流體包裹體技術(shù)在春風(fēng)油田特超稠油成藏研究中的應(yīng)用

席偉軍，張枝煥，徐新宇，史翠娥

(1.中國(guó)石化勝利油田分公司新春采油廠，山東 東營(yíng)257001;2.中國(guó)石油大學(xué)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102249;3.中國(guó)石油 海外勘探開發(fā)公司，北京，100034;4.中國(guó)石化勝利油田分公司東勝公司，山東東營(yíng)257001)

春風(fēng)油田位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣南端車排子凸起上，近幾年中國(guó)石化勝利油田在該區(qū)域探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量8 209×104t，并實(shí)現(xiàn)了規(guī)模開發(fā)。該區(qū)稠油具有密度高，粘度較大，含蠟量低、原油酸值高的特點(diǎn)，屬于特超稠油油藏。前人對(duì)車排子地區(qū)成藏規(guī)律進(jìn)行了一定的研究，認(rèn)為車排子地區(qū)油藏具有多層位、多套油源、多期成藏的特征，成藏過程復(fù)雜［1－5］，但針對(duì)春風(fēng)油田特超稠油的油源對(duì)比和成藏演化過程研究較少，由于該區(qū)原油普遍遭受微生物次生改造，大部分生物標(biāo)志化合物遭受破壞，導(dǎo)致該區(qū)的稠油油源對(duì)比和成藏研究成為難點(diǎn)。前人根據(jù)有機(jī)包裹體均一化溫度、產(chǎn)狀和光學(xué)特性研究油氣成藏的方法已經(jīng)比較成熟［6－14］，因此本文通過有機(jī)流體包裹體實(shí)驗(yàn)分析，對(duì)春風(fēng)油田的稠油油藏開展研究，分析稠油的油氣來源和成藏期次，進(jìn)一步結(jié)合烴源巖生排烴史和構(gòu)造演化史探討稠油的成藏過程和成藏模式。

1 樣品及實(shí)驗(yàn)分析

春風(fēng)油田位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣南端車排子凸起上(圖1)，其南側(cè)為四棵樹凹陷，東南側(cè)為昌吉凹陷。隆起主體部位大面積缺失二疊系(P)、三疊系(T)，侏羅系(J)、白堊系(K)、新近系(N)超覆沉積于隆起基巖石炭系頂面之上，白堊系及石炭系構(gòu)造層總體表現(xiàn)為東南傾單斜，新近系總體為近南傾的單斜。春風(fēng)油田稠油具有原油密度大，粘度相對(duì)較高，含蠟量相對(duì)低，凝固點(diǎn)較低，酸值高的特點(diǎn)，20℃條件原油密度為0.95～1.00 g/cm3，50℃條件下原油粘度為3 000～9 000 mPa·s，地層溫度25～29℃，地層條件下，原油黏度達(dá)到40 000～90 000 mPa·s，排6井和排601區(qū)塊井油層的地層水總礦化度為30 000～40 000 mg/L，水型為CaC12型。

圖1 春風(fēng)油田構(gòu)造位置Fig.1 Structure location of Chunfeng oilfield

稠油儲(chǔ)層油砂樣品采自春風(fēng)油田排1井侏羅系，排602井、排103井、排21井白堊系、排19井、排601－平1井、排601－平4井新近系沙灣組。開展了流體包裹體的鏡下產(chǎn)狀鑒定、鹽度、均一化溫度測(cè)定和包裹體主成分分析。有機(jī)包裹體的鏡下產(chǎn)狀鑒定、鹽度、均一化溫度具體研究過程是:將磨制好的包裹體薄片(雙面拋光、樹膠粘結(jié)、無蓋玻片)在普通透射白光下進(jìn)行觀察，了解包裹體的形態(tài)、大小、顏色、含量、分布、相態(tài)、相互關(guān)系等;將薄片放進(jìn)無水乙醇中浸泡12 h，再用酒精沖洗干凈，以便把包裹體薄片從載玻片上取下來;流體包裹體均一溫度、冷凍溫度(鹽度)測(cè)試在核工業(yè)部北京地質(zhì)研究院流體包裹體實(shí)驗(yàn)室完成。分析方法依據(jù)中華人民共和國(guó)核行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)EJ/T 1105—1999《礦物流體包裹體溫度的測(cè)定》。包裹體成分分析在中國(guó)石油大學(xué)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和重質(zhì)油國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室分析完成，根據(jù)包裹體成分分析實(shí)驗(yàn)流程，首先對(duì)稠油儲(chǔ)層石英顆粒進(jìn)行索氏抽提72 h后，再用鹽酸試劑處理抽提后的顆粒，進(jìn)一步除去儲(chǔ)層顆粒中游離烴類，用熒光照射無熒光顯示后，對(duì)石英顆粒進(jìn)行破碎使包裹體中流體釋放，然后用氯仿抽提，得出包裹體中的氯仿可溶成分，使用Thermo-Finnigan Trace-DSQ氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，采用GB/T 18606—2001分析標(biāo)準(zhǔn)對(duì)儲(chǔ)層包裹體主成分進(jìn)行GC/MS分析，獲得相關(guān)參數(shù)。

2 包裹體類型和產(chǎn)狀特征

春風(fēng)油田侏羅系(J)，白堊系(K)、新近系沙灣組(N1s)砂巖儲(chǔ)層中有機(jī)包裹體產(chǎn)狀及光學(xué)特征見表1，該區(qū)稠油儲(chǔ)層中有機(jī)包裹體主要有液態(tài)烴類包裹體(圖2a)、氣液態(tài)烴類包裹體(圖2b，c)、氣態(tài)烴類包裹體和含烴鹽水包裹體等四類包裹體(表1)。液態(tài)烴類包裹體往往沿切穿石英、長(zhǎng)石顆粒的微裂隙分布或者石英顆粒加大邊微裂隙面成群、線狀以及帶狀分布，形狀不規(guī)則，呈棱角狀，大小不一，從幾微米至幾十微米。氣液烴類包裹體也較為發(fā)育，往往分布在石英、長(zhǎng)石的微裂隙中，部分在石英或長(zhǎng)石的次生加大邊呈線狀、帶狀以及群狀分布，另外還有個(gè)別包裹體呈孤立狀分布，形狀規(guī)則，大小不一，從幾微米至十幾微米均有分布。沿石英顆粒加大邊分布呈帶狀分布，單偏光下呈灰色、灰黃色及透明無色，顯示環(huán)狀的弱淺綠色熒光，形狀較為規(guī)則，從幾微米至幾十微米均有分布。含烴鹽水包裹體常與沿裂隙分布的烴類包裹體有明顯的共生關(guān)系，分布于石英顆粒、長(zhǎng)石顆粒的裂隙或者次生加大邊上。

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圖2 春風(fēng)油田儲(chǔ)層有機(jī)流體包裹體電子顯微照片F(xiàn)ig.2 Electron microscope photos of hydrocarbon fluid inclusion in Chunfeng oilfield

排1井侏羅系、排602井白堊系儲(chǔ)層包裹體中以氣液烴和氣烴包裹體為主，液烴包裹體含量較少，而排601區(qū)塊的排601－平1井、排601－平4井及南部的排19井新近系沙灣組儲(chǔ)層包裹體多以液烴包裹體為主，氣液烴和氣烴包裹體相對(duì)較少(表1)，這說明侏羅系、白堊系和新近系沙灣組儲(chǔ)層稠油包裹體形成時(shí)的流體類型和充注時(shí)間等存在一定的差異。南部的排21井K儲(chǔ)層和排19井N1s稠油儲(chǔ)層中還存在兩期油氣包裹體(表1)，說明該井區(qū)至少存在兩期油氣充注史。

侏羅系、白堊系油氣包裹體主要在礦物的微裂隙及裂隙面分布(圖2d)，具有偏光下呈褐色、深褐色、褐黃色，熒光下為淺黃色、黑褐色以及褐黃色的特征，存在稠油包裹體，后期由于儲(chǔ)層長(zhǎng)石顆粒的溶解，少量包裹體在長(zhǎng)石的溶蝕面以及膠結(jié)物中呈孤立狀分布。新近系沙灣組儲(chǔ)層包裹體多為切穿石英顆粒的微裂隙分布，液態(tài)烴類包裹體單偏光下呈褐色、深褐色、褐黃色、淺黃色或淡黃色分布;因存在深褐色的液態(tài)稠油包裹體，熒光顯示較弱，為淺黃色或淡黃色。

3 稠油成藏期次

根據(jù)前人研究結(jié)果，同一期油氣包裹體形成時(shí)伴生的鹽水包裹體鹽度接近［12－13］，根據(jù)車排子地區(qū)與烴類包裹體伴生的鹽水包裹體分析(表1)表明，侏羅系和白堊系儲(chǔ)層中鹽水包裹體的鹽度小于6%，而春風(fēng)油田排601區(qū)塊的排601－平1井沙灣組儲(chǔ)層的含烴鹽水包裹體的鹽度都大于8%，說明二者成藏期也存在差別。

通過與油氣包裹體共生的鹽水包裹體均一化溫度分布范圍可以確定成藏期次［6，13］，車排子地區(qū)沙灣組儲(chǔ)層中與油氣包裹體伴生的鹽水包裹體均一化溫度主要分布在60～100℃(圖3)，侏羅系和白堊系稠油儲(chǔ)層均一化溫度主要分布在50～90℃，但是存在部分氣液包裹體的均一化溫度在160℃以上(表1);根據(jù)前人車排子地區(qū)包裹體研究結(jié)果，認(rèn)為該區(qū)存在深部高溫油氣流體注入現(xiàn)象［13，16］。春風(fēng)油田排601區(qū)塊的排601－平1和排601－平4井新近系沙灣組儲(chǔ)層包裹體均一化溫度主要分布在60～80℃，以液烴包裹體為主，不存在大于160℃以上均一化溫度的氣液包裹體，說明沙灣組和侏羅系、白堊系稠油充注時(shí)流體類型和環(huán)境存在一定的差別，為不同期次流體充注。

圖3 春風(fēng)油田沙灣組(a)與侏羅系、白堊系(b)儲(chǔ)層鹽水包裹體均一化溫度分布直方圖Fig.3 Histogram of the homogenization temperature in Shawan Formation(a)，Jurassic and Cretaceous(b)reservoir brine inclusions in Chunfeng oilfield

表2 春風(fēng)油田儲(chǔ)層成巖作用的標(biāo)志Table 2 Diagenetic markers of reservoirs in Chun feng oilfield

準(zhǔn)噶爾盆地西北緣車排子地區(qū)地層的古地溫較低［15］，基本上小于70℃，有機(jī)質(zhì)成熟度較低，鏡質(zhì)體反射率(Ro)值小于0.4%，孢粉顏色為黃色;新近系、白堊系巖石比較疏松，固結(jié)程度較低，原生粒間孔隙發(fā)育，以孔隙膠結(jié)為主(表2)，石英一般未見次生加大邊，局部發(fā)育次生加大邊，長(zhǎng)石的溶解也較少;侏羅系巖石局部半固結(jié)，膠結(jié)略顯致密;砂巖和泥巖中富集蒙皂石，無序混層(表2)，蒙皂石層占50%和70%以上;砂巖局部可見少量自生高嶺石、伊利石，多為它生，存在少量的陸源重礦物。整體而言，侏羅系、白堊系和新近系都屬于成巖階段早期。但是侏羅系成巖作用明顯強(qiáng)于白堊系和新近系，侏羅系稠油包裹體一部分分布在石英顆粒的微裂隙面上，少量分布在溶蝕成因的長(zhǎng)石顆粒中，表明油氣是在侏羅系儲(chǔ)層固結(jié)成巖發(fā)生溶蝕作用之后充注的。并且侏羅系儲(chǔ)層孔隙富含油，氣液包裹體較為發(fā)育，氣體保存條件略好，生物降解的程度要弱，而白堊系儲(chǔ)層深褐色液態(tài)烴類包裹體發(fā)育，儲(chǔ)層孔隙中含有瀝青，稠油降解要強(qiáng)一些，保存條件更差，但也發(fā)育氣液包裹體，因此稠油充注時(shí)間為白堊紀(jì)之后古近紀(jì)時(shí)期最為合理;春風(fēng)油田新近系沙灣組稠油的儲(chǔ)層中，巖石膠結(jié)疏松，成巖作用很差，石英次生加大邊現(xiàn)象很少，儲(chǔ)層中油氣包裹體也很少，油氣包裹體豐度GOI≤0.5%，且主要是液烴包裹體，說明油氣充注時(shí)間較晚，認(rèn)為在新近紀(jì)晚期到第四紀(jì)存在一期稠油的充注。

結(jié)合前人對(duì)該地區(qū)油氣成藏研究結(jié)果［17］，結(jié)合包裹體的鹽度、均一化溫度、產(chǎn)狀特征分析認(rèn)為車排子地區(qū)春風(fēng)油田的稠油至少存在兩期充注，第一期為白堊紀(jì)到古近紀(jì)時(shí)期，第二期為新近紀(jì)以后的晚期成藏。

4 油源對(duì)比

春風(fēng)油田的原油屬于特超稠油，原油遭受嚴(yán)重的生物降解，油源對(duì)比難度較大，包裹體捕獲的是油氣保留了聚集時(shí)的特性，故可以用包裹主成分開展稠油的油源對(duì)比研究［13、16］。

車排子凸起東部的昌吉凹陷主要分布有古近系安集海組，白堊系吐谷魯群，中、下侏羅統(tǒng)，上三疊統(tǒng)湖沼相腐殖型烴源巖及二疊系湖相腐泥型烴源巖等兩大類五套烴源巖，車排子凸起南部的四棵樹凹陷主要發(fā)育古近系安集海組，白堊系吐谷魯群和中、下侏羅統(tǒng)烴源巖。前人研究認(rèn)為車排子地區(qū)的原油主要來源于昌吉凹陷二疊系風(fēng)城組、下烏爾禾組和侏羅系［1，5，18－19］，其中二疊系風(fēng)城組烴源巖三環(huán)萜烷(C20，C21，C23)呈上升型分布(C20＜C21＜C23)，姥植比(Pr/Ph)小于0.8，碳同位素較輕，一般δ13C ＜－30.0‰，β－胡蘿卜烷和伽馬蠟烷含量較高;二疊系下烏爾禾組烴源巖三環(huán)萜烷(C20，C21，C23)呈山型分布(C20＜C21＞C23)，一般 1 ＜Pr/Ph＜1.5，一般 －29‰ ＜δ13C ＜ －31‰，含 β－胡蘿卜烷，伽馬蠟烷含量中等;侏羅系煤系烴源巖三環(huán)萜烷含量較低，一般為下降型或山型分布，Pr/Ph＞2，碳同位素一般δ13C ＞－28‰，伽馬蠟烷含量很低，基本不含 β － 胡蘿卜烷［18－20］。

圖4 春風(fēng)油田排1井侏羅系井深757 m砂巖包裹體主成分部分生標(biāo)分布特征Fig.4 Distribution characteristic of biomarkers of the principal component of hydrocarbon fluid inclusions in the Jurassic in the Well Pai-1(－757 m)in Chunfeng oilfield

排1井侏羅系(圖4)、白堊系、排602白堊系、排19井新近系儲(chǔ)層包裹體主成分中Pr/Ph值為049～0.52，三環(huán)萜烷(C20，C21，C23)基本都呈上升型或山型，伽馬蠟烷含量中等，可見β－胡蘿卜烷(圖4c;表3)，這些特征與侏羅系烴源巖存在較大的差別，和二疊系風(fēng)城組或?yàn)鯛柡探M烴源巖較相似。另外排1井、排601－平1井、排602井稠油儲(chǔ)層瀝青“A”δ13C值分別為－30.5‰，－30‰，－30.5‰，與侏羅系源巖 δ13C值分布相差較大，與二疊系接近。因此，認(rèn)為春風(fēng)油田侏羅系、白堊系儲(chǔ)層中的特超稠油主要來源于二疊系烴源巖，局部地區(qū)可能存在侏羅系后期生成的油氣充注。

圖5 春風(fēng)油田排19井沙灣組井深920.2 m抽提物(a，b)及包裹體主成分(c，d)部分生標(biāo)分布特征Fig.5 Distribution characteristic of biomarkers of sandstone extraction content(a，b)and the principal component of hydrocarbon fluid inclusions(c，d)of Shawan Formation in the Well Pai-19(902.2 m)in Chunfeng oilfield

從排1井侏羅系和白堊系、排602井白堊系稠油儲(chǔ)層包裹體主成分和游離烴生物標(biāo)志化合物特征可以看出，包裹體主成分中可見“鼓包”現(xiàn)象和25－降藿烷，甾、萜烷分布較完整，正構(gòu)烷烴可見一定損失，說明在包裹體捕獲時(shí)原油已經(jīng)遭受輕微的生物降解，儲(chǔ)層游離烴色質(zhì)圖中可見到明顯的表征生物降解鼓包現(xiàn)象和較高含量的25－降藿烷，甾、萜烷存在不同程度的降解，說明在聚集成藏后又遭受了嚴(yán)重的生物降解。在南部的排19井新近系沙灣組儲(chǔ)層游離烴(圖5 a，b)和包裹體主成分中(圖5 c，d)都可見表征生物降解的25－降藿烷，但是在游離烴中又見到了分布較完整的正構(gòu)烷烴(圖5a)，表現(xiàn)出后期充注現(xiàn)象。油砂抽提物瀝青“A”碳同位素值為－28.3‰，高于典型二疊系烴源巖的原油，而低于來源于侏羅系煤系烴源巖的原油，因此判斷該類稠油早期充注的是來自昌吉凹陷二疊系的原油，后期又充注了侏羅系原油(表3)。

表3 包裹體主成分及油源分析Table 3 Principal components of hydrocarbon fluid inclusions and oil-source correlation

圖6 春風(fēng)油田車排子地區(qū)烴源灶疊置與復(fù)合模式Fig.6 Superimposition mode of kitchens in Chepaizi area，Chunfeng oilfield

5 成藏演化及成藏模式

晚三疊世到早侏羅世時(shí)期，昌吉凹陷中、下二疊統(tǒng)烴源灶已逐步進(jìn)入供油高峰［18］，生成的油氣在紅車斷裂帶下盤儲(chǔ)層聚集成藏(圖6)。但由于印支期的斷裂活動(dòng)較強(qiáng)，紅車斷裂帶下盤油氣保存不利，中、晚侏羅世，中、下二疊統(tǒng)烴源巖供烴強(qiáng)度變?nèi)?，燕山期的?gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致油氣藏進(jìn)一步調(diào)整，油氣通過不整合面、斷層向車排子運(yùn)移［1，3，5，18］，在春風(fēng)油田侏羅系儲(chǔ)層也可能聚集成藏。燕山運(yùn)動(dòng)到喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)的早期，車排子地區(qū)沉積厚度較薄，車拐斷裂帶下盤油氣藏再次調(diào)整運(yùn)移。

構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈由于斷裂的開啟性，調(diào)整過程中導(dǎo)致部分油氣遭受一定的生物降解而稠化，油氣調(diào)整運(yùn)移至紅車斷裂帶的上盤［21］，在上盤及石炭系潛山帶形成一定規(guī)模次生油氣藏，部分油氣沿侏羅系頂部的不整合面，運(yùn)移到車排子凸起帶的侏羅系和白堊系儲(chǔ)層。由于地層發(fā)育較薄，油氣運(yùn)移過程中可能同時(shí)遭受生物降解稠化，聚集成藏后由于埋藏較淺，又進(jìn)一步遭受微生物的降解作用，形成稠油油藏。新近紀(jì)以后，中下二疊統(tǒng)烴源灶供烴基本終止［18］。車排子地區(qū)沉積了厚度較大新近系沙灣組和塔西河組(圖7)，沙灣組砂巖發(fā)育，成巖作用弱，儲(chǔ)層物性較好。由于新近紀(jì)末期的晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)生，紅車斷裂帶的部分油藏進(jìn)一步調(diào)整改造，先通過新近紀(jì)以來的層間斷層，垂向運(yùn)移，再沿上部的不整合面運(yùn)移到車排子凸起帶(圖7)，油氣運(yùn)移過程中也可能遭受一定的生物降解，聚集成藏后，由于新近系層位埋藏較淺，微生物活動(dòng)頻繁，油氣又進(jìn)一步遭受了嚴(yán)重降解。另外，古近紀(jì)以后，昌吉凹陷和四棵樹凹陷侏羅系烴源巖開始生烴，生成的油氣也會(huì)向車排子地區(qū)運(yùn)移，因此車排子地區(qū)部分井區(qū)稠油油藏后期存在一定量的侏羅系輕質(zhì)油后期充注的影響。

綜合分析，春風(fēng)油田稠油主要來源于東部昌吉凹陷二疊系烴源巖，屬于遠(yuǎn)源供烴;油氣主要通過幾套區(qū)域性的不整合面和紅車斷裂帶向車排子凸起上的春風(fēng)油田運(yùn)移，具備階梯狀輸導(dǎo)、毯式運(yùn)移的特征;春風(fēng)油田的稠油油藏為早期二疊系生成的古油藏后期調(diào)整的結(jié)果，屬于次生調(diào)整形成的油藏;原油運(yùn)移到春風(fēng)油田聚集后，后期遭受嚴(yán)重的生物降解導(dǎo)致變成特超稠油;部分井區(qū)遭受了后期侏羅系烴源巖生成的油氣的后期充注。

6 結(jié)論

1)通過包裹體主成分生物標(biāo)志化合物開展油源對(duì)比分析可以判斷春風(fēng)油田的稠油主要東部昌吉凹陷二疊系烴源巖，油氣在春風(fēng)油田聚集成藏前就已經(jīng)遭受了輕微的生物降解作用，成藏之后繼續(xù)遭受降解，部分井區(qū)還存在后期充注現(xiàn)象。

2)通過包裹體產(chǎn)狀、均一化溫度、鹽度、成巖分析，該區(qū)稠油油藏至少存在兩期充注，第一期為白堊紀(jì)到古近紀(jì)時(shí)期，第二期為新近紀(jì)以來的晚期成藏。

3)綜合分析春風(fēng)油田稠油成藏特征認(rèn)為，二疊系烴源巖生成的油氣首先在紅車斷裂帶聚集成藏，白堊紀(jì)到古近紀(jì)由于構(gòu)造調(diào)整，油氣調(diào)整運(yùn)移至紅車斷裂帶的上盤，在上盤及石炭系潛山帶形成一定規(guī)模次生油氣藏，一部分沿侏羅系頂部的不整合面，運(yùn)移到車排子凸起帶的侏羅系和白堊系儲(chǔ)層成藏，由于埋藏較淺，油氣遭受生物降解破壞;新近紀(jì)末期的晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)生，紅車斷裂帶的部分油藏進(jìn)一步調(diào)整改造，先通過新近紀(jì)以來的層間斷層，垂向運(yùn)移，再沿上部的不整合面運(yùn)移到車排子凸起帶，油氣運(yùn)移過程中也可能遭受一定的生物降解，聚集成藏后，由于新近系層位埋藏較淺，微生物活動(dòng)頻繁，油氣又進(jìn)一步遭受了嚴(yán)重降解，形成現(xiàn)今的稠油油藏。

圖7 春風(fēng)油田成藏演化示意圖Fig.7 Hydrocarbon accumulation evolution in the Chunfeng oilfield

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