蘇丹Muglad盆地下白堊統(tǒng)原油破壞作用及黏度變化規(guī)律*
——以Fula凹陷Jake south油田Bentiu油藏為例

韓如冰 田昌炳 周家勝 李順明 何 輝 杜宜靜

(1. 中國石油勘探開發(fā)研究院 北京 100083； 2. 中國石油天然氣勘探開發(fā)公司 北京 100034)

蘇丹Muglad盆地下白堊統(tǒng)原油破壞作用及黏度變化規(guī)律*
——以Fula凹陷Jake south油田Bentiu油藏為例

韓如冰1田昌炳1周家勝2李順明1何 輝1杜宜靜1

(1. 中國石油勘探開發(fā)研究院 北京 100083； 2. 中國石油天然氣勘探開發(fā)公司 北京 100034)

韓如冰,田昌炳,周家勝，等.蘇丹Muglad盆地下白堊統(tǒng)原油破壞作用及黏度變化規(guī)律——以Fula凹陷Jake south油田Bentiu油藏為例[J].中國海上油氣，2016,28(6)：9-14.

Han Rubing,Tian Changbing,Zhou Jiasheng,et al.The degradation of petroleum in Lower Cretaceous of Muglad basin and the variation regularity of its viscosity:a case of Bentiu reservoir in Jake south oilfield, Fula sag, Sudan[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(6):9-14.

蘇丹Muglad 盆地Fula凹陷Jake south油田在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)下白堊統(tǒng)Bentiu油藏原油性質(zhì)差異較大，且原油性質(zhì)變化機(jī)理不清，為油藏開發(fā)帶來較大困難。綜合測井、試油、原油性質(zhì)、原油全烴色譜、質(zhì)量色譜等資料，對Bentiu油藏原油破壞作用及黏度變化規(guī)律進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，Bentiu油藏原油性質(zhì)變化的主要因素為生物降解作用，水洗作用影響較弱，氧化作用影響最弱。在各種原油破壞作用影響下，由油藏油水界面處至油藏頂部，原油破壞作用逐漸減弱，破壞作用逐漸變小，API重度值逐漸升高，黏度逐漸降低。通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法建立了Bentiu油藏50 ℃脫氣原油黏度與其距油水界面的垂直距離、地層深電阻率、密度曲線的線性關(guān)系式，計(jì)算結(jié)果可為油藏?cái)?shù)值模擬提供數(shù)據(jù)支持。

蘇丹；Muglad盆地；Jake south 油田；Bentiu油藏；下白堊統(tǒng)；原油破壞作用；原油黏度；線性關(guān)系式

Fula凹陷位于蘇丹Muglad盆地北部，是中國石油最早的(1995)、最成功的海外勘探開發(fā)項(xiàng)目之一，目前該區(qū)塊內(nèi)Jake south油田年產(chǎn)油量保持在250萬t水平，其中Bentiu油藏地質(zhì)儲(chǔ)量占油田總儲(chǔ)量的82%。生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，Bentiu油藏原油性質(zhì)差異較大，且機(jī)理不清，給油藏開發(fā)方案設(shè)計(jì)與調(diào)整、油藏管理及下游油氣儲(chǔ)運(yùn)等過程帶來較大困難。本文綜合測井、試油、原油性質(zhì)、原油全烴色譜/質(zhì)譜等各項(xiàng)資料，對Fula凹陷主力油田Jake south油田Bentiu油藏原油破壞作用及黏度變化規(guī)律進(jìn)行研究，以期為該區(qū)油藏開發(fā)提供支持。

1 地質(zhì)概況

Jake south油田位于Fula凹陷北部次凹，其西側(cè)發(fā)育福西斷裂(為控凹斷裂)，Bentiu油藏構(gòu)造為這一背景下發(fā)育的受多條張性斷層切割的逆牽引背斜[1-3]。研究發(fā)現(xiàn)Jake south油田發(fā)育Abu Graba—Bentiu—Aradeiba油氣系統(tǒng)(圖1)。Abu Graba(簡稱AG)組主要發(fā)育扇三角洲前緣沉積，以砂泥巖互層為主；AG組中部發(fā)育厚層深湖—半深湖相暗色泥頁巖與薄層砂巖互層，是AG油藏和Bentiu油藏的主要烴源巖[3-4]；AG組儲(chǔ)層為砂泥巖互層內(nèi)部砂巖，油藏類型為受斷層、巖性雙重控制的層狀邊水油藏。Bentiu組主要發(fā)育辮狀河三角洲前緣沉積，自下而上相對湖平面不斷上升，可容空間逐漸增大，由水下分流河道沉積為主演變?yōu)橐赃h(yuǎn)砂壩為主；Bentiu組巖石類型復(fù)雜，灰色及灰白色粗砂巖、中砂巖和灰色泥巖均發(fā)育；儲(chǔ)層平均孔隙度為20.4%，平均滲透率為1 743.38 mD，整體為中高孔中高滲儲(chǔ)層；Bentiu組下部砂體呈厚層塊狀，具有塊狀底水油藏特征，上部砂體內(nèi)隔夾層逐漸增多，具有層狀邊水油藏特征(圖2)，整體具有統(tǒng)一的壓力系統(tǒng)。Durfur群底部Aradeiba組在研究區(qū)發(fā)育一套分布穩(wěn)定的深湖—半深湖相泥巖，平均厚度129.17 m，直接覆蓋于Bentiu油層之上作為蓋層，厚度大、排驅(qū)壓力大，蓋層條件好。

前人研究表明，F(xiàn)ula凹陷整體構(gòu)造演化可分為3個(gè)階段，分別形成3套向上變粗的地層旋回[5]。在早白堊世扭動(dòng)與伸展相結(jié)合的應(yīng)力背景下，AG組與Bentiu組構(gòu)成了第1個(gè)地層旋回；晚白堊世的伸展應(yīng)力場控制了Darfur群的沉積，構(gòu)成了第2個(gè)地層旋回；古近紀(jì)的張扭應(yīng)力場則控制了Kordofan群的沉積，構(gòu)成了第3個(gè)地層旋回。區(qū)域勘探成果表明，AG組中段生成的油氣首先從烴源巖排出進(jìn)入相鄰的砂巖儲(chǔ)層中聚集，類似于“油氣中轉(zhuǎn)站”[6]。在Darfur群頂部Baraka組沉積晚期至Kordofan群底部Amal組沉積早期，大部分油氣經(jīng)斷層輸導(dǎo)進(jìn)入上覆Bentiu組聚集成藏，剩余油氣在AG組內(nèi)聚集成藏。區(qū)域構(gòu)造研究表明，F(xiàn)ula凹陷油氣成藏后，Amal組沉積末期出現(xiàn)一期較大規(guī)模的拉張性構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，盆地整體抬升，遭受剝蝕，造成各油田淡水注入，發(fā)生原油性質(zhì)破壞[5,7]。因此，原始狀態(tài)下AG組與Bentiu組原油來源相同，其性質(zhì)差異主要源于淡水注入后引發(fā)的破壞作用。

圖1 Jake south油田工區(qū)位置及沉積層序特征[1]

圖2 Jake south油田Bentiu油藏SW—NE向油藏剖面

2 原油破壞作用

2.1 原油性質(zhì)變化

通過對Jake south油田不同層位的33個(gè)原油樣品進(jìn)行測試，獲得原油樣品的 API重度和50 ℃脫氣原油黏度(表1)。測量結(jié)果表明，AG組平均原油重度為41.21 API，數(shù)值最高，平均原油黏度為20.49 mPa·s，數(shù)值最低，總體為輕質(zhì)油、稀油；Bentiu組由底部至頂部原油性質(zhì)發(fā)生變化，原油重度不斷增大，原油黏度不斷降低，由底部為中質(zhì)油、稠油至頂部變?yōu)檩p質(zhì)油、稀油。與AG組原油相比，Bentiu組原油整體重度降低，黏度增加。

表1 Jake south 油田原油性質(zhì)

分析認(rèn)為，AG組與Bentiu組原油性質(zhì)差異以及Bentiu油藏內(nèi)原油性質(zhì)差異均是由后期淡水注入帶來的破壞作用引起。AG組油層主要分布于砂泥巖互層中，砂體分布范圍小，厚度相對薄，連通性較差，淡水難以進(jìn)入油藏，整體處于未改造或改造較弱狀態(tài)，所以原油性質(zhì)相近。Bentiu組砂體較發(fā)育，分布范圍大且呈巨厚塊狀，連通性較好，存在淡水進(jìn)入，原油發(fā)生改造，因此在不同油藏位置原油性質(zhì)存在較大差異。

2.2 原油性質(zhì)變化機(jī)理

前人研究將油氣藏破壞機(jī)理分為物理破壞、化學(xué)破壞、生物化學(xué)破壞和物理化學(xué)破壞，并將每一類加以細(xì)分[7-8]。研究表明，受區(qū)域地質(zhì)背景控制，Jake south油田原油性質(zhì)變化機(jī)理可能與水洗作用、氧化作用和生物降解作用等有關(guān)。

2.2.1 水洗作用

前人研究表明，對于埋藏相對淺的油藏，油水界面附近原油輕烴分子較易被地層水所溶解，從而使原油重度降低、黏度變大；如果同期地層水較為活躍，油水界面甚至出現(xiàn)較大角度的傾斜，溶解烴類的地層水不斷流動(dòng)，油水界面處地層水始終保持較低的礦化度、較高的溶解能力，水洗相對嚴(yán)重，原油性質(zhì)變化明顯[7,9]。

Bentiu油藏由南向北油水界面逐漸降低，降低程度為2.9 m/km，指示存在淡水注入。選取研究區(qū)中部Jake-S-1井不同位置(分別位于Bentiu油藏頂部、底部和AG組中段油藏)的4塊樣品測定原油全烴氣相色譜和質(zhì)量色譜，對原油破壞程度進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：Jake -S -1井Bentiu油藏底部1 483 m處，原油全烴色譜圖上顯示其仍含有一定的輕烴組分，指示底部水洗程度弱；Jake-S-1井AG組中段原始原油樣品飽和烴/芳烴值為6.48，而Bentiu油藏底部1 483 m處該比值為2.86，頂部1 388 m處該比值為4.11，進(jìn)一步證明水洗作用強(qiáng)度較弱(圖3)。可見，水洗作用對Bentiu油藏原油存在影響，但整體強(qiáng)度較低。

圖3 Jake-S-1井原油全烴色譜圖特征

2.2.2 氧化作用

前人研究表明，正構(gòu)烷烴氧化成對應(yīng)的酸需要2 000倍左右油藏體積飽和氧的地下水[7]；一般情況下地表水中氧的溶解度很低，只有埋藏較淺的大氣水入侵非常活躍的儲(chǔ)層才可實(shí)現(xiàn)。Jake south油田雖存在淡水注入，但難以達(dá)到如此高的注入強(qiáng)度，帶入油層的氧氣有限，因此氧化作用對Bentiu油藏原油的影響較弱。

2.2.3 生物降解作用

結(jié)合前人研究成果[10-13]，經(jīng)過參數(shù)優(yōu)選，認(rèn)為飽和烴含量、原油總酸值TAN(定義為中和1 g原油樣品需要的KOH毫克數(shù))、異戊二烯烴類生物標(biāo)志物、部分藿烷類等參數(shù)均可較好地反映研究區(qū)生物降解強(qiáng)度(表2)，具體表現(xiàn)為：原油飽和烴含量越高，生物降解程度越低。隨著生物降解程度增大，生成有機(jī)酸數(shù)量增大，TAN數(shù)值增加。在異戊二烯烴類生物標(biāo)志物中選擇的參數(shù)包括Pr/Ph、Pr/nC17、Ph/nC18等，其中Pr/Ph主要用于研究生物降解中期的原油降解程度；生物降解前期Pr/nC17、Ph/nC18值隨生物降解程度增加而逐漸升高。藿烷類參數(shù)Ts/Tm與C31藿烷S/(S+R)都隨原油成熟度升高而增大。綜合原油全烴氣相色譜資料和質(zhì)量色譜資料(圖3、表2)，根據(jù)Peters和Moldowan 的劃分標(biāo)準(zhǔn)[14]，對Jake south油田各原油樣品的生物降解強(qiáng)度進(jìn)行了研究，結(jié)果表明研究區(qū)原油生物降解程度整體較弱，處于生物降解前期，因此Pr/Ph參數(shù)在研究區(qū)不適用。

由表2、圖3可知，Jake-S-1井Bentiu油藏頂部飽和烴含量較高，TAN、Pr/nC17、Ph/nC18值均較低，且氣相色譜圖上飽和烴分布完整，基本未遭受生物降解；Bentiu油藏底部飽和烴含量較頂部明顯降低，TAN、Pr/nC17、Ph/nC18值均較頂部高，氣相色譜圖上低碳數(shù)飽和烴相對含量降低，異戊二烯烴相對含量增加，右側(cè)基線出現(xiàn)凸起，顯示原油遭受弱生物降解。AG油藏飽和烴含量較高，TAN、 Pr/nC17、Ph/nC18值均較低，且氣相色譜圖上飽和烴分布完整，基本未遭受生物降解。前人研究結(jié)果表明,研究區(qū)烴源巖Ro范圍為0.58%～0.72%， C32藿烷22S/(22S+22R)值為0.48～0.59，C29甾烷20S/(20S +20R) 和C29甾烷ββ/(ββ+αα) 之比為0.25～0.53，表明烴源巖成熟度中等—低，剛剛進(jìn)入生油窗，處于生油高峰之前，因此Bentiu層和AG層原油的成熟度均較低。而Bentiu組原油的萜烷參數(shù)Ts/Tm與藿烷參數(shù)C31藿烷S/(S+R)均小于AG組的原油(表2)，也顯示出Bentiu組原油成熟度要低于AG組的原油，認(rèn)為可能是受生物降解作用影響所致。總體上，AG組原油基本未發(fā)生生物降解，而Bentiu組原油由底部油水界面處至頂部生物降解程度不斷降低，這說明生物降解作用對原油性質(zhì)具有較強(qiáng)的控制作用。

表2 Jake south油田Jake-S-1井原油地球化學(xué)參數(shù)

除以上3種破壞作用之外，烴源巖生烴成熟度差異與烴類運(yùn)移的分餾效應(yīng)均有可能造成原油性質(zhì)差異。然而研究區(qū)主要烴源巖整體構(gòu)造-熱演化特征相近，成熟度較低，剛剛進(jìn)入生油窗，因此烴源巖生烴成熟度差異較小，對原油性質(zhì)變化的影響較小。對原油飽和烴組分進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)Jake-S-1井C6—C14輕質(zhì)烴和C25—C35重質(zhì)烴在Bentiu組頂部和底部均有一定存在，并未出現(xiàn)由底部至頂部輕質(zhì)烴含量顯著升高，重質(zhì)烴逐漸降低的現(xiàn)象，烴類運(yùn)移的分餾效應(yīng)在油藏內(nèi)相對較弱。另外，AG組中段烴源巖埋藏深度為2 600 m，Bentiu組油藏埋深為1 500 m，而Bentiu組平均油柱高度為90 m，油藏內(nèi)部烴類運(yùn)移的分餾效應(yīng)對原油性質(zhì)變化的影響也較小。

綜上所述，Jake south油田Bentiu油藏原油性質(zhì)變化的主要因素為生物降解作用，水洗作用較弱，氧化作用最弱。

3 原油黏度變化規(guī)律

在Bentiu油藏中原油破壞作用受與油水界面距離控制，距油水界面距離越遠(yuǎn)，生物降解程度越弱，原油重度越高、黏度越低，對這一原油黏度的變化規(guī)律進(jìn)行了定量研究。

首先分析能反映原油黏度變化的自變量參數(shù)。結(jié)果表明，原油樣品距油水界面的垂直距離、地層深電阻率及密度測井曲線可以反映原油黏度，其中地層深電阻率測井曲線主要反映地層流體特征，包含地層原油黏度信息，密度測井曲線是巖石骨架和流體密度的整體體現(xiàn)。

讀取各原油樣品距油水界面的垂直距離，并在地層深電阻率和密度測井曲線上讀取特征值。對各參數(shù)進(jìn)行回歸分析(圖4)，得到50 ℃脫氣原油黏度的線性關(guān)系式為

μ=0.156h+0.029RD+336.988ρ-729.906

(1)

式(1)中：μ為50 ℃脫氣原油黏度，mPa·s；h為各原油樣品在油氣藏中距油水界面的垂直距離，m；RD為地層深電阻率，Ω·m；ρ為密度測井曲線特征值，g/cm3。該式相關(guān)系數(shù)為0.832，相關(guān)性較強(qiáng)。

選取Jake-S-1井原油樣品對回歸公式進(jìn)行檢驗(yàn)，原油樣品距油水界面69.38 m，其地層深電阻率測井曲線數(shù)值為96.13Ω·m，密度測井曲線數(shù)值為2.24 g/cm3。用式(1)進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果為38.55 mPa·s，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果41 mPa·s相比，誤差僅為5.97%。

圖4 Bentiu油藏黏度公式計(jì)算結(jié)果與原油黏度實(shí)測結(jié)果關(guān)系

根據(jù)地層原油黏度回歸公式，對Bentiu油藏地層原油黏度整體進(jìn)行計(jì)算，得到了地層原油黏度場，進(jìn)一步明確了油藏內(nèi)不同位置原油黏度，從而為油藏?cái)?shù)值模擬提供了數(shù)據(jù)支持。

4 結(jié)論

1) 蘇丹Muglad盆地Fula凹陷Jake south油田下白堊統(tǒng)Bentiu油藏造成原油性質(zhì)變化的主要破壞作用為生物降解作用，水洗作用影響較弱，氧化作用影響最弱。

2) 在各種原油破壞作用影響下，Bentiu油藏底部油水界面附近原油破壞程度弱，頂部破壞程度極弱；由油藏底部至頂部，原油破壞作用減弱，原油API重度逐漸升高，黏度逐漸降低。AG組油藏并未遭受原油破壞作用，原油性質(zhì)差異相對小。

3) Bentiu油藏50 ℃脫氣原油黏度與樣品距油水界面的垂直距離、地層深電阻率、密度曲線呈線性關(guān)系，且相關(guān)性較好。利用本文建立的回歸公式對油藏內(nèi)不同位置原油黏度進(jìn)行計(jì)算，可為研究區(qū)油藏?cái)?shù)值模擬提供數(shù)據(jù)支持。

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(編輯：周雯雯)

The degradation of petroleum in Lower Cretaceous of Muglad basin and the variation regularity of its viscosity:a case of Bentiu reservoir in Jake south oilfield, Fula sag, Sudan

Han Rubing1Tian Changbing1Zhou Jiasheng2Li Shunming1He Hui1Du Yijing1

(1.ResearchInstituteofPetroleumExploration&Development,Beijing100083,China; 2.ChinaNationalOilandGasExplorationandDevelopmentCorporation,Beijing100034,China)

In daily production, the oil from Lower Cretaceous Bentiu Formation of Jake south oilfield in Fula sag of Muglad basin has large variation in physical properties including API gravity and viscosity. The mechanisms of these phenomena are not clear, which causes serious problems in production. With comprehensive analyses of well logging, well testing, physical property and geochemistry data, the petroleum degradation mechanisms and the variation regularity of oil viscosity are studied. Results show that the main cause of the variation of oil physical properties is biodegradation, while water washing effect is weak and the oxidization is the weakest. Controlled by these degradation processes, degree of petroleum degradation decreases from the oil-water contact to the top of the reservoir, thus the oil turns lighter and less viscous. With mathematical statistic method, the linear relation is established among 50℃ degas oil viscosity and the vertical distance to the oil-water contact, deep resistivity and density curve. The result can provide data support for reservoir numerical simulation.

Sudan; Muglad basin; Jake south oilfield; Bentiu reservoir; the Lower Cretaceous; petroleum degradation; oil viscosity; linear relation

1673-1506(2016)06-0009-06

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.06.002

韓如冰，男，博士研究生，主要從事油田開發(fā)地質(zhì)研究工作。地址：北京市海淀區(qū)學(xué)院路20號中國石油勘探開發(fā)研究院油氣田開發(fā)研究所(郵編：100083)。E-mail:harbin2018@163.com。

TE133+.9

A

2016-06-13 改回日期：2016-07-18

*“十二五”國家科技重大專項(xiàng)“復(fù)雜油氣藏精細(xì)表征與剩余油分布預(yù)測(編號：2011ZX05009-003)”部分研究成果。