灘海稠油物化特征及稠化機理研究

吳兆徽，吳穎昊，吳曉東，徐守余，翟麟秀，吳穎欣，李偉忠

石油化工

灘海稠油物化特征及稠化機理研究

吳兆徽1，2，吳穎昊1，吳曉東3，徐守余1，翟麟秀3，吳穎欣4，李偉忠2

（1. 中國石油大學 地球科學與技術學院，山東 青島 266580； 2. 中石化勝利油田分公司 地質科學研究院，山東 東營 257015；3. 中石化勝利油田分公司 技術檢測中心，山東 東營 257000； 4. 中石化勝利油田分公司 勝機石油裝備有限公司，山東 東營 257000）

灘海地區含油層系通常深度跨度大、原油物化性質變化快，稠化機理復雜，造成研究難度大，同時在增儲上產和節約成本的形勢下，需要開展灘海淺層稠油物理化學特征及稠化機理方面的研究。稠油物理性質、族組分、碳同位素、甾萜類標志物等特征進行了全面分析。物性分析發現原油凝固點低，說明受到了強烈的次生蝕變作用，含硫量一般較小，具備低硫的生物降解稠化環境；族組分隨著距凹陷中心越遠，瀝青質含量越高，異構烷烴含量增大、姥植比降低；三、四環萜烷、甾烷含量增加，粘度大于1 000 mPa?s甾、萜烷也被降解。最后認為，稠油成因與水洗、氧化和降解這一系列油藏次生作用有關。通過成藏機理分析，認為大幅抬升背景、豐富的斷裂系統及地層水，是淺層稠油油藏形成的必備要素。

灘海；稠油；物性；地球化學；生物標志物；氣相色譜

灘海區淺層地下水活動頻繁，易形成大規模淺層海相稠油油藏。渤海灣盆地濟陽坳陷孤東油田孤827塊和黃驊坳陷埕北斷坡存在很大的灘海區域[1]，此次以這兩大區塊為例，分析了灘海稠油的典型物理化學特征，并對稠化機理進行了研究。未來稠油開發還有很大的開發潛力，通過與常規原油對比，明確了稠油特征和形成機制，對于非常規資源開發和儲量陣地的接替具有重要意義。

1 灘海稠油物化特征

1.1 稠油物性特征

通過統計最新油樣的物性實驗[2]分析數據，發現大多灘海區以普通稠油為主，物性具有四高、三低的特點（圖1），主要為密度高、粘度大、含蠟量低、含硫量低、凝固點低的稠油。原油密度大多為0.92～0.96 g/cm3，平均0.94 g/cm3；粘度略高，主要在100～160 mPa·s；凝固點很低，說明受到了強烈的次生蝕變作用；含硫量一般較小，適合喜氧細菌生存，為稠油形成提供了低硫降解環境。

1.2 稠油族組分特征

稠油的族組分能夠反映生烴母質、沉積環境、及后期改造情況[3-5]。距凹陷中心越遠，瀝青質含量越高,根據不同情況制定稠油的不同開發方式[6-8]。灘海區稠油飽和烴色譜[9]特點為，正構烷烴缺失，異戊二烯烴殘留。隨著稠化程度加深，正構烷烴含量降低、高碳數正構烴比例增大[10,11]；異構烷烴含量增大、姥植比Pr/Ph降低。部分極淺層稠油，輕烴組分大部分散失和降解，各種碳數烴類普遍缺失，低碳數烴缺失程度比高碳數的要高，正烷烴和植烷含量會分別低于50和15μg/mg，存在C25-降藿烷，即存在六級以上降解（圖2）。

1.3 稠油碳同位素特征

碳同位素通常比較穩定，后期改造對其影響較小，因此能反映與母質之間的關系[12]。Peters等專家認為有親緣關系的原油δ13C差異一般小于3‰。各區域同位素區別顯著，例如靠近歧南凹陷的烴源巖抽提物的碳同位素比較重，臨近歧口凹陷則比較輕。例如，羊二莊的原油與烴源巖就比較相近，而北部港深51與南部莊海8明化鎮組油樣碳同位素差異就大于3‰，兩者沒有親緣關系(圖3)。

1.4 甾萜類標志物特征

原油稠化過程中，飽和烴含量會明顯降低，甾萜類化合物在餾分中含量逐漸增多。在灘海斷階帶上，第一臺階區埋藏最淺，第三臺階區最深。隨地層變淺，原油粘度增大。原油粘度和甾萜化合物的含量有一定相關性，在不同稠化階段的特征。隨著原油稠化，三環萜烷、四環萜烷、甾烷含量增加，當粘度大于1 000 mPa·s，甾、萜烷也被降解，含量會降低，甾烷含量變化更明顯一些。

對于甾烷系列而言,在降解過程中其含量呈現先增加后下降的趨勢。在原油粘度較低時,甾烷含量隨粘度增加而升高;當粘度大于1 000 mPa·s時,甾烷含量開始下降, 且下降幅度較大(圖4)。由此可見,甾烷含量變化幅度明顯較萜類標志物大,甾烷抗生物降解的能力較萜烷弱。

通過前面比較族組分、碳同位素、氣相色譜、生物標志化合物發現，隨著含油層系逐漸變淺，稠化程度逐漸增強，具有明顯的分區性。北部原油表現為無生物降解原油特點，少量存在微降解，中部則存在輕微至中等降解稠油，高部位同時存在未降解和各種程度降解的稠油。

2 原油稠化機理分析

原油的稠化與地層水往往密切相關[13,14]。一方面，在原油的生物降解稠化過程中，喜氧細菌在中淺層（<1 500 m），地溫較低（<80 ℃）、地層水礦化度較低（100‰～150‰）的環境中最易發揮作用；另一方面，一些非生物活動，比如氧化也會使得原油稠化，此時地層水與原油接觸，存在明顯的油水界面。

借鑒多個坳陷和地區的成藏環境[15-19]，統計發現，至少要在1 800 m以上的中淺層才能具備原油稠化所需的環境。結合灘海區南部曾大幅抬升的構造背景，可以推測出淺層稠油油藏形成的兩種模式：(1)淺層原油的稠化機理，主要是原生成因，這與腐泥型淺層不成熟烴源巖有關[20-22]。還有些屬于次生成因，是由于地層抬升和地表水下滲，原油與地表或地層水接觸，從而接觸到氧氣，使原油發生氧化等次生作用；（2）中層原油的稠化機理，是借助豐富的斷裂體系，通過各種規模斷裂溝通地層水，使得原油在較深部位稠化（圖5）。

3 結 論

（1）通過分析研究區反映原油稠化的主要地化參數發現，距離凹陷中心越遠，瀝青質含量越高；灘海區整體正構烷烴缺失，異戊二烯烴殘留；部分極淺層稠油存在六級以上降解。

（2）通過由淺而深比較，發現稠化與深度有關。深層原油以無生物降解原油為主，少量輕微降解；中層稠油-稠油反映了輕微—中等降解的稠油特征；淺層稠油同時存在未降解和各種程度降解的稠油。

（3）通過分析原油的稠化機理，認為氧化和生物降解這一系列次生作用，是大港灘海區淺層稠油形成的主要原因。極淺層原油會與水發生接觸，氧化或降解成稠油；淺中層原油借助開啟性斷裂溝通地層水，在略深部位稠化，此外還有部分確系原生稠油，主要與腐泥型淺層不成熟烴源巖有關。

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Physiochemical Characteristics and Forming Mechanism of Heavy Oil in Beach Sea

WU Zhao-hui1,2，WU Ying-hao1，WU Xiao-dong3，XU Shou-yu1，ZHAI Lin-xiu3，WU Ying-Xin1，LI Wei-zhong2
（1. School of Geosciences, China University of Petroleum, Shandong Qingdao, 266580, China; 2. Shengli Oilfield Company Geology Research Institute, Shandong Dongying 257015, China; 3. Shengli Oilfield Company Technology Inspection Center, Shandong Dongying 257015, China; 4. Shengji Petroleum Equipment Co., Ltd., Shandong Dongying 257015, China）

Depth of offshore oil layer is often in a wide range and physicochemical properties of crude oil are varied. Oil changes from ordinary oil to heavy oil downward. In order to increase production and save cost, the research on heavy oil characteristics and viscous mechanism in beach sea is necessary. In this paper, physical properties, group composition, carbon isotope, and terpenoid biomarkers were analyzed. The results show that the crude oil is of low solidification point, which reflects secondary extensive alteration; sulfur content is generally small, which provides condition for the degradation of oil. The greater the distance to the center of the sag, the higher the asphaltene content in group composition, the content of isoparaffin increases, Pr/ph decreases, 3&4-terpene alkanes and steranes content increase, steranes and terpanes whose viscosity is more than 1 000 mPa?s are also degraded. It’s pointed out that the causes include water washing, oxidation and degradation. Through the analysis of reservoir-forming mechanism, it’s considered that the tectonic background, fault system, formation water provide conditions for the formation of shallow heavy oil.

Sea beach; heavy oil; Physical property; Geochemistry; Biomarker; Gas chromatography

TE 133.1

： A

： 1671-0460（2015）05-1085-03

國家重大專項，項目號：2011ZX05011; 中石化重點科技攻關項目，項目號：YKY1203。

2014-11-19

吳兆徽（1985-），男，山東東營人，在職博士，2007年畢業于石油大學礦產普查與勘探專業，研究方向：油氣地球化學。E-mail：278524298@qq.com。

吳穎昊（1992-），女，山東東營人，碩士，研究方向：油氣地球化學。E-mail：a668866886688@vip.qq.com。