渤海海域L16-A和L16-B構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研究院，天津300452)

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渤海海域L16-A和L16-B構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研究院，天津300452)

通過原油物性、生物降解程度、構造特征的分析，討論了L16-A、L16-B構造原油物性橫向差異的形成原因，系統認識了成藏背景、斷層活動、空間位置對L16-A、L16-B構造原油生物降解的控制作用，總結出背斜背景、斷層數量少、斷層晚期活動弱或不活動，埋深大且遠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構造原油生物降解呈現顯著的差異，在約2000m深度降解程度既有輕微降解也有嚴重降解。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。生物降解發生在地溫不超過80℃的地層。斷層活動的時間、強度以及斷層性質都影響流體活動及其攜帶的養分，進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，并從兩側向油藏內部擴散，靠近斷層面的原油降解程度高，是油藏內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識的突破，近年來發現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造之間，在油藏內部也是差異較大，這在L16-A、L16-B構造的勘探評價過程中表現得尤為明顯。原油的物理性質不僅影響原油經濟價值，對探井的測試產能和油藏的開采價值、評價與開發方案均具有重要的影響，因此原油的物性分析預測具有重要意義。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。原油在運移成藏過程中經歷生物降解、水洗氧化、重力分異、硫化作用、蒸發分餾等復雜改造，這些對原油物性均有影響。如吐哈盆地魯克沁構造帶成藏時間早，后期的持續淺埋造成輕質組分散失，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]認為強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，油藏內部靠近油源通道和油藏高部位原油黏度密度較小，因為靠近油源通道可能會有晚期持續充注，而近油水界面由于生物降解加強，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果。

1　原油物性特征

圖1　L16-A、L16-B構造井位及東營組斷裂分布圖

圖2　L16-A、L16-B構造及遼中凹陷多個構造原油黏度與深度交會圖

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

L16-A、L16-B構造地面原油密度(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%，瀝青質含量0.36%～5.14%，酸值0.07～4.38，為低硫、低蠟-高蠟原油。從揮發油到稠油都有，原油物性差異巨大。高密度、高黏度原油相應含蠟量降低，酸值提高，其中2500m以下均為輕質-中質中黏度高含蠟原油，而淺層則多為高黏度中質油或普通稠油(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的原油組分發生變化，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。輕質組分降解速度快，抗降解能力強的化合物則逐漸相對富集[8，9]。Peters等[10]通過各類生標化合物降解難易程度序列的建立, 將生物降解具體細分為10級。渤海海域多數原油嚴重降解時會出現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級的嚴重降解程度非常實用。5級降解前不出現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出C30藿烷受到顯著降解，25-降藿烷豐度遠高于C30藿烷。實踐中可用25-降藿烷/C30藿烷表征降解程度。

通過生物標志化合物可知，L16-A、L16-B構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。正構烷烴完全降解，而規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))雖受嚴重生物降解，TIC可見明顯UCM，但仍保留較高豐度正構烷烴，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際級別要低，通常靠近油藏的運移通道，具有非常好的成藏指示意義。

圖3　L16-A、L16-B構造典型原油色質譜圖

3　生物降解的控制因素

生物降解程度是地層溫度、構造背景控制下的斷裂發育特征、空間位置等多重影響因素疊加的結果。L16-A、L16-B構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℃的范圍內可形成生物降解[10]。郭永華等[7]認為渤海地區稠油油藏分布下限約為2000m，統計表明，通常渤海原油降解發生在溫度低于80℃(對應深度約為2300～2500m)地層。L16-A、L16-B構造在地層溫度高于80℃以上地層則未發現明顯生物降解，為中-輕質原油(見圖2)。渤海海域其他構造(如L21-2構造2532～2579m)偶爾出現輕微降解，其原因是成藏早期地溫較低發生降解，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分，構造背景控制的斷層活動促進流體交換，進而控制生物降解。新構造運動對海域的構造形成和油氣大規模聚集具有重要意義[12]，喜山期構造活動促進圈閉形成、斷裂發育、油氣聚集，斷層發育廣泛，油藏多為復雜斷塊油氣藏。新近系油藏占大中型油氣田的多數，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構造成藏期則多在5～3Ma之后，原油未經歷復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、斷層性質關系密切，L16-A構造形態是僅受單條走滑斷層控制的半背斜，而L16-B構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了流體活動并攜帶了來自淺層的養分，加劇生物降解。生物降解是一個持續過程，原油組分經歷累積的消耗或轉變，成藏期之后的斷層活動時間、強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，新近紀長期活躍，而L16-B-1井緊鄰的斷層晚期不發育。斷層活動時間可通過地震剖面斷層的延伸范圍表征，通常晚期構造活動弱、斷層在上部地層不發育的情況下生物降解程度弱；斷層活動強度可通過斷距或生長指數表征，通過比較相近深度的斷裂發育特征可預測相鄰構造帶內油藏生物降解程度和原油黏度、密度。

2)斷層性質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，而鄰近的南側斷層持續活動(圖4)，差別在于L16-A-2井南側斷層性質為壓扭性質的走滑斷層。勘探實踐中已得到證實壓扭性走滑斷層對原油的封堵性作用強于張性斷層。說明斷層性質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，并從兩側向油藏內部擴散，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斷層獲取淺層或地表的養分，淺層原油更靠近地表，易于與流體溝通，降解程度明顯強于深層。

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，是因為微生物在斷面處繁盛，并從斷面處向油藏內部擴散。

3)與油水界面的相對位置有文獻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構造的鄰近的L21-3構造兩個深度位于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，與構造內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]統計濟陽拗陷鄭家-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，認為降解程度受原油到油水界面距離的控制。

4　結論

1)L16-A、L16-B構造原油物性與生物降解程度密切相關。溫度、斷裂發育特征、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℃可進行生物降解。

3)構造背景控制下的斷裂發育特征如活動強度、活動時間、斷層性質等因素影響流體活動，流體活動及其攜帶的養分控制了微生物繁盛，進而影響原油的降解程度。斷塊夾持斷層性質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(2011ZX05023-006-002)。

張友(1980-),男，碩士，工程師，主要從事地球化學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構造原油生物降解特征及控制因素[J].長江大學學報(自科版), 2016,13(29):13～17.