路俊剛，陳世加，王緒龍，陸林超，陳 雪，王 熠

(1.西南石油大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，成都 610500； 2.中國(guó)石油 新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

稠油成因很多[1-7]，生物降解作用形成的稠油在地層中廣泛存在。原油通過(guò)與儲(chǔ)層中的細(xì)菌發(fā)生作用從而導(dǎo)致正構(gòu)烷烴、異構(gòu)烷烴以及環(huán)烷烴依次受到破壞和消失，烴組分大量損失，油質(zhì)變稠[6-10]。降解嚴(yán)重時(shí)甾萜烷也會(huì)降解損失，此時(shí)常用的判識(shí)原油成熟度的輕烴、中分子量烴和甾烷異構(gòu)化等成熟度指標(biāo)都不再適用，如何表征這類(lèi)稠油的演化階段性成為油氣成因研究中的一個(gè)難題。

本文以準(zhǔn)噶爾盆地三臺(tái)—北三臺(tái)地區(qū)為例，在前人研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析了Ts/Tm對(duì)成熟度的敏感性，認(rèn)為在同源條件下，Ts/Tm能有效的隨成熟度增大而增大，且抗生物降解能力強(qiáng)，可以用來(lái)對(duì)嚴(yán)重生物降解原油進(jìn)行成熟度判識(shí)。

1 地質(zhì)概況

三臺(tái)—北三臺(tái)地區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地東部帳北斷褶帶南部，東鄰吉木薩爾凹陷，西接阜康凹陷東斜坡，北至B56井區(qū)，南到阜康斷裂帶，面積近2 000 km2。該區(qū)自20世紀(jì)80年代進(jìn)行勘探以來(lái)，先后發(fā)現(xiàn)了北三臺(tái)油田和三臺(tái)油田；油氣藏類(lèi)型以斷鼻、斷塊、斷背斜為主，油層層位多，從石炭系到第三系均發(fā)現(xiàn)有油氣層，是一個(gè)勘探程度較高的地區(qū)。

該區(qū)鉆揭地層自下而上為石炭系、二疊系平地泉組(P2p)、梧桐溝組(P3wt)，三疊系韭菜園子組(T1j)、燒房溝組(T1s)、小泉溝群(T2-3xq)，侏羅系八道灣組(J1b)、三工河組(J1s)、頭屯河組(J2t)、齊古組(J3q)，白堊系、第三系和第四系。

該區(qū)經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，二疊系沉積以來(lái)經(jīng)歷了大的不整合至少有11次，其中屬于強(qiáng)烈剝蝕的至少有7次，使該區(qū)南部第三系地層直接覆蓋在三疊系之上，北三臺(tái)北部則出現(xiàn)了侏羅系直接暴露地表的情況。

2 原油特征

2.1 原油分類(lèi)

根據(jù)石油天然氣儲(chǔ)量計(jì)算規(guī)范(DZ/T 0217-2005)，并結(jié)合研究區(qū)原油特征，本文將研究區(qū)原油分為4類(lèi)：輕質(zhì)油(密度小于0.84 g/cm3)、正常原油(密度為0.84～0.88 g/cm3)、中質(zhì)油(密度為0.88～0.92 g/cm3)和重質(zhì)油(密度大于0.92 g/cm3)。

而密度大于0.9 g/cm3的原油成因較為特殊，除與演化階段性有關(guān)外，還存在生物降解，粘度較大，普遍大于100 mPa·s，本文稱(chēng)為稠油。并進(jìn)一步將稠油分為2類(lèi)：中質(zhì)稠油(密度為0.9～0.92 g/cm3)和重質(zhì)稠油(密度大于0.92 g/cm3)。

2.2 儲(chǔ)層中瀝青分布廣泛

大量?jī)?chǔ)層熒光片觀察發(fā)現(xiàn)三臺(tái)—北三臺(tái)地區(qū)從石炭系到侏羅系儲(chǔ)層均不同程度出現(xiàn)瀝青(干瀝青)，充填于儲(chǔ)層孔隙或裂縫中，在顯微熒光鏡下呈黑色。

2.3 稠油和含瀝青儲(chǔ)層抽提物普遍遭生物降解

三臺(tái)—北三臺(tái)地區(qū)經(jīng)歷多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，構(gòu)造高部位多次被剝蝕，保存條件較差，原油生物降解嚴(yán)重。

如圖1所示，不同密度原油的飽和烴色譜特征存在明顯不同，密度小于0.88 g/cm3的正常油和輕質(zhì)油飽和烴色譜正構(gòu)烷烴分布完整，保存條件較好；密度為0.88～0.90 g/cm3的中質(zhì)油存在輕微的生物降解，主要以散失作用為主，正構(gòu)烷烴保存較為完整；密度大于0.90 g/cm3的中質(zhì)稠油普遍遭中等生物降解，正構(gòu)烷烴部分保存；重質(zhì)稠油和儲(chǔ)層瀝青降解更為強(qiáng)烈，正構(gòu)烷烴全部被降解。

3 成熟度判識(shí)指標(biāo)選擇

3.1 嚴(yán)重生物降解稠油判識(shí)指標(biāo)分析

原油中不同生物標(biāo)志化合物抗生物降解能力不同，一般按下列順序增強(qiáng)：正構(gòu)烷烴、類(lèi)異戊二稀烷烴、甾烷、藿烷、重排藿烷、芳香烴。如果原油中出現(xiàn)25-降藿烷，表明原油遭受?chē)?yán)重生物降解，降解程度為十個(gè)等級(jí)劃分中的第6級(jí)，此時(shí)正構(gòu)烷烴、類(lèi)異戊二烯烷烴被全部降解，甾烷也部分被降解[8]。

圖1 準(zhǔn)東三臺(tái)—北三臺(tái)地區(qū)儲(chǔ)層抽提物和不同密度原油飽和烴色譜對(duì)比

三臺(tái)—北三臺(tái)地區(qū)原油普遍遭生物降解，特別是密度較高的重質(zhì)稠油降解更為強(qiáng)烈，正構(gòu)烷烴分布不完整，部分產(chǎn)物中出現(xiàn)了25-降藿烷(圖2)，說(shuō)明其生物降解程度已經(jīng)達(dá)到6級(jí)以上。按照生物降解序列，達(dá)到嚴(yán)重降解級(jí)別，此時(shí)甾烷等部分也被降解，判識(shí)原油成熟度的輕烴參數(shù)、甾烷異構(gòu)化等參數(shù)已經(jīng)不再適用。因此，如何更準(zhǔn)確、有效的界定原油成熟度成為本地區(qū)原油成因判識(shí)的關(guān)鍵。

據(jù)文獻(xiàn)[11]報(bào)道，Ts形成于富含粘土礦物的沉積物，Ts/Tm受成熟度的影響明顯，在相同來(lái)源的情況下，隨成熟度的增大其比值增大，該參數(shù)在生烴高峰期后原油中還可繼續(xù)適用，可用于低成熟、成熟和高成熟原油成熟度的判識(shí)，是成熟度判識(shí)較好的指標(biāo)。而且Ts/Tm抗生物降解的能力很強(qiáng)，可用于嚴(yán)重生物降解原油的成熟度判識(shí)。

圖2 準(zhǔn)東三臺(tái)—北三臺(tái)地區(qū)儲(chǔ)層抽提物萜烷質(zhì)量色譜圖

3.2 Ts/Tm判識(shí)原油成熟度可靠性分析

研究區(qū)原油主要來(lái)源于二疊系平地泉組(另文發(fā)表)，來(lái)源較為單一，符合Ts/Tm判識(shí)的同源條件，為了進(jìn)一步驗(yàn)證Ts/Tm判識(shí)原油成熟度的可靠性，將其與其他常用參數(shù)進(jìn)行對(duì)比。

3.2.1 與甾烷異構(gòu)化成熟度參數(shù)對(duì)比

生物標(biāo)志化合物來(lái)源于生物有機(jī)質(zhì)，分布在原油或沉積巖有機(jī)質(zhì)中，在成巖演化過(guò)程中碳碳骨架保持不變的化合物，又稱(chēng) “分子化石”，它能提供油源、沉積環(huán)境和成熟度等方面的詳細(xì)信息，是原油成因研究中最有力的工具。為了說(shuō)明Ts/Tm比值在成熟度判識(shí)方面的可靠性和敏感性，將其與經(jīng)典的甾烷構(gòu)型成熟度參數(shù)C29ββ/(ββ+αα)進(jìn)行對(duì)比。

T60井資料較多，3 166.23～3 420.96 m范圍內(nèi)儲(chǔ)層抽提物做了系統(tǒng)的色質(zhì)分析，正構(gòu)烷烴分布完整(圖3)，且沒(méi)有出現(xiàn)25-降藿烷，說(shuō)明其沒(méi)有遭受生物降解，此時(shí)高分子化合物甾萜烷保存較好，符合甾烷異構(gòu)化成熟度參數(shù)C29ββ/(ββ+αα)的適用范圍。

如表1所示，甾烷異構(gòu)化成熟度參數(shù)C29ββ/(ββ+αα)與Ts/Tm之間具有較好的相關(guān)性，隨成熟度增大Ts/Tm相應(yīng)增大，說(shuō)明Ts/Tm指標(biāo)表征原油成熟度具有較強(qiáng)的敏感性和可靠性。

3.2.2 與輕烴成熟度參數(shù)對(duì)比

輕烴在原油中的含量較高，其成熟度參數(shù)具有較高的可靠性[12]。研究中選擇保存條件較好的原油樣品，計(jì)算其輕烴成熟度參數(shù)并與Ts/Tm進(jìn)行對(duì)比。

圖3 準(zhǔn)東三臺(tái)—北三臺(tái)地區(qū)T60井儲(chǔ)層抽提物色譜圖

樣品深度/m層位巖石定名C29ββ/(ββ+αα)Ts/Tm3 166.23T3h灰色粉細(xì)砂巖0.490.433 237.14T3h灰色泥質(zhì)粉砂巖0.500.443 246.18T2k灰色泥質(zhì)粉砂巖0.470.303 341.48T2k灰色泥質(zhì)細(xì)砂巖0.480.243 374.54T2k灰色中細(xì)砂巖0.460.273 420.96T2k灰色泥質(zhì)中砂巖0.420.26

如表2所示，XQ1井(C)、F10井(C)、F5井(T2-3xq)輕烴成熟度參數(shù)庚烷值(H)和異庚烷值(I)都較高，按照判識(shí)標(biāo)準(zhǔn)[13]，應(yīng)屬于高成熟階段的產(chǎn)物。相應(yīng)的這些井的Ts/Tm也較高，分布在1.2～2.05范圍內(nèi)，是目前發(fā)現(xiàn)的原油成熟度最高的，也屬于高成熟階段。

3.2.3 Ts/Tm比值與源巖Ro的關(guān)系

統(tǒng)計(jì)研究區(qū)二疊系平地泉組源巖抽提物Ts/Tm和Ro，并作圖(圖4)，發(fā)現(xiàn)Ts/Tm隨源巖Ro增大而增大，并存在較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

表2 準(zhǔn)東三臺(tái)—北三臺(tái)地區(qū)XQ1、F10和F5等井原油成熟度參數(shù)對(duì)比

圖4 準(zhǔn)東三臺(tái)—北三臺(tái)地區(qū)源巖Ro與抽提物 Ts/Tm比值關(guān)系

綜上所述，成熟度參數(shù)Ts/Tm具有較強(qiáng)的敏感性，與常用的生物標(biāo)志化合物對(duì)比參數(shù)、原油輕烴參數(shù)和源巖Ro等都具有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，隨成熟度增大而增大，而且抗生物降解能力很強(qiáng)，可以用來(lái)表征三臺(tái)—北三臺(tái)地區(qū)不同類(lèi)型原油(包括降解稠油)的演化程度。

4 成熟度判識(shí)

如圖5所示，按照Ts/Tm值分布可將研究區(qū)原油分為3部分：含瀝青的儲(chǔ)層抽提物重質(zhì)稠油Ts/Tm主要分布0.2～0.3之間；中質(zhì)稠油和正常原油Ts/Tm值分布在同一個(gè)區(qū)間，為0.3～0.6，說(shuō)明其成熟度一致；而輕質(zhì)油Ts/Tm值分布在大于0.6的區(qū)域內(nèi)。結(jié)合源巖Ro和Ts/Tm的對(duì)應(yīng)關(guān)系(圖4)，瀝青和重質(zhì)稠油Ts/Tm與成熟度Ro<0.65%的源巖抽提物一致，屬于低—未成熟階段產(chǎn)物；中質(zhì)原油和正常油Ts/Tm與成熟度Ro=0.65%～0.9%的源巖抽提物一致，為成熟階段；輕質(zhì)油為高成熟階段產(chǎn)物。

5 結(jié)論

1)研究區(qū)儲(chǔ)層瀝青和稠油均遭生物降解，中質(zhì)稠油遭中等生物降解，重質(zhì)稠油和儲(chǔ)層抽提物遭強(qiáng)烈生物降解，烴組分大量損失，通常用來(lái)表征成熟度的輕烴參數(shù)、甾烷異構(gòu)化等參數(shù)已經(jīng)不能適用。

2)通過(guò)Ts/Tm與甾烷異構(gòu)化、輕烴和源巖Ro對(duì)比表明，對(duì)于同源產(chǎn)物Ts/Tm判識(shí)原油成熟度具有較強(qiáng)的敏感性，隨成熟度的增大而增大，適用范圍廣，且其抗生物降解的能力強(qiáng)，可用于嚴(yán)重生物降解原油和瀝青的成熟度判識(shí)。

3)研究區(qū)原油主要來(lái)源于本地二疊系平地泉組源巖，具同源性質(zhì)。采用Ts/Tm對(duì)該原油成熟度進(jìn)行判識(shí)，認(rèn)為重質(zhì)稠油和儲(chǔ)層瀝青為低—未成熟產(chǎn)物，中質(zhì)稠油和正常油為成熟階段產(chǎn)物，輕質(zhì)油為高成熟階段產(chǎn)物。

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