萊州灣凹陷墾利10-1億噸級油田發(fā)現(xiàn)的意義＊

楊 波 牛成民 孫和風(fēng) 王 亮 王改衛(wèi)

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海油田勘探開發(fā)研究院)

萊州灣凹陷位于渤海南部海域,面積約為1780 km2,是在中生界基底之上發(fā)育的新生代凹陷[1],郯廬斷裂從該凹陷東部和西部通過。墾利10-1油田位于萊州灣凹陷北洼的北部陡坡帶,依附于長期繼承性活動的萊北一號大斷層發(fā)育,由上升盤的披覆半背斜和下降盤的斷裂半背斜組成(圖1)。該油田于2008年發(fā)現(xiàn),2010年7月基本完成油田評價工作。

圖1 墾利10-1油田構(gòu)造位置圖

萊州灣地區(qū)油氣勘探活動雖然經(jīng)歷了30多年的歷程,但至今仍屬于低勘探程度區(qū)。上世紀(jì)70年代末“定隆探潛”摸索階段,在萊州灣凹陷北側(cè)的萊北低凸起上鉆探了2口井,于館陶組發(fā)現(xiàn)低產(chǎn)油層,鉆后分析認(rèn)為部分油源來自萊州灣凹陷北洼,從而揭示了萊州灣凹陷的勘探潛力;上世紀(jì)80年代至90年代,在萊州灣凹陷中央構(gòu)造帶上又鉆探了2口井,有油氣層發(fā)現(xiàn),商業(yè)價值小,但證實了沙四上亞段和沙三中亞段為該凹陷主要烴源巖,形成了對該地區(qū)烴源巖的初步認(rèn)識;進入21世紀(jì),在2003年至2005年又陸續(xù)在萊北低凸起和中央構(gòu)造帶鉆探了4口井,均未取得好的商業(yè)性發(fā)現(xiàn)。2005年之后,在區(qū)域勘探、整體部署的勘探思路指導(dǎo)下,通過加大勘探力度,在對萊州灣凹陷勘探潛力認(rèn)識日趨成熟的基礎(chǔ)上,再上墾利10-1構(gòu)造,發(fā)現(xiàn)了墾利10-1整裝大油田,實現(xiàn)了萊州灣凹陷油氣勘探30年來的重大突破,目前墾利10-1油田三級地質(zhì)儲量已達到1億多噸油當(dāng)量。在渤海海域新區(qū)發(fā)現(xiàn)墾利10-1億噸級整裝油田,帶來的不僅是儲量的增長和勘探領(lǐng)域的擴大,更重要的是給勘探工作者帶來了許多重要的啟示和思考,對于推動萊州灣凹陷及我國海上其他類似低勘探程度凹陷的油氣勘探具有重要意義。

1 墾利10-1油田基本特征

1.1 構(gòu)造特征

墾利10-1油田緊鄰萊州灣凹陷北洼,長期繼承性活動的萊北一號大斷層從東向西穿越該油田,控制了本區(qū)的總體構(gòu)造格局和沉積格局,并將油田區(qū)構(gòu)造分為南北兩盤。其中,北盤為低凸起區(qū),構(gòu)造簡單,主要為披覆半背斜,沙河街組地層較薄,且缺失沙三上亞段和沙二段早期沉積物;南盤為陡坡帶,深部具有早期基底隆起背景,整體為斷裂半背斜。受萊北一號斷層影響,南盤陡坡區(qū)發(fā)育的一系列北東、北西走向呈雁行排列的派生斷層使構(gòu)造復(fù)雜化,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(圖2、3)。由此可見,墾利10-1油田實際上是受萊北一號斷層影響形成的復(fù)雜圈閉群,圈閉總體規(guī)模大,南盤主體區(qū)沙河街組圈閉面積達40 km2(圖2)。發(fā)育大規(guī)模圈閉是墾利10-1億噸級油田形成的基礎(chǔ)。

1.2 儲層特征

1.2.1 沉積體系展布

墾利10-1油田第一套主力油層段為萊北一號大斷層下降盤陡坡帶沙三段。在沙三下亞段沉積時期,萊北低凸起區(qū)處于剝蝕區(qū),下降盤陡坡帶接受來自低凸起區(qū)的近源沉積,形成小型近岸水下扇沉積,扇體展布范圍非常局限。在沙三中亞段沉積時期,湖平面逐漸漫過萊北低凸起,萊北低凸起開始接受沉積,不具備提供物源的條件;研究表明,此時期主物源是來自西面墾東凸起方向的古水系——古黃河水系,古黃河水系從西向東注入萊州灣凹陷北洼,在沙三中亞段沉積時期形成了面積巨大的多期辮狀河三角洲沉積體系,沉積體系展布總體上經(jīng)歷了由西南向東北遷移的過程(圖4)。在沙三上亞段沉積時期,來自西部古黃河水系的物源依舊能在北洼形成大型辮狀河三角洲沉積,但由于構(gòu)造區(qū)與物源區(qū)之間溝梁分隔作用趨于明顯,沉積體無法達到墾利10-1構(gòu)造區(qū);與此同時,萊北低凸起區(qū)又出露于湖平面之上,沙三中亞段時期已沉積的辮狀河三角洲遭受剝蝕,在下降盤陡坡帶形成了較大型的扇三角洲沉積,主要富砂帶受控于下降盤的各類溝道(圖4)。

圖4 墾利10-1構(gòu)造沙三段沉積體系分布圖

明下段是墾利10-1油田第二套主力油層段。近些年來勘探研究發(fā)現(xiàn),渤中凹陷中南部、黃河口凹陷及周邊是渤海灣新近系沉積、沉降中心,存在較大規(guī)模的湖相沉積,湖相沉積內(nèi)發(fā)育大型淺水三角洲,三角洲砂體和湖相泥巖構(gòu)成了良好的儲蓋組合,這是在新近系形成如蓬萊19-3等億噸級油田的基礎(chǔ)。統(tǒng)計顯示,萊州灣地區(qū)明下段鉆井揭示的砂巖百分含量明顯偏低,為15%～28%,這比周邊河流相發(fā)育區(qū)砂巖百分含量低很多,說明本地區(qū)應(yīng)存在湖相沉積。進一步結(jié)合古生物、泥巖、測井響應(yīng)等特征,確定本地區(qū)存在濱淺湖相沉積,這決定了本地區(qū)具有淺水三角洲沉積發(fā)育的特點。在高精度等時地層格架下,可將墾利10-1構(gòu)造區(qū)明下段劃分為1個長期旋回和6個中期旋回,其沉積體系是由早期枝狀淺水三角洲演變?yōu)橥砥诙淙~狀淺水三角洲。

1.2.2 儲層特征

墾利10-1油田沙三段儲層類型主要為辮狀河三角洲前緣沉積,巖性主要為粉細(xì)砂巖、細(xì)砂巖、中砂巖、中粗砂巖,砂巖發(fā)育相對集中,砂巖含量中等,砂地比平均值為28%,砂巖中常見代表強水流的楔形交錯層理、波狀交錯層理等;儲層物性好,巖心實測孔隙度分布范圍 10.0%～31.0%,平均值為22.6%,巖心實測滲透率在1.1～913.8 mD之間,平均值為106.9 mD,具有中孔中滲的特征(圖5);沙三段沉積時期湖相泥巖發(fā)育,泥巖單層厚度平均值在7 m左右,與辮狀河三角洲前緣砂巖構(gòu)成了良好的儲蓋組合。

圖5 墾利10-1油田儲層實測孔隙度與滲透率關(guān)系圖

墾利10-1油田明下段儲層類型主要為淺水三角洲前緣沉積,巖性主要為細(xì)砂巖、中砂巖、含礫細(xì)砂巖、含礫中砂巖,砂巖含量較低,砂地比平均值為23%;儲層物性很好,巖心實測孔隙度平均值在35%左右,巖心實測滲透率平均值在4849 mD左右,具有高孔高滲的特征(圖5);明下段沉積時期濱淺湖相泥巖發(fā)育,泥巖單層厚度平均值在12 m左右,與淺水三角洲前緣砂巖構(gòu)成了良好的儲蓋組合。

1.3 油藏特征

1.3.1 油藏類型多樣

墾利10-1油田主力含油層系發(fā)育于古近系沙三段和新近系明下段,其中沙三段為構(gòu)造油藏,明下段為巖性-構(gòu)造油藏(圖6)。沙三段油藏主要受構(gòu)造和斷層控制,沙三中亞段油藏儲層向東變差,巖性影響因素逐漸增強。由于構(gòu)造條件差異,明下段油藏類型多樣,其中下降盤花狀構(gòu)造花瓣部和上升盤主要是巖性油藏和構(gòu)造-巖性油藏,下降盤花狀構(gòu)造花心部以巖性-構(gòu)造油氣藏為主。

圖6 墾利10-1油田油藏剖面圖

1.3.2 油藏埋深中—淺,含油井段分布集中,油層厚度大

墾利10-1油田主力含油層系沙三段和明下段油藏埋深分別為2314～2787 m和1240～1490 m,單井揭示油層厚度在14.7～106.8 m之間,平均值為51.6 m。該油田油藏高度大、儲量豐度高(達456×104m3/km2)、圈閉充滿度高 (達 70%～100%),儲量總體規(guī)模超過1億噸油當(dāng)量。

1.3.3 油水系統(tǒng)獨立,屬于正常溫壓系統(tǒng)

墾利10-1油田沙三段油藏為4個斷塊,明下段油藏為巖性體或棋盤式斷塊,深、淺層油藏每個斷塊均為獨立的油水系統(tǒng)(圖6);主力區(qū)塊地層壓力系數(shù)為1.01,壓力梯度為0.986 M Pa/100 m,溫度梯度為3.6℃/100 m,屬于正常壓力和溫度系統(tǒng)。

1.3.4 原油性質(zhì)較好,測試產(chǎn)能中等—高

墾利10-1油田沙三段油藏原油為中—輕質(zhì)原油,具有密度低、粘度低、含硫量低、膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量中等、含蠟量較高等特點,地層原油密度0.690～0.740g/cm3,原油粘度 1.21～2.31 m Pa ·s,含硫量0.18%～0.23%,凝固點29～37℃。沙三段油藏主力區(qū)塊測試日產(chǎn)油量70～293 m3,產(chǎn)能中等—高。

墾利10-1油田明下段油藏原油為普通重質(zhì)原油,具有密度高、粘度高、含硫量低—中等、膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量中等、含蠟量低的特點,地層原油密度為0.892～0.912 g/cm3,原油粘度為 57.2～855.8 m Pa·s,含硫量 0.44%～0.62%,凝固點 -35～-8℃。明下段油藏主力區(qū)塊測試日產(chǎn)油量為57.6 m3,測試產(chǎn)能中等。

2 墾利10-1油田發(fā)現(xiàn)的意義

2.1 進一步證實了萊州灣凹陷是一個小而肥的富烴凹陷

萊州灣凹陷北洼古近系沉積厚度大于4500 m,早期鉆井揭示沙三段和沙四段具有良好的生烴能力,但是對其資源潛力有不同認(rèn)識,主要原因是在墾利10-1油田發(fā)現(xiàn)之前鉆探的構(gòu)造油氣層厚度小,且油氣充注程度低,有些儲蓋組合好的地層中也未能成藏。

墾利10-1構(gòu)造鉆井揭示萊州灣凹陷北洼發(fā)育沙四段、沙三段、沙一二段和東下段等4套烴源巖,其中沙四段、沙三中亞段是本區(qū)的主力烴源巖。沙四段主要發(fā)育好—很好的烴源巖,有機質(zhì)類型主要為Ⅱ1型,有機質(zhì)豐度高,TOC為1.14%～2.50%,S1+S2為6.39～12.88 mg/g;沙三中亞段同樣發(fā)育好—很好的烴源巖,有機質(zhì)類型主要為Ⅱ1型,部分為Ⅱ2型,有機質(zhì)豐度高,TOC為2.20%～3.16%,S1+S2為12.00～19.18 mg/g(表1)。研究表明,萊州灣凹陷北洼烴源巖的成熟門限(Ro＞0.5%)在2700 m左右,有效烴源巖的成熟門限(R o＞0.7%)在3300 m左右,洼陷深處的烴源巖都已達到成熟門限。埋藏史分析及油源對比結(jié)果表明,萊州灣凹陷北洼存在2次大量生排烴期,第1次排烴期為東營組沉積時期,第2次排烴期為館陶期至今(圖7),這為墾利10-1構(gòu)造形成多層系、復(fù)式聚集的億噸級油田提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。

表1 萊州灣凹陷烴源巖有機質(zhì)豐度統(tǒng)計結(jié)果

圖7 KL10-1-A井烴源巖埋藏史、熱史圖

烴源巖是油氣成藏的基礎(chǔ),構(gòu)造沉降引起的可容空間和湖平面的變化控制了烴源巖的發(fā)育層系和分布。渤海灣盆地自中生代末開始裂陷,經(jīng)歷了古新世—始新世裂谷斷陷期、漸新世拗陷期、中新世熱沉降期和上新世以來的構(gòu)造再活動期,整個盆地自周圍的山區(qū)和隆起向海域的渤中坳陷呈向心式演化,烴源巖層位從渤海周邊凹陷向渤中凹陷逐漸變新[1]。例如,在萊州灣凹陷南部的濰北凹陷,古新世是其主要斷陷活動期,發(fā)育的烴源巖以孔二段為主;而在萊州灣凹陷,古新世—始新世是其主要斷陷活動期[1],主要發(fā)育沙四段和沙三中亞段2套主力烴源巖。因此,與萊州灣凹陷相類似,處于盆地邊緣的秦南凹陷和廟西南凹陷的沙四段(甚至包括孔店組)都是值得關(guān)注的潛在烴源層段。

2.2 拓展了渤南地區(qū)淺層新近系明下段巖性油氣藏勘探領(lǐng)域

墾利10-1構(gòu)造區(qū)構(gòu)造-巖性油氣藏廣泛發(fā)育,明下段油藏具有構(gòu)造與巖性雙重控制的特征(圖8)。例如,鉆在墾利10-1構(gòu)造圈閉之外的 KL10-1-A、B、D井在明下段分別獲得油層4.1、29.4和20.5 m,說明該構(gòu)造明下段油藏具有巖性油氣藏的特點;而鉆在墾利10-1構(gòu)造圈閉之內(nèi)的 KL 10-1-C井(位于淺層花狀構(gòu)造的花瓣部位)在明下段獲得油層40.8 m,較鉆在構(gòu)造圈閉之外的3口井顯著增厚、增多,說明該構(gòu)造明下段油藏又具有構(gòu)造油氣藏的特點。

圖8 墾利10-1油田明下段最小振幅圖(時窗 T0-104～-146 ms)

墾利10-1油田明下段構(gòu)造-巖性油藏的發(fā)現(xiàn),拓展了渤南地區(qū)淺層新近系明下段巖性油氣藏勘探領(lǐng)域,再次證實了黃河口凹陷東南部、萊北低凸起、萊州灣凹陷北部等廣大區(qū)域都是巖性油氣藏勘探的有利領(lǐng)域[2],特別是萊北低凸起目前還沒有發(fā)現(xiàn)大中型油氣田,下一階段的勘探思路應(yīng)以尋找?guī)r性油氣藏為主。

2.3 擴大了萊州灣凹陷的油氣勘探范圍

墾利10-1油田位于萊州灣凹陷北洼北部陡坡帶,北洼南部的緩坡帶(即中央構(gòu)造帶)是受萊州灣凹陷早期南北向伸展作用控制而形成的近東西向構(gòu)造帶(圖 1),上世紀(jì) 80年代在該構(gòu)造帶鉆探了KL 10-2-A井,該井主要顯示層段集中在明下段下部、館陶組上部及沙三中亞段,但測井僅解釋少量油層,從而使勘探陷入停頓。2004年,在墾利10-2構(gòu)造西南部鉆探了 KL10-3-A井,也只是在沙河街組見到微弱的油氣顯示。這2口井的鉆探失利,使勘探工作者們對中央構(gòu)造帶的勘探潛力產(chǎn)生了疑惑。

墾利10-1油田的發(fā)現(xiàn),證實了萊州灣凹陷北洼古近系發(fā)育厚層超壓烴源巖,超壓烴源巖向低勢區(qū)運移,與北洼相鄰的緩坡中央構(gòu)造帶是其主要運移方向,處在長期油氣運移方向上且具有良好儲集相帶和構(gòu)造條件的中央構(gòu)造帶仍然具有廣闊的勘探前景。

2.4 再次證實了凹陷中繼承性陡坡帶具有形成大型復(fù)式油氣藏的優(yōu)勢條件

大型的圈閉、充足的烴源、優(yōu)質(zhì)的儲集體系與良好的儲蓋組合、斷層與砂體復(fù)合輸導(dǎo)體系、超壓-構(gòu)造聯(lián)合作用提供的油氣成藏動力等造就了墾利10-1構(gòu)造區(qū)油氣富集。

古近系沙三段廣泛分布的優(yōu)質(zhì)砂巖與長期繼承性活動的張性斷裂體系的耦合,構(gòu)成了墾利10-1油田的高效輸導(dǎo)體系,即深部流體通過切入有效烴源巖的張性斷層垂向運移到沙三段高滲透砂巖中,再沿沙三段高滲透砂巖向處于低勢區(qū)的圈閉內(nèi)橫向集中、高效運移?？碧綄嵺`證實,墾利10-1油田沙三段圈閉充滿度都較高,如 KL 10-1-A、B、C、D井區(qū)圈閉充滿度都在70%以上,平均儲量豐度在290×104m3/km2以上 ,最高可達 400×104m3/km2。

構(gòu)造活動和超壓的聯(lián)合作用是墾利10-1油田高效成藏的主要動力。墾利10-1構(gòu)造依附于萊北一號邊界大斷層發(fā)育,該斷層控制了萊州灣凹陷的發(fā)育和發(fā)展,其長期繼承性活動對油氣輸導(dǎo)起到了主導(dǎo)作用。受萊北一號大斷層長期活動與區(qū)域構(gòu)造運動的影響,構(gòu)造區(qū)派生斷裂發(fā)育,不同級別斷層達70余條,主要為北東、北西走向呈雁行排列的2組斷層,其中北東向斷層多數(shù)持續(xù)活動至新近紀(jì),對成藏主要起輸導(dǎo)作用,而北西向斷層多數(shù)為晚期發(fā)育,使構(gòu)造更為復(fù)雜化,并對淺層油氣輸導(dǎo)起到再分配作用(圖6)。研究表明,墾利10-1構(gòu)造區(qū)除了萊北一號邊界大斷層長期繼承性活動之外,其他斷層最為活動的時期是在東營組沉積末期和明化鎮(zhèn)組沉積時期及以后,該構(gòu)造活動期與成藏時期一致,斷裂活動特征直接控制了烴源灶排烴、油氣聚集的特征[3-5]。

萊州灣凹陷北洼沙河街組烴源巖具有超壓特征,超壓發(fā)育的主要因素是快速沉積及生烴作用。鉆井揭示,萊州灣凹陷北洼沙三中亞段及其以下地層壓力系數(shù)基本在1.27～1.37之間,屬于中等超壓的范疇,在斷裂活動的作用下可以降低超壓烴源的破裂門檻[3-5],從而導(dǎo)致烴源灶快速高效排烴,這為油氣高效運移提供了充足的動力[3-4]。墾利10-1油田就位于萊州灣凹陷北洼超壓體系向常壓體系的過渡帶,是在超壓和構(gòu)造活動聯(lián)合控制作用下成藏的。

3 結(jié)論

(1)墾利10-1油田主要含油層段為古近系沙三段和新近系明下段,其中沙三段為構(gòu)造油藏,明下段為構(gòu)造-巖性復(fù)合油藏,具有埋藏淺、儲量大、豐度高、原油物性好、測試產(chǎn)能高的特點,是一個億噸級的大型優(yōu)質(zhì)油田。

(2)墾利10-1億噸級油田的勘探發(fā)現(xiàn),進一步證實了萊州灣凹陷是一個小而肥的富烴凹陷,拓展了渤南地區(qū)淺層新近系明下段巖性油氣藏的勘探領(lǐng)域,擴大了萊州灣凹陷油氣勘探范圍,再次證實了凹陷中繼承性陡坡帶具有形成大型復(fù)式油氣藏的優(yōu)勢條件,對于推動萊州灣凹陷及我國海上其他類似低勘探程度凹陷的油氣勘探具有重要意義。

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