張友，王清斌，王飛龍，盧歡，崔海忠

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海油田勘探開發(fā)研究院，天津300452)

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渤海海域L16-A和L16-B構(gòu)造原油生物降解特征及控制因素

張友，王清斌，王飛龍，盧歡，崔海忠

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海油田勘探開發(fā)研究院，天津300452)

通過原油物性、生物降解程度、構(gòu)造特征的分析，討論了L16-A、L16-B構(gòu)造原油物性橫向差異的形成原因，系統(tǒng)認(rèn)識了成藏背景、斷層活動、空間位置對L16-A、L16-B構(gòu)造原油生物降解的控制作用，總結(jié)出背斜背景、斷層數(shù)量少、斷層晚期活動弱或不活動，埋深大且遠(yuǎn)離斷層面條件下原油保存條件好,降解程度低。渤海海域淺層油藏成藏背景相似，多為晚期成藏，原油物性主要受控于生物降解。L16-A、L16-B構(gòu)造原油生物降解呈現(xiàn)顯著的差異，在約2000m深度降解程度既有輕微降解也有嚴(yán)重降解。生物降解的控制因素包括溫度、斷層活動、空間位置等多方面因素。生物降解發(fā)生在地溫不超過80℃的地層。斷層活動的時間、強(qiáng)度以及斷層性質(zhì)都影響流體活動及其攜帶的養(yǎng)分，進(jìn)而影響生物降解程度。油藏埋深、原油與斷層面距離對差異生物降解有很大影響。微生物在流體易于溝通的斷層面處最為繁盛，并從兩側(cè)向油藏內(nèi)部擴(kuò)散，靠近斷層面的原油降解程度高，是油藏內(nèi)部原油差異降解的決定性因素。而油水界面的影響范圍較小，對斷塊型油藏整體影響不明顯。

渤海海域；原油物性；稠油；斷塊油氣藏；生物降解；走滑斷層

渤海海域新生代地層主要包括新近系明化鎮(zhèn)組、館陶組，古近系東營組、沙河街組、孔店組。隨著新近系淺水三角洲的沉積理論和走滑斷層控藏認(rèn)識的突破，近年來發(fā)現(xiàn)了多個淺層新近系大中型油氣田[1，2]。由于埋深較淺，明化鎮(zhèn)組、館陶組、東營組油藏多為稠油[3]。取樣測試表明，原油物性不僅在各個構(gòu)造之間，在油藏內(nèi)部也是差異較大，這在L16-A、L16-B構(gòu)造的勘探評價過程中表現(xiàn)得尤為明顯。原油的物理性質(zhì)不僅影響原油經(jīng)濟(jì)價值，對探井的測試產(chǎn)能和油藏的開采價值、評價與開發(fā)方案均具有重要的影響，因此原油的物性分析預(yù)測具有重要意義。稠油按成因可分為次生稠油和原生稠油，次生稠油占稠油儲量的絕大多數(shù)。原油在運(yùn)移成藏過程中經(jīng)歷生物降解、水洗氧化、重力分異、硫化作用、蒸發(fā)分餾等復(fù)雜改造，這些對原油物性均有影響。如吐哈盆地魯克沁構(gòu)造帶成藏時間早，后期的持續(xù)淺埋造成輕質(zhì)組分散失，形成超高黏度原油[4，5]。遼河油田D84塊、D239 塊館陶組530～680m邊頂水超稠油油藏埋深淺，生物降解是原油稠變最重要的因素[6]。

對渤海海域而言，新生代地層成藏期普遍較晚，起決定性影響的是生物降解作用。郭永華等[7]認(rèn)為強(qiáng)烈的斷裂活動與微生物降解是海域新近系稠油油藏形成的主要原因，油藏內(nèi)部靠近油源通道和油藏高部位原油黏度密度較小，因?yàn)榭拷驮赐ǖ揽赡軙型砥诔掷m(xù)充注，而近油水界面由于生物降解加強(qiáng)，原油會偏重。生物降解程度則是成藏背景、斷層活動和空間位置多重影響因素疊加的結(jié)果。

1　原油物性特征

圖1　L16-A、L16-B構(gòu)造井位及東營組斷裂分布圖

圖2　L16-A、L16-B構(gòu)造及遼中凹陷多個構(gòu)造原油黏度與深度交會圖

L16-A、L16-B構(gòu)造位于渤海海域遼中凹陷向遼西凸起過度的斜坡帶上，分別為斷層復(fù)雜化斷鼻、斷塊構(gòu)造(圖1)，以層狀構(gòu)造油藏為主，具有復(fù)式成藏特征。

L16-A、L16-B構(gòu)造地面原油密度(20℃)0.75～0.978g/cm3，黏度4.03～2733mPa·s，含蠟量0.75%～20.83%，含硫量0.017%～0.305%，瀝青質(zhì)含量0.36%～5.14%，酸值0.07～4.38，為低硫、低蠟-高蠟原油。從揮發(fā)油到稠油都有，原油物性差異巨大。高密度、高黏度原油相應(yīng)含蠟量降低，酸值提高，其中2500m以下均為輕質(zhì)-中質(zhì)中黏度高含蠟原油，而淺層則多為高黏度中質(zhì)油或普通稠油(圖2)。深度相近的L16-A-2井東營組一段2039.2m地面原油密度(20℃)為0.902g/cm3，黏度為32.56mPa·s;L16-B-4井東營組一段2076m地面原油密度(20℃)為0.978g/cm3，黏度為2733mPa·s。二者之間深度相近而黏度差異較大，且后者比其他相近地質(zhì)條件的原油樣品黏度也要大很多。

2　原油降解特征

原油由各種烴類和非烴類組成，生物降解使得油藏內(nèi)的原油組分發(fā)生變化，幾乎所有組分都是同時被降解的，但不同化合物降解速率不同。輕質(zhì)組分降解速度快，抗降解能力強(qiáng)的化合物則逐漸相對富集[8，9]。Peters等[10]通過各類生標(biāo)化合物降解難易程度序列的建立, 將生物降解具體細(xì)分為10級。渤海海域多數(shù)原油嚴(yán)重降解時會出現(xiàn)25-降藿烷，因此25-降藿烷在原油二次充注[11]微弱的條件下可以確定原油的降解程度。這對5～8級的嚴(yán)重降解程度非常實(shí)用。5級降解前不出現(xiàn)25-降藿烷;25-降藿烷/C30藿烷<1,一般為5～6級;25-降藿烷/C30藿烷>1則為6～7級;更高級別的降解則表現(xiàn)出C30藿烷受到顯著降解，25-降藿烷豐度遠(yuǎn)高于C30藿烷。實(shí)踐中可用25-降藿烷/C30藿烷表征降解程度。

通過生物標(biāo)志化合物可知，L16-A、L16-B構(gòu)造原油生物降解差異很大。如L16-A-2井2039.2m原油(圖3(a))，受生物降解影響輕微的原油，不可分辨化合物(UCM)面積較小，降解程度1～3級，原油中僅部分正構(gòu)烷烴受到降解，譜圖中未檢出25-降藿烷。淺層最為常見，如L16-B-1井2081～2089m、L16-B-2井2235m(圖3(b)、(c))原油。正構(gòu)烷烴完全降解，而規(guī)則甾烷及藿烷保存完好，可見明顯UCM,25-降藿烷有檢出，25-降藿烷/C30藿烷多<1。L16-B-4井2076m原油(圖3(d))雖受嚴(yán)重生物降解，TIC可見明顯UCM，但仍保留較高豐度正構(gòu)烷烴，25-降藿烷/C30藿烷也相對較低，其主要原因是早期原油降解后受后期原油二次充注影響。該類原油的生物降解級別會比實(shí)際級別要低，通常靠近油藏的運(yùn)移通道，具有非常好的成藏指示意義。

圖3　L16-A、L16-B構(gòu)造典型原油色質(zhì)譜圖

3　生物降解的控制因素

生物降解程度是地層溫度、構(gòu)造背景控制下的斷裂發(fā)育特征、空間位置等多重影響因素疊加的結(jié)果。L16-A、L16-B構(gòu)造原油生物降解控制因素主要有以下幾個方面。

3.1溫度因素

溫度限定了生物降解的范圍，在地溫低于80℃的范圍內(nèi)可形成生物降解[10]。郭永華等[7]認(rèn)為渤海地區(qū)稠油油藏分布下限約為2000m，統(tǒng)計表明，通常渤海原油降解發(fā)生在溫度低于80℃(對應(yīng)深度約為2300～2500m)地層。L16-A、L16-B構(gòu)造在地層溫度高于80℃以上地層則未發(fā)現(xiàn)明顯生物降解，為中-輕質(zhì)原油(見圖2)。渤海海域其他構(gòu)造(如L21-2構(gòu)造2532～2579m)偶爾出現(xiàn)輕微降解，其原因是成藏早期地溫較低發(fā)生降解，后期沉降溫度升高微生物死亡不再降解。生物降解受地溫門限控制，只存在于較淺地層。

3.2斷裂活動因素

生物降解的基本要素就是流體活動及其攜帶的養(yǎng)分，構(gòu)造背景控制的斷層活動促進(jìn)流體交換，進(jìn)而控制生物降解。新構(gòu)造運(yùn)動對海域的構(gòu)造形成和油氣大規(guī)模聚集具有重要意義[12]，喜山期構(gòu)造活動促進(jìn)圈閉形成、斷裂發(fā)育、油氣聚集，斷層發(fā)育廣泛，油藏多為復(fù)雜斷塊油氣藏。新近系油藏占大中型油氣田的多數(shù)，油氣形成時間較晚，多在10Ma以后。包裹體均一溫度表明鄰近的L21-A構(gòu)造成藏期則多在5～3Ma之后，原油未經(jīng)歷復(fù)雜的抬升與組分散失，原油稠化主要因素是生物降解。生物降解與斷層晚期活動性、斷層性質(zhì)關(guān)系密切，L16-A構(gòu)造形態(tài)是僅受單條走滑斷層控制的半背斜，而L16-B構(gòu)造是受多條斷層影響的斷塊，前者整體降解程度弱于后者。

1)斷層活動性斷層活動促進(jìn)了流體活動并攜帶了來自淺層的養(yǎng)分，加劇生物降解。生物降解是一個持續(xù)過程，原油組分經(jīng)歷累積的消耗或轉(zhuǎn)變，成藏期之后的斷層活動時間、強(qiáng)度均影響生物降解程度。L16-B-4井2076m原油(0.978g/cm3，2733mPa·s)與L16-B-1井2081～2089m (0.95g/cm3，446.8mPa·s)原油均為東營組一段層位，深度相近，黏度相差較大。主要原因是L16-B-4井東南側(cè)鄰近斷層為走滑斷層伴生的張性斷層，從古近系延伸至新近系近地表，垂向斷距約55m，新近紀(jì)長期活躍，而L16-B-1井緊鄰的斷層晚期不發(fā)育。斷層活動時間可通過地震剖面斷層的延伸范圍表征，通常晚期構(gòu)造活動弱、斷層在上部地層不發(fā)育的情況下生物降解程度弱；斷層活動強(qiáng)度可通過斷距或生長指數(shù)表征，通過比較相近深度的斷裂發(fā)育特征可預(yù)測相鄰構(gòu)造帶內(nèi)油藏生物降解程度和原油黏度、密度。

2)斷層性質(zhì)L16-A-2井2039.2m 東營組一段原油密度0.902g/cm3，黏度32.56mPa·s，降解程度為輕微降解。通過與 L16-B-4井2076m原油的比較分析可知二者深度相近，都是控圈斷層晚期不活動，而鄰近的南側(cè)斷層持續(xù)活動(圖4)，差別在于L16-A-2井南側(cè)斷層性質(zhì)為壓扭性質(zhì)的走滑斷層?？碧綄?shí)踐中已得到證實(shí)壓扭性走滑斷層對原油的封堵性作用強(qiáng)于張性斷層。說明斷層性質(zhì)對斷裂面附近流體有明顯的影響，從而影響生物降解。

圖4　L16-A-1/2井、L16-B-1/4井過井主測線地震剖面(紅圈為原油樣品位置)

3.3空間位置因素

油藏的空間位置、原油在構(gòu)造中的空間相對位置(與斷層面距離)對差異生物降解也有很大影響。微生物在流體易于溝通的斷層面和油水界面處最為繁盛，并從兩側(cè)向油藏內(nèi)部擴(kuò)散，靠近斷層面的原油降解程度高。

1)深度油藏位置淺，地表水易于通過斷層面溝通，油藏降解程度高，原油高密度高黏度(見圖2)。生物降解需要通過流體經(jīng)斷層獲取淺層或地表的養(yǎng)分，淺層原油更靠近地表，易于與流體溝通，降解程度明顯強(qiáng)于深層。

2)與斷層面的橫向距離同樣受走滑斷層控制的L16-A-1井，1957～1968m原油樣品密度0.9509g/cm3，遠(yuǎn)大于L16-A-2井2039.2m原油密度(0.902g/cm3)，原因在于該原油距離斷層橫向距離很近，表明原油還受到與斷層面的橫向距離控制。鄰近的L21-2構(gòu)造L21-A-1井1193～1143m原油黏度10043、8212mPa·s(兩次樣品)，其他深度或井樣品黏度最大才5441mPa·s，其關(guān)鍵原因是該樣品距斷層面的橫向距離只有40m，而其他樣品多在200m左右。斷塊型油藏靠近斷面處降解程度高，是因?yàn)槲⑸镌跀嗝嫣幏笔?，并從斷面處向油藏?nèi)部擴(kuò)散。

3)與油水界面的相對位置有文獻(xiàn)提及油水界面附近原油黏度顯著大于油藏高部位[10]。LD16-A、LD16-B構(gòu)造的鄰近的L21-3構(gòu)造兩個深度位于1913、2011m樣品的黏度分別為253、38mPa·s,油層均為頂油底水，樣品距水底約2～2.5m，與構(gòu)造內(nèi)部其他原油樣品物性無顯著差異，說明斷塊型油藏可能受油水界面影響程度有限或范圍較小。王振奇等[13]統(tǒng)計濟(jì)陽拗陷鄭家-王莊油田油藏剖面鄭斜41井垂向(約1250～1550m)從油柱頂部向底部生物降解程度增加，原油密度是上輕下重，認(rèn)為降解程度受原油到油水界面距離的控制。

4　結(jié)論

1)L16-A、L16-B構(gòu)造原油物性與生物降解程度密切相關(guān)。溫度、斷裂發(fā)育特征、空間位置因素共同影響生物降解程度。背斜背景、斷層數(shù)量較少、斷層晚期不活動或斷層活動弱斷距較小條件下流體活動相對較弱，是生物降解程度弱、原油物性好的形成條件。

2)溫度制約了微生物活動范圍，低于80℃可進(jìn)行生物降解。

3)構(gòu)造背景控制下的斷裂發(fā)育特征如活動強(qiáng)度、活動時間、斷層性質(zhì)等因素影響流體活動，流體活動及其攜帶的養(yǎng)分控制了微生物繁盛，進(jìn)而影響原油的降解程度。斷塊夾持?jǐn)鄬有再|(zhì)影響油氣或地層水等流體活動，壓扭性走滑斷層相對于張性斷層生物降解程度要弱。

4)原油在空間的位置包括油藏埋深、原油在空間相對位置分別對油藏整體降解程度和內(nèi)部差異降解有很大影響。油藏位置淺，地表水易于通過斷層面溝通，油藏整體降解程度高。原油與斷層面距離影響油藏內(nèi)原油差異降解，靠近斷層面的原油降解程度高。

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[編輯]宋換新

2016-02-10

國家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05023-006-002)。

張友(1980-),男，碩士，工程師，主要從事地球化學(xué)與綜合成藏方面的研究,zhangyou@cnooc.com.cn。

TE122.2

A

1673-1409(2016)29-0013-05

[引著格式]張友，王清斌，王飛龍，等.渤海海域L16-A、L16-B構(gòu)造原油生物降解特征及控制因素[J].長江大學(xué)學(xué)報(自科版), 2016,13(29):13～17.