柳贊油田稠油油藏特征與形成機(jī)理研究

方度，賈倩，劉道杰

魏文懂，龔晶晶 （中石油冀東油田分公司勘探開發(fā)研究院，河北 唐山063000）

全球稠油資源量巨大，據(jù)統(tǒng)計(jì)，稠油資源約為常規(guī)油的10倍以上［1，2］。中國的稠油和瀝青砂資源也非常豐富，在松遼、遼河、大港、二連、勝利、南襄、江漢、柴達(dá)木、準(zhǔn)噶爾、塔里木等盆地內(nèi)均有發(fā)現(xiàn)，分布于中元古代～古近紀(jì)地層中，儲(chǔ)集于碎屑巖、火山巖、變質(zhì)巖及碳酸鹽巖儲(chǔ)層中［3］。

在地層條件下，原油黏度大于或等于50mPa·s，或在油層條件下，原油脫氣黏度大于或等于100mPa·s定義為稠油 （重質(zhì)油）。根據(jù)稠油黏度與密度的差異，可將其劃分為不同級(jí)別［4］，即普通稠油 （油層條件下，脫氣原油黏度為100～10000mPa·s，密度大于0．90g／cm3）、特稠油 （黏度為10000～100000mPa·s，密度大于或等于0．95g／cm3）、超稠油 （黏度大于100000mPa·s，密度大于或等于1．00g／cm3）。

柳贊油田地處南堡凹陷東北部，緊鄰柏各莊凸起，發(fā)育古近系沙河街組 （Es）與新近系明化鎮(zhèn)組（Nm）、館陶組 （Ng）3套含油層系。柳贊油田油藏主要以中質(zhì)稀油為主，稠油規(guī)模較小，屬復(fù)雜小斷塊型普通稠油油藏。目前，對(duì)該區(qū)稠油形成機(jī)理的研究較為薄弱。筆者以柳贊油田稠油物性及地球化學(xué)分析為基礎(chǔ)，結(jié)合構(gòu)造演化與成藏規(guī)律，研究稠油的分布特征與形成機(jī)理，對(duì)指導(dǎo)下一步稠油的高效勘探與開發(fā)具有非常重要的意義。

1 稠油油藏分布特征

柳贊油田稠油油藏主要分布于淺層的Ng與深層的沙河街組三段3亞段 （Es33），具有 “上稠下稀”或 “上稀下稠”的特點(diǎn)。稠油分布范圍較為局限，具有明顯的區(qū)域性和成層性。

1．1 淺層稠油油藏分布特征

柳贊油田淺層Ng稠油油藏分布于柏各莊斷層下降盤的柳贊北區(qū)蠶2－1區(qū)塊 （圖1）。該油藏埋藏淺，構(gòu)造簡單，是柳贊北區(qū)的次要含油層系。其下部的Es33為柳贊北區(qū)的主力含油層系 （圖2）。

柳贊北區(qū)油藏分布具有 “上稠下稀”的特點(diǎn)，Ng油藏原油性質(zhì)與下伏Es33油藏差異明顯。Es33油藏原油密度為0．8572g／cm3（20℃），黏度為14．24mPa·s（50℃），為中質(zhì)稀油；Ng油藏原油密度為0．9774g／cm3（20℃），黏度2663．46mPa·s（50℃），具高密度、高黏度、含硫低、含蠟低、凝固點(diǎn)低等特點(diǎn)，為普通稠油 （表1）。

圖1 柳贊北區(qū)Ng稠油油藏分布圖

圖2 柳贊北區(qū)油藏剖面示意圖

表1 柳贊北區(qū)油藏原油性質(zhì)

1．2 深層稠油油藏分布特征

柳贊油田深層Es3稠油油藏分布于柳贊中區(qū)柳1區(qū)塊 （圖3），具 “上稀下稠”的特點(diǎn)，自上而下，原油密度與黏度明顯遞增。柳贊中區(qū)柳1區(qū)塊沙河街組三段2亞段1油組（Es2（1）3）油藏原油密度為0．866g／cm3（20℃），黏度為16．36mPa·s（50℃），沙河街組三段3亞段2油組（Es3（2）3）油藏原油密度為0．8712g／cm3（20℃），黏度為43．54mPa·s（50℃），均表現(xiàn)為中質(zhì)稀油 （圖4）。沙河街組三段3亞段3油組（Es3（3）3）油藏原油密度為0．9373g／cm3（20℃），黏度481．75mPa·s（50℃），具高密度、高黏度、含硫低、含蠟低、凝固點(diǎn)低等特點(diǎn)，為普通稠油。

圖3 柳贊中區(qū)Es3稠油油藏分布圖

圖4 柳贊中區(qū)Es2～33 油藏剖面示意圖

區(qū)內(nèi)Es3（3）3原油密度和黏度還呈現(xiàn)由北向南逐漸增大的趨勢(shì)，油源類型由中質(zhì)稀油逐漸過渡為稠油。北部的L26－1井原油密度為0．8744g／cm3（20℃），黏度為37．61mPa·s（50℃），為中質(zhì)稀油；南部L1－3井原油密度為0．9299g／cm3（20℃），黏度為472．5mPa·s （50℃），為重質(zhì)稠油 （圖5）。

表2 柳贊中區(qū)油藏原油性質(zhì)表

圖5 柳1區(qū)塊Es3（3）3原油性質(zhì)等值線圖

2 原油地球化學(xué)特征與油源分析

研究表明，南堡凹陷主要存在沙河街組三段4亞段 （Es43）、Es1和東營組三段 （Ed3）3套主力烴源巖。針對(duì)烴源巖及原油分布特點(diǎn)，采用 （孕甾烷＋升孕甾烷）／C29規(guī)則甾烷、伽馬蠟烷／C30藿烷，C27規(guī)則甾烷／C29規(guī)則甾烷，結(jié)合成熟度指標(biāo)Ts／ （Tm＋Ts）和C29甾烷ββ／ （αα＋ββ），對(duì)源－藏對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行了確立 （表3）。

表3 柳贊油田油源對(duì)比綜合表

2．1 淺層原油

柳贊油田淺層油氣富集層系為Ng和Nm。淺層原油伽馬蠟烷／C30藿烷較低，介于0．07～0．30之間，平均為0．16；C27規(guī)則甾烷／C29規(guī)則甾烷中等，介于0．73～0．97之間，平均為0．81；（孕甾烷＋升孕甾烷）／C29規(guī)則甾烷較高，介于0．19～0．53之間，平均為0．35。原油成熟度指標(biāo)Ts／（Tm＋Ts）介于0．43～0．65之間，平均為0．35；C29甾烷ββ／ （αα＋ββ）介于0．39～0．47之間，平均為0．42。具有中等成熟度油特征。Pr／Ph介于1．06～1．49之間，平均為1．24；主峰碳為C23、C25（表4）。該類原油為林雀－柳南洼陷Es1和Ed3烴源巖生成的混合油氣，以Es1為主，混有Ed3。

2．2 深層原油

柳贊油田Es原油伽馬蠟烷／C30藿烷低，介于0．05～0．10之間，平均為0．08；C27規(guī)則甾烷／C29規(guī)則甾烷中等，介于0．61～0．91之間，平均為0．75； （孕甾烷＋升孕甾烷）／C29規(guī)則甾烷中等，介于0．14～0．32之間，平均為0．23。原油成熟度指標(biāo) Ts／ （Tm＋Ts）介于0．44～0．72之間，平均為0．57；C29甾烷ββ／ （αα＋ββ）介于0．4～0．48之間，平均為0．44。具有中等成熟度油特征。Pr／Ph介于1．10～1．42之間，平均為1．25；主峰碳為C15、C23（表4）。上述參數(shù)均與成藏期拾場(chǎng)洼陷Es3烴源巖生烴演化和生物標(biāo)志化合物指標(biāo)相對(duì)應(yīng)。

表4 柳贊油田原油地球化學(xué)特征統(tǒng)計(jì)表

3 稠油油藏形成機(jī)理

稠油成因類型主要有次生稠油和原生稠油2種。次生稠油是原油進(jìn)入儲(chǔ)層聚集成藏后，由于保存條件的差異，受生物降解、裂解致稠、氧化水洗、運(yùn)移－聚集分異等次生稠變作用影響而形成的高密度、高黏度重質(zhì)油。原生稠油是指有機(jī)質(zhì)在熱演化過程中所生成的未熟－低熟油，其稠化因素來自于母源，與油氣的次生變化基本無關(guān)。由于地質(zhì)條件差異，在不同地質(zhì)環(huán)境內(nèi)單個(gè)稠變因素表現(xiàn)尤為突出。

3．1 淺層稠油油藏形成機(jī)理

柳贊油田淺層Ng稠油油藏為斷鼻構(gòu)造油藏，邊底水十分活躍。儲(chǔ)層孔隙度分布于19．8%～31．8%之間，平均為25．9%，滲透率分布于417．7～917mD之間，平均為667mD，屬中－高孔、中－高滲儲(chǔ)層。原油地球化學(xué)資料表明，柳贊油田淺層原油遭受了生物降解［5，6］。生物降解作用是原油在儲(chǔ)層中經(jīng)歷的一種重要的次生變化過程，是原油稠化的主要機(jī)制之一，世界上大多數(shù)原油都遭受了不同程度的生物降解［7，8］。

柏各莊斷層為盆地的邊界斷層，長期活動(dòng)且強(qiáng)度大，該斷層為柳贊北區(qū)的主要油源斷層，也是后期地表水流入的通道。該區(qū)Ng儲(chǔ)層發(fā)育，滲透性好，埋藏淺，處于地表水與地下水的交替活躍區(qū)，地表富氧水極易沿柏各莊斷層進(jìn)入儲(chǔ)層。水洗氧化作用是Ng稠油油藏形成的主要因素。水洗氧化作用多發(fā)生于凹陷的斜坡或長期隆起帶，特別是盆地邊緣斜坡區(qū)。遼河盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、二連盆地、額仁淖爾凹陷的包爾構(gòu)造帶等地區(qū)都具有該成因類型稠油［9～11］。

Es13、Es23及Es33上部泥巖發(fā)育，與柏各莊斷層對(duì)接，封堵作用好，既抑制了Es33油氣沿?cái)鄬右莩觯肿柚沽说乇硭疂B入。故Es33油藏規(guī)模大，表現(xiàn)為常規(guī)稀油，Ng油藏規(guī)模小，為普通稠油。柏各莊斷層的長期活動(dòng)，儲(chǔ)層發(fā)育特征以及儲(chǔ)層、蓋層間的組合方式，共同決定了柳贊北區(qū) “上稠下稀”的油藏組合特點(diǎn)。

3．2 深層稠油油藏形成機(jī)理

研究表明，南堡凹陷油氣成藏期為Es1至Ed和Nm末期，Es3油藏主要形成于Es1至Ed期，油源為拾場(chǎng)洼陷的暗色泥巖、油頁巖。下部與沙河街組三段5亞段 （）上部儲(chǔ)層發(fā)育，、及上部泥巖發(fā)育。油氣分布主要受Es儲(chǔ)層發(fā)育狀況影響，聚集于下部與 E上部 （圖6 （a））。柳贊中區(qū)Es3構(gòu)造是在中生界凸起的背景上發(fā)育的披覆背斜構(gòu)造。Nm晚期，高柳斷層及其派生斷層活動(dòng)強(qiáng)烈，2號(hào)斷層將柳中背斜劃分為柳90區(qū)塊和柳1區(qū)塊，其中柳1區(qū)塊位于2號(hào)斷層的下降盤。2號(hào)斷層上陡下緩，在泥巖發(fā)育的內(nèi)滑脫，斷層南部的泥巖由于容納空間減少，受到擠壓而向上抬升，使柳1區(qū)塊以上地層發(fā)生反轉(zhuǎn)?；撁嬷媳眱A，滑脫面之下的保持南傾（圖6 （b））。斷層活動(dòng)破壞了已形成的Es3油藏，使柳1區(qū)塊油氣自北向南再次運(yùn)移，輕質(zhì)組分外逸，導(dǎo)致Es3（3）3原油密度和黏度自北向南逐漸增大。原生油藏被改造的同時(shí)，油氣再次運(yùn)移，

圖6 柳贊中區(qū)Es3油藏剖面示意圖

形成次生油藏，這一現(xiàn)象普遍存在［12～16］。柳1區(qū)塊油氣沿?cái)鄬酉蛏线\(yùn)移，形成油藏（圖6（b））。此外，Nm末期是南堡凹陷一個(gè)主要油氣成藏期，油源主要為西南部洼陷Es1、Ed暗色泥巖，高柳斷層為主要油源斷層，生成的油氣沿高柳斷層及其派生斷層運(yùn)移進(jìn)入上部儲(chǔ)層，這也是Es33（2）、Es23油藏及上部含油層系形成的另一原因。

4 結(jié)論

1）柳贊油田稠油油藏具有區(qū)域性和成層性，淺層稠油具有 “上稠下稀”的特點(diǎn)，深層稠油具有“上稀下稠”的特點(diǎn)，平面上自北向南原油密度和黏度逐漸增大，由稀油過渡為稠油。

2）柳贊油田淺層和深層原油都具有中等成熟度油特征，淺層原油為林雀－柳南洼陷Es1和Ed3烴源巖生成的混合油氣，深層原油與拾場(chǎng)洼陷Es3烴源巖生物標(biāo)志化合物指標(biāo)相對(duì)應(yīng)。

3）柳贊油田淺層稠油為次生油藏，生物降解及水洗氧化作用是其形成的主要原因，深層稠油為殘余油藏，是晚期斷層活動(dòng)，輕質(zhì)組分外逸所形成。

［1］胡見義，牛嘉玉 ．中國重油瀝青資源的形成與分布 ［J］．石油與天然氣地質(zhì)，1994，15（2）：105～112．

［2］Rubinstein I，Strausz O P，Spycherelle C，et al．The origin of oil sand bitumens of Alberta：a chemical and microbiological simulation［J］．Geochimica et Cosmochimica Acta，1977，10 （1）：1341～1353．

［3］牛嘉玉，洪峰．我國非常規(guī)油氣資源的勘探遠(yuǎn)景 ［J］．石油勘探與開發(fā)，2002，29（5）：5～6．

［4］胡見義，徐樹寶，程克明 ．中國重質(zhì)油藏的地質(zhì)和地球化學(xué)成因 ［J］．石油學(xué)報(bào)，1989，10（1）：1～11．

［5］余秋華，文志剛，唐友軍，等 ．塔河油田奧陶系原油芳烴特征及油氣運(yùn)移 ［J］．石油天然氣學(xué)報(bào) （江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)），2010，32（3）：161～165．

［6］張文艷，包建平，朱翠山，等 ．也門探區(qū)1區(qū)塊第一口風(fēng)險(xiǎn)探井烴源巖地球化學(xué)特征 ［J］．石油天然氣學(xué)報(bào) （江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)），2012，34 （1）：25～30．

［7］Koopmans M P，Larter S R，Zhang C，et al．Biodegradation and mixing of crude oils in Eocene Es reservoirs of the Liaohe Basin northeastern China ［J］．AAPG Bulletin，2002，86 （10）：1833～1843．

［8］Larter S，Wilhelms A，Head I，et al．The controls on the composition of biodegraded oils in the deep subsurface－part1：biodegradation rates in petroleum reservoirs ［J］ ．Organic Geochemistry，2003，34 （4）：601～613．

［9］才業(yè)，樊佐春 ．遼河油田邊頂水超稠油油藏特征及其成因探討 ［J］．巖性油氣藏，2011，23（4）：129～132．

［10］Clay E R，Michael M，Jeremy D．The controls on biodegradation in the San Joaquin Valley ［J］ ．AAPG Bull，1997，81 （4）：682．

［11］竇立榮，徐樹寶，祝玉橫，等 ．二連盆地重質(zhì)油成因及地球化學(xué)特征 ［J］．石油學(xué)報(bào)，1995，16（2）：2～3．

［12］高日勝，方杰，王暾，等 ．陸相盆地重質(zhì)油成因類型及稠變序列——以二連盆地為例 ［J］．石油學(xué)報(bào)，2013，34（3）：479～488．

［13］李彬，楊軍，文剛鋒，等 ．準(zhǔn)格爾盆地北三臺(tái)南部稠油分布及形成機(jī)理 ［J］．石油天然氣學(xué)報(bào) （江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)），2006，28（5）：38～40．

［14］張丙星 ．中國含油氣盆地中的油氣再次運(yùn)移 ［J］．新疆石油地質(zhì)，2003，24（5）：473～478．

［15］于蘭兄，張慶龍，馮昕，等 ．?dāng)鄬釉谶|河曙一區(qū)超稠油油藏形成中的作用 ［J］．大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，29（6）：21～24．

［16］Gruenwald R．The hydrocarbon prospectivity of Lower Oligocene deposits in the Maragh trough，SE Sirt Basin，Libya ［J］．J Pet Geol，2001，24 （2）：213～231．