層序地層格架及古地理分析[J].古地理學報,2005,7(4):449-459.

[3] 陳永嶠,周新桂,于興河,等.斷層封閉性要素與封閉效應[J].石油勘探與開發,2003,30(6):38-40.

[4] 鄧運華.張-扭斷裂與油氣運移分析——以渤海油區為例[J].中國石油勘探,2004,31(02):33-37.

[5] 楊一鳴,周永炳.斷層封閉性分析[J].斷塊油氣田,2008,15(5):1-4.

Geological significance in discovering large Jinzhou 25-1 light oilfield in Liaoxi sag

Xu Changgui Zhou Xinhuai Deng Jinhui Wei Gang Lai Weicheng
(Bohai Oilfield Exploration and Development Research Institute,Tianjin Branch of CNOOC L td.,Tianjin,300452)

Jinzhou 25-1 is a recently-discovered large field w ith light oil,and so far it is the largest light oilfield in Bohai Sea and the first field w ith oil reserves over 109tons in Liaoxi sag.The main target interval in the oilfield is Paleogene Shahejie Formation and its trap type is comp lex faultblocks,with a perfect reservoir-seal combination.The reservoir is characterized by shallow buried dep th,great oil reserves,high abundance,low oil density and high tested deliverability.The discovery of Jinzhou 25-1 is impo rtant in geological significance.

light oilfield;Paleogene;geo logical significance;Jinzhou 25-1 oilfield;Liaoxi sag

徐長貴,男,高級地質師,畢業于中國地質大學(北京),獲博士學位,主要研究方向為石油地質與勘探,發表學術論文20余篇。地址:天津市塘沽區609信箱中海石油天津分公司研究院(郵編:300452)。E-mail:xuchg@cnooc.com.cn。

2009-03-19改回日期:2009-04-28

(編輯:張 敏 周雯雯)