東營凹陷林樊家地區(qū)稠油特征及成因機制

陳建平，王興謀，高長海，張云銀，李豫源

(1.中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257015；2.中國石油大學(華東)，山東 青島 266580)

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東營凹陷林樊家地區(qū)稠油特征及成因機制

陳建平1，王興謀1，高長海2，張云銀1，李豫源2

(1.中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257015；2.中國石油大學(華東)，山東 青島 266580)

濟陽坳陷東營凹陷林樊家地區(qū)館陶組稠油特征及其成因機制仍不甚清楚，制約了稠油的勘探與開發(fā)。為此，對原油物性、族組成、色譜、質(zhì)譜等有機地球化學資料進行分析，并結(jié)合洼陷內(nèi)油源對比分析。研究認為，林樊家地區(qū)館陶組原油經(jīng)過微生物降解作用發(fā)生稠變，形成以高密度、高黏度和高含硫量為特征的稠油。稠變程度主要受控于地層水的性質(zhì)以及與油層接觸的地層水的規(guī)模，具有“中間低、周邊高”的特征。研究成果對該區(qū)深入勘探開發(fā)具有一定的指導意義，也可為淺層稠油降解氣的研究提供理論基礎(chǔ)。

稠油；地球化學特征；成因機制；控制因素；林樊家地區(qū)；濟陽坳陷

0 引 言

濟陽坳陷稠油的勘探開發(fā)具有重要地位，截至2013年年底，稠油儲量已占總探明石油儲量的56.2%，具有很大的勘探潛力，是高效勘探開發(fā)的重要方向。稠油遍布古生界、古近系以及新近系等多個層系，主要分布于盆緣斜坡、凸起和斷階帶，具有環(huán)凹分布、構(gòu)造高部位分布、埋藏淺的特征。林樊家地區(qū)館陶組稠油是濟陽坳陷東營凹陷最早發(fā)現(xiàn)的稠油油藏之一，目前對其成藏特征、油藏描述、開發(fā)技術(shù)的研究已較深入[1-3]，然而對其地球化學特征、成因機制的基礎(chǔ)地質(zhì)研究仍較薄弱，成為制約稠油油藏勘探與開發(fā)的瓶頸。因此，針對林樊家地區(qū)稠油研究存在的主要問題，采用地質(zhì)、地球化學等技術(shù)手段，闡明稠油地質(zhì)和地球化學特征，揭示稠油的成因機制，可為該區(qū)及同類地區(qū)的相關(guān)研究提供借鑒。

1 地質(zhì)概況

林樊家構(gòu)造位于渤海灣盆地濟陽坳陷東營凹陷西部，是在中生界、古生界低隆起基礎(chǔ)上發(fā)育起來的北東傾向的大型披覆構(gòu)造，受陽信、林南和林北等斷層的控制。北接陽信洼陷，南至里則鎮(zhèn)洼陷，西鄰滋鎮(zhèn)洼陷，東抵利津洼陷，勘探面積約為650 km2。該區(qū)自上而下鉆遇了第四系平原組、新近系明化鎮(zhèn)組、新近系館陶組及古近系孔店組，由于地層長期抬升遭受風化剝蝕，形成了館陶組與孔店組之間的不整合面，館陶組地層直接披覆于孔店組地層之上。目前，林樊家地區(qū)已發(fā)現(xiàn)了孔店組、館陶組和明化鎮(zhèn)組3套含油氣層系，其中天然氣主要賦存于明化鎮(zhèn)組和館陶組1～3砂巖組，為巖性氣藏，探明天然氣地質(zhì)儲量為4.88×108m3；原油主要分布于館陶組4砂巖組(主力油層)和3砂巖組，均為巖性稠油油藏或構(gòu)造-巖性稠油油藏，探明石油地質(zhì)儲量為3 958×104t。

2 稠油特征

2.1 原油物性與族組成特征

林樊家地區(qū)館陶組原油密度(50℃)為0.92～1.00 g/cm3，黏度(50℃)為130～4 800 mPa·s，根據(jù)稠油劃分標準[4]，屬于稠油范疇，具有高密度、高黏度和高含硫量特征。受斷層、構(gòu)造位置等因素的控制，不同部位原油物性差異明顯，中間主體部位(林15—濱605井區(qū))原油性質(zhì)相對較輕，密度(50℃)為0.92～0.95 g/cm3，黏度(50℃)為130～500 mPa·s；周邊部位原油性質(zhì)相對較重，如林102、林17、林南1及林中12等井區(qū)，密度(50℃)一般大于0.96 g/cm3，黏度(50℃)一般大于1 500 mPa·s。原油族組成中飽和烴含量為31.98%～41.08%，芳烴含量為19.79%～27.62%，非烴和瀝青質(zhì)含量為33.27%～44.89%，原油的黏度與膠質(zhì)、瀝青質(zhì)具有較好的相關(guān)性。與洼陷正常原油(如濱534井油砂)相比，飽和烴含量相對較低，而非烴和瀝青質(zhì)含量明顯增加，反映出輕質(zhì)餾分散失、重質(zhì)餾分殘留特征。

2.2 原油烴類組成特征

2.2.1 烴類總體分布

原油飽和烴氣相色譜圖表明，林樊家地區(qū)館陶組原油多數(shù)遭受了破壞，“基線鼓包”現(xiàn)象明顯(圖1)。與原油物性特征相一致，原油飽和烴損失程度也呈一定的規(guī)律性：中間主體部位降解程度最低，如林3-131井只有部分正構(gòu)烷烴發(fā)生降解(圖1a)，向周邊降解程度逐漸增大，林10-8、林14-4井僅殘留類異戊二烯(圖1b、c)，至邊部林南斷層附近降解程度最大，林20-4井正、異構(gòu)烷烴損失殆盡，類異戊二烯也基本消失(圖1d)。芳烴組分抗降解能力普遍較強，但芳烴總離子流圖基線普遍發(fā)生抬升，具有明顯遭受后期改造的特征，表明耐生物降解的芳烴類化合物出現(xiàn)了不同程度損失，但其改造程度不及飽和烴，多數(shù)原油的低分子質(zhì)量萘、菲等僅輕度或部分消耗，尤其是萘的變化最明顯，靠近中間主體部位的林中10-8井萘含量明顯高于周邊部位的林中15-2井(圖1e、f)，顯示出向周邊原油降解程度不斷增大的特征。

圖1 林樊家地區(qū)館陶組原油飽和烴氣相色譜及芳烴總離子流圖

2.2.2 甾萜類化合物分布

甾萜類化合物有相對較好的抗降解能力[5-6]，但不同類化合物之間存在差異。林樊家地區(qū)館陶組原油孕甾烷、重排甾烷、C27—C29規(guī)則甾烷、甲基甾烷等系列均被較好的保留下來，多數(shù)原油具有相同或相似的指紋特征，如規(guī)則甾烷ααα20RC27、ααα20RC28、ααα20RC29的分布呈“V”型(圖2a、b)，反映原油具有相同或相近的成因。發(fā)生降解的主要是規(guī)則甾烷系列，C27—C29規(guī)則甾烷含量由中間主體部位(林中10-8井)向周邊部位(林中15-2井)呈下降趨勢，同時，低分子質(zhì)量的孕甾烷相對于規(guī)則甾烷有一定程度的升高(圖2a、b)，反映出生物降解程度不斷增加。

圖2 林樊家地區(qū)館陶組原油生物標志化合物質(zhì)譜圖

原油萜類化合物較甾類化合物具有更強的抗降解能力。林樊家地區(qū)館陶組原油倍半萜、三環(huán)萜、四環(huán)萜、五環(huán)三萜系列化合物均較發(fā)育，以五環(huán)三萜系列化合物為主，各部位原油萜烷無明顯差別，萜類化合物指紋特征相似(圖2c、d)，顯示出生物降解作用對原油萜類化合物幾乎無影響。

2.3 原油成熟度特征

Ts/(Ts+Tm)、C26三芳甾烷20S/(20S+20R)、C29甾烷20S/(20S+20R) 等參數(shù)常作為判別烴源巖或原油成熟度的指標[7]。其中，Ts為C2718α(H)-22，29，30-三降藿烷C2718α(H)-22，29，30、Tm為C2717α(H)-22，29，30-三降藿烷。林樊家地區(qū)館陶組原油Ts/(Ts+Tm)為0.35～0.39，C26三芳甾烷20S/(20S+20R)為0.51～0.63，表明原油成熟度較高，是烴源巖在成熟階段的產(chǎn)物。油源對比結(jié)果表明，林樊家地區(qū)林中12-11井館陶組稠油、利津洼陷濱649-斜58井沙四上亞段原油以及利89井沙四上亞段烴源巖所生烴類的地球化學特征具有較好的相似性，且抗降解能力較強的甾、萜類化合物也具有較好的一致性，說明林樊家地區(qū)館陶組稠油與洼陷內(nèi)沙四上亞段儲層內(nèi)的常規(guī)原油同源，是沙四上亞段烴源巖提供的成熟油。

3 稠油成因機制

3.1 稠油成因機制探討

稠油的形成主要包括原生型和次生型2種機制[8-10]。林樊家地區(qū)館陶組原油族組分、生物標志化合物以及地層水化學特征等研究結(jié)果表明，生物降解作用是原油稠化的主要原因。另外，原油中硫元素的質(zhì)量分數(shù)也比常規(guī)原油高，含硫量與原油密度具有較好的相關(guān)性，表明隨著飽和烴的不斷消耗，原油中含硫化合物不斷富集。林樊家地區(qū)館陶組原油受到2級以上的生物降解，最高可達6級的嚴重生物降解，整體上屬于中等降解程度(表1)。降解程度低的稠油主要分布在林15—濱605井區(qū)的中間主體位置，向邊部稠化程度逐漸加深，靠近林南、林東斷層附近的稠油降解程度最大。

3.2 稠油稠化主控因素

研究表明，影響微生物作用的主要因素包括：適宜微生物存活的溫度、較低的地層水礦化度以及與油層接觸的地層水的存在。適宜的溫度為微生物的生長提供了一個良好環(huán)境[11]。林樊家地區(qū)自館陶組沉積以來一直處于連續(xù)沉積的過程，目前油層溫度為47～51 ℃，地溫梯度為0.032 2～0.034 4 ℃/m，屬于常溫系統(tǒng)，未在地質(zhì)歷史時期經(jīng)歷高溫滅菌過程。另外，林樊家地區(qū)整體地勢較平坦，油藏埋深接近，因此，溫度不是造成降解程度差異的主要原因。

表1 林樊家地區(qū)館陶組稠油降解特征

微生物傾向于生活在礦化度較低的地層水中，過高礦化度的地層水通常對微生物的生長起抑制作用。林樊家地區(qū)中間高部位為高CaCl2型水，礦化度為17 558～20 364 mg/L；向北部逐漸變?yōu)榈虲aCl2型水，礦化度為13 933～15 233 mg/L；向南部林南斷層和向東部林東斷層方向逐漸變?yōu)榈V化度較低的CaCl2型水或NaHCO3型水，礦化度為1 572～3 018 mg/L，表明地層水環(huán)境由封閉型逐漸向開放型轉(zhuǎn)變，礦化度逐漸降低適合微生物繁殖。

地層水的規(guī)模以及油層與地層水接觸程度是控制生物降解的重要影響因素。林樊家地區(qū)不同部位與油層接觸的地層水的規(guī)模存在差異，中間主體部位油層不與水層接觸或與薄水層接觸，而向南、向北方向與油層接觸的地層水規(guī)模逐漸變大(圖3)，生物降解程度也相對較高，這與原油物性的分布特征相一致。因此，林樊家地區(qū)館陶組稠油降解程度主要受地層水的性質(zhì)和油層接觸的地層水規(guī)模的影響。

圖3 林樊家地區(qū)油藏剖面

4 結(jié) 論

(1) 林樊家地區(qū)館陶組發(fā)育稠油油藏，原油表現(xiàn)出“四高一低”特征，即高密度、高黏度、高含硫量、高非烴和瀝青質(zhì)含量，低飽芳烴含量，其性質(zhì)具有中間主體部位相對較輕，周邊部位相對較重的規(guī)律。

(2) 林樊家地區(qū)館陶組原油來自于利津洼陷沙四上亞段成熟烴源巖，原油飽和烴、芳烴類化合物出現(xiàn)不同程度的損失，甾萜類化合物特征反映出原油遭受了生物降解作用。

(3) 林樊家地區(qū)館陶組成熟原油主要經(jīng)后期生物降解作用發(fā)生中等級別的稠變，受控于地層水性質(zhì)和油層接觸的地層水規(guī)模，具有“中間低、周邊高”的稠變特征。

(4) 稠油與淺層氣密切相關(guān)，主要表現(xiàn)在成因關(guān)系及稠油降解氣量方面，分析稠油特征及其成因機制，可為稠油與淺層氣一體化成藏研究以及淺層氣資源評價提供理論基礎(chǔ)。

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編輯 王 昱

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.05.002

20160401；改回日期：20160705

國家科技重大專項“大型地層油氣藏形成主控因素與有利區(qū)帶評價”(2016ZX05001)及“渤海灣盆地深層油氣地質(zhì)與增儲方向”(2016ZX05006)；中國石油化工集團重點科技攻關(guān)項目“盆緣稠油與淺層氣成生關(guān)系及勘探方法”(P15084)

陳建平(1960-)，男，教授級高級工程師，1982年畢業(yè)于華東石油學院石油地質(zhì)專業(yè)，1995年畢業(yè)于該校礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，獲博士學位，現(xiàn)從事油氣地質(zhì)研究工作。

高長海(1977-)，男，副教授，1998年畢業(yè)于大慶石油學院石油與天然氣地質(zhì)勘查專業(yè)，2009年畢業(yè)于中國石油大學(華東)礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，獲博士學位，現(xiàn)從事油氣地質(zhì)研究工作。

TE122.1

A

1006-6535(2016)05-0008-04