辽西凹陷锦州25-1大型轻质油田发现的地质意义

徐长贵 周心怀 邓津辉 魏 刚 赖维成

(中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海油田勘探开发研究院)

辽西凹陷锦州25-1大型轻质油田发现的地质意义

徐长贵 周心怀 邓津辉 魏 刚 赖维成

(中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海油田勘探开发研究院)

锦州25-1油田是近期发现的大型轻质油田,也是截至目前渤海海域发现的最大的轻质油田和辽西凹陷首个亿吨级油田。该油田主要目的层段为古近系沙河街组,圈闭类型为复杂断块圈闭,具有良好的储盖组合;油藏具有埋深浅、储量大、丰度高、原油密度低、测试产能高等特点。锦州25-1油田的发现具有重要的地质意义。

轻质油田 古近系 地质意义 锦州25-1 辽西凹陷

锦州25-1油田位于渤海辽东湾海域辽西凹陷,处于辽西中洼和辽西北洼之间的反转构造带上,整体为具有背斜构造背景的复杂断块构造,其西南与锦州25-1S潜山油(气)田以鞍部相连,北东向辽西凹陷下倾(图1),该油田于2007年发现,2008年完成油田评价工作。锦州25-1油田从1985年钻探第一口探井到评价成功,经历了20多年的勘探过程,在新区发现整装的大型优质油气田带来的不仅仅是储量上的增长,更重要的是通过这一发现给勘探工作者留下了许多重要的启示和思考,锦州25-1油田的发现具有重要的地质意义。

图1 锦州25-1油田区域位置示意图

1 锦州25-1油田基本特征

1.1 构造特征

1.1.1 构造格局

锦州25-1油田位于辽西低凸起北部倾末端、辽西凹陷中北洼东侧。辽西1号断层从南向北穿越锦州25-1油田,控制了本区的总体构造格局和沉积格局,将油田区构造分为东西两盘。东盘主要为低凸起区,构造简单,主要为披覆背斜构造,沙河街组地层较薄,部分地区缺失沙三段和沙二段早期沉积;西盘从成因上可以划分为陡坡带、转换构造带以及反转背斜带(图2)。

图2 锦州25-1油田构造纲要图

陡坡带主要受辽西1号断层影响,发育一系列北东东走向呈雁行排列的派生断层,这些派生断层对局部圈闭的形成以及油气运移起着重要的作用;转换带位于油田南部,根据Mo rley(1990)关于转换带的划分方案[1],该转换带属同向叠覆型转换带,辽西1号断层南段在此断距逐渐减小直至断层消亡,辽西1号断层北段在此开始发育,向北断距逐渐增大,北段和南端之间发育一条北西—南东走向的横向调节断层,该转换带形成了多个鼻状构造,同时该转换带控制了水系的走向进而影响了沉积体系的展布;反转背斜带发育于油田西部,该反转带形成于沙河街组沉积末期,反转之前该带处于深洼,该区发育的沙河街组比周围凹陷内的沙河街组还要厚300～500 m;在沙河街组沉积之前,该区应该是沟谷发育的地方,这种古地貌条件造就了本区水系发育,砂体广布,储层发育。

1.1.2 圈闭特征

锦州25-1油田圈闭主要发育于沙河街组,构造主体位于辽西凹陷,夹持于辽西凹陷的北洼和中洼之间,依据成因可以分为4种:①发育于东盘的披覆背斜;②被断层复杂化的反转背斜,反转时期在沙河街组沉积末期;③依附于辽西1号断裂的陡坡带复杂断块构造;④转换带的鼻状构造。由此可见,锦州25-1油田实际上是受辽西1号断层影响形成的复杂圈闭群,圈闭群总体规模较大,西盘主体区圈闭面积累计可达60 km2。发育大规模圈闭是锦州25-1亿吨级油田形成的基础。

1.2 储层特征

1.2.1 沉积体系展布格局

锦州25-1油田主力油层段为沙三段和沙二段。在沙三段和沙二段沉积时期,该区受到三支水系的影响:一支来自于燕山褶皱带(古兴城水系),该水系从西向东注入辽西凹陷,是本区控制储层发育的主要水系,在沙二段沉积时期形成了面积巨大的辫状河三角洲沉积体系;一支来自于辽西低凸起中部剥蚀区,该水系由南向北穿过锦州25-1南油田通过转换带注入辽西凹陷;另外一支来自于东盘的辽西低凸起区,属于近物源沉积,该水系主要在沙三沉积时期形成小型扇三角洲沉积(图3)。

1.2.2 储层特征

锦州25-1油田沙三段储层主要为辽西低凸起近源扇三角洲前缘沉积,岩性主要为厚层灰色泥岩夹中厚层细砂岩、含砾中粗砂岩,分选中等—好,磨圆度次圆—次棱状,岩心观察可见重力垮塌与揉皱变形构造、小型槽状交错层理和砾石定向排列,储层物性较好,平均孔隙度为23%(分布范围9.8%～34.8%),平均渗透率为382.3 mD,为中孔中渗储层。

锦州25-1油田沙二段储层主要为辫状河三角洲前缘沉积,岩性主要为厚层细砂岩、中—粗砂岩,局部含砾夹薄层灰绿—灰褐色泥岩,砂岩发育非常集中,砂岩含量很高(在70%以上),常见代表强水流的块状层理、槽状交错层理、波状交错层理等。储层物性好,孔隙度平均值在25%左右,渗透率平均值为267 mD,具有中孔中渗特征。

图3 锦州25-1油田主力含油层段沉积体系展布

沙三段厚层砂岩夹于大套灰色泥岩中,沙二段储层上覆为沙一段和东营组厚层泥岩,泥岩累计厚达800～900 m,这种岩性组合构成了锦州25-1油田良好的储盖组合。

1.3 油气藏特征

(1)油藏埋深浅,含油井段集中,油气层厚度大

锦州25-1油田含油层系发育于沙二段和沙三段,油气藏埋深1600～2338 m,均为构造油气藏,油气层集中发育在80～160 m的井段内,单井揭示油气层厚度20.7～80.0 m,平均50.2 m。

(2)油水系统简单,常温常压,油藏模式清晰

锦州25-1油田油藏主要为层状或块状油藏,每个断块均为独立的油水系统,不同断块油水系统均不相同(图4);主力区块属于常温常压油藏系统,压力系数1.01,压力梯度为1.03 M Pa/100 m,温度梯度为3.3℃/100 m,属正常压力和温度系统。

图4 锦州25-1油田油藏模式图(油藏剖面位置见图2)

(3)油品性质好、测试产能高,是常规轻质原油

锦州25-1油田南区沙二段原油为轻质原油,具有密度低、粘度低、含硫量低、胶质沥青质含量少—中等、含蜡量中等的特点:原油密度(20℃)为0.840～0.854 g/cm3,原油粘度为 0.94～1.56 m Pa·s,含硫量为 0.08%～0.19%,含蜡量为 12.69%～16.58%,胶质沥青质为1.05%～5.04%,凝固点为18～23℃。沙二段凝析油密度、粘度、胶质沥青质含量、凝固点、含蜡量及含硫量均较低。沙二段主力区块测试日产油120～1018 m3。部分井区沙二段揭示带凝析气顶的油藏,天然气甲烷含量高达82.39%～86.64%,C2H6—C6H14含量为 12.24%～16.56%,CO2含量仅为0.29%～0.30%,天然气密度为0.672～0.711 g/cm3。

沙三段原油为中—轻质原油,具有密度低、粘度低、含硫量低、胶质沥青质含量少—中等、含蜡量中等的特点:地面原油密度(20℃)为 0.860～0.876 g/cm3,含硫量为0.11%～0.14%,含蜡量为4.84%～16.65%,胶质沥青质为1.11%～6.06%,凝固点为18～22℃。沙三段主力区块测试日产油在470 m3以上。

(4)储量规模大,储量丰度高

锦州25-1油田地质储量油当量达1.3×108m3,是目前渤海最大的轻质油田,是首次在辽西凹陷发现的油气当量超过亿吨的优质油田。锦州25-1油田油藏高度大(160～280 m)、丰度高(394.2×104～910.2×104m3/km2)、圈闭充满度高(70%～100%)。

2 锦州25-1油田发现的地质意义

2.1 证实辽西凹陷不仅是富生烃凹陷而且是潜在富烃凹陷

对辽西凹陷资源潜力的评价一直颇具争议,以往多次资源评价结果都显示其资源规模小,属于勘探潜力较差的凹陷。特别是上世纪80年代以来在辽西凹陷绥中30-3构造先后钻探了2口井没有见到任何显示,而该构造是依附于辽西凹陷东界大断裂的很好的滚动背斜构造,钻探也证实该构造主要目的层段储层非常发育,物性非常好,但在这么好的成藏条件下该构造却没有获得发现,这使人们对辽西凹陷的生烃潜力产生了怀疑。

锦州25-1油田的发现证实,古近系沙河街组三段为辽西凹陷的主要生烃层系。凹陷中各次洼烃源岩生烃指标虽然存在一定的差异,但整体均为好烃源岩,生烃潜力较大,其中北次洼 TOC普遍大于2%(JZ25-1-A井沙三段揭示的泥岩 TOC高达5%),产油气潜量(S1+S2)普遍大于 10 mg/g(JZ25-1-A井沙三段揭示的泥岩 S1+S2高达40 mg/g),为好—很好烃源岩。以上说明辽西凹陷具有很好的烃源岩,而辽西凹陷目前发现的油气已达到4.3×108m3油当量,远远超过了以往资源评价结果资源量的上限值(3.3×108t),说明以前的资源评价结果偏于保守。而先期钻探的绥中30-3构造没有任何油气显示,其主要原因是该构造所处的位置存在油气屏蔽作用从而导致勘探失利,并不是辽西凹陷生烃能力有问题。因此,辽西凹陷不仅仅是富生烃凹陷,而且是潜在的富烃凹陷。

2.2 表明动态物源分析理念是突破找砂禁区的新思路

储集砂体是渤海湾盆地古近系成藏的关键要素。物源是储集砂体存在的物质基础,无物源则无储层,因此物源研究至关重要。传统静态物源的认识不能完全反映不同时期物源的变化情况,特别是对盆内低凸起的物源状况不能很好的反映。

传统的物源分析是将研究层段顶的剥蚀范围作为物源区,这种认识其实是整套沉积结束之后静态的物源区范围。此方法对于大物源的剥蚀区具有很好的指示作用,但对于盆内凸起相对较小的物源区则不能很好的反映,其结果造成盆内低凸起区由于远离大物源剥蚀区而常被认为是湖相的无砂沉积区,从而也使此地成为找砂的“禁区”。

锦州25-1构造区远离辽西大物源区,以往认为沙三段时期该构造及其周边位于扇三角洲前端的深湖相区[2],而东部凸起虽有剥蚀区但又太小,不能提供物源形成较大规模的砂体,因此本区特别是本区陡坡带A井区应该不存在储层。

本次研究采用动态物源分析的理念,认为任何一个物源区被新的沉积物覆盖都不是突变的,而是经历了漫长的地质历史时期。物源区的大小也不是固定不变的,物源区范围大小受基准面旋回控制,基准面变化影响物源区的扩大和收缩。现今所看到的物源区的范围,是地质历史某一个特定时期的物源范围,并不能完全反映地质历史时期物源区的整个动态变化过程;即便是在同一个层序内,不同的体系域沉积时期,其物源区的大小也是不同的。在低水位期,湖平面降低,沉积范围退缩,物源区扩大;在高水位期,由于沉积范围扩大,局部小物源的作用减弱或消失(图5)。因此,JZ25-1-A井区上升盘凸起上虽有沙三段沉积,但通过仔细研究发现,辽西1号断裂西侧沙三段沉积厚度远大于东侧,说明沙三早期低凸起高部位及东侧大部分都是剥蚀区。从宏观地震相看,断层主体根部的楔形体、断层北部调节带的楔型前积、断层南部调节带的近叠瓦前积的存在都表明了辽西低凸起近物源的存在。由此突破静态思维,提出了动态物源的新思路,即物源区的大小随层序的发育也是动态变化的,剥蚀区的大小是随着沉积作用的进行而变化着的。对于像辽西低凸起这样的盆内凸起,上述认识有着非常重要的意义,其层序发育早期可作为物源区为周围沉积体提供物质基础。就锦州25-1而言,沙三段的剥蚀区是随着沉积作用的进行而逐渐变小的,沙三段顶所示剥蚀区相当于最小剥蚀区,结合层序地层分析可以做出本区沙三段的最大剥蚀区(图3上),从最大剥蚀区的分布可以看出,这个时期辽西低凸起呈多个孤岛地貌,能为周边提供较大的沉积物源。在此新地质模式指导下,综合层序分析、古地貌、宏观地震相、地震属性对沙三不同时期的沉积相进行仔细分析,得出了合理的沉积相分布图(图3上)。钻探证实了这种储层预测结果。

图5 动态物源存在的机理:基准面变化与物源范围变化的关系

这给了我们在基于传统理念认为的贫砂区寻找优质储层的重要启示:不能以静态的观点来寻找物源区,物源区是动态变化的,后期被覆盖的低凸起区在沉积的早期有可能是物源区;这样就“解放”了凹陷中许多远离大物源区的继承性凹中隆,这些凹中隆在沉积早期都可能成为物源区并在周边形成一定规模的沉积砂体,而不是“找砂禁区”。储层禁区的突破意味着有利勘探区的拓展。

2.3 揭示高效输导体系是本区油气富集的关键

锦州25-1构造区本身的烃源岩所提供的油源不足以形成大规模的油气聚集,锦州25-1油田油气主要来自辽西深洼的烃源岩。断裂与砂体的时空耦合是锦州25-1油田的高效输导体系。深部流体通过张性断层垂向运移到沙二段高渗透砂岩中,由于沙二段高渗透砂岩上覆为巨厚较纯泥岩,突破压力大,油气会沿运移阻力更小的沙二段高渗透砂岩横向集中并快速、高效运移,沙二段区域广布的优质砂岩与发育的张性断裂体系耦合构成了锦州25-1油气成藏的高效输导体系(图6)。

勘探实践证实,锦州25-1油田具备了这种输导模式的断块,沙二段圈闭充满度都很高,如JZ25-1-A、B、C、D井区,而不具备这种输导模式的断块圈闭充满度很低甚至不成藏,如JZ25-1-E;特别是沙三段,圈闭内的沙三段砂岩只要和高效输导体系对接,即可大规模成藏,如JZ25-1-A井区的沙三段油藏,反之则不能成藏,如C、D、F井区。

图6 锦州25-1油田高效输导模式

2.4 揭示边界大断层及其派生的压扭性断层具有良好的油气侧封性

辽西1号大断裂主要起侧封作用。在传统石油地质学概念中,控凹边界断层由于活动性强、切过地层多、继承性好,是沟通浅层圈闭与深部烃源的主要通道。然而,辽西1号大断裂虽然是控凹断裂,但由于其在古近纪具有走滑压扭特征,因此在油气成藏中主要起侧封作用,主要依据是:①辽西1号断层下降盘依附于1号大断裂的陡坡带(A、E井区)油气藏丰度大、烃柱高(可达300 m),圈闭面积充满度达90%～100%,这说明辽西1号断裂作为上倾方向的侧封断层具有良好的侧封性能;②辽西1号断裂东、西两盘油藏的压力系统差异大,西盘油藏为正常压力系统,压力系数在1.0～1.1之间,而东盘油藏压力系数高达1.4～1.6,这说明辽西1号断裂的良好侧封性阻止了东西两盘的压力传递,使得两盘压力明显不同。

锦州25-1构造压扭性控圈小断层也具有良好的侧封性。该构造B井区西界断层、C井区北界断层、D井区北界断层断距都非常小,在0～15 m之间,而断层两侧岩性都为厚层砂砾岩(单层厚度一般在20～60 m之间),如果按照常规的断层界岩关系分析,这种断层侧封能力较差[3],尤其是对于轻质石油;但实钻结果表明,B井区和C-D井区均有良好的油气聚集,并且两井区油水系统不同,说明这类断层侧封较好。分析其原因,主要是这3条断层具压扭性,而在压扭应力的作用下,这类断层即使砂岩与砂岩对接也会产生良好的封闭性[3-5]。

锦州25-1油田油质轻、产能高、储量规模大(该油田三级地质储量已超过1亿m3油当量)、储量丰度高,是截至目前渤海海域发现的最大的轻质油田,这一发现坚定了辽东湾勘探由辽中凹陷向辽西凹陷战略转移的信心,也坚定了在辽东湾发现大型轻质油田的信心。

[1] 陈发景,汪新文,陈昭年,等.伸展断陷盆地分析[M].北京:地质出版社,2004.

[2] 徐长贵,许效松,丘东洲,等.辽东湾地区辽西凹陷中南部古近系构造格架与层序地层格架及古地理分析[J].古地理学报,2005,7(4):449-459.

[3] 陈永峤,周新桂,于兴河,等.断层封闭性要素与封闭效应[J].石油勘探与开发,2003,30(6):38-40.

[4] 邓运华.张-扭断裂与油气运移分析——以渤海油区为例[J].中国石油勘探,2004,31(02):33-37.

[5] 杨一鸣,周永炳.断层封闭性分析[J].断块油气田,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

徐长贵,男,高级地质师,毕业于中国地质大学(北京),获博士学位,主要研究方向为石油地质与勘探,发表学术论文20余篇。地址:天津市塘沽区609信箱中海石油天津分公司研究院(邮编:300452)。E-mail:xuchg@cnooc.com.cn。

2009-03-19改回日期:2009-04-28

(编辑:张 敏 周雯雯)