有机地球化学方法识别中等生物降解油藏油水界面

江凯禧，彭丽，何文祥，陈祖林，朱俊章，姚长华，葛岩

（1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司非常规技术研究所，天津300452；2.长江大学地球环境与水资源学院，湖北 武汉430100；3.中海油实验中心，天津300452；4.中海石油有限公司深圳分公司技术部，广东 广州510240）

0 引言

油水界面是指带气顶油藏或油藏中纯油层的底部界面（SY/T 6313.1—1998)，确定油藏油水界面关键是识别油层、油水层、水层、干层。D.K.Baskin［1］于1993年用储层砂岩抽提物饱和烃气相色谱特征来识别气层、油层、水层。此后国内的王廷栋等［2-5］沿用了饱和烃气相色谱法并增加了Rock-Eval 热解技术及其他相关参数，对各种碎屑岩和碳酸盐岩储层的现今油水界面或古油水界面进行了研究。在中等（4—5 级）生物降解油藏中，储层有机抽提物或原油饱和烃中的轻组分（正构烷烃、异构烷烃、无环类异戊二烯烃）会大量被生物降解，用饱和烃气相色谱法已不能有效表征油水界面上下储层内原油组成的差异，识别油水界面难度大。目前国内利用有机地球化学方法研究生物降解油藏油水界面还较少。LH11-1 油田为一大型背斜底水块状的生物礁油藏［6-7］，油源类型单一，具单一油水界面，原油普遍受3—5 级生物降解。选取其中LH11-1-2 井为先行研究对象，运用有机地球化学方法对其储层岩心进行分析，以原油在水中溶解规律和生物降解特征为出发点，识别油水界面。为评估LH11-1 油田的周边勘探潜力，进行老油田挖潜提供新认识。

1 区域地质背景

LH11-1 油田位于中国南海珠江口盆地东部的东沙隆起上（见图1），所在海域水深约200～380 m。珠江口盆地是中国南海北部最大的中生代被动大陆边缘盆地，面积近20×104km2，呈北东-南西向展布。东沙隆起带位于珠江口盆地中央隆起带的东段，呈北东向展布，地形简单、平缓，基底为中生界—古近系的岩浆岩基底。LH11-1 油田为一大型背斜块状底水油藏，储层为珠江组生物礁灰岩，岩心物性较好，平均孔隙度为22.4%，平均渗透率为652×10-3μm2，发育次生孔隙、微裂缝和溶洞。原油地球化学特征分析表明，该油藏原油由惠州凹陷文昌组烃源生成，并通过构造脊长距离运移（约45 km）聚集成藏［8］。

图1 LH11-1 油田构造区划

2 样品与实验

采集LH11-1-2 井储层岩样35 个，其中岩心样品31 个，岩屑样品4 个。所有岩样利用破碎机粗碎后，在玛瑙罐里研磨细碎，分成等量2 部分，分别进行Rock-Eval 热解和索氏抽提。将抽提出的氯仿沥青“A”用正己烷沉淀沥青质，然后用SiO2-AL2O3柱色层分离成饱和烃、芳烃和非烃。岩样有机物抽提、分离和测定均在长江大学地球化学教育部重点实验室完成。GC/MS 分析采用惠普公司5890 台式质谱仪。色谱柱为HP-5 ms石英弹性毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）。升温程序：50 ℃恒温2 min，从50～100 ℃的升温速率为20 ℃/min，100～310 ℃的 升 温 速 率 为3 ℃/min，310 ℃恒 温15.5 min。进样器温度300 ℃，载气为氦气，流速为1.04 mL/min，扫描范围为50～550 M/Z，全扫描检测。

3 结果与讨论

3.1 有机抽提物组分特征

含油量等于每克岩石或岩屑中含有氯仿沥青“A”的毫克数。Tissot 等认为储层岩石含油量低于3.00 mg/g 没有开采价值，能试出工业油流的储层必须高于此值。王廷栋认为，非生物降解砂岩油藏储层岩石含油量大于10.00 mg/g 是油层判别下限，生物降解砂岩油藏储层岩石含油量下限为29.00 mg/g，而裂缝性油藏因其孔隙度低且压力高其含油量为7.00 mg/g 就可能是高产油层。因此，定量分析储层岩石含油量来划分有工业开采价值油层、非工业价值油层和水层，需要根据油藏类型、储层特征等地质情况。LH11-1-2 井储层岩样含油量在垂向上的变化特征显示（见图2a），深度小于1 250.9 m 的岩样含油量最大62.80 mg/g，平均25.60 mg/g，大部分样品高于砂岩储层下限值10.00 mg/g，仅有4 个样品能达到生物降解油藏29.00 mg/g 的标准，深度大于1 250.9 m 的岩样含油量小于0.98 mg/g，全部在上述下限值以下。根据实验样品所处深度，认为1 250.9 m 处是可能的油水界面。

Pow 值代表每克储层岩样所含极性化合物量（mg/g）等于单位含量非烃加上单位含量沥青质，Pow 值越高代表样品极性化合物含量越高。水层礁灰岩储层吸附的是水中溶解的烃，是水洗的逆过程，所富集烃类中轻烃多极性组分少，因此含水层段Pow 值低，油层段Pow 值高。LH11-1-2 井储层深度小于1 250.9 m 岩样Pow 值普遍大于0.4 mg/g（若干样品低于此值则认为可能是含油性差的致密层，孔隙度小于10%），深度大于1 250.9 m 的岩样的Pow 值小于0.4 mg/g（见图2b），由此可判断1 250.9 m 是可能的油水界面。

3.2 岩石Rock-Eval 热解参数特征

S1，S2及残余油（用符号“R”代替）都是储层岩心样品热解参数（mg/g）。S1代表在200 ℃检测到的烃含量，S2是在200～600 ℃持续升温过程中检测到的烃含量，残余油（R）是指在600 ℃检测到的烃含量。（S1+S2）/R参数值在油水界面上下有明显差异，在水层中参数值最小，另外生物降解作用也会使 （S1+S2）/R 参数值变小。重质油指数IS=（10RC/0.9）/ST×100 （其中RC，ST分别为Rock-Eval 岩石热解参数中的残余有机碳量和含油气总量），油水界面以下含水层中IS 会明显增大。

水层中礁灰岩储层所吸附烃量很小，故（S1+S2）/R参数值在水层段变小而重质油指数IS 变大。LH11-1-2井储层岩样（S1+S2）/R 参数值在深度小于1 250.9 m 的样品中普遍大于3.0，大于1 250.9 m 的样品中小于0.5（见图3a）； 重质油指数则在深度小于1 250.9 m 的样品中普遍小于0.6，深度大于1 250.9 m 的样品中大于0.6（见图3b）。因此，综合（S1+S2）/R 参数值和重质油指数变化特征，判明1 250.9 m 是可能的油水界面深度。

图2 不同深度岩样有机抽提物组分变化特征

图3 Rock-Eval 岩石热解参数沿储层垂向变化特征

3.3 饱和烃GC/MS 分析

在一些块状底水生物降解油藏内，越靠近油水界面，生物降解程度越高。通过有机地球化学方法（GC/MS 等）可以表征原油化学组分的梯度变化，并在一些生物标志化合物上识别出规律性变化特征［9-12］。

LH11-1-2 井储层岩石饱和烃中的正构烷烃、异构烷烃全部被降解，无环类异戊烯烃部分降解，不同深度降解程度不同，单环烷烃和二环烷烃保存较好。参照Peters and Moldowan 原油生物降解级别划分标准，LH11-1-2 井原油生物降解级别为3—5 级。对M/Z 85，M/Z183 为特征碎片的类异戊二烯烃GC/MS 总离子流图（见图4）进行分析，样品中类异戊二烯烃化合物类型在深度大于1 250.9 m 后减少，相对丰度明显降低，复杂不溶化合物（UCM）增加，与前述确定的新油水界面深度1 250.9 m 有较好的对应关系。

生标参数伽马蜡烷/奥利烷在可能的油水界面深度1 250.9 m 处值增大（见图5），后又回返变小，表明该异常可指示油水界面位置，但不能定量判识油层和水层。文献调研表明，伽马蜡烷是一种广泛分布的C30五环三萜烷生物标志物，一般被用作指示高盐度还原咸水沉积环境［13-14］。奥利烷则常被用作指示烃源岩有机质输入类型［15］。LH11-1 油田的油源类型单一，为惠州凹陷文昌组湖相烃源岩形成。惠州凹陷文昌组湖相烃源岩成因原油的伽马蜡烷、奥利烷丰度较高，为该套烃源岩成因原油常见生标特征。分析认为，LH11-1-2井伽马蜡烷/奥利烷值随油水界面的变化特征与LH11-1 原油母质生源特征和原油的生物降解密切相关。是否也与伽马蜡烷、奥利烷抗生物降解能力的差异有关？ 相关问题还需更进一步的研究。

图4 无环类异戊二烯烃质量色谱图

图5 伽马蜡烷/奥利烷参数值沿储层纵向变化

3.4 讨论

综合利用储层岩石有机抽提物组分含量特征、Rock-Eval 热解分析、饱和烃GC/MS 分析，选取含油量、Pow 值、（S1+S2）/R、重质油指数、伽马蜡烷/奥利烷、饱和烃生物降解特征等6 个有机地球化学指标，确定LH11-1-2 井新的油水界面深度为1 250.9 m，与测井解释深度1 246.2 m 相差3.8 m，可能与测井解释结果较为保守或油水过度带范围较大有关［16-18］。

LH11-1 油藏为中等生物降解油藏，利用6 个有机地球化学指标对LH11-1-2 井油水界面进行判别，识别出新的油水界面，后续将对更多的取心井进行实验分析，建立上述指标定量或半定量标准，为类似LH11-1 油藏油水界面研究提供借鉴。目前只对储层岩心样品饱和烃生物降解特征进行分析，芳烃及一些非烃化合物的变化特征还未知，并且对严重生物降解油藏油水界面研究也较少，这些都是以后需要开展的工作。

4 结论

1）储层岩石烃类含量和组成在油层段、水层段、油水过渡带各不相同。受原油充注方式、原油水中溶解规律及储层岩石润湿性影响，LH11-1-2 井生物降解程度为3—5 级，且随深度增加而逐渐加强，无环类异戊二烯烃组成和相对丰度沿油水界面方向呈梯度变化，且在油水界面处具突变特征，表明生物降解油藏中可利用饱和烃生物降解特征来识别油水界面。伽马蜡烷/奥利烷值虽不能区分油层段和水层段，但在油水界面处异常，可能与伽马蜡烷、奥利烷抗生物降解能力有关，可辅助判别油水界面。

2）综合样品含油量、Pow 值、（S1+S2）/R、重质油指数、饱和烃生物降解特征、伽马蜡烷/奥利烷等6 个有机地球化学指标，重新确定了LH11-1-2 的油水界面深度为1 250.9 m，与原测井解释结果相差3.8 m，可能与油水过渡带范围较大或测井解释结果较为保守有关。总体上，所分析的6 个有机地球化学指标油水界面识别效果好，可为类似LH11-1 中等生物降解油藏的油水界判别提供参考。

致谢：感谢中海油深圳分公司地球化学首席专家朱俊章的热情指导，感谢中海油能源发展非常规研究所葛岩博士提出的宝贵意见。

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