哈山地區(qū)稠油特征及成因分析

李守軍，劉 曉，王延章，蔡宏興，崔肖輝

(1.山東科技大學(xué)，山東 青島 266590；2.山東勝利職業(yè)學(xué)院，山東 東營(yíng) 257097；3.中國(guó)石化勝利油田分公司，山東 東營(yíng) 257097)

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哈山地區(qū)稠油特征及成因分析

李守軍1，劉 曉1，王延章2，蔡宏興3，崔肖輝1

(1.山東科技大學(xué)，山東 青島 266590；2.山東勝利職業(yè)學(xué)院，山東 東營(yíng) 257097；3.中國(guó)石化勝利油田分公司，山東 東營(yíng) 257097)

綜合運(yùn)用有機(jī)地球化學(xué)方法，對(duì)哈山地區(qū)及周邊油樣進(jìn)行分析，以確定該區(qū)的稠油特征及成因，為下步滾動(dòng)勘探開(kāi)發(fā)指明方向。結(jié)果表明：該區(qū)原油密度和黏度在平面上具有“北高南低、西高東低”的特點(diǎn)，縱向上由深到淺原油物性及族組成特征有變差趨勢(shì)。通過(guò)原油飽和烴氣相色譜、輕組分色譜峰、萜類、萘系列化合物、三芳甾烷系列化合物、芳烴生物標(biāo)志物、咔唑類及其他生物標(biāo)志化合物的含量變化等綜合分析，認(rèn)為該區(qū)稠油成因復(fù)雜，是生物降解、氧化、水洗、逸散及二次充注綜合作用的結(jié)果。二次充注發(fā)育、散失作用弱的區(qū)域?yàn)闈L動(dòng)勘探開(kāi)發(fā)的有利區(qū)域。有機(jī)地球化學(xué)研究方法對(duì)研究復(fù)雜稠油的成因具有重要的參考意義。

稠油成因；族組成；氣相色譜；二次充注；哈山地區(qū)

0 引 言

哈拉阿拉特山簡(jiǎn)稱哈山，位于新疆維吾爾自治區(qū)克拉瑪依市，地處烏爾禾區(qū)的西北部，構(gòu)造上位于準(zhǔn)噶爾盆地的西北邊緣，地處準(zhǔn)噶爾盆地與和什托洛蓋盆地的結(jié)合處[1]。哈山地區(qū)中生界和上古生界的油藏具有埋藏淺、油質(zhì)稠等特點(diǎn)[2]。目前，對(duì)哈山地區(qū)的稠油成因認(rèn)識(shí)不清，影響了該區(qū)進(jìn)一步勘探開(kāi)發(fā)。在哈山地區(qū)稠油研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對(duì)研究區(qū)及周邊油樣進(jìn)行地球化學(xué)分析，進(jìn)而對(duì)哈山地區(qū)的稠油特征及成因進(jìn)行綜合研究，指出有利勘探方向。

1 哈山地區(qū)稠油特征

1.1 原油基本特征

研究區(qū)淺部侏羅系原油具有“五高兩低”的特點(diǎn)，即密度、黏度、凝固點(diǎn)、膠質(zhì)含量和瀝青質(zhì)含量高，而含蠟量和含硫量低，反映研究區(qū)原油的基本特征[3]。原油密度為0.92～0.99 g/cm3，平均為0.97 g/cm3，黏度為727.56～68 485.00 mPa·s，平均為7 903.00 mPa·s(50 ℃)，屬于普通稠油—超稠油；含蠟量為0.82%～4.23%，平均為2.13%；含硫量為0.42%～0.50%，平均為0.46%；酸值含量為0.39～7.84 mg/g，平均為3.45 mg/g；凝固點(diǎn)較高(-11.50～38.00 ℃)，一般在0 ℃以上，平均為12.50 ℃。原油密度及黏度在平面上具有“北高南低、西高東低”特點(diǎn)；而含蠟量具南高北低、東高西低的分布特征；縱向上，原油物性有變差趨勢(shì)[4]，即原油密度具有下輕上重、含蠟量下大上小的特征。

1.2 原油族組成特征

原油族組成是反映油氣成因與來(lái)源的重要基礎(chǔ)參數(shù)[5]，對(duì)采集的原油進(jìn)行了族組成分析，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)原油總烴含量相對(duì)較低，平均為41%，其中烷烴含量平均為26%，芳烴含量為15%；非烴含量相對(duì)較高，平均為45%；瀝青質(zhì)含量差異大，最高可達(dá)60%，表明稠油的成因機(jī)制不同，存在次生變化。原油中飽和烴含量隨深度變化較大，為30%～60%。原油族組成特征的差異說(shuō)明稠油受到成藏后的次生變化作用影響。

以哈淺6井為例(表1)，原油族組成隨深度變化而變化，總烴含量從約28%增加到43%。

稠油的族組成中，總烴含量低，小于45%，非烴+瀝青質(zhì)含量較高，一般為24%～36%，原油黏度與非烴和瀝青質(zhì)含量呈正相關(guān)關(guān)系，原油密度隨非烴和瀝青質(zhì)含量增加而增大，特別是其與非烴含量變化關(guān)系更為明顯[6]。

表1 哈淺6井石炭系原油族組成特征

1.3 原油生物標(biāo)志化合物特征

研究區(qū)稠油妊甾烷、重排甾烷、規(guī)則甾烷平均含量分別為34.26%、20.70%、44.31%，與未降解的正常原油相比，其妊甾烷、重排甾烷含量分別增加27.27%、5.12%，規(guī)則甾烷含量則相對(duì)減少19.63%。規(guī)則甾烷和重排甾烷均遭受到較強(qiáng)烈的破壞。

2 哈山地區(qū)稠油成因分析

通過(guò)原油飽和烴氣相色譜、輕組分色譜峰、萜類、萘系列化合物、三芳甾烷系列化合物、芳烴生物標(biāo)志物、咔唑類及其他生物標(biāo)志化合物的含量變化來(lái)分析研究區(qū)的稠油成因。

2.1 生物降解作用及二次充注現(xiàn)象

生物降解作用是指在富氧或缺氧及一定溫度范圍的地層環(huán)境下，喜氧或厭氧型微生物選擇性地消耗某些烴類化合物，原油富集氧、硫、氮元素，形成不易分辨的復(fù)雜混合物，使原油黏度越來(lái)越大。生物降解是稠油形成的主要原因，隨著原油遭受生物破壞程度的增加，遭受?chē)?yán)重破壞的稠油生物標(biāo)志化合物的信息會(huì)面目全非[7]。因此，可根據(jù)原油的分子化合物組成特征確定原油生物降解程度。

哈山地區(qū)原油飽和烴氣相色譜基線發(fā)生明顯漂移，基線有明顯的“鼓包”現(xiàn)象，部分降解較為嚴(yán)重，其中正構(gòu)烷烴含量很低甚至部分缺失。表明原油受到一定程度的生物降解，致使油質(zhì)較稠。哈山地區(qū)原油多數(shù)受到不同程度的生物降解，均有不同程度的基峰“鼓包”，但其中尚保留部分正構(gòu)烷烴，原因是后期有明顯充注，油藏存在二次充注現(xiàn)象，后期充注的原油保留了較好的正構(gòu)烷烴。哈山3、排61、哈淺3井飽和烴色譜說(shuō)明存在二次充注，二次充注也是油氣得以開(kāi)發(fā)的重要原因，圖1為哈山3井的生物降解及二次充注現(xiàn)象。

圖1 哈山地區(qū)生物降解作用及二次充注現(xiàn)象

2.2 氧化作用

原油氧化作用是熱催化作用的逆過(guò)程，由于儲(chǔ)層抬升，油藏處于開(kāi)啟—半封閉狀態(tài)，游離氧在淺部地層與烴類發(fā)生反應(yīng)，結(jié)合氧在地表水?dāng)y帶下進(jìn)入油層，將原油氧化成酸、醇、酚、酮類化合物，使飽和烴減少，非烴和瀝青質(zhì)增加，原油品質(zhì)變差[8]。

芳烴生物標(biāo)志物菲和甲基菲受氧化作用明顯，受其他作用影響差[9]。從菲和甲基菲來(lái)看，地層越淺含量越低，芳烴易被氧化，說(shuō)明淺層存在氧化作用。深層含量高，說(shuō)明其受氧化作用差。芴和甲基芴易遭受氧化，芴和甲基芴含量隨著深度變淺含量降低，說(shuō)明存在氧化破壞作用。檢測(cè)的氧芴在淺層相對(duì)含量偏高，說(shuō)明在淺層存在氧化作用。氧芴、甲基氧芴變化說(shuō)明氧化作用存在，由深到淺，氧芴、甲基氧芴的豐度增加。

2.3 水洗作用

水洗作用主要表現(xiàn)為選擇性溶解原油中的部分烴類。通常是低分子量烴類優(yōu)于高分子量烴類，同碳數(shù)芳香烴優(yōu)于正構(gòu)烷烴，咔唑、吲哚、噻吩等含氮、硫化合物和苯、甲苯等低芳烴類化合物，在水中的溶解度遠(yuǎn)大于類似分子量的芳烴的溶解度[9-10]。

水洗作用過(guò)程中極性化合物因易溶于水，在水洗過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生比較明顯的變化[9]。對(duì)哈淺6井中油斑砂巖、油浸砂巖中咔唑類化合物進(jìn)行系統(tǒng)分析，因咔唑不溶于水，二甲基咔唑溶解度大，故以二甲基咔唑含量在油浸砂巖和油斑砂巖中的變化研究水洗作用的存在(圖2)。發(fā)現(xiàn)研究區(qū)存在一定的水洗作用，在27～30 min時(shí)間段內(nèi)豐度最高。其中，二甲基咔唑在深層樣品中含量低，淺層含量較高，說(shuō)明淺層存在較強(qiáng)水洗作用。同時(shí)，甲基咔唑和二甲基咔唑因分子屏蔽程度不同，在水洗過(guò)程中的變化也不同。該類分子在淺層含量高，說(shuō)明淺層存在選擇性水洗作用。

圖2 哈淺6井中二甲基咔唑含量變化

2.4 逸散作用

逸散作用是指油氣在運(yùn)移過(guò)程中，由于輕組分的穿透力比重組分強(qiáng)，易于滲透流失，尤其是在斷層發(fā)育區(qū)，斷層對(duì)輕、重組分的封堵能力不同，極易造成輕烴的逸散，重組分聚集成藏[9]。逸散作用使油氣聚集于淺層，有利于淺層稠油的開(kāi)采。

一般情況下，烴源巖中抽提可溶有機(jī)質(zhì)因保存條件較好，均保留有較完整的正構(gòu)烷烴組分，但在哈山地區(qū)新1井泥巖抽提物中卻出現(xiàn)了輕質(zhì)組分缺失的現(xiàn)象。原因可能是研究區(qū)在成藏期地質(zhì)活動(dòng)強(qiáng)烈，原油從烴源巖中快速排出，在快速排烴過(guò)程中，因輕質(zhì)組分與重質(zhì)組分運(yùn)移速度差異較大，故當(dāng)輕質(zhì)組分已經(jīng)完全排出時(shí)，重質(zhì)組分尚未及時(shí)排出[11-12]。在研究區(qū)早期成藏并發(fā)生完全降解的淺部瀝青中卻含有完整的輕組分色譜峰充分說(shuō)明該現(xiàn)象。深部位井重質(zhì)烴類含量高，淺部位井反而含有較多的輕質(zhì)烴類，說(shuō)明原油運(yùn)移過(guò)程的分異現(xiàn)象明顯。萜類受生物降解弱，三環(huán)萜垂向上含量增加，說(shuō)明存在逸散作用。淺部萘系列化合物相對(duì)含量更高，是油氣運(yùn)移的結(jié)果。淺層萘系列化合物含量高，說(shuō)明存在逸散作用，萘系列化合物垂向運(yùn)移，導(dǎo)致萘系列化合物淺層富集。三芳甾烷系列化合物深部含量高，淺層含量低，說(shuō)明深部殘余多，運(yùn)移難度大，而淺層由于逸散作用含量低，說(shuō)明存在逸散作用。

2.5 研究區(qū)稠油滾動(dòng)勘探開(kāi)發(fā)方向

研究發(fā)現(xiàn)稠油的形成受多種因素的影響，進(jìn)而建立研究區(qū)稠油稠化模式：二疊系生成的深層原油，經(jīng)歷前期的水洗作用、逸散作用，向中深層運(yùn)移，再經(jīng)過(guò)前期氧化作用及后期逸散、水洗作用，進(jìn)一步向淺層運(yùn)移，在達(dá)到淺層后進(jìn)一步經(jīng)歷后期的氧化和生物降解作用，變成現(xiàn)在的稠油。

在眾多影響因素中，散失作用和二次充注現(xiàn)象的影響作用較為明顯。二次充注發(fā)育的區(qū)域，輕質(zhì)組分含量高；散失作用弱的區(qū)域，輕質(zhì)組分保存完好。因此，認(rèn)為二次充注發(fā)育、散失作用弱的區(qū)域?yàn)槌碛陀欣_(kāi)發(fā)層位，為滾動(dòng)勘探開(kāi)發(fā)的優(yōu)選區(qū)域(圖3)。

圖3 研究區(qū)稠油覆蓋區(qū)

3 結(jié) 論

(1) 研究區(qū)原油密度和黏度在橫向上具有“北高南低、西高東低”的特點(diǎn)，縱向上原油物性呈變差趨勢(shì)，密度、黏度、凝固點(diǎn)增大。

(2) 哈山地區(qū)形成稠油的主要原因有生物降解作用、逸散作用、氧化作用、水洗作用、二次充注。生物降解作用是原油稠化的主要原因，二次充注現(xiàn)象是造成稠油物性差異大的重要原因。

(3) 研究認(rèn)為二次充注發(fā)育、散失作用弱的區(qū)域輕質(zhì)組分含量高，為稠油有利開(kāi)發(fā)層位，是滾動(dòng)勘探開(kāi)發(fā)優(yōu)選區(qū)域。

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編輯 張 雁

20151204；改回日期：20160625

中國(guó)博士后科學(xué)基金“塔南凹陷白堊系高伽馬儲(chǔ)層成因及測(cè)井識(shí)別方法研究”(2012M521366)

李守軍(1962-)，男，教授，1983年畢業(yè)于南京大學(xué)古生物與地質(zhì)學(xué)專業(yè)，1996年畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所古生物與地質(zhì)學(xué)專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)從事石油地質(zhì)研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.04.006

TE121.1

A

1006-6535(2016)04-0029-04