遼東灣坳陷LD5油田稠油油藏特征及成因機(jī)制

張婕茹，韓建斌，李 強(qiáng)，楊宏飛，穆朋飛

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津塘沽 300459）

遼東灣坳陷LD5油田稠油油藏特征及成因機(jī)制

張婕茹，韓建斌，李 強(qiáng)，楊宏飛，穆朋飛

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津塘沽 300459）

LD5油田原油具有高密度、高黏度、高膠質(zhì)、高瀝青質(zhì)的特征，屬特–超稠油油藏，該區(qū)油藏具有油水界面不統(tǒng)一、油藏邊界不規(guī)則、油水關(guān)系倒置的特點(diǎn)。地球化學(xué)分析及油氣運(yùn)聚因素綜合研究結(jié)果表明，LD5油田原油主要經(jīng)后期生物降解及氧化水洗作用而發(fā)生稠化，稠化程度受控于油藏埋深、溫度、地層水條件、蓋層及斷層發(fā)育條件。

遼東灣坳陷；LD5油田；稠油油藏；油藏特征；成因機(jī)制

自20世紀(jì)90年代中后期以來，渤海油田在以石臼坨、渤南、廟西北為代表的凸起、斷階帶和陡、緩坡帶發(fā)現(xiàn)了大批稠油油田，稠油油藏主要分布于明化鎮(zhèn)組、館陶組和東營(yíng)組等多個(gè)層系，具有分布范圍廣、埋藏淺的特點(diǎn)。迄今為止，渤海油田探明稠油地質(zhì)儲(chǔ)量超過20×108m3，具有很大的勘探潛力，是高效勘探開發(fā)的重要方向。

LD5油田是渤海海域發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)特–超稠油田，儲(chǔ)量規(guī)模大，油藏模式復(fù)雜，不同于常規(guī)油藏。目前對(duì)常規(guī)稠油油藏成藏特征、油藏描述及開發(fā)技術(shù)方面的研究較為深入，但對(duì)特–超稠油藏的相關(guān)研究較為薄弱，尤其在地球化學(xué)特征、形成條件及控制因素等方面。因此，本文在明確原油物性及油水分布特征的基礎(chǔ)上，通過地球化學(xué)分析結(jié)合油氣運(yùn)聚等因素綜合研究，明確了特–超稠油田的形成條件及控制因素。

1 LD5油田油藏特征

LD5油田位于渤海海域遼東灣坳陷遼西凸起西側(cè)遼西一號(hào)大斷層下降盤，緊鄰SZ36油田，是受遼西一號(hào)大斷層和近東西走向的調(diào)節(jié)斷層所夾持的復(fù)雜斷塊構(gòu)造（圖1），成藏條件優(yōu)越，為一整裝大型稠油油田。目前，油田范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)明下段和館陶組兩套含油層系，發(fā)育辮狀河河道和心灘微相沉積，儲(chǔ)層發(fā)育，“砂包泥”的特點(diǎn)顯著。明下段儲(chǔ)層平均孔隙度34.4%、平均滲透率4 181.2×10-3μm2，館陶組儲(chǔ)層平均孔隙度 32.9%、平均滲透率 2 908.3×10-3μm2，均屬特高孔、特高滲儲(chǔ)層。

圖1 LD5油田區(qū)域構(gòu)造位置

1.1 原油物性特征

LD5油田原油總體表現(xiàn)為“四高、兩低”的特點(diǎn)，即高密度、高黏度、高膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量、高凝固點(diǎn)、低含蠟量、低含硫量，屬于特–超稠油。明下段20 ℃條件下地面原油密度為 1.004 g/cm3，50 ℃條件下地面原油黏度為33 595～39 099 mPa·s；館陶組20 ℃條件下地面原油密度為1.004～1.011 g/cm3，50 ℃條件下地面原油黏度為37 196～74 462 mPa·s。由于明下段的原油生物降解程度較館陶組弱[1]，明下段油藏的原油物性好于館陶組油藏。根據(jù)黏度–溫度關(guān)系分析，原油黏度對(duì)溫度敏感性強(qiáng)，50 ℃時(shí)館陶組原油黏度為72 477 mPa·s，當(dāng)溫度升至150 ℃時(shí)原油黏度降至100 mPa·s以下。

1.2 油水分布特征與油藏模式

LD5油田油藏埋藏淺，儲(chǔ)層發(fā)育，油層厚度大，單井平均油層厚度達(dá)百米，單井最大油層厚度136.1 m，單層最大厚度57.0 m，油層集中分布在明下段下部和館陶組頂部。稠油油藏的油水分布特征與原油性質(zhì)密切相關(guān)[2]。鉆井及取心資料表明，LD5油田特–超稠油油藏不同于常規(guī)油藏，油水關(guān)系及油藏模式復(fù)雜，具有油水界面不統(tǒng)一、油水關(guān)系倒置、油藏邊界不規(guī)則等特點(diǎn)（圖2）。

圖2 LD5油田油藏剖面圖

1.2.1 油水界面不統(tǒng)一

LD5油田兩套油藏的各井均鉆遇油水界面，但油水界面不統(tǒng)一，呈波狀起伏。明下段油藏油水界面海拔為-921.4～-945.3 m，平均-930.0 m，館陶組油藏油水界面海拔為-1 037.3～-1 060.5 m，平均-1 050.0 m。明下段和館陶組油藏油水界面垂向高程差均接近24.0 m。

明下段底部發(fā)育一套穩(wěn)定分布的砂礫巖，孔隙度26.7%～29.7%，物性明顯差于上部中～粗砂巖段（31.0%～33.7%），加之稠油密度大、黏度高，運(yùn)移過程中高黏油無法進(jìn)入物性較差的儲(chǔ)集層。通過巖性與含油性的關(guān)系研究發(fā)現(xiàn)（圖3），含油巖心的巖性主要為細(xì)砂巖～粗砂巖，明下段油藏油水界面與明下段底部穩(wěn)定發(fā)育的砂礫巖有關(guān)，儲(chǔ)集層的巖性和物性對(duì)油藏油水界面起控制作用，儲(chǔ)集層的巖性和物性的不均一性導(dǎo)致油水界面波狀起伏。

1.2.2 油水倒置

通常認(rèn)為常規(guī)油氣聚集符合重力分異原理，即在浮力作用下，油氣聚集在構(gòu)造高部位，水聚集在構(gòu)造低部位，但當(dāng)原油密度接近或大于地層水密度時(shí)，會(huì)出現(xiàn)油水倒置現(xiàn)象[3–4]。LD5油田明下段和館陶組油藏原油密度（1.004～1.011 g/cm3）均大于地層水密度，館陶組油藏存在水在上油在下的油水倒置現(xiàn)象。LD5油田原油運(yùn)移至圈閉成藏后，原油不斷被稠化致使原油密度大于地層水密度，加之重力分異原理且高部位物性較差，從而造成油水倒置現(xiàn)象，形成特殊的頂水、邊水和底水油藏。

圖3 LD5油田巖心薄片分析巖性與含油性分布頻率

1.2.3 油藏邊界不規(guī)則

油水界面是確定油藏邊界的直接依據(jù)（巖性油藏除外），在構(gòu)造落實(shí)和儲(chǔ)層展布清楚的條件下，依據(jù)對(duì)油藏類型的正確認(rèn)識(shí)，按油水界面水平外推并在相應(yīng)的油層頂面構(gòu)造圖上圈定油藏邊界[5]，且油水界面與油層頂呈線性相交。依據(jù)此原則，研究區(qū)6井應(yīng)在含油范圍內(nèi)，但實(shí)鉆證實(shí)，該井未鉆遇油氣層，而距該井僅600.0 m的6Sa井鉆遇近50.0 m油層。油層厚度突變說明特–超稠油藏邊界不同于常規(guī)油藏，不受油層頂面和油水界面的交線控制，油藏邊界為不規(guī)則弧形（圖2）。稠油油藏的油藏邊界不規(guī)則的特征影響了對(duì)油藏邊界的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。

2 特–超稠油的成因機(jī)制

2.1 生物降解作用

稠油分為原生稠油和次生稠油兩種類型[6]。原生稠油屬于生烴過程中形成的未熟–低熟油（O、N、S等含量較高），具有高密度、高黏度的特征，其形成主要與生烴母巖的構(gòu)成、油氣的早期形成、沉積環(huán)境及地質(zhì)背景等因素有關(guān)。次生稠油則是原油生成后在運(yùn)移、聚集和保存的過程中經(jīng)生物降解、水洗和氧化等次生作用改造形成，同時(shí)與斷層輸導(dǎo)能力和蓋層條件有關(guān)。

LD5油田特–超稠油是在原油生成后經(jīng)降解等改造作用形成。為次生稠油，原油中正構(gòu)烷烴輕組分消失， C25–降藿烷呈高豐度分布，表明該區(qū)原油受到嚴(yán)重的生物降解作用[7]。同時(shí)原油族組分中飽和烴含量較低，芳烴、非烴和瀝青質(zhì)含量高，同樣也表明該區(qū)原油遭受了強(qiáng)烈的生物降解。

2.2 氧化與水洗作用

LD5油田緊鄰遼西洼陷，成藏位置優(yōu)越，油源來自遼西南洼沙三段暗色泥巖，遼西一號(hào)斷層溝通生油凹陷的烴源巖，含油區(qū)域位于油氣運(yùn)移的有利方向，油氣沿?cái)鄬舆\(yùn)移，首先充注圈閉高部位，進(jìn)而沿儲(chǔ)層側(cè)向運(yùn)移。原油在運(yùn)移過程中發(fā)生氧化變質(zhì)作用，致使原油中的輕組分不斷散失，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等雜原子化合物含量增加，重組分相對(duì)增多，原油密度、黏度增大。LD5油田發(fā)育底水油藏，地層水豐富，東營(yíng)組末期及新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)時(shí)期斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈，斷層在作為油氣運(yùn)移通道的同時(shí)，有效溝通地表水。油水界面附近含烴未飽和水會(huì)選擇性地吸收并帶走原油中的可溶烴[8]，使原油發(fā)生水洗作用而稠化，密度、黏度變大。

渤海海域遼東灣坳陷稠油油藏類型以邊水、底水油藏為主，水層發(fā)育，水源豐富，且油藏埋藏較淺，地層溫度小于100 ℃，地層水中的氧氣提供了生物降解必需的有氧環(huán)境，而且油藏與地層水直接接觸的面積越大，生物降解越嚴(yán)重[9–10]。

2.3 斷層輸導(dǎo)能力

LD5油田整體為受遼西一號(hào)大斷層和近東西走向的調(diào)節(jié)斷層所夾持，為復(fù)雜斷塊油田。遼西一號(hào)斷層斷距大、延伸距離遠(yuǎn)，長(zhǎng)期發(fā)育，是LD5構(gòu)造的東界斷層，走向北東向，延伸長(zhǎng)度超過11.7 km，最大垂直斷距為250.0 m。該斷層在東營(yíng)組和館陶組沉積時(shí)期活動(dòng)強(qiáng)烈，控制本區(qū)凹陷形成與構(gòu)造演化；近東西向的調(diào)節(jié)斷層延伸長(zhǎng)度超過4.5 km，最大垂直斷距105.0 m，為長(zhǎng)期活動(dòng)斷層；此外，在新近系沉積時(shí)期還發(fā)育次級(jí)派生斷層（圖4）。

斷層疏導(dǎo)能力的強(qiáng)弱通過影響地層水和游離氧的豐度而間接控制著微生物的存活。東營(yíng)組末期及新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)時(shí)期強(qiáng)烈活動(dòng)的斷層不僅是油氣運(yùn)移的通道，同時(shí)也是地層水與地表水的有效滲流通道，淺層油藏特高孔特高滲儲(chǔ)層與斷層良好的疏導(dǎo)能力共同作用使地表水下滲順暢，水中游離氧分子增多，有利于喜氧細(xì)菌活動(dòng)，為生物降解提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

圖4 LD5油田斷層示意圖

2.4 蓋層條件

LD5油田位于遼西凸起西側(cè)下降盤，遼西凸起的物源來自渤海灣盆地西北側(cè)的燕山褶皺帶［9］，燕山褶皺帶所提供的大量陸源碎屑物質(zhì)在遼東灣坳陷館陶組–明下段時(shí)期形成了面積廣、厚度大的沖積扇—辮狀河—曲流河—三角洲沉積體系。LD5油田處于辮狀河沉積體系，發(fā)育河道和心灘沉積微相儲(chǔ)層，儲(chǔ)層平均砂巖含量超過85.0%。明化鎮(zhèn)組油藏蓋層為辮狀河泛濫平原沉積，巖性以泥巖和粉砂質(zhì)泥巖為主；館陶組油藏蓋層為辮狀河河床沉積，巖性為砂礫巖和礫巖。區(qū)內(nèi)蓋層橫向分布廣泛，但厚度薄，平均2.0～3.0 m。蓋層條件的好壞通過影響地層水和游離氧的豐度而間接控制著微生物的存活。薄蓋層對(duì)應(yīng)弱遮擋作用，蓋層薄則地表水易滲入油藏，地表水中的微生物促使原油發(fā)生生物降解，從而影響原油的稠化過程（表1）。

通過對(duì)渤海海域8個(gè)稠油油田的蓋層厚度及原油密度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并分析蓋層厚度與原油密度的關(guān)系，研究表明沖積扇—辮狀河—曲流河—三角洲沉積體系，順物源方向蓋層厚度具有變大的趨勢(shì)，而原油密度具有變小的趨勢(shì)，蓋層厚度與原油密度呈明顯的消長(zhǎng)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達(dá)R2=0.921 2（圖5）。

表1 不同油田蓋層厚度與原油密度關(guān)系

圖5 蓋層厚度與原油密度的關(guān)系

3 結(jié)論

（1）LD5油田明化鎮(zhèn)組和館陶組發(fā)育特–超稠油油藏，原油具有高密度、高黏度、高膠質(zhì)瀝青質(zhì)、高凝固點(diǎn)、低蠟、低硫的特點(diǎn)，且油水界面不統(tǒng)一、油水關(guān)系倒置、油藏邊界不規(guī)則。

（2）LD5油田原油膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量高，蠟含量低，原油物性差，C25–降藿烷豐度高，原油發(fā)生了強(qiáng)烈的生物降解作用，從而導(dǎo)致其稠化。而該區(qū)油藏埋藏淺、地層溫度適宜以及油層與地層水接觸程度高均有利于微生物的生存和繁殖；淺層油藏特高孔特高滲儲(chǔ)層物性特征、強(qiáng)烈活動(dòng)斷層良好的疏導(dǎo)能力以及薄蓋層均利于喜氧細(xì)菌活動(dòng)，為生物降解提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

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TE112.33

A

1673–8217（2017）06–0052–04

2017–05–25

張婕茹，工程師，1975年生，1996年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程專業(yè)，從事油氣儲(chǔ)量評(píng)價(jià)及油氣田地質(zhì)綜合研究工作。

“十三五”國(guó)家科技重大專項(xiàng)“渤海油田加密調(diào)整及提高采收率油藏工程技術(shù)示范”（2016ZX05058001）。

蒲洪果