趙婷婷，徐長(zhǎng)貴，陳保柱

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300459)

原油分類指出，特稠油代表黏度分布在10000～50000mPa·s(50℃)、密度大于0.95g/cm3(20℃)， 且必須通過(guò)熱采技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的原油[1]。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)特種重油進(jìn)行了大量研究，但是主要集中在特稠油的油品預(yù)測(cè)[2]、油源對(duì)比[3]和保存條件[4]等方面，對(duì)特種重油來(lái)源的研究相對(duì)較少。下面，筆者以遼西凹陷 A油田特稠油油藏為研究對(duì)象，綜合多種地質(zhì)資料和研究方法對(duì)其油源特征、稠化機(jī)制、成藏期和稠化期關(guān)系進(jìn)行了深入研究，明確了油藏形成的必要條件，有利于勘探目標(biāo)的優(yōu)化。

1 基本石油地質(zhì)特征

圖1 研究區(qū)A油田構(gòu)造位置

渤海海域遼東灣坳陷整體呈北東-南西向展布，古近系次級(jí)構(gòu)造單元自西向東依次為遼東凹陷、遼東隆起、遼中凹陷、遼西隆起和遼西凹陷，表現(xiàn)為“三凹兩凸”的特點(diǎn)[5～7]。A油田位于遼西凹陷南部(見(jiàn)圖1)，原油主要在淺層明化鎮(zhèn)組和館陶組的斷塊圈閉中聚集，形成典型大規(guī)模塊狀特稠油油藏，其儲(chǔ)集層主要為垂向上連續(xù)沉積的大套河流相砂巖。原油物性分析顯示，地面原油密度在1.004～1.011g/cm3(20℃)， 地面原油黏度為33595～74462mPa·s(50℃)。在東營(yíng)組辮狀河三角洲前緣砂體中測(cè)井解釋基本上為含油水層和油水同層，未發(fā)現(xiàn)大規(guī)模油氣聚集。已鉆井揭示，該油田油藏模式復(fù)雜，油水關(guān)系倒置，具有波狀起伏的油水界面，且油藏外含油邊界呈不規(guī)則的弧形。

2 特稠油生物標(biāo)志化合物和成藏期次特征

在遼東灣凹陷，沙河街組一段和三段(以下簡(jiǎn)稱“沙一段”和“沙三段”)為2套重要的烴源巖[8]。 其中，在沙三段，飽和烴色譜、質(zhì)譜法測(cè)得較高含量的C30-4-甲基甾烷(m/z=217)和較低含量的伽馬蠟烷(m/z=191)，芳香族色譜質(zhì)譜法顯示出更高水平的C29-4-甲基-24-乙基三芳甾烷和C29-4，23，24-三甲基三芳甾烷(m/z=245)[9，10]。根據(jù)A油田館陶組飽和烴和芳香族生物標(biāo)志化合物的分析(見(jiàn)圖2(a))，原油飽和烴色譜質(zhì)譜顯示C30-4-甲基甾烷含量較高，伽瑪蠟烷烴含量較低。芳香族色譜質(zhì)譜顯示中等水平的 C29-4-甲基-24-乙基三芳甾烷和高C29-4，23，24-三甲基三芳甾烷，具有明顯的沙三段原油特征。

圖2 A油田原油色譜質(zhì)譜圖

通過(guò)對(duì)凹陷某處虛擬井的沙河街組中不同深度的烴源巖生烴史進(jìn)行模擬，研究區(qū)不同深度段的烴源巖在東營(yíng)組末期(30～22Ma)、明化鎮(zhèn)組至現(xiàn)今(5～0Ma)發(fā)生了2次生排烴事件(見(jiàn)圖3)，東營(yíng)組在末期生烴驅(qū)油規(guī)模較大，有利于砂體中原油的聚集。

圖3 烴源巖生排烴特征

圖4 A油田A-1井東營(yíng)組有機(jī)包裹體均一溫度分布直方圖

同時(shí)，A油田東營(yíng)組砂巖樣品中可檢出大量烴類包裹體。通過(guò)檢測(cè)東營(yíng)組與油包裹體同期的鹽水包裹體均一溫度，結(jié)果表明為2期原油充注(見(jiàn)圖4)，第1期為55～65℃，第2期為65～75℃。利用埋藏史圖投影法[11]，最終得到第1期油氣成藏時(shí)間為28～25Ma(東營(yíng)組沉積末期)，第2期成藏時(shí)間為5～0Ma(明化鎮(zhèn)組沉積晚期)，與烴源巖生排烴模擬結(jié)果相符。分析表明，在東營(yíng)組沉積末期，原油首先在東營(yíng)組儲(chǔ)集；在明化鎮(zhèn)組沉積期新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響之后[12]，東營(yíng)組已成藏的原油遭到破壞并再次運(yùn)移至館陶組和明化鎮(zhèn)組，并聚集成藏。從原油的色譜、質(zhì)譜特征來(lái)看，東營(yíng)組原油飽和烴和芳烴的生物標(biāo)志物特征(見(jiàn)圖2(b))和館陶組原油具有一定的對(duì)比性。

3 特稠油成因分析

3.1 稠化機(jī)理

原油的稠化包括氧化、水洗和生物降解。從圖2(a)特稠油飽和烴色譜質(zhì)譜可知，在萜烷系列(m/z=191)中，C30藿烷嚴(yán)重降解，并且C25降藿烷含量顯著增加。原油酸值測(cè)定表明，特稠油總酸值高達(dá)7.6～9.0mg/g，遠(yuǎn)高于高酸值原油分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)原油含硫量分析表明，隨著原油物性的變差，油質(zhì)的變稠，硫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與原油密度及黏度呈正相關(guān)關(guān)系(見(jiàn)圖5)。A油田特稠油含硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.4%～0.45%。硫元素的富集、硫酸鹽熱還原反應(yīng)(溫度要大于150℃)與生物降解(優(yōu)先消耗飽和烴，高分子量的雜元化合物很難降解)有關(guān)，但A油田地溫梯度較低，未發(fā)生硫酸鹽還原反應(yīng)。綜上所述，原油特征表明，A油田特稠油的形成主要是由生物降解造成的。

圖5 不同油田的原油物性隨硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化關(guān)系

生物降解是一種廣泛存在的原油增稠效應(yīng)，在地層溫度小于100℃時(shí)廣泛存在。研究表明，生物降解包括厭氧和嗜氧菌降解[13]。根據(jù)A油田地層水的分析結(jié)果，淺層明化鎮(zhèn)組和館陶組地層水均為CaCl2型。地層封閉條件相對(duì)較好，與地表水溝通較差，因此缺乏有氧細(xì)菌作用的條件，原油主要表現(xiàn)為厭氧細(xì)菌的作用。從A油田周圍油田東營(yíng)組原油伴生氣成分來(lái)看，甲烷氣(CH4)、二氧化碳(CO2)以及氮?dú)?N2)含量在原油發(fā)生稠化作用的深度段均出現(xiàn)增大的特征(見(jiàn)圖6)，主要是因?yàn)閰捬蹙褪妊蹙鷮?duì)碳?xì)浠衔镉胁煌难趸?。厭氧菌的作用首先是產(chǎn)生乙烷菌，其次是產(chǎn)甲烷菌，除了合成細(xì)胞質(zhì)成分和產(chǎn)生一些殘留物外，主要產(chǎn)物還有CH4、CO2等；嗜氧菌的主要產(chǎn)物是H2O和CO2，不產(chǎn)生CH4。

圖6 不同油田伴生氣相對(duì)體積分?jǐn)?shù)隨深度的變化特征

3.2 初步生物降解稠化

圖7 不同油田原油密度和黏度的變化關(guān)系圖

根據(jù)鉆井和巖心觀察，A油田明化鎮(zhèn)組油層上覆泥巖厚度非常薄，僅1.5～6.0m，館陶組上覆為砂礫巖，無(wú)泥巖蓋層。對(duì)于常規(guī)原油，根據(jù)計(jì)算，其封閉油柱的高度約為1m左右，因此蓋層幾乎沒(méi)有封閉能力，可見(jiàn)在聚集前A油田的油品性質(zhì)已經(jīng)變差，其密度接近于水且黏度大，否則油藏中的原油將在大規(guī)模聚集之前沿著上覆蓋層散失，故原油是先成藏、后降解、再進(jìn)一步稠化。根據(jù)成藏期次分析，東營(yíng)組早期成藏為初步降解作用的發(fā)生提供了必要條件，在成藏之后，由于地層埋深相對(duì)較淺，因而遭受一定程度的生物降解，導(dǎo)致原油性質(zhì)初步變差，降低了對(duì)保存條件的要求，但又不至于影響原油的運(yùn)移。從周邊油田東營(yíng)組原油的物性分析可以看出，東營(yíng)組的原油密度主要分布在0.90～0.99g/cm3(20℃)，原油黏度主要分布在50～10000mPa·s(50℃)，已屬于稠油。此外，原油自身的演化過(guò)程也說(shuō)明了早期稠化作用的發(fā)生，從A油田周邊油田東營(yíng)組原油密度和黏度的變化關(guān)系來(lái)看，兩者有明顯的指數(shù)關(guān)系。以0.95g/cm3為界限，小于該數(shù)值時(shí)，隨著密度的增大黏度變化范圍在1000mPa·s以內(nèi)；超過(guò)該數(shù)值后，隨著密度增大黏度急劇增加，可以達(dá)到8000mPa·s(見(jiàn)圖7)。通過(guò)對(duì)油氣來(lái)源的分析，東營(yíng)組儲(chǔ)層形成后，經(jīng)歷了一定程度的原油稠化，油品性質(zhì)已經(jīng)惡化，密度大幅增加，減小了對(duì)蓋層條件的要求，為淺層原油聚集創(chuàng)造了條件；同時(shí)，黏度的相對(duì)變化尚未達(dá)到現(xiàn)狀，對(duì)原油的運(yùn)移影響甚微。

3.3 二次稠化過(guò)程

在原油積累的第2階段，明化鎮(zhèn)組和館陶組的原油不可避免地遭受強(qiáng)烈的生物降解作用，使得原油物性快速達(dá)到現(xiàn)今狀態(tài)，否則基于上述對(duì)蓋層條件的分析，也難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的聚集。如果同一時(shí)期捕獲的同一類油源的碳?xì)浠衔锇w具有不同的熒光顏色，則表明原油組分在短時(shí)間內(nèi)已經(jīng)發(fā)生了變化[14]。 根據(jù)A油田明化鎮(zhèn)組和館陶組砂巖樣品烴類包裹體熒光顯微觀察結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，不同熒光顏色的烴類包裹體(見(jiàn)圖8)，根據(jù)夾雜物的微觀溫度測(cè)量結(jié)果，包裹體的均一溫度在55～58℃和60～63℃之間，顯示成熟度較高的特征。表明油藏充滿原油后，巖石顆粒先捕獲的是原油成熟度高的藍(lán)白色熒光油包裹體，原油填充后，經(jīng)歷快速生物降解并改變其組分，從而進(jìn)一步捕獲黃色熒光包裹體，“紅移”現(xiàn)象發(fā)生，與“藍(lán)移”恰恰相反。因此原油第2個(gè)成藏期內(nèi)經(jīng)歷了快速生物降解作用，該次生物降解是繼東營(yíng)組儲(chǔ)層原油初步生物降解之后的第2次生物降解，大大降低了對(duì)蓋層條件的要求。

圖8 有機(jī)包裹體熒光顯微觀察照片

4 結(jié)論

1)A油田淺層特稠油油源主要來(lái)自于沙三段烴源巖，少部分來(lái)自于沙一段烴源巖；東營(yíng)組經(jīng)歷了2期積聚，第1期成藏時(shí)間為28～25Ma，第2期成藏時(shí)間為5～0Ma。

2)第1個(gè)成藏期東營(yíng)組儲(chǔ)層的成藏為明化鎮(zhèn)組和館陶組特稠油的大規(guī)模聚集提供了必要條件，該時(shí)期原油遭受了初步的降解作用，原油物性變差；在第2個(gè)成藏期，原油遭受破壞往淺層明化鎮(zhèn)組和館陶組運(yùn)移， 在差的蓋層條件下得以聚集，同時(shí)在原油聚集的過(guò)程中又再次遭受快速生物降解，最后在淺層形成了大型超稠油油藏。