陳建平，王興謀，高長(zhǎng)海，張?jiān)沏y，李豫源

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

?

東營(yíng)凹陷林樊家地區(qū)稠油特征及成因機(jī)制

陳建平1，王興謀1，高長(zhǎng)海2，張?jiān)沏y1，李豫源2

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

濟(jì)陽(yáng)坳陷東營(yíng)凹陷林樊家地區(qū)館陶組稠油特征及其成因機(jī)制仍不甚清楚，制約了稠油的勘探與開(kāi)發(fā)。為此，對(duì)原油物性、族組成、色譜、質(zhì)譜等有機(jī)地球化學(xué)資料進(jìn)行分析，并結(jié)合洼陷內(nèi)油源對(duì)比分析。研究認(rèn)為，林樊家地區(qū)館陶組原油經(jīng)過(guò)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(duì)該區(qū)深入勘探開(kāi)發(fā)具有一定的指導(dǎo)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(xué)特征；成因機(jī)制；控制因素；林樊家地區(qū)；濟(jì)陽(yáng)坳陷

0 引 言

濟(jì)陽(yáng)坳陷稠油的勘探開(kāi)發(fā)具有重要地位，截至2013年年底，稠油儲(chǔ)量已占總探明石油儲(chǔ)量的56.2%，具有很大的勘探潛力，是高效勘探開(kāi)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(gè)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(jì)陽(yáng)坳陷東營(yíng)凹陷最早發(fā)現(xiàn)的稠油油藏之一，目前對(duì)其成藏特征、油藏描述、開(kāi)發(fā)技術(shù)的研究已較深入[1-3]，然而對(duì)其地球化學(xué)特征、成因機(jī)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(kāi)發(fā)的瓶頸。因此，針對(duì)林樊家地區(qū)稠油研究存在的主要問(wèn)題，采用地質(zhì)、地球化學(xué)等技術(shù)手段，闡明稠油地質(zhì)和地球化學(xué)特征，揭示稠油的成因機(jī)制，可為該區(qū)及同類(lèi)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(jì)陽(yáng)坳陷東營(yíng)凹陷西部，是在中生界、古生界低隆起基礎(chǔ)上發(fā)育起來(lái)的北東傾向的大型披覆構(gòu)造，受陽(yáng)信、林南和林北等斷層的控制。北接陽(yáng)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(zhǎng)期抬升遭受風(fēng)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(chǔ)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(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)[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(duì)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(duì)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(duì)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(lèi)組成特征

2.2.1 烴類(lèi)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(xiàn)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(lèi)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(lèi)異戊二烯也基本消失(圖1d)。芳烴組分抗降解能力普遍較強(qiáng)，但芳烴總離子流圖基線(xiàn)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(lèi)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(lèi)化合物分布

甾萜類(lèi)化合物有相對(duì)較好的抗降解能力[5-6]，但不同類(lèi)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(lái)，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(shì)，同時(shí)，低分子質(zhì)量的孕甾烷相對(duì)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(biāo)志化合物質(zhì)譜圖

原油萜類(lèi)化合物較甾類(lèi)化合物具有更強(qiáng)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(wú)明顯差別，萜類(lèi)化合物指紋特征相似(圖2c、d)，顯示出生物降解作用對(duì)原油萜類(lèi)化合物幾乎無(wú)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(biāo)[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(duì)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(lèi)的地球化學(xué)特征具有較好的相似性，且抗降解能力較強(qiáng)的甾、萜類(lèi)化合物也具有較好的一致性，說(shuō)明林樊家地區(qū)館陶組稠油與洼陷內(nèi)沙四上亞段儲(chǔ)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(jī)制

3.1 稠油成因機(jī)制探討

稠油的形成主要包括原生型和次生型2種機(jī)制[8-10]。林樊家地區(qū)館陶組原油族組分、生物標(biāo)志化合物以及地層水化學(xué)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?jǐn)?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(jí)以上的生物降解，最高可達(dá)6級(jí)的嚴(yán)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(zhǎng)提供了一個(gè)良好環(huán)境[11]。林樊家地區(qū)自館陶組沉積以來(lái)一直處于連續(xù)沉積的過(guò)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(shí)期經(jīng)歷高溫滅菌過(guò)程。另外，林樊家地區(qū)整體地勢(shì)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(guò)高礦化度的地層水通常對(duì)微生物的生長(zhǎng)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(kāi)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(duì)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(duì)較輕，周邊部位相對(duì)較重的規(guī)律。

(2) 林樊家地區(qū)館陶組原油來(lái)自于利津洼陷沙四上亞段成熟烴源巖，原油飽和烴、芳烴類(lèi)化合物出現(xiàn)不同程度的損失，甾萜類(lèi)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(jí)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(jī)制，可為稠油與淺層氣一體化成藏研究以及淺層氣資源評(píng)價(jià)提供理論基礎(chǔ)。

[1] 鮑振興，沈國(guó)華，王小霞，等.東營(yíng)凹陷林樊家地區(qū)館陶組底部油氣成藏條件[J].江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，25(4)：24-26.

[2] 謝燕，郭召杰.東營(yíng)凹陷林樊家地區(qū)館陶組底部河道砂體地震描述及含油性預(yù)測(cè)[J].天然氣地球科學(xué)，2014，25(增刊1)：46-50.

[3] 姜利民.林樊家油田精細(xì)油藏描述及開(kāi)發(fā)技術(shù)淺析[J].中外能源，2009，14(1)：64-66.

[4] 王啟軍，陳建渝.油氣地球化學(xué)[M].武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，1998：232-256.

[5] 霍進(jìn)，吳運(yùn)強(qiáng)，等.準(zhǔn)噶爾盆地風(fēng)城地區(qū)稠油特征及其成因探討[J].特種油氣藏，2008，15(2)：25-27.

[6] 邱桂強(qiáng)，李素梅，龐雄奇，等.東營(yíng)凹陷北部陡坡帶稠油地球化學(xué)特征與成因[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)，2004，78(6)：854-862.

[7] 李素梅，龐雄奇，劉可禹，等.東營(yíng)凹陷原油、儲(chǔ)層吸附烴全掃描熒光特征與應(yīng)用[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)，2006，80(3)：439-445.

[8] 張守昌.遼河油區(qū)原油稠變的影響因素分析[J].特種油氣藏，2004，11(5)：24-26.

[9] 向才富，陸友明，等.松遼盆地西部斜坡帶稠油特征及其成因探討[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)，2007，81(2)：255-260.

[10] 馬存飛，董春梅，任麗華，等.王146地區(qū)沙四上亞段特稠油特征及成因模式[J].特種油氣藏，2015，22(1)：22-25.

[11] 李春光.東營(yíng)凹陷稠油油藏成因機(jī)制探討[J].特種油氣藏，1996，3(1)：1-5.

編輯 王 昱

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.05.002

20160401；改回日期：20160705

國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)“大型地層油氣藏形成主控因素與有利區(qū)帶評(píng)價(jià)”(2016ZX05001)及“渤海灣盆地深層油氣地質(zhì)與增儲(chǔ)方向”(2016ZX05006)；中國(guó)石油化工集團(tuán)重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)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(jí)高級(jí)工程師，1982年畢業(yè)于華東石油學(xué)院石油地質(zhì)專(zhuān)業(yè)，1995年畢業(yè)于該校礦產(chǎn)普查與勘探專(zhuān)業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)從事油氣地質(zhì)研究工作。

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

TE122.1

A

1006-6535(2016)05-0008-04