春光区块白垩系稠油地球化学特征及成因分析

石正勇，金芸芸，李杭兵，张 辉

(中国石化河南油田分公司,河南 南阳 473132)

0 引 言

目前春光探区已累计上交石油地质探明储量近3 000×104t，其中稠油占比达到60%以上，新近系沙湾组、古近系、白垩系均有稠油油藏发现，稠油勘探取得较好的效果，但分析发现，目前白垩系已上交探明储量都集中在春10—春17井区，其他区块未获得规模性突破。前人油源关系研究认为，春光区块稠油油源主要为二叠系风城组烃源岩，轻质油主要来自侏罗系暗色泥岩[1-3]，针对白垩系的稠油特征、稠油成因研究较少，因此，亟需加强基础地质系统性研究和原油地球化学特征分析，摸清白垩系稠油特征及分布规律，研究稠油稠化机制，从而深化认识，为油气勘探部署提供理论依据。

1 区域地质概况

春光区块位于准噶尔盆地西缘车排子凸起，其西部和西北部以扎伊尔山为界，向东以红-车断裂带为界与昌吉凹陷和中拐凸起相接，南部为四棵树凹陷和伊林黑比尔根山，在春光油田相邻地区，已探明车排子、小拐、红山嘴和卡因迪克等油田[1]。据钻井揭示，春光油田自下而上发育石炭系，侏罗系，白垩系下统胜金口呼图壁组、连木沁组，古近系，新近系沙湾组、塔西河组、独山子组，白垩系地层主要分布于区块的东南部。春光区块东部为昌吉凹陷，南部为四棵树凹陷，双凹供油，油源条件比较好。四棵树凹陷及昌吉凹陷共存在4套潜在烃源岩：即古近系安集海河组泥岩、白垩系吐谷鲁群泥岩、中下侏罗统暗色泥岩及下二叠统风城组烃源岩，其中，二叠系烃源岩仅分布在昌吉凹陷，其余烃源岩在2个凹陷均发育。

图1 春光区块稠油样品井位分布

2 白垩系稠油物性及分布特征

中国在1987年稠油技术座谈会上将稠油分为3类4等，成为中国稠油分类的标准。此次研究主要根据黏度分类，其次是密度，根据其差异将稠油分为普通稠油(Ⅰ型和Ⅱ型)、超稠油和特稠油。普通稠油Ⅰ型黏度为50.00～150.00 mPa·s，密度大于0.920 g/cm3；普通稠油Ⅱ型黏度为150.00～10 000.00 mPa·s，密度大于0.920 g/cm3；超稠油黏度为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。

春光区块白垩系稠油资源十分丰富，已钻井中稠油井较多。按照稠油划分标准，春55-1、春118E、排28井(表1)原油密度为0.927～0.953 g/cm3，黏度为31.12～91.43 mPa·s，为普通Ⅰ类稠油；春6、春18井及春17井区的原油为普通Ⅱ类稠油；春10井区原油黏度为11 179.00～30 488.00 mPa·s，为特稠油；春103E井原油黏度为172 000.00 mPa·s，为超稠油；西南角春50-1井和春29井原油黏度较低,为轻质油。

白垩系稠油油藏埋深为1 000～2 100 m，普通Ⅰ类稠油分布于区块的南部，埋深为2 000 m左右，属于中等埋深油藏；普通Ⅱ类稠油分布于区块的中部及北部，埋深为900～1 200 m左右及1 600 m，属于中—浅层油藏；特稠油主要为北部的春10井区，埋深为900～1 200 m，属于浅层油藏；春103E井区超稠油分布于区块东南部，埋深为2 000 m左右(图2)。总体来说，春光区块稠油油藏属于中—浅层油藏，随埋深变浅油质变重。从埋深上来看有深稀浅稠的特征，因此，稠油成因受深度控制比较明显，浅层压实作用较弱，经构造作用易于和地表水沟通。

表1 春光区块白垩系原油物性及稠油类型划分

图2 春光区块白垩系探井剖面

3 稠油地球化学特征及稠变级别划分

3.1 普通稠油Ⅰ类特征(代表井春55-1井)

由春55-1井饱和烃总离子流图(TIC)可知(图3a)：正构烷烃分布完整，基线略有漂移，正构烷烃呈后高单峰型分布，轻重比nC21-/nC22+值为1.67(表2)，表明有机质以低等水生生物占优势；碳优势指数CPI为1.16，表征原油处于成熟阶段；姥植比为0.31，有机质沉积环境为还原条件。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)为0.6，均表明原油处于成熟阶段，与CPI指向一致。ααα20RC27-C28-C29甾烷含量分布C27占优势，孕甾烷含量较高，表明物源以低等水生生物为主。三芴含量中硫芴占比15%，氧芴占比37%，芴占比48%，且检出一定含量的β-胡萝卜烷，为正常湖相还原沉积环境[4-5]。

图3 春光区块白垩系稠油总离子流(TIC)

表2 春光区块白垩系稠油生物标志参数

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

参数数值春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 甲基菲指数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类特征(代表井春18井)

由春18井TIC图谱可知(图3b)：低碳数正构烷烃损蚀严重，基线有明显漂移和鼓包，正构烷烃呈后高双峰型分布，原因是低碳数烃类包括类异戊二烯烃损蚀严重，正构烷烃参数失真。C29甾烷aaa20S/(20S+20R)，C29甾烷ββ/(ββ+aa)，C31藿烷22S/(22S+22R)值均为0.5～0.6，表明原油处于成熟阶段；ααα20RC27/(C27+C28+C29)为0.61，孕甾烷含量较高，表明母质来源以低等水生生物为主[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图谱和饱和烃色谱可知(图3c)，高碳数正构烷烃损蚀殆尽，基线有明显漂移和鼓包，正构烷烃呈前高单峰型分布，原因是高碳数正构烷烃损蚀殆尽，长链烷烃断裂成短链的正构烷烃，正构烷烃参数失真。藿烷及甾烷化合物都破坏严重，参数失真。芳烃化合物抗降解能力强，与春10-5井邻近的春2-200井芳烃质谱显示，成熟度参数甲基萘比MNR为1.86，甲基菲比MPR为1.19，三芳甾烷C2820S/(20S+20R)为0.58，表明为成熟原油[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%，表征稠油样品经历氧化作用明显[9-11]。

3.4 饱和烃单体烃碳同位素

如春光区块白垩系稠油饱和烃单体烃碳同位素分布图所示(图4)：春55-1井和春118E井饱和烃单体烃同位素分布为“平稳型”，表明有机质母源为湖相沉积[12-14]，为陆生高等植物与低等水生生物混合型；春2-200井饱和烃单体烃同位素分布为“下降型”，表明有机质母源具有低等水生生物优势，类型偏好，与生物标志化合物的参数表征一致。

图4 春光区块白垩系稠油饱和烃单体烃同位素分布

3.5 稠油稠变级别

根据原油化学组成的分布特征，将原油的生物降解程度分为5大级10小级，5大级分别为轻微生物降解、中等生物降解、严重生物降解、很严重生物降解以及强烈生物降解。轻微生物降解分3小级，第1小级为正构烷烃轻度损失，第2小级为正构烷烃一般损失，第3小级为正构烷烃痕量保留。中等生物降解分为2小级，第4小级为无正构烷烃，无环类异戊二烯烷烃无损失，第5小级为缺失无环类异戊二烯烷烃。严重生物降解也分为2小级，第6小级为正构甾烷遭受降解，重排甾烷无损失，第7小级为正构甾烷几乎全部降解，重排甾烷无损失。很严重又分为2个级别，第8小级为藿烷部分降解，第9小级为藿烷缺失，重排甾烷受影响。强烈生物降解为第10小级，C26—C29芳香甾烷受影响[15-19]。

4)将得到的图像(图4(d))与原鸡蛋轮廓二值图像(图3(c))进行“异或”运算，提取出鸡蛋的蛋黄特征，此时发现图像中除了蛋黄区域外还有鸡蛋边界的存在，如图4(e)所示。

由图3可知，由春55-1、春10-5至春18井生物标志化合物降解程度依次增大。由表2可知：春55-1井正构烷烃、甾烷、藿烷分布完整，参数齐全；春18井姥植比参数缺失，说明化合物类异戊二烯烃损蚀严重；春10-5及春2-200井不但类异戊二烯烃缺失，部分甾烷、藿烷参数也缺失。

综合来看，对照稠油稠变级别划分标准，春光区块南部以春55-1井为代表的普通稠油Ⅰ类为1～2级轻微生物降解稠油，以春18井为代表的中部普通稠油Ⅱ类为4～5级中等生物降解稠油，以春10-5及春2-200井为代表的北部的特稠油为6～7级严重生物降解稠油。

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温度范围的地层环境下，微生物有选择地消耗某些类型的烃，随着这些烃类物质不断地被消耗，原油变得愈重愈稠。随着生物降解程度的加深，原油中烃类被消耗的先后顺序为：正构烷烃、类异戊间二烯烷烃、二环倍半萜烷、规则甾烷、五环三萜烷、重排甾烷和伽马蜡烷，其结果使原油中的硫，非烃，特别是沥青质含量相对增加。

通过对春光区块稠油井原油的地球化学特征分析，发现稠油的总离子图鼓包明显，低碳数正构烷烃损失严重，另外富含25-降藿烷；部分稠油如春10-5、春2-200井的五环三萜烷已经遭到较严重的破坏，相对较难降解的三环萜烷相对丰度较高；普通稠油Ⅱ类春18井，特稠油春10-5井荷质比M/Z177图谱中不但检测出25-降藿烷，且富含28，30-二降藿烷，春18井二降藿烷/C30藿烷值为1.34，春2-200井二降藿烷/C30藿烷值为4.91，春10-5井二降藿烷/C30藿烷值为6.04，随降解程度增加，二降藿烷/C30藿烷逐渐增大(表3)。这些都是生物降解的特征，从这些特征可以判断稠油曾遭受过不同程度的生物降解[20]。

春光区块白垩系大部分油藏埋深较浅，春10-2井(白垩系，1 026.0～1 028.0 m)地层温度为40.24 ℃，春2-200井区白垩系4砂组的2～3小层砂组油层范围内(947.2～1 070.4 m)地温梯度为35.1 ℃/km,油层范围内温度为40.15～46.48 ℃。地层温度一般都低于50.00 ℃，处于微生物有利活动区域，并且原油中含有较高含量的25-降藿烷是典型的生物降解的产物。从白垩系稠油生物标志化合物参数、埋深、油层温度来看，春光区块白垩系稠油属于典型的生物降解成因[21-31]。

表3 春光区块白垩系稠油降藿烷特征

该区白垩系发育2期包裹体：第1期发育在石英内部裂纹中，没有切穿石英颗粒，呈线性排列；第2期发育在切穿石英颗粒的裂缝中，呈线性排列。这些包裹体在白垩纪末期开始形成，储层胶结程度不高，主要分布在矿物的微裂隙以及裂隙面中。荧光灯下呈浅黄色、黑褐色、褐黄色，为稠油包裹体。该区稠油储层中存在稠油包裹体，说明油气在充注到储层中时已经遭受生物降解。

该区白垩系含有稠油的储层普遍比较疏松，储层压实作用非常弱，而胶结作用较强。通常油气充注后储层会保持原有的孔隙度，具有较强的抗压性，有效避免了压实作用对储层的破坏。在早成岩期，碳酸盐胶结作用较强，因此，推测在白垩系未固结时稠油已开始注入。

油源对比表明，该区白垩系稠油来源于东部昌吉凹陷二叠系烃源岩。昌吉凹陷下二叠统风城组烃源岩在二叠纪末期开始进入生烃门限，三叠系到侏罗纪早期达到生油高峰期，侏罗纪有机质达到高—过成熟，主要以生气为主，侏罗纪之后生烃能力基本枯竭。中上二叠统乌尔禾组烃源岩生油和生气时间较风城组稍晚。白垩系圈闭的形成时间晚于二叠系烃源岩生排烃期，因此，稠油主要为早期成藏的油气经调整之后运移至春光区块。

5 勘探启示

春光区块白垩系稠油类型多样，分布特征复杂，稠油勘探应根据“增储上产”的需要，分类型、分区带进行预探和评价。东南部春103E井区的超稠油埋藏较深，开采成本较高，在目前“低油价”时期，应减少勘探投入。东北部春10-春17井区的特稠油及普通Ⅱ类稠油，埋藏相对较浅，但需要注蒸汽热采，难以满足“高效勘探、效益开发”的需求。西南部春50-1井区为稀油，开采成本低，单井产量高。中南部春55-1—春118E-排28井区的普通Ⅰ类稠油，不需要注蒸汽，可采用常规技术开采，开采成本相对较低。近期，在南部钻探的春131、春132井在白垩系获得工业油流，并且油质类型为稀油，50 ℃脱气原油黏度为2.04～63.40 mPa·s，20 ℃脱气原油密度为0.802～0.875 g/cm3。下一步应加大西南部和中南部稀油和普通稠油Ⅰ类的勘探评价力度。另外，在远离白垩系“超覆带”的厚层泥岩发育区，可能存在未遭受破坏的燕山期古油藏，油质相对较好，也是下一步需要探索的新区域。

6 结 论

(1) 按照稠油物性划分标准及空间展布分析表明，以春55-1井为代表的普通稠油Ⅰ类分布于区块的南部，埋深为2 000 m左右；以春18井为代表的普通稠油Ⅱ类分布于区块的中部及北部，埋深为1 600 m左右及900～1 200 m；特稠油主要分布于北部的春10井区，埋深为900～1 200 m；春103E井区为超稠油，位于区块的东南角，埋深为2 000 m左右。总体来说随埋深变浅油质变重。

(2) 春光区块普通稠油Ⅰ类为成熟原油，有机质来源以低等水生生物为主，陆生高等植物为辅，沉积环境为正常湖相还原环境，利于有机质的沉积及保存；普通稠油Ⅱ类与Ⅰ类生物标志化合物特征相似，但降解程度更大；特稠油降解严重，饱和烃色质参数失真，三环帖烷分布特征及饱和烃单体烃碳同位素特征显示生源以低等水生生物为主，芳烃化合物成熟度参数表明为成熟原油，三芴中以氧芴及芴含量居多，表征稠油样品氧化特征明显。

(3) 稠变级别划分结果表明：普通稠油Ⅰ类为1～2级轻微生物降解稠油，普通稠油Ⅱ类为4～5级中等生物降解稠油，特稠油为6～7级严重生物降解稠油。

(4) 25-降藿烷的检出、空间分布特征、地温参数及包裹体分析都表明春光区块稠油属于生物降解成因，其成藏前已发生降解。

(5) 综合分析认为，超稠油、特稠油、普通稠油Ⅱ类勘探成本较高，下一步应加大西南部和中南部稀油、普通稠油Ⅰ类的勘探力度。