渤海海域L16-A和L16-B构造原油生物降解特征及控制因素

张友，王清斌，王飞龙，卢欢，崔海忠

(中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海油田勘探开发研究院，天津300452)



渤海海域L16-A和L16-B构造原油生物降解特征及控制因素

张友，王清斌，王飞龙，卢欢，崔海忠

(中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海油田勘探开发研究院，天津300452)

通过原油物性、生物降解程度、构造特征的分析，讨论了L16-A、L16-B构造原油物性横向差异的形成原因，系统认识了成藏背景、断层活动、空间位置对L16-A、L16-B构造原油生物降解的控制作用，总结出背斜背景、断层数量少、断层晚期活动弱或不活动，埋深大且远离断层面条件下原油保存条件好,降解程度低。渤海海域浅层油藏成藏背景相似，多为晚期成藏，原油物性主要受控于生物降解。L16-A、L16-B构造原油生物降解呈现显著的差异，在约2000m深度降解程度既有轻微降解也有严重降解。生物降解的控制因素包括温度、断层活动、空间位置等多方面因素。生物降解发生在地温不超过80℃的地层。断层活动的时间、强度以及断层性质都影响流体活动及其携带的养分，进而影响生物降解程度。油藏埋深、原油与断层面距离对差异生物降解有很大影响。微生物在流体易于沟通的断层面处最为繁盛，并从两侧向油藏内部扩散，靠近断层面的原油降解程度高，是油藏内部原油差异降解的决定性因素。而油水界面的影响范围较小，对断块型油藏整体影响不明显。

渤海海域；原油物性；稠油；断块油气藏；生物降解；走滑断层

渤海海域新生代地层主要包括新近系明化镇组、馆陶组，古近系东营组、沙河街组、孔店组。随着新近系浅水三角洲的沉积理论和走滑断层控藏认识的突破，近年来发现了多个浅层新近系大中型油气田[1，2]。由于埋深较浅，明化镇组、馆陶组、东营组油藏多为稠油[3]。取样测试表明，原油物性不仅在各个构造之间，在油藏内部也是差异较大，这在L16-A、L16-B构造的勘探评价过程中表现得尤为明显。原油的物理性质不仅影响原油经济价值，对探井的测试产能和油藏的开采价值、评价与开发方案均具有重要的影响，因此原油的物性分析预测具有重要意义。稠油按成因可分为次生稠油和原生稠油，次生稠油占稠油储量的绝大多数。原油在运移成藏过程中经历生物降解、水洗氧化、重力分异、硫化作用、蒸发分馏等复杂改造，这些对原油物性均有影响。如吐哈盆地鲁克沁构造带成藏时间早，后期的持续浅埋造成轻质组分散失，形成超高黏度原油[4，5]。辽河油田D84块、D239 块馆陶组530～680m边顶水超稠油油藏埋深浅，生物降解是原油稠变最重要的因素[6]。

对渤海海域而言，新生代地层成藏期普遍较晚，起决定性影响的是生物降解作用。郭永华等[7]认为强烈的断裂活动与微生物降解是海域新近系稠油油藏形成的主要原因，油藏内部靠近油源通道和油藏高部位原油黏度密度较小，因为靠近油源通道可能会有晚期持续充注，而近油水界面由于生物降解加强，原油会偏重。生物降解程度则是成藏背景、断层活动和空间位置多重影响因素叠加的结果。

1　原油物性特征

图1　L16-A、L16-B构造井位及东营组断裂分布图

图2　L16-A、L16-B构造及辽中凹陷多个构造原油黏度与深度交会图

L16-A、L16-B构造位于渤海海域辽中凹陷向辽西凸起过度的斜坡带上，分别为断层复杂化断鼻、断块构造(图1)，以层状构造油藏为主，具有复式成藏特征。

L16-A、L16-B构造地面原油密度(20℃)0.75～0.978g/cm3，黏度4.03～2733mPa·s，含蜡量0.75%～20.83%，含硫量0.017%～0.305%，沥青质含量0.36%～5.14%，酸值0.07～4.38，为低硫、低蜡-高蜡原油。从挥发油到稠油都有，原油物性差异巨大。高密度、高黏度原油相应含蜡量降低，酸值提高，其中2500m以下均为轻质-中质中黏度高含蜡原油，而浅层则多为高黏度中质油或普通稠油(图2)。深度相近的L16-A-2井东营组一段2039.2m地面原油密度(20℃)为0.902g/cm3，黏度为32.56mPa·s;L16-B-4井东营组一段2076m地面原油密度(20℃)为0.978g/cm3，黏度为2733mPa·s。二者之间深度相近而黏度差异较大，且后者比其他相近地质条件的原油样品黏度也要大很多。

2　原油降解特征

原油由各种烃类和非烃类组成，生物降解使得油藏内的原油组分发生变化，几乎所有组分都是同时被降解的，但不同化合物降解速率不同。轻质组分降解速度快，抗降解能力强的化合物则逐渐相对富集[8，9]。Peters等[10]通过各类生标化合物降解难易程度序列的建立, 将生物降解具体细分为10级。渤海海域多数原油严重降解时会出现25-降藿烷，因此25-降藿烷在原油二次充注[11]微弱的条件下可以确定原油的降解程度。这对5～8级的严重降解程度非常实用。5级降解前不出现25-降藿烷;25-降藿烷/C30藿烷<1,一般为5～6级;25-降藿烷/C30藿烷>1则为6～7级;更高级别的降解则表现出C30藿烷受到显著降解，25-降藿烷丰度远高于C30藿烷。实践中可用25-降藿烷/C30藿烷表征降解程度。

通过生物标志化合物可知，L16-A、L16-B构造原油生物降解差异很大。如L16-A-2井2039.2m原油(图3(a))，受生物降解影响轻微的原油，不可分辨化合物(UCM)面积较小，降解程度1～3级，原油中仅部分正构烷烃受到降解，谱图中未检出25-降藿烷。浅层最为常见，如L16-B-1井2081～2089m、L16-B-2井2235m(图3(b)、(c))原油。正构烷烃完全降解，而规则甾烷及藿烷保存完好，可见明显UCM,25-降藿烷有检出，25-降藿烷/C30藿烷多<1。L16-B-4井2076m原油(图3(d))虽受严重生物降解，TIC可见明显UCM，但仍保留较高丰度正构烷烃，25-降藿烷/C30藿烷也相对较低，其主要原因是早期原油降解后受后期原油二次充注影响。该类原油的生物降解级别会比实际级别要低，通常靠近油藏的运移通道，具有非常好的成藏指示意义。

图3　L16-A、L16-B构造典型原油色质谱图

3　生物降解的控制因素

生物降解程度是地层温度、构造背景控制下的断裂发育特征、空间位置等多重影响因素叠加的结果。L16-A、L16-B构造原油生物降解控制因素主要有以下几个方面。

3.1温度因素

温度限定了生物降解的范围，在地温低于80℃的范围内可形成生物降解[10]。郭永华等[7]认为渤海地区稠油油藏分布下限约为2000m，统计表明，通常渤海原油降解发生在温度低于80℃(对应深度约为2300～2500m)地层。L16-A、L16-B构造在地层温度高于80℃以上地层则未发现明显生物降解，为中-轻质原油(见图2)。渤海海域其他构造(如L21-2构造2532～2579m)偶尔出现轻微降解，其原因是成藏早期地温较低发生降解，后期沉降温度升高微生物死亡不再降解。生物降解受地温门限控制，只存在于较浅地层。

3.2断裂活动因素

生物降解的基本要素就是流体活动及其携带的养分，构造背景控制的断层活动促进流体交换，进而控制生物降解。新构造运动对海域的构造形成和油气大规模聚集具有重要意义[12]，喜山期构造活动促进圈闭形成、断裂发育、油气聚集，断层发育广泛，油藏多为复杂断块油气藏。新近系油藏占大中型油气田的多数，油气形成时间较晚，多在10Ma以后。包裹体均一温度表明邻近的L21-A构造成藏期则多在5～3Ma之后，原油未经历复杂的抬升与组分散失，原油稠化主要因素是生物降解。生物降解与断层晚期活动性、断层性质关系密切，L16-A构造形态是仅受单条走滑断层控制的半背斜，而L16-B构造是受多条断层影响的断块，前者整体降解程度弱于后者。

1)断层活动性断层活动促进了流体活动并携带了来自浅层的养分，加剧生物降解。生物降解是一个持续过程，原油组分经历累积的消耗或转变，成藏期之后的断层活动时间、强度均影响生物降解程度。L16-B-4井2076m原油(0.978g/cm3，2733mPa·s)与L16-B-1井2081～2089m (0.95g/cm3，446.8mPa·s)原油均为东营组一段层位，深度相近，黏度相差较大。主要原因是L16-B-4井东南侧邻近断层为走滑断层伴生的张性断层，从古近系延伸至新近系近地表，垂向断距约55m，新近纪长期活跃，而L16-B-1井紧邻的断层晚期不发育。断层活动时间可通过地震剖面断层的延伸范围表征，通常晚期构造活动弱、断层在上部地层不发育的情况下生物降解程度弱；断层活动强度可通过断距或生长指数表征，通过比较相近深度的断裂发育特征可预测相邻构造带内油藏生物降解程度和原油黏度、密度。

2)断层性质L16-A-2井2039.2m 东营组一段原油密度0.902g/cm3，黏度32.56mPa·s，降解程度为轻微降解。通过与 L16-B-4井2076m原油的比较分析可知二者深度相近，都是控圈断层晚期不活动，而邻近的南侧断层持续活动(图4)，差别在于L16-A-2井南侧断层性质为压扭性质的走滑断层。勘探实践中已得到证实压扭性走滑断层对原油的封堵性作用强于张性断层。说明断层性质对断裂面附近流体有明显的影响，从而影响生物降解。

图4　L16-A-1/2井、L16-B-1/4井过井主测线地震剖面(红圈为原油样品位置)

3.3空间位置因素

油藏的空间位置、原油在构造中的空间相对位置(与断层面距离)对差异生物降解也有很大影响。微生物在流体易于沟通的断层面和油水界面处最为繁盛，并从两侧向油藏内部扩散，靠近断层面的原油降解程度高。

1)深度油藏位置浅，地表水易于通过断层面沟通，油藏降解程度高，原油高密度高黏度(见图2)。生物降解需要通过流体经断层获取浅层或地表的养分，浅层原油更靠近地表，易于与流体沟通，降解程度明显强于深层。

2)与断层面的横向距离同样受走滑断层控制的L16-A-1井，1957～1968m原油样品密度0.9509g/cm3，远大于L16-A-2井2039.2m原油密度(0.902g/cm3)，原因在于该原油距离断层横向距离很近，表明原油还受到与断层面的横向距离控制。邻近的L21-2构造L21-A-1井1193～1143m原油黏度10043、8212mPa·s(两次样品)，其他深度或井样品黏度最大才5441mPa·s，其关键原因是该样品距断层面的横向距离只有40m，而其他样品多在200m左右。断块型油藏靠近断面处降解程度高，是因为微生物在断面处繁盛，并从断面处向油藏内部扩散。

3)与油水界面的相对位置有文献提及油水界面附近原油黏度显著大于油藏高部位[10]。LD16-A、LD16-B构造的邻近的L21-3构造两个深度位于1913、2011m样品的黏度分别为253、38mPa·s,油层均为顶油底水，样品距水底约2～2.5m，与构造内部其他原油样品物性无显著差异，说明断块型油藏可能受油水界面影响程度有限或范围较小。王振奇等[13]统计济阳拗陷郑家-王庄油田油藏剖面郑斜41井垂向(约1250～1550m)从油柱顶部向底部生物降解程度增加，原油密度是上轻下重，认为降解程度受原油到油水界面距离的控制。

4　结论

1)L16-A、L16-B构造原油物性与生物降解程度密切相关。温度、断裂发育特征、空间位置因素共同影响生物降解程度。背斜背景、断层数量较少、断层晚期不活动或断层活动弱断距较小条件下流体活动相对较弱，是生物降解程度弱、原油物性好的形成条件。

2)温度制约了微生物活动范围，低于80℃可进行生物降解。

3)构造背景控制下的断裂发育特征如活动强度、活动时间、断层性质等因素影响流体活动，流体活动及其携带的养分控制了微生物繁盛，进而影响原油的降解程度。断块夹持断层性质影响油气或地层水等流体活动，压扭性走滑断层相对于张性断层生物降解程度要弱。

4)原油在空间的位置包括油藏埋深、原油在空间相对位置分别对油藏整体降解程度和内部差异降解有很大影响。油藏位置浅，地表水易于通过断层面沟通，油藏整体降解程度高。原油与断层面距离影响油藏内原油差异降解，靠近断层面的原油降解程度高。

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[编辑]宋换新

2016-02-10

国家科技重大专项(2011ZX05023-006-002)。

张友(1980-),男，硕士，工程师，主要从事地球化学与综合成藏方面的研究,zhangyou@cnooc.com.cn。

TE122.2

A

1673-1409(2016)29-0013-05

[引著格式]张友，王清斌，王飞龙，等.渤海海域L16-A、L16-B构造原油生物降解特征及控制因素[J].长江大学学报(自科版), 2016,13(29):13～17.