遼東灣坳陷LX油田淺層特稠油藏成藏過程及模式

王冰潔，徐長貴，吳　奎，張如才，鄭彧，宛良偉

(中海石油(中國)有限公司 天津分公司， 天津　300452)

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遼東灣坳陷LX油田淺層特稠油藏成藏過程及模式

王冰潔，徐長貴，吳奎，張如才，鄭彧，宛良偉

(中海石油(中國)有限公司 天津分公司， 天津300452)

針對LX油田淺層(明化鎮(zhèn)組和館陶組)特稠油藏復(fù)雜的油藏模式，充分利用地球化學(xué)、儲層和包裹體等地質(zhì)資料，在研究原油來源的基礎(chǔ)上，恢復(fù)了該區(qū)東營組的成藏時期，并對成藏期內(nèi)原油油品性質(zhì)的變化及稠化特征進行了研究。結(jié)合淺層辮狀河道沉積儲層與含油性的分析，建立了淺層特稠油藏的成藏過程及模式，結(jié)果表明：(1)淺層明化鎮(zhèn)組和館陶組成藏與深層?xùn)|營組油藏破壞相關(guān)，東營組儲層在早期(28～25 Ma,東營組沉積末期)成藏并發(fā)生初步生物降解作用以及原油演化過程中，密度先增大、粘度后增大的性質(zhì)使得油品性質(zhì)在一定程度上變差，降低了對蓋層條件的要求，為晚期(5～0 Ma)原油在蓋層條件極差的明化鎮(zhèn)組和館陶組儲層中成藏創(chuàng)造了必要條件；(2)淺層明化鎮(zhèn)組和館陶組辮狀河道砂體縱向疊置關(guān)系與原油遭受的邊充注邊降解的過程共同形成了含油飽和度及油品性質(zhì)在垂向上的旋回性，這與儲層巖性的旋回性相對應(yīng)，基于此建立了淺層油氣充注模式，解釋了現(xiàn)今特稠油垂向分布特征。

特稠油；原油來源；成藏時期；原油降解；儲層特征；LX油田；遼東灣坳陷

0　引　言

渤海海域遼東灣坳陷稠油和特稠油藏所占比重較大，對其進行勘探開發(fā)具有非常重要的意義，多年的勘探實踐表明，淺層特稠油藏油水界面不統(tǒng)一，含油邊界不規(guī)則，具有極其復(fù)雜的油藏模式，其勘探評價的風險和難度相對較大。目前關(guān)于淺層特稠油的研究主要集中在油品預(yù)測和形成機制方面，主要是強調(diào)水洗、氧化和生物降解作用等稠化機制及地層水、斷層和蓋層等地質(zhì)要素的影響[1-6]，本文對整個LX油田油藏的形成過程進行了研究，從動態(tài)成藏的角度詳細論述了原油在整個成藏過程中的稠化及淺層河流相儲層特征對特稠油藏形成的影響，建立了特稠油藏成藏過程及模式。針對研究內(nèi)容，本文利用研究區(qū)內(nèi)4口探井的巖心和壁心資料，在明化鎮(zhèn)組、館陶組和東營組共采集了32塊砂巖流體包裹體樣品，流體包裹體偏光和熒光觀察采用Axioskop-40-Pol顯微鏡系統(tǒng)，顯微測溫利用Linkam-THMS-G600冷熱臺配備顯微鏡系統(tǒng)工作鏡頭完成。

1　石油地質(zhì)概況

渤海海域遼東灣坳陷整體呈北東-南西向展布，古近系次級構(gòu)造單元自西向東依次為遼西凹陷、遼西凸起、遼中凹陷、遼東凸起和遼東凹陷，表現(xiàn)為“三凹兩凸”的特點。在遼西和遼中凹陷東側(cè)發(fā)育陡傾的深大斷裂，且多為西傾，在凹陷內(nèi)形成陡坡帶。遼西南洼LX油田位于遼西凹陷南部的陡坡帶上，東側(cè)緊鄰SX油田，南側(cè)發(fā)現(xiàn)了LWU油田、LSI油田和LSH油田(圖1(a))。LX油田是受遼西一號大斷層和近東西走向的調(diào)節(jié)斷層所夾持的斷塊構(gòu)造(圖1(b))，構(gòu)造走向北北東向，地層傾向西南，區(qū)內(nèi)自下而上古近系地層發(fā)育有孔店組(Ek)、沙河街組(Es)和東營組(Ed)，新近系地層發(fā)育有館陶組(Ng)和明化鎮(zhèn)組(Nm)，其中，淺層明化鎮(zhèn)組和館陶組地層垂向上為連續(xù)沉積的大套砂巖(圖1(c))，形成大規(guī)模塊狀特稠油藏(圖1(d))。

2　特稠油成藏過程分析

原油的稠化機制包括水洗、氧化和生物降解等類型[7]，一個稠油油藏的形成往往是多種成因共同產(chǎn)生作用的結(jié)果，這些導(dǎo)致油品性質(zhì)變差的多種稠化機制伴隨著原油從生成至聚集成藏的各個環(huán)節(jié)[8]。LX油田淺層明化鎮(zhèn)組和館陶組特稠油藏的形成與其成藏過程具有密切的關(guān)系，受該油田兩期成藏作用的控制，即東營組早期(東營組末期)成藏，晚期(明化鎮(zhèn)組沉積期)東營組油藏遭受破壞之后在淺層明化鎮(zhèn)和館陶組再次聚集。

2.1油氣來源及運聚時期

LX油田淺層新近系原油的來源與其下伏古近系砂體原油早期(東營組末期)聚集具有密切的關(guān)系。東營組末期，沙河街組烴源巖經(jīng)歷了一次生排烴高峰期[9]，有利于東營組砂體的原油聚集，而且在東營組的砂巖樣品中，可以檢測到大量的烴類包裹體，根據(jù)流體包裹體顯微測溫結(jié)果，油田東營組地層與油包裹體同期的鹽水包裹體均一溫度可以檢測到兩期原油充注，第一期為55～65 ℃，第二期為65～75 ℃(圖2(a))。利用埋藏史圖投影法[10]，在恢復(fù)埋藏史和熱史的基礎(chǔ)上，對鹽水包裹體的均一溫度進行投影(圖2(b))，可以看出成藏第一期為28～25 Ma(東營組沉積末期)，成藏第二期為5～0 Ma(明化鎮(zhèn)組沉積末期至今)，原油充注存在較長的間隔期，這與東營組末期遼東灣坳陷湖盆整體抬升遭受剝蝕[11]、地層溫度降低并導(dǎo)致生排烴作用明顯減弱相對應(yīng)。上述包裹體測溫資料表明，在東營組沉積末期，原油首先在深部的東營組地層成藏。根據(jù)顯微鏡下觀察，該油田LX-A井東營組流體包裹體GOI值(含油包裹體相對豐度)可以達到6%，豐度較高，而測井解釋結(jié)果為油水同層、含油水層或者水層，具有古油藏被破壞的特征。由于遼西凹陷明化鎮(zhèn)組沉積時期的新構(gòu)造運動造成[12-14]控圈斷層活化成為油源斷層，東營組原油向淺層明化鎮(zhèn)組和館陶組聚集，從東營組和明化鎮(zhèn)組及館陶組原油樣品中芳烴化合物三芳甾烷(m/z=245)質(zhì)量色譜圖的對比來看，二者十分相似，都表現(xiàn)為高的4-甲基-24-乙基三芳甾烷和4，23，24-三甲基三芳甲藻甾烷，可以進行對比(圖3)，均為沙三段烴源巖的原油[15]。

圖1　研究區(qū)構(gòu)造位置和構(gòu)造特征Fig.1　Structural location and characteristics of the interested area

圖2　地溫史模擬和東營組包裹體均一溫度投影結(jié)果Fig.2　The geothermal history simulation and homogenization temperature of fluid inclusions projection map

圖3　原油樣品芳烴化合物三芳甾烷(m/z=245)質(zhì)量色譜圖Fig.3　The aromatic hydrocarbon of tri-aromatic steroid (m/z=245) mass chromatogram of oil sample

2.2原油油品性質(zhì)變化

圖4　原油密度和粘度的變化關(guān)系圖Fig.4　Diagram of density and viscosity of crude oil

LX油田原油物性較差，原油族組分中膠質(zhì)+瀝青質(zhì)的含量可以達到50%以上，實測的明化鎮(zhèn)組和館陶組原油的密度分布在1.004～1.006 g/cm3的范圍內(nèi)，粘度(50 ℃)為32 000～37 000 mPa·s。依據(jù)此條件，原油在儲層中進行橫向運移以及沿斷層進行垂向運移阻力要大于動力，無法從東營組向淺層明化鎮(zhèn)組和館陶組運移并聚集，所以該油田的成藏表明了其特稠油的形成屬于次生稠油，是原油在充注儲層之后進一步稠化至現(xiàn)今狀態(tài)。在成藏期內(nèi)原油的物性相對較好，但根據(jù)LX-B井巖心觀察結(jié)果，明化鎮(zhèn)組油層上覆泥巖蓋層厚度僅為1.5 m，而館陶組油層頂部為砂礫巖(圖1(c))，不存在泥巖蓋層，明化鎮(zhèn)組和館陶組儲層和蓋層巖心壓汞測試分析計算結(jié)果也表明儲蓋排驅(qū)壓力差較小，對于密度為0.95 g/cm3的原油其封閉油柱高度僅為1 m左右，所以對于油品性質(zhì)相對較好的原油，蓋層基本不存在封閉能力，這可以說明原油在聚集時油品性質(zhì)已經(jīng)變差，具有接近于水的密度和較大的粘度，否則儲層中的原油在大規(guī)模聚集之前便會沿上覆蓋層散失。根據(jù)上述兩個方面，明化鎮(zhèn)組和館陶組原油在聚集時已經(jīng)遭受了相當程度的稠化，但是又不會影響原油在儲層和斷層中的運移。原油油品性質(zhì)的演化特征為滿足這一要求提供了必要的條件。根據(jù)統(tǒng)計遼西凸起原油密度和粘度的關(guān)系可以看出來(圖4)，該區(qū)原油密度和粘度具有非常好的指數(shù)關(guān)系：當密度小于0.95 g/cm3時，伴隨著密度的増大，粘度變化范圍在1 000 mPa·s之內(nèi)；當密度大于0.95 g/cm3時，之后密度的變化范圍較小，而粘度則急劇增加，可以達到8 000 mPa·s之上，這種變化關(guān)系表明了原油在運移成藏過程中密度先增大、粘度后增大的演化過程，這個過程為LX油田的成藏提供了必要條件。結(jié)合油氣來源分析，東營組地層成藏之后，由于埋深較淺，遭受一定程度的水洗、氧化和生物降解作用，油品性質(zhì)有所變差，首先密度增加較大，降低了對蓋層條件的要求，為淺層明化鎮(zhèn)組和館陶組的聚集創(chuàng)造了有利條件，而粘度相對變化又未達到現(xiàn)今狀態(tài)，對原油運移的影響較小。

2.3原油次生改造和邊充注邊降解的特征

LX油田原油遭受了明顯的次生改造作用。根據(jù)多個原油樣品飽和烴氣相色譜和質(zhì)量色譜圖分析，原油的輕組分明顯損失，生物標志化合物中規(guī)則甾烷和C30藿烷含量較低，C25降藿烷含量明顯增加(圖5)。含硫量分析也表明原油中硫元素相對富集，在0.4%～0.45%的范圍內(nèi)，要高于普通稠油和正常原油0.2%～0.4%的分布范圍。原油酸值測定總酸值高達7.6～9.0 mg KOH/g，遠大于0.5 mg KOH/g高酸值原油的劃分標準[16]。在原油稠化機制中，水洗和氧化作用對原油油品性質(zhì)變差的影響有限，很難出現(xiàn)上述特征，LX臨區(qū)的SX油田遭受了明顯的水洗作用[17]，但其原油物性要明顯好于LX油田(圖4)，這表明LX油田明化鎮(zhèn)組和館陶組原油遭受了強烈的生物降解作用，降解程度達到7～8級。

圖5　原油樣品氣相色譜和質(zhì)量色譜圖Fig.5　Gas chromatography and mass chromatogram of crude oil samples

LX油田的地質(zhì)條件決定了原油充注明化鎮(zhèn)組和館陶組儲層之后發(fā)生生物降解作用，由于地層埋藏較淺，地層溫度要小于60 ℃，適于微生物的生存，因此有利于大規(guī)模生物降解作用的進行，這種發(fā)生在儲層中的降解作用在地史時期速度相對較快，即原油具有邊充注邊降解的特征，這可以從油層有機包裹體的熒光現(xiàn)象進行說明。不同時期捕獲的烴類包裹體伴隨著有機質(zhì)成熟度的增加，顯微熒光光譜會呈現(xiàn)出“藍移”現(xiàn)象，熒光顏色依次顯示為紅色、橙色、黃色、綠色和藍白色的變化特征[18]，如果同一時期捕獲的同類油源的烴類包裹體，呈現(xiàn)不同的熒光顏色，則說明在短時期內(nèi)原油組分發(fā)生了變化。LX油田明化鎮(zhèn)組和館陶組烴類包裹體的熒光顏色主要包括淺黃色、亮黃色、弱白色和藍白色，而在同一塊樣品上，可以觀察到不同熒光顏色的包裹體(圖6)。根據(jù)包裹體顯微測溫結(jié)果，圖6(a)和(b)中不同熒光顏色烴類包裹體的均一溫度分別在55～58 ℃和60～63 ℃之間，為同一時期捕獲，且具有晚期成藏成熟度較高的特征，這說明原油充注儲層之后，巖石顆粒首先捕獲的為發(fā)藍白色熒光的包裹體，在原油充注之后遭受了快速的生物降解作用，成分發(fā)生變化，又進一步捕獲發(fā)黃色熒光的包裹體。熒光光譜發(fā)生“紅移”現(xiàn)象，是原油邊充注邊降解所造成，而這一過程也使得原油物性自東營組進行初步降解之后進一步變差，形成現(xiàn)今儲層中的原油物性特征，這在很大程度上降低了對蓋層的要求，當原油密度大于水的密度時發(fā)生“重力分異作用”，使得油水關(guān)系倒置，原油向低部位運移，理論計算也表明了特稠油的這一運移過程[19]。

圖6　有機包裹體透射光和熒光顯微觀察照片F(xiàn)ig.6　Transmitted light and fluorescence microscopy photos of organic inclusions(a)和(c)為砂巖包裹體薄片透射光顯微觀察照片，(b)和(d)為對應(yīng)的熒光顯微觀察照片

3　特稠油成藏模式建立

3.1儲層特征及含油性分布

LX油田淺層明化鎮(zhèn)組和館陶組儲層為辮狀河流相沉積。根據(jù)LX-B井巖心觀察，可以將其劃分為主河道、心灘和河漫灘三種沉積微相。其中，主河道巖性主要為砂礫巖和含礫砂巖，心灘為粗砂巖、中砂巖和細砂巖，河漫灘主要為粉砂巖和泥巖。由于受河道側(cè)向遷移互相切割的影響，河漫灘沉積多被剝蝕，其垂向上主要發(fā)育多期主河道和心灘互相疊置沉積。根據(jù)LX-B井257塊砂巖樣品物性(通過覆壓孔滲換算至地層條件)統(tǒng)計分析表明，其儲層孔隙度分布在26%～33%的范圍內(nèi)，滲透率分布在100×10-3～4 000×10-3μm2的范圍內(nèi)，具有高孔高滲的特征。其中主河道和心灘中下部砂巖物性(平均滲透率2 296.1×10-3μm2)要明顯好于河漫灘和心灘頂部砂巖物性(平均滲透率629.9×10-3μm2)。圖7為LX-B井館陶組998.0～1 013.1 m連續(xù)取心結(jié)果，可以依據(jù)其巖性特征在垂向上劃分為5期河道和心灘沉積的疊加。根據(jù)巖心含油性觀察和含油飽和度分析結(jié)果可以明顯看出，在儲層物性較好的主河道和心灘的中下部，砂巖含油飽和度相對較高，全井段統(tǒng)計平均含油飽和度為50.2%，而在心灘頂部含油飽和度相對較低，全井段統(tǒng)計平均含油飽和度為31.9%。與巖性旋回相對應(yīng)，含油性也出現(xiàn)旋回性，從含油性與儲層物性的統(tǒng)計關(guān)系也可以看出來，孔隙度和含油飽和度沒有明顯的關(guān)系，而滲透率和含油飽和度則表現(xiàn)出一定的正相關(guān)特征(圖8)。

圖7　部分井段巖心照片(LX-B井)Fig.7　Core images from selected intervals in LX-B well

圖8　明化鎮(zhèn)組和館陶組含油飽和度和儲層物性的關(guān)系Fig.8　The relationship between oil saturation and reservoir property of Minghuazhen and Guantao formations

3.2特稠油藏原油充注模式

根據(jù)上述對儲層含油性的分析可知，每一期河道頂部心灘的含油飽和度有所減小，而實測數(shù)據(jù)分析也表明其儲層物性相對較差，含油性和儲層物性的對應(yīng)關(guān)系表明心灘受儲層物性控制并針對稠油的運聚存在一套“滲透性屏蔽層”，這套屏蔽層的成因為河漫灘和心灘細粒沉積所致[20]，影響著原油的垂向和側(cè)向運移。根據(jù)對原油油品性質(zhì)變化及降解特征的研究，結(jié)合儲層特征和含油性關(guān)系建立了原油充注儲層模式圖(圖9)，垂向上為兩期河道的疊加，每期河道內(nèi)部包括底部主河道和頂部心灘兩部分。模型1中，第一期河道心灘沉積受儲層物性影響對運原油運移起屏蔽作用，而模型2中，相同位置儲層對原油運移不起屏蔽作用。

當原油開始充注儲層時，由于受第一期河道頂部屏蔽層的影響，原油分別在兩期河道頂部聚集，形成兩個獨立的油水系統(tǒng)(圖9模型1(a))。因為原油來自于受新構(gòu)造運動破壞的東營組儲層，而在東營組成藏時原油已遭受初步的稠化，所以油品性質(zhì)在一定程度上已經(jīng)變差，增加了原油突破油藏上覆蓋層的難度，加之初期聚集量較少，油柱高度較小，因此很難通過上覆屏蔽層而發(fā)生逸散，形成了淺層河流相儲層中原油的初步聚集。如果第一期河道心灘由于遭受剝蝕而不發(fā)育物性較差的儲層，則原油開始充注時便在第二期河道頂部心灘中聚集，形成一個獨立的油水系統(tǒng)(圖9模型2(a))。

圖9　淺層原油充注儲層模式圖Fig.9　Shallow layer oil filling reservoir pattern

根據(jù)原油邊充注邊降解的特征，早期已經(jīng)在河道頂部聚集的原油在油水界面附近由于微生物活動活躍，發(fā)生強烈的生物降解作用，使得原油稠化，在油水界面附近油品性質(zhì)相對變差。伴隨著原油的持續(xù)充注，新充注的原油(圖9模型2(a)中虛線箭頭)由于油品性質(zhì)相對早期充注的原油較好而繼續(xù)充注頂心灘部，此時雖然伴隨著原油聚集量的增加，油柱高度有所增大，但是油水界面附近強烈的生物降解作用不斷對原油進行降解，導(dǎo)致油品性質(zhì)不斷變差，甚至大于水的密度，在重力分異的作用下已被強烈降解的原油向儲層物性更好的河道中部和底部運移(圖9模型2(a)中實線箭頭)。在不發(fā)育屏蔽層時，可以向下運移至第一期河道儲層內(nèi)(圖9模型2(b))。上述原油充注過程也造成了含油飽和度在河道中下部要高于頂部心灘，導(dǎo)致含油飽和度和沉積旋回出現(xiàn)對應(yīng)關(guān)系；伴隨著原油的持續(xù)充注和生物降解作用不斷地進行，這一過程一直持續(xù)至原油充滿整個儲層(圖9模型1(c)和2(c))，并最終形成現(xiàn)今特稠油的垂向分布特征。值得一提的是，在原油充注儲層和重力分異作用下導(dǎo)致的向下運移的過程中，當其遇到其它期次河道的屏蔽層時，運移受阻，這可能導(dǎo)致特稠油藏油水界面不統(tǒng)一，并形成不規(guī)則(含油邊界與油層頂面不相交)的含油邊界，增加勘探難度。

4　結(jié)　論

(1)LX油田原油的演化過程為淺層明化鎮(zhèn)組和館陶組特稠油藏的形成提供了兩個非常重要的必要條件：①下伏的東營組儲層具有兩期成藏的特征，早期(東營組沉積末期)在東營組地層中原油聚集并初步發(fā)生生物降解作用，使得油品性質(zhì)變差，降低蓋層要求，為晚期原油在淺層蓋層條件極差的儲層中成藏創(chuàng)造了必要條件；②原油密度先增大、粘度后增大的演化性質(zhì)，使得東營組原油粘度在降解初期變化相對較小，在經(jīng)歷新構(gòu)造運動破壞之后仍能夠沿斷層做垂向運移。

(2)明化鎮(zhèn)組和館陶組河流相儲層含油飽和度在垂向上具有一定的旋回性，這與儲層垂向上的旋回性特征相對應(yīng)，這種特征與心灘頂部和河漫灘沉積所形成的 “滲透性屏蔽層”關(guān)系密切，新充注的原油先在屏蔽層底部聚集，同時在油水界面附近發(fā)生的強烈的生物降解作用使原油密度增大，甚至大于水的密度，從而發(fā)生“重力分異”作用，早先充注的原油向心灘中下部運移，使含油飽和度增加。

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Shallow Super Heavy Oil Reservoir Accumulation Process and Model in LX Oilfield, Liaodong Bay Depression

WANG Bingjie，XU Changgui，WU Kui，ZHANG Rucai，ZHENG Yu，WAN Liangwei

(TianjinBranch,CNOOCLtd.,Tianjin300452,China)

In order to investigate the complex accumulation model of super heavy oils in LX oilfield (Minghuazhen and Guantao formations), integrated data including geochemical, petrophysical and fluid inclusion analysis were applied in this study to reconstruct the charge history in Dongying Formation, and to characterize the evolution process of oil properties and therefore densification during the charge period. Based on the combined analysis on both the shallow braided channel reservoir and oil saturation, the accumulation processes and model of super heavy oil in shallow reservoirs were established, the result as follows: (1)The hydrocarbon accumulation in shallow Minghuazhen and Guantao formations is strongly associated with the destroy of deep Dongying oil reservoirs. The hydrocarbon in Dongying Formation was accumulated during 28 to 25 Ma and thereafter suffered biological degradation. During the oil evolution history, the density was increased firstly and then the viscosity was increased, which reduces the oil properties and decreases the requirement to cap rock sealing capacity. The dynamic evolution processes made it possible that crude oil could accumulate in the Minghuazhen and Guangtao formations which have poor sealing capacity during 5～0 Ma. (2)The vertical cyclicity of the oil saturation and oil properties is ascribed to the vertical stacking pattern of braided channel sandy bodies in Minghuazhen and Guantao formations as well as the fact that crude oil were suffered from biological degradation during the charging time. This is corresponding to the cycles of reservoir lithology. In term of these analysis, we established the hydrocarbon charge models and characterized the vertical distribution of crude oils.

super heavy oil; source of crude oil; charge history; crude oil degradation; reservoir characteristics; LX oilfield; Liaodong Bay Depression

2015-11-10；改回日期：2016-02-17；責任編輯：孫義梅。

國家科技重大專項“近海大中型油氣田形成條件與分布”(2011ZX05023-006)。

王冰潔，男，工程師， 1984年出生，石油地質(zhì)學(xué)專業(yè)，從事石油地質(zhì)綜合研究。Email：wangbj6@cnooc.com.cn。

TE122.2

A

1000-8527(2016)03-0663-09