王146地區(qū)沙四上亞段特稠油特征及成因模式

馬存飛，董春梅，2，任麗華，2，林承焰，2，郭美伶

(1.中國石油大學(xué)，山東 青島 266580；2.山東省油藏地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266580)

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王146地區(qū)沙四上亞段特稠油特征及成因模式

馬存飛1，董春梅1，2，任麗華1，2，林承焰1，2，郭美伶1

(1.中國石油大學(xué)，山東 青島 266580；2.山東省油藏地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266580)

王家崗油田王146地區(qū)沙四上亞段原油為高密度、高黏度、高膠質(zhì)及高瀝青質(zhì)的特稠油。根據(jù)沙四段烴源巖特征、原油物性分布、地球化學(xué)指標(biāo)和地層水水型，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)條件，探討了王146地區(qū)特稠油的成因。分析認(rèn)為，特稠油的形成屬于復(fù)合成因，低熟的原生型稠油對(duì)原油稠化有貢獻(xiàn)，而低熟和成熟原油運(yùn)聚過程中的氧化、生物降解和水洗等次生作用是特稠油形成的最主要原因。

王146地區(qū)；特稠油；原油物性；原生作用；次生作用；王家崗油田

引 言

王家崗油田位于東營凹陷南部緩坡帶的東段，處于牛莊洼陷及其南斜坡的過渡帶。主力含油層系為沙河街組，而王146地區(qū)位于南坡東段丁家屋子構(gòu)造帶與八面河構(gòu)造帶之間[1-6]。本文根據(jù)原油物性和地球化學(xué)特征，并結(jié)合王146地區(qū)地質(zhì)條件，全面剖析了特稠油的成因。

1 原油物性特征

王146地區(qū)沙四上亞段原油50℃時(shí)地面原油動(dòng)力黏度為3 900～33 743 mPa·s，平均為14 600 mPa·s；密度為0.910 2～0.989 5 g/cm3，平均為0.966 7 g/cm3；含硫量為2.26%～4.38%，平均為3.745%；凝固點(diǎn)為0～55℃；含蠟量為3.18%～33.37%，平均為14%；膠質(zhì)及瀝青質(zhì)含量為20.4%～34.8%，平均為30%，屬于高密度、高黏度、重質(zhì)、特稠油。

2 特稠油成因分析

2.1 原生作用

2.1.1 油源分析

牛莊洼陷沙四段烴源巖有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型、Ⅱ1型為主，總有機(jī)碳含量為0.7%～9.2%，平均為3.1%，油頁巖有機(jī)質(zhì)豐度高。烴源巖鏡質(zhì)體反射率為0.21～0.60，有機(jī)質(zhì)熱演化處于低熟階段，大量的低熟油形成在0.35～0.53之間[7-8]。王149油砂Pr與Ph的比值為0.22，伽馬蠟烷與C30H的比值為1.23，符合沙四型烴源巖及原油具有的較小Pr與Ph比值和較高伽馬蠟烷與C30H比值特征，與前人研究成果一致[9-11]。同時(shí)，王146地區(qū)高含硫原油主要來自沙四段烴源巖，且屬于低熟油。

2.1.2 原油物性分析

牛莊洼陷及其南斜坡的原油物性垂向變化具有明顯的規(guī)律。隨著深度增加，原油凝固點(diǎn)升高，但在2 200 m附近凝固點(diǎn)明顯偏離正常趨勢(shì)(圖1a)；原油動(dòng)力黏度和原油密度以2 200 m為邊界出現(xiàn)2個(gè)集群(圖1b、c)；含硫量整體具有先增大后減小的趨勢(shì)，拐點(diǎn)同樣大致在2 200 m(圖1d)。

原油物性特征在2 200 m附近出現(xiàn)異常與東營凹陷沙四段烴源巖早期生烴、就地成藏有一定的關(guān)系。東營凹陷烴源巖烴指數(shù)和熱解轉(zhuǎn)化率在1 500～2 400 m范圍內(nèi)出現(xiàn)1個(gè)“小鼓包”，峰值大致為2 200 m，而此類樣品幾乎全部來自沙四段烴源巖。由此表明，沙四上亞段烴源巖在埋深1 500～2 400 m時(shí)發(fā)生過一次生烴作用，由于埋深淺、地溫低、有機(jī)質(zhì)成熟度低而產(chǎn)生低熟油[12]。

圖1 牛莊洼陷及其南斜坡原油物性參數(shù)隨深度變化趨勢(shì)

2.1.3 地球化學(xué)特征

王149油砂中飽和烴含量為25.1%，芳烴含量為26.64%，飽和烴與芳烴的比值為0.94，而非烴質(zhì)含量為36.29%，瀝青質(zhì)含量為0。具備低熟油在族組成上飽和烴含量相對(duì)較低、非烴+瀝青質(zhì)含量相對(duì)較高、飽和烴與芳烴的比值低和非烴與瀝青質(zhì)含量的比值高的共同特征[13]。

低熟油含有大量生物標(biāo)志化合物，與成熟原油差異大，易于區(qū)別。王149油砂地球化學(xué)指標(biāo)中，C29甾烷ααα20S/(S+R)<0.3、C29甾烷αββ/(ααα+αββ)<0.32，且含有脫羥基維生素E系列等熱不穩(wěn)定化合物，是王146地區(qū)存在低熟油的可靠標(biāo)志。同時(shí)，C31藿烷22S/(S+R)、OEP等成熟度指標(biāo)表明相對(duì)成熟原油的存在。

油源分析、原油物性和地球化學(xué)特征均表明低熟油的存在，由于低熟油短距離運(yùn)移成藏，具有高密度、高黏度和高含硫量特點(diǎn)，對(duì)王146地區(qū)特稠油的形成具有一定貢獻(xiàn)，但低熟油數(shù)量有限[10]。

2.2 次生作用

在油氣運(yùn)聚及后期保存過程中，外部地質(zhì)環(huán)境引起的油氣次生變化會(huì)大大改變油氣物理、化學(xué)性質(zhì)。導(dǎo)致原油發(fā)生次生變化的原因主要有氧化、水洗和生物降解等次生作用。

2.2.1 油氣運(yùn)聚過程中的氧化作用

王146地區(qū)位于東營凹陷南斜坡的中帶，儲(chǔ)層主要位于烴源巖之上，原油自下而上由深層向淺層、自洼陷中心向洼陷邊緣運(yùn)移的過程中，層析作用不占主導(dǎo)地位[15]。在運(yùn)移過程中，氧化作用主導(dǎo)的情況下，原油的輕組分不斷散失，重組分相對(duì)增多，導(dǎo)致原油變稠、變重，進(jìn)而造成了原油物性特征有規(guī)律的變化。

從牛莊洼陷到王146地區(qū)再到八面河地區(qū)，隨著運(yùn)移距離增大，原油的含硫量、密度和動(dòng)力黏度均具有先升高后降低的趨勢(shì)，而王146地區(qū)始終處于相對(duì)高值區(qū)。氧化作用使原油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等雜原子化合物含量增加，而含蠟量相對(duì)降低，凝固點(diǎn)降低。

2.2.2 生物降解

所有生物標(biāo)志化合物中，正烷烴是細(xì)菌的第一食物，當(dāng)正烷烴含量降低，則表明有生物降解作用。王149及鄰區(qū)王18油砂中正構(gòu)烷烴、異構(gòu)烷烴均被消耗，飽和烴色譜圖表現(xiàn)為后峰型，表明原油遭受過明顯生物降解。

2.2.3 水洗作用

沙四上亞段頂部標(biāo)準(zhǔn)層大致對(duì)應(yīng)T6反射軸，界面之下同相軸大致平行，僅存在微弱削截，之上存在明顯超覆，向陸方向地層減薄，屬于平超不整合。在T6不整合地層切片上，面25—王152—王斜154井兩側(cè)存在相位轉(zhuǎn)換，面16井上顯示正韻律砂體，具有斜坡扇的響應(yīng)特征(圖2)。眾多階梯狀盆傾斷層切穿砂體和不整合，呈網(wǎng)毯狀輸導(dǎo)體系。不整合的存在、砂體的輸導(dǎo)和斷層的溝通為地層水洗淋濾及烴類溶解提供有利的地質(zhì)條件。

王146地區(qū)的地層水總礦化度較高，金屬離子以Na+為主，水型主要為氯化鈣型，也存在氯化鎂、硫酸鈉和重碳酸鈉水型。當(dāng)?shù)貙铀c原油接觸時(shí)，水洗作用將選擇性地吸收并帶走水溶性烴類，從而使原油中的輕組分損失，重組分富集。斜坡扇前端王153純上1砂組地層水為硫酸鈉水型，總礦化度異常低(表1)，指示淡水的滲入[16]。

沿面16—王152—王151一線，礦化度依次增加，表明沙四上亞段頂部不整合油藏正在遭受來自東南方向大氣淡水的破壞。同時(shí)，水洗作用還可為微生物創(chuàng)造溫度、氧和鹽度條件，有利于生物降解。

圖2 T6不整合油藏剖面

井號(hào)層位鉀鈉離子/(mg/L)氯根/(mg/L)硫酸根/(mg/L)碳酸根/(mg/L)重碳酸根/(mg/L)總礦化度/(mg/L)主要水型王146純下3砂組8074123365691649531164氯化鎂王148純下3砂組110191741338258262453013氯化鈣、重碳酸鈉王149純下1砂組12488197547601859243294氯化鈣王150純下1砂組45407120203—61035221氯化鈣王151純下1砂組1058216937402—84233555氯化鈣王152純下3砂組721769234209—118730727氯化鈣、硫酸鈉王153純上1砂組62996519673—1214硫酸鈉王斜154純下3砂組1466924095——22539768氯化鈣

3 稠油成因模式

牛莊洼陷和廣利洼陷中高鹽度、還原環(huán)境中形成的沙四段烴源巖由于埋深差異有低熟和成熟之分，且低熟烴源巖具備早期生烴能力，從而產(chǎn)生高密度、高黏度和高含硫的低熟油。原生低熟油的注入是王146地區(qū)特稠油形成的重要原因。

沙四段烴源巖產(chǎn)生的低熟油和成熟油主要沿著丁家屋子構(gòu)造帶和八面河構(gòu)造帶2個(gè)主要方向運(yùn)移[11]。丁家屋子構(gòu)造帶斷層眾多，具有節(jié)節(jié)北掉的特征。當(dāng)油氣由牛莊洼陷向王146地區(qū)運(yùn)聚時(shí)，每當(dāng)穿過一個(gè)斷階，就發(fā)生一次輕質(zhì)組分逸散，并遭受氧化作用，相應(yīng)的原油物性進(jìn)一步變差。隨著運(yùn)移距離增加，上覆地層厚度變薄、不整合連通、砂體輸導(dǎo)和斷層溝通等地質(zhì)因素決定了王146地區(qū)油藏保存條件較差，導(dǎo)致油藏遭受大氣、淡水滲濾。淡水帶來的游離分子氧加劇了原油的氧化，并為生物降解提供了條件。早期受超壓控制的烴類流體和晚期受水頭控制的大氣淡水兩股流體在王146地區(qū)相互作用，形成了特稠油(圖3)。原油次生改造是王146地區(qū)特稠油形成的主要原因。

圖3 王146地區(qū)特稠油成因模式

4 結(jié) 論

(1) 王家崗?fù)?46地區(qū)原油屬于高密度、高黏度、重質(zhì)、特稠油。

(2) 王家崗?fù)?46地區(qū)特稠油的形成為復(fù)合成因。油源分析、原油物性特征和地化指標(biāo)均表明低熟原生稠油的存在。不整合的存在、砂體的輸導(dǎo)和斷層的溝通使得低熟和成熟原油在運(yùn)聚過程中發(fā)生氧化、生物降解和水洗等次生作用，是特稠油形成的主要原因。

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編輯 黃華彪

20140828；改回日期：20141222

國家科技重大專項(xiàng)“復(fù)雜油氣藏精細(xì)表征及剩余油分布預(yù)測(cè)”(2011ZX05009-003)

馬存飛(1987-)，男，2009年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)資源勘查工程專業(yè)，現(xiàn)為該校地質(zhì)學(xué)專業(yè)在讀博士研究生，從事非常規(guī)油氣地質(zhì)和油藏描述方面的學(xué)習(xí)和科研工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.01.005

TE122.1

A

1006-6535(2015)01-0022-04