渤海辽东带地质认识的突破与金县1－1大油田的发现

2011-08-17邓运华

中国工程科学 2011年10期

邓运华

(中国海洋石油总公司，北京 100010)

1 前言

辽东带位于辽东湾坳陷东部，呈北东走向，其南北长度约184 km，东西宽为21～28 km，面积约3700 km2。辽东带地质条件非常复杂，著名的郯—庐大断裂纵贯其间。早期拉张，后期剪切所产生的正断层及走滑断层交织［1，2］。因抬升剥蚀产生的第三系内角度不整合明显，新生代火成岩侵入体普遍，这些地质事件给该区的油气勘探带来了挑战。从20世纪80年代开始至2003年，渤海石油公司及多家外国大公司进行了长达15年的勘探，钻了12口探井，除少数井见薄油层外，没有发现商业性油气田。2003—2005年技术人员对该区进行了系统的深入分析，尤其是对12口井没有商业发现的原因及该区成藏的主控因素进行了重点研究，获得了全新的认识。在新认识指导下寻找有利目标进行钻探，一举发现了金县1－1大油田，其地质储量达1．5×108m3，产生了巨大的经济效益。

2 石油地质背景

辽东带属辽东湾坳陷的一部分，向北一直延伸至辽河油区，向南至渤中坳陷。辽东带包含辽中凹陷东部陡坡和辽东凸起带(见图1)，辽东凸起被分成南北两段，且不连续。凸起东部是辽东凹陷，辽东凹陷呈北东向窄长条形，面积小，新生界沉积岩薄，不具备生油能力。

辽中凹陷与辽东凸起的分界大断层为辽中断层，该断层即是郯—庐断裂的主支，它控制了凹陷、凸起的形成及演化，也控制了油气分布［3，4］。始新世辽中断层强烈拉张，基底东降西抬，形成了辽中半地堑凹陷。半地堑中心沉积了沙四段—沙三段深湖—半深湖相暗色泥岩，是主力烃源岩;陡坡局部发育近岸水下扇和深湖浊积扇。始新世末(沙三上段)，区域性抬升，湖水变浅，为河流相沉积，辽东凸起南部抬升剧烈，沙四段—沙三段强烈剥蚀，见明显角度不整合面。渐新世辽中断层活动逐渐加强，从沙二段—沙一段—东三段，湖水也逐渐变深，从河流—滨浅湖—半深湖，沉积了河流相砂岩—浅湖相碳酸盐岩—半深湖相泥岩的下粗上细岩性组合，发育第二套生油岩。东二段—东一段为大型三角洲－湖相沉积，形成了良好的储盖组合。渐新世末是区域抬升，箕状凹陷发育结束。中—上新世为整体热沉降，辽东带为冲积扇—辫状河沉积，便砂砾岩厚度大，泥岩薄。上新世辽中大断裂受区域剪切应力作用控制，表现为水平走滑特征，断层平面上为羽状组合，剖面上为“树枝状”结构，反映后期的走滑运动强烈改造了先期的张性断层。

图1 辽东带区域位置图Fig．1 Location of Liaodong zone in Bohai oil province

辽东带以断块、断鼻构造圈闭为主，储层主要是东营组三角洲，其次是沙河街组水下扇、浊积扇砂体。主力烃源岩为沙三段，其次是沙一段，东三段烃源只在局部深埋处成熟。

3 油气富集的核心要素

辽东湾坳陷是一个油气非常富集的地区，中国海域油气自营勘探开始取得成功即是在辽东湾坳陷。1984—1988年在辽西低凸起上自营勘探发现锦州20－2、绥中36－1和锦州9－3等大—中型油气田。尤其绥中36－1油田，地质储量达 3×108m3，是中国海上第二大油田。至2002年，在辽东湾坳陷内的辽西凹陷、辽西低凸起及辽中凹陷西部缓坡带上均发现了大—中型油气田［5］，但是在辽中凹陷东部陡坡带及辽东凸起上钻12口探井，见到薄层或致密油层，没有商业油气流。2003—2005年，渤海勘探工作者对辽东带的油气地质条件进行了系统研究，尤其是对12口井失利原因、辽东带成藏主控因素进行了重点分析，获得了新的地质认识。

辽东带被辽东凹陷和辽中凹陷夹持。辽东凹陷小，新近系地层薄，基底埋深为2000～3000 m，生油岩不成熟，辽东带东侧油源条件差。辽中凹陷是一个富生烃凹陷，已被大量资料所证实。辽东带紧邻辽中深凹陷的烃源岩区，辽东带西侧烃源岩条件好。从层位上看沙河街组生油岩均已成熟，能提供大量油源，而东营组烃源岩只在局部成熟，供油条件差。

辽东带发育两套主力储盖组合，两套次要储盖组合。东营组大型三角洲从北向南覆盖辽东带，辽中凹陷陡坡带是该区最有利的东营组储盖组合。沙河街组水下扇、浊积扇储层及上覆半深湖相泥岩构成了下部有利储盖组合。东营组和沙河街组是该区主力储盖组合。辽东凸起上潜山储层物性较差，尤其是缺失古近系泥岩盖层，因此潜山不能作为主要目的层。新近系馆陶组—明化镇组为冲积扇—辫状河沉积，砂岩多，孔－渗条件好，但泥岩单层薄(单层泥岩厚3～9 m)，横向分布不稳定，盖层差，馆陶组—明化镇组也不能作为主要目的层，潜山和新近系是次要储盖组合。

上新世晚期辽东带断层活动非常强，圈闭与断层相伴生，断层切割了油气层，也控制了油气水界面。圈闭类型以断鼻、断块为主，断层的封闭性决定了圈闭的有效性。

由上述内容可知，辽东带主力勘探目的层是东营组和沙河街组。东营组储—盖条件好，但东营组生油岩埋藏较浅，成熟度低，油气运移是能否成藏的关键。沙河街组生油条件好，利于形成原生油藏，但沙河街组储层为水下扇、浊积扇砂岩，分选较差，且埋藏深，成岩后生作用强，储层物性是沙河街组能否形成商业油气藏的关键。

1)运移是东营组成藏的关键:辽东湾坳陷重要的石油地质特征是东营组大型三角洲发育［6］，储—盖条件好，在三角洲储层中发现了大量石油。辽东湾坳陷从西向东、从北向南依次形成了凌河三角洲、绥中三角洲、秦皇岛三角洲、辽河三角洲、金县三角洲、复洲三角洲等。三角洲面积大且地层厚，为砂泥岩不等厚互层，砂层单层厚5～90 m，泥岩单层厚7～200 m，储层孔隙度为25% ～35%，渗透率为100 ×10－3～5000 ×10－3μm2，是非常好的储层。锦州9－3、绥中36－1、旅大4－2、旅大5－1、旅大10－1等大—中型油田的储层都是东营组三角洲。在辽东带有辽河三角洲、金县三角洲、复洲三角洲等形成了很好的储盖组合。依照辽西的勘探经验，在1997—2002年期间，以东营组三角洲为主要目的层，在辽东带进行了勘探，钻探了JZ17－1－1、JZ17－2－1、JZ17 －3 －1、JZ23 －1 －1、JZ23 －1 －2、JX1－1－1、LD12－1－1等探井，钻井揭示东营组三角洲储盖条件非常好，但油层少且厚度薄，只在JZ23－1－1发现15 m油层，其他探井无油层发现。笔者曾逐一分析了这些失利井，这些井所对应圈闭均为断块、断鼻，类型都较差，但圈闭落实，储盖组合优越。这些圈闭都在辽中断层下降盘，圈闭下部就是沙河街组生油岩，油源充足。钻井过程中没有见到稠油或沥青，说明保存条件并不差，没有破坏原生油藏。东营组圈闭落实，储—盖优越，油源充分，保存条件不差，而没有成藏只能是运移问题。以上7口井中只有JZ23－1－1发现了薄油层，且只有锦州23－1构造东营组地层存在回倾(见图2)，油层就在回倾断鼻内，其下部顺向断鼻内无油层，其他6个构造均是辽中断层下降盘的顺向断鼻或顺向断块(见图3)，均无油层。并且北面的辽河油区在辽东构造带也钻了不少探井，只在葵花岛构造东营组发现了油层，这个构造的地层产状与锦州23－1相似，为回倾断鼻或屋脊断块，其他的顺向断鼻或顺向断块也无油层。

东营组只在回倾断鼻、屋脊断块中有油气聚集，在顺向断鼻或顺向断块中无油气是油气运移决定的。东营组生油岩不成熟，不能形成自生自储油藏，当深部沙河街组生成油气沿辽中断层运移时，若东营组地层回倾或是存在屋脊断块，则油气可以从下倾部位运移至圈闭高部位形成富集。若东营组地层一直向东抬升，油气不能倒灌，则圈闭内得不到油气供给。东营组圈闭中要聚集油气必具备三个条件之一:a．上述辽中断层下降盘地层回倾;b．圈闭西面辽中凹陷内还有同生断层可作运移通道;c．东营组生油岩在局部已经成熟，生成的油气沿砂层横向运移至东营组圈闭中聚集。

图2 JZ23－1－1过井剖面图Fig．2 Seismic profile through the bore hole JZ23 －1 －1

2)储层物性是沙河街组成藏的主控因素:沙河街组是北面辽河油区最重要的储油层。辽河油区已探明石油地质储量达22×108t，80%储量在沙河街组内。而其南面的辽东湾坳陷沙河街要逊色得多。锦州20－2凝析气田是沙一段生物碎屑灰岩储层，它是辽东湾的第一个发现。后来又在锦州25－1S、锦州25－1构造沙二段的三角洲中发现轻质油和天然气，辽西凹陷的主要目的层仍是沙河街组。从1987—2002年辽东带钻探结果来看，沙河街组的钻探效果很差，JZ27－6－1、JX1－1－1、LD12－1－1三口井揭示了沙河街地层，在JZ27－6－1井发现油层27．8 m，测试产量为 157．59 m3/d。JX1 －1 －1发现了45．4 m差油层，测试产量为22．22 m3/d，因产量低或储量小，没有开发价值，LD12－1－1井只见显示没有油层。

图3 LD12－1－1D过井剖面图Fig．3 Seismic profile through the bore hole LD12－1－1D

辽东带沙河街组成藏主控因素是储层物性，因为沙河街组自身是生油层，油源及运移不是问题。该区圈闭类型不好，圈闭都与断层有关，但圈闭类型只决定充满度，类型差则充满度低，类型好则充满度高［7，8］。储层物性则决定了商业性，JZ27 －6 －1 井沙河街组为浊积砂体，单层厚度较薄(平均约为4．5 m)，横向分布范围较小，储量小，从1990年发现以后一直未能开发。JX1－1－1沙河街组砂岩太细，为粉—细砂岩，尤其是2700 m以下的铁白云质胶结，成岩后生作用强，储层物性差(孔隙度为14%，渗透率为5．7×10－3μm2)。LD12－1－1井在沙河街组只揭示了薄层白云岩及粉砂岩，储层物性差，只见油气显示没有发现油气层。

沙河街组沉积时期，辽东带为大坡降，多物源，短距离沉积，且邻近坳陷处多为古生界碳酸盐岩剥蚀区，化学风化为主，不利于提供优质碎屑物质形成好储层;东营组沉积时源远流长的河流发育，变质岩剥蚀区提供了大量碎屑物质，经长距离搬运、淘洗，在辽东带形成了大型三角洲优质储层。

可见在辽东带的沙河街组为目的层的勘探中，要特别注重储层的研究。近物源区浅埋的储层物性较好，因为近物源区颗粒粗，孔—喉半径大，物性较好;浅埋的储层成岩后生作用弱，能保持较高的原生孔隙。较好的储层是辽东带寻找沙河街组商业油气流的重要条件。

4 金县1－1油藏特征

经过2003年1月至2005年8月的深入研究，两次技术讨论会的研讨，勘探工作者对辽东带基本的石油地质条件、12口已钻井的失利原因及成藏的主控因素有了深入的突破性认识。在2005年8月29日，钻探JX1－1－2D井前一天，公司技术负责人再次组织讨论了该井的有利条件及风险，明确指出与已钻的12口井相比，JX1－1－2D井有3个有利因素:第一，东营组目的层油气运移条件较好，构造西面的张性断层断至生油岩层内，断层具继承性，可以成为东营组储层的供烃断层;第二，沙河街组靠近物源，岩性较粗，且埋藏相对较浅，成岩后生作用弱，储层物性可能较好;第三，对沙河街组储层岩矿特征进行了仔细分析，有针对性地配置酸化溶液，如果油层物性差，可进行有效酸化提高产量。当时预测3个因素只要有一条落实，就能发现商业油田。功夫不负有心人，钻后证实前两个因素均得到证实。在东营组和沙河街组均发现了较厚的好油层，厚度分别为 20．1 m 及 23．3 m，测试产量分别为90．3 m3/d、47．8 m3/d。金县1 －1 油田是在辽东带上发现的第一个油田，并且地质储量达1．5×108m3，是一个大油田。

金县1－1是一个断裂—背斜构造(见图4、图5)，其形成受断层及泥底辟的控制。渐新世末期，辽中断裂是郯—庐断裂在辽东湾的主干断层。辽中断裂受张—扭应力作用，强烈活动，在JX1－1构造东面抬升，并向南走滑，西面下降向北走滑。同时张—扭断层活动，使地层破碎，并诱发沙三段塑性泥岩在主断层处上拱底辟，加剧了上部断块的运动，使圈闭幅度增大。金县1－1构造以辽中断层为界，分东西两个半背斜，两个半背斜又被多条北东东向次级断层分成多个断块，西部半背斜上有5条次级断层分成6个断块;东部背斜上有12条次级断层，分割成13个断块，次级断层呈羽状展布，与主断层的交角为30°～60°。辽中主断层在剖面上呈上缓下陡，与次级断层组成“树枝状”结构，断层的平剖面具有水平走滑特征。在东营组主力油层顶部整体圈闭面积为67．2 km2，幅度130～900 m。

图4 JX1－1油藏剖面图Fig．4 The geological profile of JX1 －1 structure

图5 JX1－1东营组油层顶面构造图Fig．5 The structural diagram of the top of the Oil Group in Dongying Formation for JX1－1 structure

金县1－1油田的油层主要分布在沙河街组和东营组。沙河街组储层为扇三角洲沉积，物源是东面的胶辽隆起，属近源沉积，岩性组合为砂泥岩互层，砂岩单层厚3～40 m，泥岩单层厚3～10 m;砂岩主要成分是石英、长石、岩屑，属岩屑质长石砂岩，细粒为主;储层埋深1500～3600 m，储层孔隙度为17% ～34%，平均约为24%，渗透率为10×10－3～1500 ×10－3μm2，平均约为 265 ×10－3μm2，属中孔中渗储层。东营组为三角洲沉积，属金县三角洲体系;源远流长的河流携带的砂质碎屑经长距离搬运，磨圆、分选好，形成储层的孔隙度为18% ～38%，平均约为 31%，渗透率为 55．9×10－3～1989．6 ×10－3μm2，平均约为 950 × 10－3μm2，为高孔高渗储层。砂岩单层厚3～25 m，泥岩单层厚2～383 m。岩石中石英含量为65% ～78%，长石为16% ～25%，岩屑为6% ～15%，属岩屑长石质石英砂岩。

金县1－1是一个多油水系统的断裂背斜油藏(见图4)。基本聚油单元是断块，不同断块具有不同油水界面，同一断块内不同砂层组具有不同油水系统，同一断块内一般有多个油水系统。金县1－1油田内原油性质变化很大，沙河街组为轻质油，原油密度为0．828～0．866 g/cm3。东营组中部为中质原油，原油相对密度为0．876～0．925 g/cm3。东营组上部为重油，原油相对密度为0．943～0．998 g/cm3。因原油性质，储层物性不同，测试产量也不同，沙河街轻质油产量为45～203 m3/d，东下段为27～171 m3/d，东上段为 8．2 ～ 22．1 m3/d。目前金县1－1油田正在建设中，在油田高部位钻探的开发井，单井油层厚达190 m，是渤海单井油层最厚的开发井，该油田将为渤海稳产3000×104t做出重要贡献。