滩海稠油物化特征及稠化机理研究

吴兆徽，吴颖昊，吴晓东，徐守余，翟麟秀，吴颖欣，李伟忠

石油化工

滩海稠油物化特征及稠化机理研究

吴兆徽1，2，吴颖昊1，吴晓东3，徐守余1，翟麟秀3，吴颖欣4，李伟忠2

（1. 中国石油大学 地球科学与技术学院，山东 青岛 266580； 2. 中石化胜利油田分公司 地质科学研究院，山东 东营 257015；3. 中石化胜利油田分公司 技术检测中心，山东 东营 257000； 4. 中石化胜利油田分公司 胜机石油装备有限公司，山东 东营 257000）

滩海地区含油层系通常深度跨度大、原油物化性质变化快，稠化机理复杂，造成研究难度大，同时在增储上产和节约成本的形势下，需要开展滩海浅层稠油物理化学特征及稠化机理方面的研究。稠油物理性质、族组分、碳同位素、甾萜类标志物等特征进行了全面分析。物性分析发现原油凝固点低，说明受到了强烈的次生蚀变作用，含硫量一般较小，具备低硫的生物降解稠化环境；族组分随着距凹陷中心越远，沥青质含量越高，异构烷烃含量增大、姥植比降低；三、四环萜烷、甾烷含量增加，粘度大于1 000 mPa·s甾、萜烷也被降解。最后认为，稠油成因与水洗、氧化和降解这一系列油藏次生作用有关。通过成藏机理分析，认为大幅抬升背景、丰富的断裂系统及地层水，是浅层稠油油藏形成的必备要素。

滩海；稠油；物性；地球化学；生物标志物；气相色谱

滩海区浅层地下水活动频繁，易形成大规模浅层海相稠油油藏。渤海湾盆地济阳坳陷孤东油田孤827块和黄骅坳陷埕北断坡存在很大的滩海区域[1]，此次以这两大区块为例，分析了滩海稠油的典型物理化学特征，并对稠化机理进行了研究。未来稠油开发还有很大的开发潜力，通过与常规原油对比，明确了稠油特征和形成机制，对于非常规资源开发和储量阵地的接替具有重要意义。

1 滩海稠油物化特征

1.1 稠油物性特征

通过统计最新油样的物性实验[2]分析数据，发现大多滩海区以普通稠油为主，物性具有四高、三低的特点（图1），主要为密度高、粘度大、含蜡量低、含硫量低、凝固点低的稠油。原油密度大多为0.92～0.96 g/cm3，平均0.94 g/cm3；粘度略高，主要在100～160 mPa·s；凝固点很低，说明受到了强烈的次生蚀变作用；含硫量一般较小，适合喜氧细菌生存，为稠油形成提供了低硫降解环境。

1.2 稠油族组分特征

稠油的族组分能够反映生烃母质、沉积环境、及后期改造情况[3-5]。距凹陷中心越远，沥青质含量越高,根据不同情况制定稠油的不同开发方式[6-8]。滩海区稠油饱和烃色谱[9]特点为，正构烷烃缺失，异戊二烯烃残留。随着稠化程度加深，正构烷烃含量降低、高碳数正构烃比例增大[10,11]；异构烷烃含量增大、姥植比Pr/Ph降低。部分极浅层稠油，轻烃组分大部分散失和降解，各种碳数烃类普遍缺失，低碳数烃缺失程度比高碳数的要高，正烷烃和植烷含量会分别低于50和15μg/mg，存在C25-降藿烷，即存在六级以上降解（图2）。

1.3 稠油碳同位素特征

碳同位素通常比较稳定，后期改造对其影响较小，因此能反映与母质之间的关系[12]。Peters等专家认为有亲缘关系的原油δ13C差异一般小于3‰。各区域同位素区别显著，例如靠近歧南凹陷的烃源岩抽提物的碳同位素比较重，临近歧口凹陷则比较轻。例如，羊二庄的原油与烃源岩就比较相近，而北部港深51与南部庄海8明化镇组油样碳同位素差异就大于3‰，两者没有亲缘关系(图3)。

1.4 甾萜类标志物特征

原油稠化过程中，饱和烃含量会明显降低，甾萜类化合物在馏分中含量逐渐增多。在滩海断阶带上，第一台阶区埋藏最浅，第三台阶区最深。随地层变浅，原油粘度增大。原油粘度和甾萜化合物的含量有一定相关性，在不同稠化阶段的特征。随着原油稠化，三环萜烷、四环萜烷、甾烷含量增加，当粘度大于1 000 mPa·s，甾、萜烷也被降解，含量会降低，甾烷含量变化更明显一些。

对于甾烷系列而言,在降解过程中其含量呈现先增加后下降的趋势。在原油粘度较低时,甾烷含量随粘度增加而升高;当粘度大于1 000 mPa·s时,甾烷含量开始下降, 且下降幅度较大(图4)。由此可见,甾烷含量变化幅度明显较萜类标志物大,甾烷抗生物降解的能力较萜烷弱。

通过前面比较族组分、碳同位素、气相色谱、生物标志化合物发现，随着含油层系逐渐变浅，稠化程度逐渐增强，具有明显的分区性。北部原油表现为无生物降解原油特点，少量存在微降解，中部则存在轻微至中等降解稠油，高部位同时存在未降解和各种程度降解的稠油。

2 原油稠化机理分析

原油的稠化与地层水往往密切相关[13,14]。一方面，在原油的生物降解稠化过程中，喜氧细菌在中浅层（<1 500 m），地温较低（<80 ℃）、地层水矿化度较低（100‰～150‰）的环境中最易发挥作用；另一方面，一些非生物活动，比如氧化也会使得原油稠化，此时地层水与原油接触，存在明显的油水界面。

借鉴多个坳陷和地区的成藏环境[15-19]，统计发现，至少要在1 800 m以上的中浅层才能具备原油稠化所需的环境。结合滩海区南部曾大幅抬升的构造背景，可以推测出浅层稠油油藏形成的两种模式：(1)浅层原油的稠化机理，主要是原生成因，这与腐泥型浅层不成熟烃源岩有关[20-22]。还有些属于次生成因，是由于地层抬升和地表水下渗，原油与地表或地层水接触，从而接触到氧气，使原油发生氧化等次生作用；（2）中层原油的稠化机理，是借助丰富的断裂体系，通过各种规模断裂沟通地层水，使得原油在较深部位稠化（图5）。

3 结 论

（1）通过分析研究区反映原油稠化的主要地化参数发现，距离凹陷中心越远，沥青质含量越高；滩海区整体正构烷烃缺失，异戊二烯烃残留；部分极浅层稠油存在六级以上降解。

（2）通过由浅而深比较，发现稠化与深度有关。深层原油以无生物降解原油为主，少量轻微降解；中层稠油-稠油反映了轻微—中等降解的稠油特征；浅层稠油同时存在未降解和各种程度降解的稠油。

（3）通过分析原油的稠化机理，认为氧化和生物降解这一系列次生作用，是大港滩海区浅层稠油形成的主要原因。极浅层原油会与水发生接触，氧化或降解成稠油；浅中层原油借助开启性断裂沟通地层水，在略深部位稠化，此外还有部分确系原生稠油，主要与腐泥型浅层不成熟烃源岩有关。

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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

国家重大专项，项目号：2011ZX05011; 中石化重点科技攻关项目，项目号：YKY1203。

2014-11-19

吴兆徽（1985-），男，山东东营人，在职博士，2007年毕业于石油大学矿产普查与勘探专业，研究方向：油气地球化学。E-mail：278524298@qq.com。

吴颖昊（1992-），女，山东东营人，硕士，研究方向：油气地球化学。E-mail：a668866886688@vip.qq.com。