有機(jī)地球化學(xué)方法識(shí)別中等生物降解油藏油水界面

江凱禧，彭麗，何文祥，陳祖林，朱俊章，姚長華，葛巖

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司非常規(guī)技術(shù)研究所，天津300452；2.長江大學(xué)地球環(huán)境與水資源學(xué)院，湖北 武漢430100；3.中海油實(shí)驗(yàn)中心，天津300452；4.中海石油有限公司深圳分公司技術(shù)部，廣東 廣州510240）

0 引言

油水界面是指帶氣頂油藏或油藏中純油層的底部界面（SY/T 6313.1—1998)，確定油藏油水界面關(guān)鍵是識(shí)別油層、油水層、水層、干層。D.K.Baskin［1］于1993年用儲(chǔ)層砂巖抽提物飽和烴氣相色譜特征來識(shí)別氣層、油層、水層。此后國內(nèi)的王廷棟等［2-5］沿用了飽和烴氣相色譜法并增加了Rock-Eval 熱解技術(shù)及其他相關(guān)參數(shù)，對(duì)各種碎屑巖和碳酸鹽巖儲(chǔ)層的現(xiàn)今油水界面或古油水界面進(jìn)行了研究。在中等（4—5 級(jí)）生物降解油藏中，儲(chǔ)層有機(jī)抽提物或原油飽和烴中的輕組分（正構(gòu)烷烴、異構(gòu)烷烴、無環(huán)類異戊二烯烴）會(huì)大量被生物降解，用飽和烴氣相色譜法已不能有效表征油水界面上下儲(chǔ)層內(nèi)原油組成的差異，識(shí)別油水界面難度大。目前國內(nèi)利用有機(jī)地球化學(xué)方法研究生物降解油藏油水界面還較少。LH11-1 油田為一大型背斜底水塊狀的生物礁油藏［6-7］，油源類型單一，具單一油水界面，原油普遍受3—5 級(jí)生物降解。選取其中LH11-1-2 井為先行研究對(duì)象，運(yùn)用有機(jī)地球化學(xué)方法對(duì)其儲(chǔ)層巖心進(jìn)行分析，以原油在水中溶解規(guī)律和生物降解特征為出發(fā)點(diǎn)，識(shí)別油水界面。為評(píng)估LH11-1 油田的周邊勘探潛力，進(jìn)行老油田挖潛提供新認(rèn)識(shí)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

LH11-1 油田位于中國南海珠江口盆地東部的東沙隆起上（見圖1），所在海域水深約200～380 m。珠江口盆地是中國南海北部最大的中生代被動(dòng)大陸邊緣盆地，面積近20×104km2，呈北東-南西向展布。東沙隆起帶位于珠江口盆地中央隆起帶的東段，呈北東向展布，地形簡(jiǎn)單、平緩，基底為中生界—古近系的巖漿巖基底。LH11-1 油田為一大型背斜塊狀底水油藏，儲(chǔ)層為珠江組生物礁灰?guī)r，巖心物性較好，平均孔隙度為22.4%，平均滲透率為652×10-3μm2，發(fā)育次生孔隙、微裂縫和溶洞。原油地球化學(xué)特征分析表明，該油藏原油由惠州凹陷文昌組烴源生成，并通過構(gòu)造脊長距離運(yùn)移（約45 km）聚集成藏［8］。

圖1 LH11-1 油田構(gòu)造區(qū)劃

2 樣品與實(shí)驗(yàn)

采集LH11-1-2 井儲(chǔ)層巖樣35 個(gè)，其中巖心樣品31 個(gè)，巖屑樣品4 個(gè)。所有巖樣利用破碎機(jī)粗碎后，在瑪瑙罐里研磨細(xì)碎，分成等量2 部分，分別進(jìn)行Rock-Eval 熱解和索氏抽提。將抽提出的氯仿瀝青“A”用正己烷沉淀瀝青質(zhì)，然后用SiO2-AL2O3柱色層分離成飽和烴、芳烴和非烴。巖樣有機(jī)物抽提、分離和測(cè)定均在長江大學(xué)地球化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。GC/MS 分析采用惠普公司5890 臺(tái)式質(zhì)譜儀。色譜柱為HP-5 ms石英彈性毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）。升溫程序：50 ℃恒溫2 min，從50～100 ℃的升溫速率為20 ℃/min，100～310 ℃的 升 溫 速 率 為3 ℃/min，310 ℃恒 溫15.5 min。進(jìn)樣器溫度300 ℃，載氣為氦氣，流速為1.04 mL/min，掃描范圍為50～550 M/Z，全掃描檢測(cè)。

3 結(jié)果與討論

3.1 有機(jī)抽提物組分特征

含油量等于每克巖石或巖屑中含有氯仿瀝青“A”的毫克數(shù)。Tissot 等認(rèn)為儲(chǔ)層巖石含油量低于3.00 mg/g 沒有開采價(jià)值，能試出工業(yè)油流的儲(chǔ)層必須高于此值。王廷棟認(rèn)為，非生物降解砂巖油藏儲(chǔ)層巖石含油量大于10.00 mg/g 是油層判別下限，生物降解砂巖油藏儲(chǔ)層巖石含油量下限為29.00 mg/g，而裂縫性油藏因其孔隙度低且壓力高其含油量為7.00 mg/g 就可能是高產(chǎn)油層。因此，定量分析儲(chǔ)層巖石含油量來劃分有工業(yè)開采價(jià)值油層、非工業(yè)價(jià)值油層和水層，需要根據(jù)油藏類型、儲(chǔ)層特征等地質(zhì)情況。LH11-1-2 井儲(chǔ)層巖樣含油量在垂向上的變化特征顯示（見圖2a），深度小于1 250.9 m 的巖樣含油量最大62.80 mg/g，平均25.60 mg/g，大部分樣品高于砂巖儲(chǔ)層下限值10.00 mg/g，僅有4 個(gè)樣品能達(dá)到生物降解油藏29.00 mg/g 的標(biāo)準(zhǔn)，深度大于1 250.9 m 的巖樣含油量小于0.98 mg/g，全部在上述下限值以下。根據(jù)實(shí)驗(yàn)樣品所處深度，認(rèn)為1 250.9 m 處是可能的油水界面。

Pow 值代表每克儲(chǔ)層巖樣所含極性化合物量（mg/g）等于單位含量非烴加上單位含量瀝青質(zhì)，Pow 值越高代表樣品極性化合物含量越高。水層礁灰?guī)r儲(chǔ)層吸附的是水中溶解的烴，是水洗的逆過程，所富集烴類中輕烴多極性組分少，因此含水層段Pow 值低，油層段Pow 值高。LH11-1-2 井儲(chǔ)層深度小于1 250.9 m 巖樣Pow 值普遍大于0.4 mg/g（若干樣品低于此值則認(rèn)為可能是含油性差的致密層，孔隙度小于10%），深度大于1 250.9 m 的巖樣的Pow 值小于0.4 mg/g（見圖2b），由此可判斷1 250.9 m 是可能的油水界面。

3.2 巖石Rock-Eval 熱解參數(shù)特征

S1，S2及殘余油（用符號(hào)“R”代替）都是儲(chǔ)層巖心樣品熱解參數(shù)（mg/g）。S1代表在200 ℃檢測(cè)到的烴含量，S2是在200～600 ℃持續(xù)升溫過程中檢測(cè)到的烴含量，殘余油（R）是指在600 ℃檢測(cè)到的烴含量。（S1+S2）/R參數(shù)值在油水界面上下有明顯差異，在水層中參數(shù)值最小，另外生物降解作用也會(huì)使 （S1+S2）/R 參數(shù)值變小。重質(zhì)油指數(shù)IS=（10RC/0.9）/ST×100 （其中RC，ST分別為Rock-Eval 巖石熱解參數(shù)中的殘余有機(jī)碳量和含油氣總量），油水界面以下含水層中IS 會(huì)明顯增大。

水層中礁灰?guī)r儲(chǔ)層所吸附烴量很小，故（S1+S2）/R參數(shù)值在水層段變小而重質(zhì)油指數(shù)IS 變大。LH11-1-2井儲(chǔ)層巖樣（S1+S2）/R 參數(shù)值在深度小于1 250.9 m 的樣品中普遍大于3.0，大于1 250.9 m 的樣品中小于0.5（見圖3a）； 重質(zhì)油指數(shù)則在深度小于1 250.9 m 的樣品中普遍小于0.6，深度大于1 250.9 m 的樣品中大于0.6（見圖3b）。因此，綜合（S1+S2）/R 參數(shù)值和重質(zhì)油指數(shù)變化特征，判明1 250.9 m 是可能的油水界面深度。

圖2 不同深度巖樣有機(jī)抽提物組分變化特征

圖3 Rock-Eval 巖石熱解參數(shù)沿儲(chǔ)層垂向變化特征

3.3 飽和烴GC/MS 分析

在一些塊狀底水生物降解油藏內(nèi)，越靠近油水界面，生物降解程度越高。通過有機(jī)地球化學(xué)方法（GC/MS 等）可以表征原油化學(xué)組分的梯度變化，并在一些生物標(biāo)志化合物上識(shí)別出規(guī)律性變化特征［9-12］。

LH11-1-2 井儲(chǔ)層巖石飽和烴中的正構(gòu)烷烴、異構(gòu)烷烴全部被降解，無環(huán)類異戊烯烴部分降解，不同深度降解程度不同，單環(huán)烷烴和二環(huán)烷烴保存較好。參照Peters and Moldowan 原油生物降解級(jí)別劃分標(biāo)準(zhǔn)，LH11-1-2 井原油生物降解級(jí)別為3—5 級(jí)。對(duì)M/Z 85，M/Z183 為特征碎片的類異戊二烯烴GC/MS 總離子流圖（見圖4）進(jìn)行分析，樣品中類異戊二烯烴化合物類型在深度大于1 250.9 m 后減少，相對(duì)豐度明顯降低，復(fù)雜不溶化合物（UCM）增加，與前述確定的新油水界面深度1 250.9 m 有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

生標(biāo)參數(shù)伽馬蠟烷/奧利烷在可能的油水界面深度1 250.9 m 處值增大（見圖5），后又回返變小，表明該異常可指示油水界面位置，但不能定量判識(shí)油層和水層。文獻(xiàn)調(diào)研表明，伽馬蠟烷是一種廣泛分布的C30五環(huán)三萜烷生物標(biāo)志物，一般被用作指示高鹽度還原咸水沉積環(huán)境［13-14］。奧利烷則常被用作指示烴源巖有機(jī)質(zhì)輸入類型［15］。LH11-1 油田的油源類型單一，為惠州凹陷文昌組湖相烴源巖形成?；葜莅枷菸牟M湖相烴源巖成因原油的伽馬蠟烷、奧利烷豐度較高，為該套烴源巖成因原油常見生標(biāo)特征。分析認(rèn)為，LH11-1-2井伽馬蠟烷/奧利烷值隨油水界面的變化特征與LH11-1 原油母質(zhì)生源特征和原油的生物降解密切相關(guān)。是否也與伽馬蠟烷、奧利烷抗生物降解能力的差異有關(guān)？ 相關(guān)問題還需更進(jìn)一步的研究。

圖4 無環(huán)類異戊二烯烴質(zhì)量色譜圖

圖5 伽馬蠟烷/奧利烷參數(shù)值沿儲(chǔ)層縱向變化

3.4 討論

綜合利用儲(chǔ)層巖石有機(jī)抽提物組分含量特征、Rock-Eval 熱解分析、飽和烴GC/MS 分析，選取含油量、Pow 值、（S1+S2）/R、重質(zhì)油指數(shù)、伽馬蠟烷/奧利烷、飽和烴生物降解特征等6 個(gè)有機(jī)地球化學(xué)指標(biāo)，確定LH11-1-2 井新的油水界面深度為1 250.9 m，與測(cè)井解釋深度1 246.2 m 相差3.8 m，可能與測(cè)井解釋結(jié)果較為保守或油水過度帶范圍較大有關(guān)［16-18］。

LH11-1 油藏為中等生物降解油藏，利用6 個(gè)有機(jī)地球化學(xué)指標(biāo)對(duì)LH11-1-2 井油水界面進(jìn)行判別，識(shí)別出新的油水界面，后續(xù)將對(duì)更多的取心井進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，建立上述指標(biāo)定量或半定量標(biāo)準(zhǔn)，為類似LH11-1 油藏油水界面研究提供借鑒。目前只對(duì)儲(chǔ)層巖心樣品飽和烴生物降解特征進(jìn)行分析，芳烴及一些非烴化合物的變化特征還未知，并且對(duì)嚴(yán)重生物降解油藏油水界面研究也較少，這些都是以后需要開展的工作。

4 結(jié)論

1）儲(chǔ)層巖石烴類含量和組成在油層段、水層段、油水過渡帶各不相同。受原油充注方式、原油水中溶解規(guī)律及儲(chǔ)層巖石潤濕性影響，LH11-1-2 井生物降解程度為3—5 級(jí)，且隨深度增加而逐漸加強(qiáng)，無環(huán)類異戊二烯烴組成和相對(duì)豐度沿油水界面方向呈梯度變化，且在油水界面處具突變特征，表明生物降解油藏中可利用飽和烴生物降解特征來識(shí)別油水界面。伽馬蠟烷/奧利烷值雖不能區(qū)分油層段和水層段，但在油水界面處異常，可能與伽馬蠟烷、奧利烷抗生物降解能力有關(guān)，可輔助判別油水界面。

2）綜合樣品含油量、Pow 值、（S1+S2）/R、重質(zhì)油指數(shù)、飽和烴生物降解特征、伽馬蠟烷/奧利烷等6 個(gè)有機(jī)地球化學(xué)指標(biāo)，重新確定了LH11-1-2 的油水界面深度為1 250.9 m，與原測(cè)井解釋結(jié)果相差3.8 m，可能與油水過渡帶范圍較大或測(cè)井解釋結(jié)果較為保守有關(guān)?？傮w上，所分析的6 個(gè)有機(jī)地球化學(xué)指標(biāo)油水界面識(shí)別效果好，可為類似LH11-1 中等生物降解油藏的油水界判別提供參考。

致謝：感謝中海油深圳分公司地球化學(xué)首席專家朱俊章的熱情指導(dǎo)，感謝中海油能源發(fā)展非常規(guī)研究所葛巖博士提出的寶貴意見。

［1］Baskin D K，Hwang R J，Purdy R K.Predicting gas oil and water intervals in Niger Delta reservoirs using gas chromatography［J］.AAPG Bulletin，1995，79（3）：337-350.

［2］張春明，方孝林，朱俊章.用熱解和氣相色譜技術(shù)確定碳酸鹽巖儲(chǔ)集層油水界面［J］.石油勘探與開發(fā)，1998，25（2）：24-26.

［3］郎東升，菅云英，劉方，等.儲(chǔ)集層產(chǎn)液性質(zhì)的氣相色譜識(shí)別方法［J］.石油勘探與開發(fā)，1999，26（3）：42-44.

［4］龍翔，單獻(xiàn)國，張?jiān)偏I(xiàn).地球化學(xué)法對(duì)油、氣、水層的判別［J］.斷塊油氣田，1999，6（3）：8-10.

［5］王曉鄂，李慶春，田鳳蘭，等.熱解色譜分析技術(shù)在儲(chǔ)層含油氣性評(píng)價(jià)中的推廣應(yīng)用［J］.斷塊油氣田，2005，12（5）：26-27.

［6］孫磊，劉剛，張俊，等.流花油田巖石抗壓強(qiáng)度回歸模型的建立［J］.斷塊油氣田，2008，15（3）：37-39.

［7］李昭偉，鐘輝，李楚吟，等.南海東部油氣勘探失利原因分析［J］.斷塊油氣田，2013，20（2）：137-139.

［8］朱俊章，施和生，鄧宏文，等.珠江口盆地惠州凹陷古近系烴源巖層序地層學(xué)和地球化學(xué)研究［J］.天然氣地球科學(xué)，2007，18（5）：709-714.

［9］Ross A S，F(xiàn)arrimond P，Erdmann M，et al.Geochemical compositional gradients in a mixed oil reservoir indicative of ongoing biodegradation［J］.Organic Geochemistry，2010，41（3）：307-320.

［10］Larter S，Huang H，Adams J，et al.The controls on the composition of biodegraded oils in the deep subsurface （Part II）：Geological controls on subsurface biodegradation fluxes and constraints on rese rvoir fluid property prediction［J］.AAPG bulletin，2006，90（6）：921-938.

［11］Head I M，Jones D M，Larter S R.Biological activity in the deep subsurface and the origin of heavy oil［J］.Nature，2003，426（6964）：344-352.

［12］Alberdi M，Moldowan J M，Peters K E，et al.Stereoselective biodegradation of tricyclic terpanes in heavy oils from the Bolivar Coastal Fields，Venezuela［J］.Organic Geochemistry，2001，32（1）：181-191.

［13］宋一濤，王鐵冠.原生動(dòng)物門梨形四膜蟲的無水熱解實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物及伽馬蠟-2-烯的檢出［J］.地球化學(xué)，2004，33（2）：147-151.

［14］江凱禧，彭麗.柴達(dá)木盆地獅子溝地區(qū)咸水湖相原油飽和烴地球化學(xué)特征［J］.廣東石油化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，23（3）：18-21.

［15］尚慧蕓，姜乃蝗.陸相原油及生油巖中的奧利烷及其地質(zhì)意義［J］.石油學(xué)報(bào)，1984，5（4）：37-42.

［16］曾大乾，彭鵬商，馬新華.濮城油田沙一下儲(chǔ)層特征及油水運(yùn)動(dòng)規(guī)律［J］.斷塊油氣田，1995，2（6）：24-28.

［17］張學(xué)磊，李傳亮，樊茹.采油速度對(duì)油水界面上升和底水錐進(jìn)的影響［J］.斷塊油氣田，2010，17（5）：583-585.

［18］孫加華.Toson-Uul 油田查干組油層油水分布主控因素分析［J］.斷塊油氣田，2013，20（4）：430-434.