莱州湾凹陷垦利10-1亿吨级油田发现的意义＊

杨 波 牛成民 孙和风 王 亮 王改卫

(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)

莱州湾凹陷位于渤海南部海域,面积约为1780 km2,是在中生界基底之上发育的新生代凹陷[1],郯庐断裂从该凹陷东部和西部通过。垦利10-1油田位于莱州湾凹陷北洼的北部陡坡带,依附于长期继承性活动的莱北一号大断层发育,由上升盘的披覆半背斜和下降盘的断裂半背斜组成(图1)。该油田于2008年发现,2010年7月基本完成油田评价工作。

图1 垦利10-1油田构造位置图

莱州湾地区油气勘探活动虽然经历了30多年的历程,但至今仍属于低勘探程度区。上世纪70年代末“定隆探潜”摸索阶段,在莱州湾凹陷北侧的莱北低凸起上钻探了2口井,于馆陶组发现低产油层,钻后分析认为部分油源来自莱州湾凹陷北洼,从而揭示了莱州湾凹陷的勘探潜力;上世纪80年代至90年代,在莱州湾凹陷中央构造带上又钻探了2口井,有油气层发现,商业价值小,但证实了沙四上亚段和沙三中亚段为该凹陷主要烃源岩,形成了对该地区烃源岩的初步认识;进入21世纪,在2003年至2005年又陆续在莱北低凸起和中央构造带钻探了4口井,均未取得好的商业性发现。2005年之后,在区域勘探、整体部署的勘探思路指导下,通过加大勘探力度,在对莱州湾凹陷勘探潜力认识日趋成熟的基础上,再上垦利10-1构造,发现了垦利10-1整装大油田,实现了莱州湾凹陷油气勘探30年来的重大突破,目前垦利10-1油田三级地质储量已达到1亿多吨油当量。在渤海海域新区发现垦利10-1亿吨级整装油田,带来的不仅是储量的增长和勘探领域的扩大,更重要的是给勘探工作者带来了许多重要的启示和思考,对于推动莱州湾凹陷及我国海上其他类似低勘探程度凹陷的油气勘探具有重要意义。

1 垦利10-1油田基本特征

1.1 构造特征

垦利10-1油田紧邻莱州湾凹陷北洼,长期继承性活动的莱北一号大断层从东向西穿越该油田,控制了本区的总体构造格局和沉积格局,并将油田区构造分为南北两盘。其中,北盘为低凸起区,构造简单,主要为披覆半背斜,沙河街组地层较薄,且缺失沙三上亚段和沙二段早期沉积物;南盘为陡坡带,深部具有早期基底隆起背景,整体为断裂半背斜。受莱北一号断层影响,南盘陡坡区发育的一系列北东、北西走向呈雁行排列的派生断层使构造复杂化,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(图2、3)。由此可见,垦利10-1油田实际上是受莱北一号断层影响形成的复杂圈闭群,圈闭总体规模大,南盘主体区沙河街组圈闭面积达40 km2(图2)。发育大规模圈闭是垦利10-1亿吨级油田形成的基础。

1.2 储层特征

1.2.1 沉积体系展布

垦利10-1油田第一套主力油层段为莱北一号大断层下降盘陡坡带沙三段。在沙三下亚段沉积时期,莱北低凸起区处于剥蚀区,下降盘陡坡带接受来自低凸起区的近源沉积,形成小型近岸水下扇沉积,扇体展布范围非常局限。在沙三中亚段沉积时期,湖平面逐渐漫过莱北低凸起,莱北低凸起开始接受沉积,不具备提供物源的条件;研究表明,此时期主物源是来自西面垦东凸起方向的古水系——古黄河水系,古黄河水系从西向东注入莱州湾凹陷北洼,在沙三中亚段沉积时期形成了面积巨大的多期辫状河三角洲沉积体系,沉积体系展布总体上经历了由西南向东北迁移的过程(图4)。在沙三上亚段沉积时期,来自西部古黄河水系的物源依旧能在北洼形成大型辫状河三角洲沉积,但由于构造区与物源区之间沟梁分隔作用趋于明显,沉积体无法达到垦利10-1构造区;与此同时,莱北低凸起区又出露于湖平面之上,沙三中亚段时期已沉积的辫状河三角洲遭受剥蚀,在下降盘陡坡带形成了较大型的扇三角洲沉积,主要富砂带受控于下降盘的各类沟道(图4)。

图4 垦利10-1构造沙三段沉积体系分布图

明下段是垦利10-1油田第二套主力油层段。近些年来勘探研究发现,渤中凹陷中南部、黄河口凹陷及周边是渤海湾新近系沉积、沉降中心,存在较大规模的湖相沉积,湖相沉积内发育大型浅水三角洲,三角洲砂体和湖相泥岩构成了良好的储盖组合,这是在新近系形成如蓬莱19-3等亿吨级油田的基础。统计显示,莱州湾地区明下段钻井揭示的砂岩百分含量明显偏低,为15%～28%,这比周边河流相发育区砂岩百分含量低很多,说明本地区应存在湖相沉积。进一步结合古生物、泥岩、测井响应等特征,确定本地区存在滨浅湖相沉积,这决定了本地区具有浅水三角洲沉积发育的特点。在高精度等时地层格架下,可将垦利10-1构造区明下段划分为1个长期旋回和6个中期旋回,其沉积体系是由早期枝状浅水三角洲演变为晚期朵叶状浅水三角洲。

1.2.2 储层特征

垦利10-1油田沙三段储层类型主要为辫状河三角洲前缘沉积,岩性主要为粉细砂岩、细砂岩、中砂岩、中粗砂岩,砂岩发育相对集中,砂岩含量中等,砂地比平均值为28%,砂岩中常见代表强水流的楔形交错层理、波状交错层理等;储层物性好,岩心实测孔隙度分布范围 10.0%～31.0%,平均值为22.6%,岩心实测渗透率在1.1～913.8 mD之间,平均值为106.9 mD,具有中孔中渗的特征(图5);沙三段沉积时期湖相泥岩发育,泥岩单层厚度平均值在7 m左右,与辫状河三角洲前缘砂岩构成了良好的储盖组合。

图5 垦利10-1油田储层实测孔隙度与渗透率关系图

垦利10-1油田明下段储层类型主要为浅水三角洲前缘沉积,岩性主要为细砂岩、中砂岩、含砾细砂岩、含砾中砂岩,砂岩含量较低,砂地比平均值为23%;储层物性很好,岩心实测孔隙度平均值在35%左右,岩心实测渗透率平均值在4849 mD左右,具有高孔高渗的特征(图5);明下段沉积时期滨浅湖相泥岩发育,泥岩单层厚度平均值在12 m左右,与浅水三角洲前缘砂岩构成了良好的储盖组合。

1.3 油藏特征

1.3.1 油藏类型多样

垦利10-1油田主力含油层系发育于古近系沙三段和新近系明下段,其中沙三段为构造油藏,明下段为岩性-构造油藏(图6)。沙三段油藏主要受构造和断层控制,沙三中亚段油藏储层向东变差,岩性影响因素逐渐增强。由于构造条件差异,明下段油藏类型多样,其中下降盘花状构造花瓣部和上升盘主要是岩性油藏和构造-岩性油藏,下降盘花状构造花心部以岩性-构造油气藏为主。

图6 垦利10-1油田油藏剖面图

1.3.2 油藏埋深中—浅,含油井段分布集中,油层厚度大

垦利10-1油田主力含油层系沙三段和明下段油藏埋深分别为2314～2787 m和1240～1490 m,单井揭示油层厚度在14.7～106.8 m之间,平均值为51.6 m。该油田油藏高度大、储量丰度高(达456×104m3/km2)、圈闭充满度高 (达 70%～100%),储量总体规模超过1亿吨油当量。

1.3.3 油水系统独立,属于正常温压系统

垦利10-1油田沙三段油藏为4个断块,明下段油藏为岩性体或棋盘式断块,深、浅层油藏每个断块均为独立的油水系统(图6);主力区块地层压力系数为1.01,压力梯度为0.986 M Pa/100 m,温度梯度为3.6℃/100 m,属于正常压力和温度系统。

1.3.4 原油性质较好,测试产能中等—高

垦利10-1油田沙三段油藏原油为中—轻质原油,具有密度低、粘度低、含硫量低、胶质沥青质含量中等、含蜡量较高等特点,地层原油密度0.690～0.740g/cm3,原油粘度 1.21～2.31 m Pa ·s,含硫量0.18%～0.23%,凝固点29～37℃。沙三段油藏主力区块测试日产油量70～293 m3,产能中等—高。

垦利10-1油田明下段油藏原油为普通重质原油,具有密度高、粘度高、含硫量低—中等、胶质沥青质含量中等、含蜡量低的特点,地层原油密度为0.892～0.912 g/cm3,原油粘度为 57.2～855.8 m Pa·s,含硫量 0.44%～0.62%,凝固点 -35～-8℃。明下段油藏主力区块测试日产油量为57.6 m3,测试产能中等。

2 垦利10-1油田发现的意义

2.1 进一步证实了莱州湾凹陷是一个小而肥的富烃凹陷

莱州湾凹陷北洼古近系沉积厚度大于4500 m,早期钻井揭示沙三段和沙四段具有良好的生烃能力,但是对其资源潜力有不同认识,主要原因是在垦利10-1油田发现之前钻探的构造油气层厚度小,且油气充注程度低,有些储盖组合好的地层中也未能成藏。

垦利10-1构造钻井揭示莱州湾凹陷北洼发育沙四段、沙三段、沙一二段和东下段等4套烃源岩,其中沙四段、沙三中亚段是本区的主力烃源岩。沙四段主要发育好—很好的烃源岩,有机质类型主要为Ⅱ1型,有机质丰度高,TOC为1.14%～2.50%,S1+S2为6.39～12.88 mg/g;沙三中亚段同样发育好—很好的烃源岩,有机质类型主要为Ⅱ1型,部分为Ⅱ2型,有机质丰度高,TOC为2.20%～3.16%,S1+S2为12.00～19.18 mg/g(表1)。研究表明,莱州湾凹陷北洼烃源岩的成熟门限(Ro＞0.5%)在2700 m左右,有效烃源岩的成熟门限(R o＞0.7%)在3300 m左右,洼陷深处的烃源岩都已达到成熟门限。埋藏史分析及油源对比结果表明,莱州湾凹陷北洼存在2次大量生排烃期,第1次排烃期为东营组沉积时期,第2次排烃期为馆陶期至今(图7),这为垦利10-1构造形成多层系、复式聚集的亿吨级油田提供了良好的物质基础。

表1 莱州湾凹陷烃源岩有机质丰度统计结果

图7 KL10-1-A井烃源岩埋藏史、热史图

烃源岩是油气成藏的基础,构造沉降引起的可容空间和湖平面的变化控制了烃源岩的发育层系和分布。渤海湾盆地自中生代末开始裂陷,经历了古新世—始新世裂谷断陷期、渐新世拗陷期、中新世热沉降期和上新世以来的构造再活动期,整个盆地自周围的山区和隆起向海域的渤中坳陷呈向心式演化,烃源岩层位从渤海周边凹陷向渤中凹陷逐渐变新[1]。例如,在莱州湾凹陷南部的潍北凹陷,古新世是其主要断陷活动期,发育的烃源岩以孔二段为主;而在莱州湾凹陷,古新世—始新世是其主要断陷活动期[1],主要发育沙四段和沙三中亚段2套主力烃源岩。因此,与莱州湾凹陷相类似,处于盆地边缘的秦南凹陷和庙西南凹陷的沙四段(甚至包括孔店组)都是值得关注的潜在烃源层段。

2.2 拓展了渤南地区浅层新近系明下段岩性油气藏勘探领域

垦利10-1构造区构造-岩性油气藏广泛发育,明下段油藏具有构造与岩性双重控制的特征(图8)。例如,钻在垦利10-1构造圈闭之外的 KL10-1-A、B、D井在明下段分别获得油层4.1、29.4和20.5 m,说明该构造明下段油藏具有岩性油气藏的特点;而钻在垦利10-1构造圈闭之内的 KL 10-1-C井(位于浅层花状构造的花瓣部位)在明下段获得油层40.8 m,较钻在构造圈闭之外的3口井显著增厚、增多,说明该构造明下段油藏又具有构造油气藏的特点。

图8 垦利10-1油田明下段最小振幅图(时窗 T0-104～-146 ms)

垦利10-1油田明下段构造-岩性油藏的发现,拓展了渤南地区浅层新近系明下段岩性油气藏勘探领域,再次证实了黄河口凹陷东南部、莱北低凸起、莱州湾凹陷北部等广大区域都是岩性油气藏勘探的有利领域[2],特别是莱北低凸起目前还没有发现大中型油气田,下一阶段的勘探思路应以寻找岩性油气藏为主。

2.3 扩大了莱州湾凹陷的油气勘探范围

垦利10-1油田位于莱州湾凹陷北洼北部陡坡带,北洼南部的缓坡带(即中央构造带)是受莱州湾凹陷早期南北向伸展作用控制而形成的近东西向构造带(图 1),上世纪 80年代在该构造带钻探了KL 10-2-A井,该井主要显示层段集中在明下段下部、馆陶组上部及沙三中亚段,但测井仅解释少量油层,从而使勘探陷入停顿。2004年,在垦利10-2构造西南部钻探了 KL10-3-A井,也只是在沙河街组见到微弱的油气显示。这2口井的钻探失利,使勘探工作者们对中央构造带的勘探潜力产生了疑惑。

垦利10-1油田的发现,证实了莱州湾凹陷北洼古近系发育厚层超压烃源岩,超压烃源岩向低势区运移,与北洼相邻的缓坡中央构造带是其主要运移方向,处在长期油气运移方向上且具有良好储集相带和构造条件的中央构造带仍然具有广阔的勘探前景。

2.4 再次证实了凹陷中继承性陡坡带具有形成大型复式油气藏的优势条件

大型的圈闭、充足的烃源、优质的储集体系与良好的储盖组合、断层与砂体复合输导体系、超压-构造联合作用提供的油气成藏动力等造就了垦利10-1构造区油气富集。

古近系沙三段广泛分布的优质砂岩与长期继承性活动的张性断裂体系的耦合,构成了垦利10-1油田的高效输导体系,即深部流体通过切入有效烃源岩的张性断层垂向运移到沙三段高渗透砂岩中,再沿沙三段高渗透砂岩向处于低势区的圈闭内横向集中、高效运移。勘探实践证实,垦利10-1油田沙三段圈闭充满度都较高,如 KL 10-1-A、B、C、D井区圈闭充满度都在70%以上,平均储量丰度在290×104m3/km2以上 ,最高可达 400×104m3/km2。

构造活动和超压的联合作用是垦利10-1油田高效成藏的主要动力。垦利10-1构造依附于莱北一号边界大断层发育,该断层控制了莱州湾凹陷的发育和发展,其长期继承性活动对油气输导起到了主导作用。受莱北一号大断层长期活动与区域构造运动的影响,构造区派生断裂发育,不同级别断层达70余条,主要为北东、北西走向呈雁行排列的2组断层,其中北东向断层多数持续活动至新近纪,对成藏主要起输导作用,而北西向断层多数为晚期发育,使构造更为复杂化,并对浅层油气输导起到再分配作用(图6)。研究表明,垦利10-1构造区除了莱北一号边界大断层长期继承性活动之外,其他断层最为活动的时期是在东营组沉积末期和明化镇组沉积时期及以后,该构造活动期与成藏时期一致,断裂活动特征直接控制了烃源灶排烃、油气聚集的特征[3-5]。

莱州湾凹陷北洼沙河街组烃源岩具有超压特征,超压发育的主要因素是快速沉积及生烃作用。钻井揭示,莱州湾凹陷北洼沙三中亚段及其以下地层压力系数基本在1.27～1.37之间,属于中等超压的范畴,在断裂活动的作用下可以降低超压烃源的破裂门槛[3-5],从而导致烃源灶快速高效排烃,这为油气高效运移提供了充足的动力[3-4]。垦利10-1油田就位于莱州湾凹陷北洼超压体系向常压体系的过渡带,是在超压和构造活动联合控制作用下成藏的。

3 结论

(1)垦利10-1油田主要含油层段为古近系沙三段和新近系明下段,其中沙三段为构造油藏,明下段为构造-岩性复合油藏,具有埋藏浅、储量大、丰度高、原油物性好、测试产能高的特点,是一个亿吨级的大型优质油田。

(2)垦利10-1亿吨级油田的勘探发现,进一步证实了莱州湾凹陷是一个小而肥的富烃凹陷,拓展了渤南地区浅层新近系明下段岩性油气藏的勘探领域,扩大了莱州湾凹陷油气勘探范围,再次证实了凹陷中继承性陡坡带具有形成大型复式油气藏的优势条件,对于推动莱州湾凹陷及我国海上其他类似低勘探程度凹陷的油气勘探具有重要意义。

[1] 蔡东升,罗毓晖,姚长华.渤海莱州湾走滑拉分凹陷的构造研究及其石油勘探意义[J].石油学报,2001,22(2):19-25.

[2] 孙和风,周心怀,彭文绪.黄河口凹陷新近系浅水三角洲岩性油气藏成藏模式[J].大庆石油学院学报,2010,34(2):25-29,51.

[3] 郝芳,邹华耀,方勇,等.断-压双控流体流动与油气幕式快速成藏[J].石油学报,2004,25(6):38-47.

[4] 郝芳,蔡东升,邹华耀,等.渤中坳陷超压-构造活动联控型流体流动与油气快速成藏[J].地球科学——中国地质大学学报,2004,29(5):518-524.

[5] 郝芳,邹华耀,杨旭升,等.油气幕式成藏及其驱动机制和识别标志[J].地质科学,2003,38(3):413-424.