東非裂谷Albert盆地北區(qū)地溫場(chǎng)分布及其對(duì)原油物性影響

劉 鈞，甘 雨，呂文睿，沈 默，卜范青

（中國(guó)海洋石油國(guó)際有限公司，北京 100028）

地溫場(chǎng)是受巖石圈構(gòu)造演化等地球動(dòng)力學(xué)過(guò)程控制的，在油氣生成、運(yùn)移和聚集等過(guò)程中起到重要的作用。20世紀(jì)80年代以來(lái)，區(qū)域地溫場(chǎng)的研究［1-3］一直是油氣盆地研究的熱點(diǎn)。研究盆地的地溫場(chǎng)，不僅可以揭示盆地的熱結(jié)構(gòu)，而且可以通過(guò)儲(chǔ)層地溫預(yù)測(cè)，為油田合理開(kāi)發(fā)提供參數(shù)依據(jù)。

東非裂谷系是全球陸上形成地質(zhì)時(shí)代最新地區(qū)之一，目前還處于活動(dòng)期，斷裂多，火山巖發(fā)育，2001 年開(kāi)始烏干達(dá)政府與多家國(guó)際能源公司合作，在東非裂谷西支北端Albert湖盆周圍陸續(xù)發(fā)現(xiàn)十幾個(gè)油田，成為油氣勘探開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)地區(qū)［4-5］。在該區(qū)域不同油田的儲(chǔ)層地溫梯度存在較大差別，即使同一油田內(nèi)部不同井區(qū)的地溫梯度也存在很大差異，區(qū)域地溫場(chǎng)分布規(guī)律不清，然而地溫分布對(duì)原油物性有較大影響，有必要研究該區(qū)的地溫場(chǎng)分布和分析影響地溫分布的主要因素，為后續(xù)油田開(kāi)發(fā)起到一定指導(dǎo)作用。

1 研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造背景

研究區(qū)位于東非陸內(nèi)裂谷系西支最北端Albert湖盆，盆地邊界受高角度正斷層控制，形成了一狹長(zhǎng)狀北東—南西走向的裂谷，由一系列雙地塹—半地塹組成，地塹中部為湖水覆蓋，以湖中線為界，分別隸屬于剛果和烏干達(dá)兩個(gè)國(guó)家［6］，具體位于Albert湖東北陸上，維多利亞尼羅河附近（見(jiàn)圖1）。

圖1 研究區(qū)地理位置

Albert裂谷盆地的構(gòu)造演化可分為4期：①中生代侏羅紀(jì)，板內(nèi)裂陷的早期開(kāi)啟；②白堊紀(jì)—早第三紀(jì)，板內(nèi)斷裂、逆掩推覆、扭動(dòng)、構(gòu)造變形期；③晚第三紀(jì)中新世，板內(nèi)裂谷擴(kuò)張作用，陸內(nèi)湖泊發(fā)育期；④晚第三紀(jì)更新世，基底斷裂重新活動(dòng)，張性剪切作用造成板內(nèi)火山巖侵入及噴發(fā)。這種構(gòu)造地質(zhì)背景造就了中、新生代地層沉積［7］。盆地基底為前寒武系變質(zhì)巖，縱向上，地層巖性主要為一套河流—湖相三角洲及湖相的砂泥巖沉積［7-9］，物源自北東向南西為主，具有物源供給充足，快速堆積、埋藏的特征。

2 現(xiàn)今地溫場(chǎng)特征

地溫場(chǎng)是指某一地質(zhì)空間內(nèi)的地溫變化特征及熱量釋放狀況。通常主要采用地溫梯度及大地?zé)崃髦档葏?shù)來(lái)描述，它在地層中的直接反應(yīng)就是地層溫度［10］。因此本次采用地溫梯度來(lái)研究區(qū)域地溫分布特征。

2.1 資料基礎(chǔ)

沉積盆地地溫分布的研究主要是借助各種鉆孔測(cè)試的溫度數(shù)據(jù)，包括試油溫度數(shù)據(jù)、測(cè)井溫度數(shù)據(jù)等，在地溫場(chǎng)的研究中，必須選取具有一定深度的鉆孔測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)。如果鉆井深度過(guò)淺，則容易受地表因素的干擾和影響；同時(shí)地下水的活動(dòng)也常常影響對(duì)正常地溫的理解，如地下水的徑流速度，承壓水層都會(huì)直接影響測(cè)溫的結(jié)果。但在一定深度下可排除地表因素（包括地表氣溫）的影響，而隨深度的增加，地下水的徑流速度將變得滯緩，這時(shí)地下巖石和地下水的溫度將達(dá)到平衡，在一定深度上即可消除地下水的影響［10］。

本次研究篩選了區(qū)域10個(gè)油田測(cè)溫資料，針對(duì)不同井區(qū)所進(jìn)行的地溫測(cè)試深度差別較大，籠統(tǒng)地進(jìn)行區(qū)域地溫梯度的對(duì)比缺乏合理性，同時(shí)考慮到地層過(guò)淺易受地表及地下水影響，本次將區(qū)域內(nèi)埋深小于300 m 的5 口井予以剔除，保留深度大于300 m的34口井，得到區(qū)域不同油田單井地溫梯度。

2.2 地溫場(chǎng)分布

綜合區(qū)域地溫梯度統(tǒng)計(jì)，不難發(fā)現(xiàn)研究區(qū)地溫梯度整體較高，且不同油田儲(chǔ)層地溫梯度存在明顯差異（見(jiàn)圖2）?？傮w上，不同油田儲(chǔ)層平均地溫梯度在3.5～7.6 ℃/100 m 之間變化，全區(qū)平均值為5.2 ℃/100 m。在研究區(qū)的南部H、I、K 油田區(qū)域地溫梯度較高，大于6 ℃/100 m，而在北區(qū)地溫梯度低于研究區(qū)的平均值，特別是在B及C油田儲(chǔ)層地溫梯度最低。

圖2 研究區(qū)不同油田的地溫梯度統(tǒng)計(jì)

同一油田范圍內(nèi)，不同井區(qū)地溫梯度也存在一定差異，結(jié)合單井的地溫梯度結(jié)果，如D 油田不同井區(qū)地溫梯度在4.1～7.2 ℃/100 m 之間變化，平均值為5.2 ℃/100 m。采用克里金插值方法得到研究區(qū)的地溫梯度分布的等值線圖（見(jiàn)圖3）。平面上，地溫梯度由東南向東北逐漸降低，在I 油田呈現(xiàn)異常偏高，最高可達(dá)8.6 ℃/100 m，在C-1 井附近，地溫梯度最低，僅2.3 ℃/100 m。

圖3 研究區(qū)地溫梯度等值線

3 研究區(qū)地溫場(chǎng)分布主控因素

針對(duì)上述研究區(qū)不同油田地溫場(chǎng)存在顯著差異，分析清楚研究區(qū)地溫分布的控制因素對(duì)于指導(dǎo)不同地區(qū)相似地質(zhì)條件下的油田開(kāi)發(fā)具有十分重要的意義。影響地溫分布的因素較多，如區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造，上覆蓋層與基巖的配置，另外巖性、火山活動(dòng)、斷裂作用對(duì)局部地溫均有影響［11-16］。研究認(rèn)為，地溫梯度和埋深是控制地溫分布的主要因素，影響地溫梯度的因素較多，結(jié)合該區(qū)實(shí)際情況認(rèn)為，研究區(qū)不同油田地溫梯度的高低受上覆蓋層的泥巖厚度、泥質(zhì)含量及局部斷層分布的影響明顯。

3.1 上覆蓋層對(duì)地溫梯度影響

通過(guò)對(duì)Albert 盆地北區(qū)地溫場(chǎng)研究，地溫梯度在2.3～8.6 ℃/100 m 之間變化，整體上，平均地溫梯度為5.2 ℃/100 m，高于全球平均地溫梯度，結(jié)合已鉆井巖性特征，研究區(qū)域上覆地層存在的大套泥巖將淺部與深部碎屑巖儲(chǔ)層隔開(kāi)，泥巖累積厚度在250～550 m 變化，平均為350 m，由于泥巖層熱導(dǎo)率低，能像“毯子”一樣阻隔熱量向地表逸散，導(dǎo)致區(qū)域地溫梯度升高。且不同油田地溫梯度存在明顯差異，以研究區(qū)B 和I 油田為例，兩個(gè)油田儲(chǔ)層上覆泥巖的厚度與泥質(zhì)含量對(duì)地溫梯度影響顯著。其中北部B 油田的地溫梯度平均值為4.1 ℃/100 m，該區(qū)已鉆井上覆泥質(zhì)含量的平均值為67.2%，泥巖厚度的平均值為302 m；而在南部的I 油田，地溫梯度整體偏高，平均值為7.6 ℃/100 m，對(duì)應(yīng)的已鉆井上覆泥質(zhì)含量的平均值為87.6%，泥巖厚度的平均值為424 m。通過(guò)這兩個(gè)油田對(duì)比，說(shuō)明了上覆蓋層對(duì)地溫梯度的影響明顯，且蓋層越厚，泥質(zhì)含量越高，地溫梯度也越大。

具體到某個(gè)井區(qū)，其地溫梯度與上覆蓋層泥質(zhì)含量也存在一定相關(guān)性，圖4是B 及I兩油田的已鉆井地溫梯度與上覆蓋層泥質(zhì)含量交匯圖，可以看出，地溫梯度與上覆蓋層的泥質(zhì)含量呈現(xiàn)良好的線性正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.8，說(shuō)明了區(qū)域上覆蓋層泥質(zhì)含量對(duì)地溫梯度的影響顯著。

圖4 B油田和Ⅰ油田地溫梯度與儲(chǔ)層上覆蓋層泥質(zhì)含量交匯圖

3.2 斷層對(duì)局部地溫梯度的影響

Albert 裂谷受區(qū)域斷裂作用，湖盆北區(qū)斷層非常發(fā)育，不同級(jí)別的斷層相互交織，且地層普遍發(fā)育較淺，地表發(fā)育多條大型河流，地表水豐富（見(jiàn)圖1），較大級(jí)別的一些斷層可以溝通地表水，使該區(qū)的地溫分布更加復(fù)雜，整體來(lái)看，斷層對(duì)局部地溫的影響存在兩種模式：

第一，斷層斷至地表，至今還在活動(dòng)，能溝通淺層地表水向下循環(huán)，對(duì)局部地層起到降溫作用，造成局部地溫梯度偏低，如B 油田B-2 井地溫梯度為3.0 ℃/100 m，在該井東南方向存在一條斷層平面延伸較長(zhǎng)，縱向貫穿地表淺層，能與淺層地表水有效溝通，可能起到一定減小地溫梯度的作用（見(jiàn)圖5a）；

圖5 斷層分布對(duì)地溫梯度的控制模式

第二，斷層與深部熱液溝通，未斷至地表，則深部熱液沿著斷層可以將熱量帶到上覆淺部地層，造成局部地溫梯度偏高，如B-3 井目的層上傾方向存在一條斷至基底的斷層，可能溝通深部熱液造成局部地溫梯度偏高（見(jiàn)圖5b）。

4 地溫對(duì)原油物性影響分析

原油的物理性質(zhì)是影響油田開(kāi)發(fā)的重要因素，以該區(qū)為例，研究區(qū)各油田的地下原油黏度差異較大，分布范圍在2.1～264 mPa·s，而地層原油密度在0.79～0.91 g/m3變化（見(jiàn)圖6）。由于地下原油黏度不同，開(kāi)發(fā)效果大不一樣，特別是高黏度原油，油水黏度比對(duì)水驅(qū)油開(kāi)發(fā)效果有明顯影響，它不但影響最終采收率，而且還影響了水驅(qū)全過(guò)程，油水黏度越大的油藏，含水上升越快，開(kāi)發(fā)效果越差，油水黏度比越高開(kāi)發(fā)后期井間剩余油越富集，不同油水黏度比的采出程度存在巨大差異。

圖6 研究區(qū)地層平均原油黏度及原油密度統(tǒng)計(jì)

另外，該區(qū)不同油田的原油含蠟量較高，平均含蠟量在14%～28%，屬于高含蠟原油，凝固點(diǎn)在9～47 ℃之間，其中F 和G 油田凝固點(diǎn)大于40 ℃，屬于高凝油，一般二者具有一定正相關(guān)性，原油含蠟高，對(duì)應(yīng)凝固點(diǎn)也高（見(jiàn)圖7）。在油層條件下，蠟溶解在原油中，當(dāng)原油從油層進(jìn)入井底，并上升到井口的過(guò)程中，由于溫度、壓力的下降，引起油井結(jié)蠟，給原油的生產(chǎn)、儲(chǔ)存以及運(yùn)輸帶來(lái)諸多問(wèn)題和困難，如輸油能耗高，管道運(yùn)行存在安全隱患等。

圖7 研究區(qū)地層平均原油含蠟量及凝固點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

針對(duì)研究區(qū)的不同油田原油物性存在較大差異，理清原油物性影響十分必要。據(jù)前人研究，地溫場(chǎng)不僅影響油氣分布，流體在溫度場(chǎng)熱力背景下分異、演化變質(zhì)，向與賦存溫度環(huán)境相適應(yīng)的更高熱穩(wěn)定狀態(tài)演化，而且地溫變化，可以改變流體黏度及其他物理性質(zhì)，從而影響油氣運(yùn)移，因此對(duì)地溫的研究有利于分析該區(qū)的原油的物理性質(zhì)［17-19］。

4.1 生物降解作用的影響分析

儲(chǔ)層中的原油是烴源巖中的原油經(jīng)過(guò)初次、二次運(yùn)移，受氧化、生物降解等作用，其物性會(huì)發(fā)生較大改變，分析該區(qū)的生物降解作用強(qiáng)弱，對(duì)判斷地溫對(duì)原油物性的影響十分重要。一般情況下，烷烴氣體組分中，甲烷含量大于95%，可以判別為生物氣，原油受到生物降解作用強(qiáng)烈；反之，甲烷的含量小于95%，則為原油伴生氣，可以排除受到生物降解的影響。

研究區(qū)的天然氣組分中甲烷含量較低，全區(qū)烷烴中甲烷含量平均為85.1%，由圖8 可以看出，研究區(qū)淺層500 m 以上，僅K-1 井甲烷含量超過(guò)95%，其他均低于95%，500 m 以下全部為濕氣，濕氣為原油伴生氣，說(shuō)明該區(qū)原油受生物降解作用較弱。

圖8 研究區(qū)天然氣甲烷含量與深度交匯圖

4.2 地溫對(duì)原油物性的影響

研究區(qū)不同油田儲(chǔ)層原油物性存在較大差異，上述天然氣的組分分析研究顯示該區(qū)原油物性受生物降解作用較弱，影響儲(chǔ)層原油物性的因素需進(jìn)一步研究。

統(tǒng)計(jì)研究區(qū)不同油田儲(chǔ)層原油密度、黏度、含蠟量及凝固點(diǎn)與儲(chǔ)層地溫變化趨勢(shì)，圖9a為研究區(qū)儲(chǔ)層原油的黏度與儲(chǔ)層溫度的交匯圖，可以看出，該區(qū)原油黏度隨著儲(chǔ)層的溫度增加呈指數(shù)下降，當(dāng)大于60 ℃時(shí)，黏度的變化較小；圖9b、9c、9d 分別為研究區(qū)儲(chǔ)層原油的密度、凝固點(diǎn)及含蠟量與儲(chǔ)層溫度的交匯圖，其中地層條件下原油密度隨地溫的升高呈線性降低，而凝固點(diǎn)和含蠟量隨著地溫的升高呈線性升高。研究區(qū)的儲(chǔ)層原油物性與儲(chǔ)層溫度存在較好的相關(guān)性，整體上，地溫越高，原油的黏度、密度越小，而凝固點(diǎn)、含蠟量越高。

圖9 研究區(qū)地層原油物性與儲(chǔ)層溫度交匯圖

從平面的分布來(lái)看，統(tǒng)計(jì)研究區(qū)不同油田的原油物理參數(shù)，包括地層原油密度、黏度、含蠟量及凝固點(diǎn)，不同油田的物理性質(zhì)差別十分明顯。

在研究區(qū)的西北部，即C、B 及D 油田原油的密度偏大，密度在0.88～0.92 g/cm3之間變化，而在研究區(qū)的南部及西南部（見(jiàn)圖10b），原油的密度偏小，最低達(dá)到了0.76 g/cm3，對(duì)比區(qū)域的地溫梯度（見(jiàn)圖10a）分布，可以發(fā)現(xiàn)，原油密度的分布與地溫梯度分布規(guī)律正好相反，即地溫梯度越大，原油密度越低。

圖10 研究區(qū)地溫梯度及原油物性等值線

原油凝固點(diǎn)的變化規(guī)律與原油密度分布正好相反，在研究區(qū)的中部F 油田及西南部I、G 等油田原油的凝固點(diǎn)偏高，C、B 及D 油田原油的凝固點(diǎn)較低如（見(jiàn)圖10c）；原油的含蠟量在研究區(qū)的南部J油田偏高，往北逐漸減小，C 及B 油田原油的含蠟量最低（見(jiàn)圖10d）。對(duì)比區(qū)域的地溫梯度（見(jiàn)圖10a）分布，可以發(fā)現(xiàn)，原油凝固點(diǎn)和含蠟量的分布規(guī)律與地溫梯度分布特征具有較好的一致性，即地溫梯度越大，原油含蠟量和凝固點(diǎn)也越高。

5 結(jié)論

（1）研究區(qū)地溫梯度介于2.3～8.6 ℃/100 m 之間，不同油田地溫梯度差異明顯，南部I油田范圍內(nèi)地溫梯度較高，向北逐漸減小，在研究區(qū)北部B 及C油田地溫梯度相對(duì)較小。

（2）研究區(qū)現(xiàn)今地溫分布受多種地質(zhì)因素控制，區(qū)域不同油田上覆蓋層的泥巖厚度、泥質(zhì)含量及斷層分布是影響地溫差異分布的主控因素：油田上覆蓋層泥巖厚度越大、泥質(zhì)含量越高，區(qū)域地溫梯度越大；斷層分布對(duì)地溫梯度影響存在2種模式，主要影響局部地溫梯度異常。

（3）區(qū)域不同油田原油物性存在較大差異，其中地溫是影響研究區(qū)原油物性差異分布的主要因素，儲(chǔ)層原油物性與地溫存在較好的相關(guān)性，整體上，地溫越高，原油的黏度、密度越小，而凝固點(diǎn)和含蠟量越高。