春光區(qū)塊白堊系稠油地球化學特征及成因分析

石正勇，金蕓蕓，李杭兵，張 輝

(中國石化河南油田分公司,河南 南陽 473132)

0 引 言

目前春光探區(qū)已累計上交石油地質(zhì)探明儲量近3 000×104t，其中稠油占比達到60%以上，新近系沙灣組、古近系、白堊系均有稠油油藏發(fā)現(xiàn)，稠油勘探取得較好的效果，但分析發(fā)現(xiàn)，目前白堊系已上交探明儲量都集中在春10—春17井區(qū)，其他區(qū)塊未獲得規(guī)模性突破。前人油源關(guān)系研究認為，春光區(qū)塊稠油油源主要為二疊系風城組烴源巖，輕質(zhì)油主要來自侏羅系暗色泥巖[1-3]，針對白堊系的稠油特征、稠油成因研究較少，因此，亟需加強基礎地質(zhì)系統(tǒng)性研究和原油地球化學特征分析，摸清白堊系稠油特征及分布規(guī)律，研究稠油稠化機制，從而深化認識，為油氣勘探部署提供理論依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

春光區(qū)塊位于準噶爾盆地西緣車排子凸起，其西部和西北部以扎伊爾山為界，向東以紅-車斷裂帶為界與昌吉凹陷和中拐凸起相接，南部為四棵樹凹陷和伊林黑比爾根山，在春光油田相鄰地區(qū)，已探明車排子、小拐、紅山嘴和卡因迪克等油田[1]。據(jù)鉆井揭示，春光油田自下而上發(fā)育石炭系，侏羅系，白堊系下統(tǒng)勝金口呼圖壁組、連木沁組，古近系，新近系沙灣組、塔西河組、獨山子組，白堊系地層主要分布于區(qū)塊的東南部。春光區(qū)塊東部為昌吉凹陷，南部為四棵樹凹陷，雙凹供油，油源條件比較好。四棵樹凹陷及昌吉凹陷共存在4套潛在烴源巖：即古近系安集海河組泥巖、白堊系吐谷魯群泥巖、中下侏羅統(tǒng)暗色泥巖及下二疊統(tǒng)風城組烴源巖，其中，二疊系烴源巖僅分布在昌吉凹陷，其余烴源巖在2個凹陷均發(fā)育。

圖1 春光區(qū)塊稠油樣品井位分布

2 白堊系稠油物性及分布特征

中國在1987年稠油技術(shù)座談會上將稠油分為3類4等，成為中國稠油分類的標準。此次研究主要根據(jù)黏度分類，其次是密度，根據(jù)其差異將稠油分為普通稠油(Ⅰ型和Ⅱ型)、超稠油和特稠油。普通稠油Ⅰ型黏度為50.00～150.00 mPa·s，密度大于0.920 g/cm3；普通稠油Ⅱ型黏度為150.00～10 000.00 mPa·s，密度大于0.920 g/cm3；超稠油黏度為10 000.00～50 000.00 mPa·s，密度大于0.950 g/cm3；特稠油黏度大于50 000 mPa·s，密度大于0.950 g/cm3。

春光區(qū)塊白堊系稠油資源十分豐富，已鉆井中稠油井較多。按照稠油劃分標準，春55-1、春118E、排28井(表1)原油密度為0.927～0.953 g/cm3，黏度為31.12～91.43 mPa·s，為普通Ⅰ類稠油；春6、春18井及春17井區(qū)的原油為普通Ⅱ類稠油；春10井區(qū)原油黏度為11 179.00～30 488.00 mPa·s，為特稠油；春103E井原油黏度為172 000.00 mPa·s，為超稠油；西南角春50-1井和春29井原油黏度較低,為輕質(zhì)油。

白堊系稠油油藏埋深為1 000～2 100 m，普通Ⅰ類稠油分布于區(qū)塊的南部，埋深為2 000 m左右，屬于中等埋深油藏；普通Ⅱ類稠油分布于區(qū)塊的中部及北部，埋深為900～1 200 m左右及1 600 m，屬于中—淺層油藏；特稠油主要為北部的春10井區(qū)，埋深為900～1 200 m，屬于淺層油藏；春103E井區(qū)超稠油分布于區(qū)塊東南部，埋深為2 000 m左右(圖2)?？傮w來說，春光區(qū)塊稠油油藏屬于中—淺層油藏，隨埋深變淺油質(zhì)變重。從埋深上來看有深稀淺稠的特征，因此，稠油成因受深度控制比較明顯，淺層壓實作用較弱，經(jīng)構(gòu)造作用易于和地表水溝通。

表1 春光區(qū)塊白堊系原油物性及稠油類型劃分

圖2 春光區(qū)塊白堊系探井剖面

3 稠油地球化學特征及稠變級別劃分

3.1 普通稠油Ⅰ類特征(代表井春55-1井)

由春55-1井飽和烴總離子流圖(TIC)可知(圖3a)：正構(gòu)烷烴分布完整，基線略有漂移，正構(gòu)烷烴呈后高單峰型分布，輕重比nC21-/nC22+值為1.67(表2)，表明有機質(zhì)以低等水生生物占優(yōu)勢；碳優(yōu)勢指數(shù)CPI為1.16，表征原油處于成熟階段；姥植比為0.31，有機質(zhì)沉積環(huán)境為還原條件。C29甾烷ααα20S/(20S+20R)、C29甾烷ββ/(ββ+αα)、C31藿烷22S/(22S+22R)值均在0.5左右，三芳甾烷C2820S/(20S+20R)為0.6，均表明原油處于成熟階段，與CPI指向一致。ααα20RC27-C28-C29甾烷含量分布C27占優(yōu)勢，孕甾烷含量較高，表明物源以低等水生生物為主。三芴含量中硫芴占比15%，氧芴占比37%，芴占比48%，且檢出一定含量的β-胡蘿卜烷，為正常湖相還原沉積環(huán)境[4-5]。

圖3 春光區(qū)塊白堊系稠油總離子流(TIC)

表2 春光區(qū)塊白堊系稠油生物標志參數(shù)

Table 2 Biomarker parameters of cretaceous heavy-oil in the Chunguang Block

參數(shù)數(shù)值春55-1春18春10-5春118E春2-200CPI1.16 1.12 0.84 1.12 0.93 OEP0.73 0.93 0.99 0.97 0.86 Pr/Ph0.31 ——0.44 0.85 nC21-/nC22+1.67 0.19 8.66 0.99 3.21 Ts/(Ts+Tm)0.38 0.41 0.52 0.36 0.39 Ga/30H0.17 0.16 —0.10 0.81 C29甾烷ααα20S/(20S+20R)0.57 0.60 0.68 0.56 —C29甾烷αββ20S/(20S+20R)0.43 0.48 0.57 0.44 —ααα20RC27甾烷/(C27+C28+C29)0.52 0.61 0.70 0.30 —ααα20RC29甾烷/(C27+C28+C30)0.35 0.30 0.18 0.52 —莫藿比0.22 0.19 0.60 0.19 0.48 C31藿烷22S/(22S+22R)0.57 0.57 —0.57 0.52 甲基萘比MNR3.82 ——4.22 1.86 甲基菲指數(shù)MPI2.42 ——2.37 9.49 三芳甾烷C28 20S/(20S+20R)0.60 ——0.51 0.58 三芳甾烷C20/(C20+C26)0.11 ——0.15 0.07 三芳甾烷C26 20S/(20S+20R)0.38 ——0.35 0.14 硫芴/三芴0.15 ——0.16 0.23 氧芴/三芴0.37 ——0.41 0.43 芴/三芴0.48 ——0.43 0.34

3.2 普通稠油Ⅱ類特征(代表井春18井)

由春18井TIC圖譜可知(圖3b)：低碳數(shù)正構(gòu)烷烴損蝕嚴重，基線有明顯漂移和鼓包，正構(gòu)烷烴呈后高雙峰型分布，原因是低碳數(shù)烴類包括類異戊二烯烴損蝕嚴重，正構(gòu)烷烴參數(shù)失真。C29甾烷aaa20S/(20S+20R)，C29甾烷ββ/(ββ+aa)，C31藿烷22S/(22S+22R)值均為0.5～0.6，表明原油處于成熟階段；ααα20RC27/(C27+C28+C29)為0.61，孕甾烷含量較高，表明母質(zhì)來源以低等水生生物為主[6-7]。

3.3 特稠油特征(代表井春10-5、春2-200井)

由春10-5井TIC圖譜和飽和烴色譜可知(圖3c)，高碳數(shù)正構(gòu)烷烴損蝕殆盡，基線有明顯漂移和鼓包，正構(gòu)烷烴呈前高單峰型分布，原因是高碳數(shù)正構(gòu)烷烴損蝕殆盡，長鏈烷烴斷裂成短鏈的正構(gòu)烷烴，正構(gòu)烷烴參數(shù)失真。藿烷及甾烷化合物都破壞嚴重，參數(shù)失真。芳烴化合物抗降解能力強，與春10-5井鄰近的春2-200井芳烴質(zhì)譜顯示，成熟度參數(shù)甲基萘比MNR為1.86，甲基菲比MPR為1.19，三芳甾烷C2820S/(20S+20R)為0.58，表明為成熟原油[8]；三芴含量中氧芴及芴含量居多，其中氧芴占比43%，芴占比34%，硫芴占比23%，表征稠油樣品經(jīng)歷氧化作用明顯[9-11]。

3.4 飽和烴單體烴碳同位素

如春光區(qū)塊白堊系稠油飽和烴單體烴碳同位素分布圖所示(圖4)：春55-1井和春118E井飽和烴單體烴同位素分布為“平穩(wěn)型”，表明有機質(zhì)母源為湖相沉積[12-14]，為陸生高等植物與低等水生生物混合型；春2-200井飽和烴單體烴同位素分布為“下降型”，表明有機質(zhì)母源具有低等水生生物優(yōu)勢，類型偏好，與生物標志化合物的參數(shù)表征一致。

圖4 春光區(qū)塊白堊系稠油飽和烴單體烴同位素分布

3.5 稠油稠變級別

根據(jù)原油化學組成的分布特征，將原油的生物降解程度分為5大級10小級，5大級分別為輕微生物降解、中等生物降解、嚴重生物降解、很嚴重生物降解以及強烈生物降解。輕微生物降解分3小級，第1小級為正構(gòu)烷烴輕度損失，第2小級為正構(gòu)烷烴一般損失，第3小級為正構(gòu)烷烴痕量保留。中等生物降解分為2小級，第4小級為無正構(gòu)烷烴，無環(huán)類異戊二烯烷烴無損失，第5小級為缺失無環(huán)類異戊二烯烷烴。嚴重生物降解也分為2小級，第6小級為正構(gòu)甾烷遭受降解，重排甾烷無損失，第7小級為正構(gòu)甾烷幾乎全部降解，重排甾烷無損失。很嚴重又分為2個級別，第8小級為藿烷部分降解，第9小級為藿烷缺失，重排甾烷受影響。強烈生物降解為第10小級，C26—C29芳香甾烷受影響[15-19]。

4)將得到的圖像(圖4(d))與原雞蛋輪廓二值圖像(圖3(c))進行“異或”運算，提取出雞蛋的蛋黃特征，此時發(fā)現(xiàn)圖像中除了蛋黃區(qū)域外還有雞蛋邊界的存在，如圖4(e)所示。

由圖3可知，由春55-1、春10-5至春18井生物標志化合物降解程度依次增大。由表2可知：春55-1井正構(gòu)烷烴、甾烷、藿烷分布完整，參數(shù)齊全；春18井姥植比參數(shù)缺失，說明化合物類異戊二烯烴損蝕嚴重；春10-5及春2-200井不但類異戊二烯烴缺失，部分甾烷、藿烷參數(shù)也缺失。

綜合來看，對照稠油稠變級別劃分標準，春光區(qū)塊南部以春55-1井為代表的普通稠油Ⅰ類為1～2級輕微生物降解稠油，以春18井為代表的中部普通稠油Ⅱ類為4～5級中等生物降解稠油，以春10-5及春2-200井為代表的北部的特稠油為6～7級嚴重生物降解稠油。

4 稠油成因分析

原油的生物降解是指在富氧或缺氧及一定溫度范圍的地層環(huán)境下，微生物有選擇地消耗某些類型的烴，隨著這些烴類物質(zhì)不斷地被消耗，原油變得愈重愈稠。隨著生物降解程度的加深，原油中烴類被消耗的先后順序為：正構(gòu)烷烴、類異戊間二烯烷烴、二環(huán)倍半萜烷、規(guī)則甾烷、五環(huán)三萜烷、重排甾烷和伽馬蠟烷，其結(jié)果使原油中的硫，非烴，特別是瀝青質(zhì)含量相對增加。

通過對春光區(qū)塊稠油井原油的地球化學特征分析，發(fā)現(xiàn)稠油的總離子圖鼓包明顯，低碳數(shù)正構(gòu)烷烴損失嚴重，另外富含25-降藿烷；部分稠油如春10-5、春2-200井的五環(huán)三萜烷已經(jīng)遭到較嚴重的破壞，相對較難降解的三環(huán)萜烷相對豐度較高；普通稠油Ⅱ類春18井，特稠油春10-5井荷質(zhì)比M/Z177圖譜中不但檢測出25-降藿烷，且富含28，30-二降藿烷，春18井二降藿烷/C30藿烷值為1.34，春2-200井二降藿烷/C30藿烷值為4.91，春10-5井二降藿烷/C30藿烷值為6.04，隨降解程度增加，二降藿烷/C30藿烷逐漸增大(表3)。這些都是生物降解的特征，從這些特征可以判斷稠油曾遭受過不同程度的生物降解[20]。

春光區(qū)塊白堊系大部分油藏埋深較淺，春10-2井(白堊系，1 026.0～1 028.0 m)地層溫度為40.24 ℃，春2-200井區(qū)白堊系4砂組的2～3小層砂組油層范圍內(nèi)(947.2～1 070.4 m)地溫梯度為35.1 ℃/km,油層范圍內(nèi)溫度為40.15～46.48 ℃。地層溫度一般都低于50.00 ℃，處于微生物有利活動區(qū)域，并且原油中含有較高含量的25-降藿烷是典型的生物降解的產(chǎn)物。從白堊系稠油生物標志化合物參數(shù)、埋深、油層溫度來看，春光區(qū)塊白堊系稠油屬于典型的生物降解成因[21-31]。

表3 春光區(qū)塊白堊系稠油降藿烷特征

該區(qū)白堊系發(fā)育2期包裹體：第1期發(fā)育在石英內(nèi)部裂紋中，沒有切穿石英顆粒，呈線性排列；第2期發(fā)育在切穿石英顆粒的裂縫中，呈線性排列。這些包裹體在白堊紀末期開始形成，儲層膠結(jié)程度不高，主要分布在礦物的微裂隙以及裂隙面中。熒光燈下呈淺黃色、黑褐色、褐黃色，為稠油包裹體。該區(qū)稠油儲層中存在稠油包裹體，說明油氣在充注到儲層中時已經(jīng)遭受生物降解。

該區(qū)白堊系含有稠油的儲層普遍比較疏松，儲層壓實作用非常弱，而膠結(jié)作用較強。通常油氣充注后儲層會保持原有的孔隙度，具有較強的抗壓性，有效避免了壓實作用對儲層的破壞。在早成巖期，碳酸鹽膠結(jié)作用較強，因此，推測在白堊系未固結(jié)時稠油已開始注入。

油源對比表明，該區(qū)白堊系稠油來源于東部昌吉凹陷二疊系烴源巖。昌吉凹陷下二疊統(tǒng)風城組烴源巖在二疊紀末期開始進入生烴門限，三疊系到侏羅紀早期達到生油高峰期，侏羅紀有機質(zhì)達到高—過成熟，主要以生氣為主，侏羅紀之后生烴能力基本枯竭。中上二疊統(tǒng)烏爾禾組烴源巖生油和生氣時間較風城組稍晚。白堊系圈閉的形成時間晚于二疊系烴源巖生排烴期，因此，稠油主要為早期成藏的油氣經(jīng)調(diào)整之后運移至春光區(qū)塊。

5 勘探啟示

春光區(qū)塊白堊系稠油類型多樣，分布特征復雜，稠油勘探應根據(jù)“增儲上產(chǎn)”的需要，分類型、分區(qū)帶進行預探和評價。東南部春103E井區(qū)的超稠油埋藏較深，開采成本較高，在目前“低油價”時期，應減少勘探投入。東北部春10-春17井區(qū)的特稠油及普通Ⅱ類稠油，埋藏相對較淺，但需要注蒸汽熱采，難以滿足“高效勘探、效益開發(fā)”的需求。西南部春50-1井區(qū)為稀油，開采成本低，單井產(chǎn)量高。中南部春55-1—春118E-排28井區(qū)的普通Ⅰ類稠油，不需要注蒸汽，可采用常規(guī)技術(shù)開采，開采成本相對較低。近期，在南部鉆探的春131、春132井在白堊系獲得工業(yè)油流，并且油質(zhì)類型為稀油，50 ℃脫氣原油黏度為2.04～63.40 mPa·s，20 ℃脫氣原油密度為0.802～0.875 g/cm3。下一步應加大西南部和中南部稀油和普通稠油Ⅰ類的勘探評價力度。另外，在遠離白堊系“超覆帶”的厚層泥巖發(fā)育區(qū)，可能存在未遭受破壞的燕山期古油藏，油質(zhì)相對較好，也是下一步需要探索的新區(qū)域。

6 結(jié) 論

(1) 按照稠油物性劃分標準及空間展布分析表明，以春55-1井為代表的普通稠油Ⅰ類分布于區(qū)塊的南部，埋深為2 000 m左右；以春18井為代表的普通稠油Ⅱ類分布于區(qū)塊的中部及北部，埋深為1 600 m左右及900～1 200 m；特稠油主要分布于北部的春10井區(qū)，埋深為900～1 200 m；春103E井區(qū)為超稠油，位于區(qū)塊的東南角，埋深為2 000 m左右?？傮w來說隨埋深變淺油質(zhì)變重。

(2) 春光區(qū)塊普通稠油Ⅰ類為成熟原油，有機質(zhì)來源以低等水生生物為主，陸生高等植物為輔，沉積環(huán)境為正常湖相還原環(huán)境，利于有機質(zhì)的沉積及保存；普通稠油Ⅱ類與Ⅰ類生物標志化合物特征相似，但降解程度更大；特稠油降解嚴重，飽和烴色質(zhì)參數(shù)失真，三環(huán)帖烷分布特征及飽和烴單體烴碳同位素特征顯示生源以低等水生生物為主，芳烴化合物成熟度參數(shù)表明為成熟原油，三芴中以氧芴及芴含量居多，表征稠油樣品氧化特征明顯。

(3) 稠變級別劃分結(jié)果表明：普通稠油Ⅰ類為1～2級輕微生物降解稠油，普通稠油Ⅱ類為4～5級中等生物降解稠油，特稠油為6～7級嚴重生物降解稠油。

(4) 25-降藿烷的檢出、空間分布特征、地溫參數(shù)及包裹體分析都表明春光區(qū)塊稠油屬于生物降解成因，其成藏前已發(fā)生降解。

(5) 綜合分析認為，超稠油、特稠油、普通稠油Ⅱ類勘探成本較高，下一步應加大西南部和中南部稀油、普通稠油Ⅰ類的勘探力度。