郭明宇
, 吴立伟
Guo Mingyu, Wu Liwei, Hu Yun, Wu Zhichao, Ni Pengbo, Li Jin, Deng Guibo
中图分类号: TE132.1
文献标识码: A
收稿日期: 2018-10-13
网络出版日期: 2018-12-25
版权声明: 2018 《录井工程》杂志社 《录井工程》杂志社 所有
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作者简介:
作者简介：郭明宇 工程师,1982年生,2005年毕业于中国石油大学(华东)资源勘查工程专业,现在中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司从事钻井地质工作。通信地址:300452 天津市滨海新区海川路2121号渤海石油管理局大厦C座。电话:(022)66502080。E-mail:guomy@cnooc.com.cn
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摘要
渤海油田成藏模式复杂,不同层位、井段储集层原油性质不同,给井场原油性质的快速判断带来一定困难。以岩屑为载体的地化录井技术所获得的岩石热解气相色谱谱图能够反映储集层原油性质。以渤海油田石臼坨凸起东部斜坡带为例,对典型油样成因进行分类方法的研究和总结,根据生物降解原理,从成因上将典型油样谱图分为正常原油、生物降解和混合成因3类,进而根据正构烷烃、烷基环己烷、类异戊二烯等成分损耗程度将生物降解进一步细分为轻微生物降解、中度生物降解和严重生物降解3个等级。基于该研究所形成的地化谱图规律和生物降解划分标准,可实现井场原油性质的快速判断,对井场油气水“精细化”评价工作起到积极的推动作用,该研究对油田开发生产具有重要的指导意义,有助于对原油开采难度进行正确评估。
关键词：
Abstract
The reservoir-forming pattern of Bohai Oilfield is complex, and the oil properties of reservoirs in different horizons and well sections are different, which makes it difficult to quickly judge the oil properties at the well site. The gas chromatogram of rock pyrolysis obtained by geochemical logging technology with cuttings as carrier can reflect oil properties of reservoirs. Taking the eastern slope area of Shijiutuo uplift in Bohai Oilfield as an example, the genesis classification methods of typical oil samples were studied and summarized. According to the principle of bio-degradation, the typical oil sample spectrogram can be divided into three types from the origin: normal crude oil, bio-degradation and mixed origin. According to the loss degree of normal paraffin hydrocarbons, alkyl cyclohexane and isoprenoid, bio-degradation can be further subdivided into three grades: slight bio-degradation, moderate bio-degradation and severe bio-degradation. Based on the laws of geochemical spectrogram and the classification criteria of bio-degradation formed in this study, the oil properties at the well site can be judged quickly, and the fine evaluation of oil, gas and water at the well site can be promoted actively. This study has important guiding significance for oilfield development and production, and is helpful to correctly evaluate the difficulty of crude oil production.
Keywords：
储集层原油性质的快速判断,对录井油气水解释、电缆测压取样、地层测试工具及工艺的选择、成藏模式研究有着重要作用。渤海油田成藏模式复杂,不同层位、不同井段储集层原油性质不尽相同,给井场原油性质快速判断带来一定的困难。地化录井作为以岩屑为载体的录井技术[1],通过岩石热解气相色谱分析所获取的地化谱图是地层烃类信息的直接体现,能够反映储集层原油性质。因此,采用以岩石热解气相色谱分析获取的地化谱图可实现对原油按成因进行分类和总结。以渤海油田石臼坨凸起东部斜坡带为例,对典型原油样品进行分析研究,结果表明原油成因可分为正常原油、生物降解和混合成因3类。该研究对于井场快速判断储集层原油性质具有重要的意义,同时对油田后期生产具有重要指导意义。
油藏中的原油遭受不同程度的生物降解作用[2,3],导致其化学成分和物理性质发生变化。原油的生物降解是喜氧微生物利用原油生存并将其氧化的准阶梯式过程。正构烷烃、大部分简单的支链烷烃以及一些烷基苯首先被消耗,芳烃和饱和烃的生物标志化合物随后被降解。Peters和Moldowan创立了一个根据不同类型烃类的相对丰度来评价生物降解程度的标准,将典型的成熟原油生物降解等级划分为1~10级(图1)[4]。
随着生物降解程度的增加,易降解化合物首先被降解,抗降解能力强、极性差别小的环烷烃同系物逐渐成为原油的主要组分。这些化合物在气相色谱(GC)中流出,在谱图中形成“基线鼓包”,这些化合物被称为“未知复杂混合物”(Unresolved Complex Mixtures,UCMs)[5]。
渤海油田石臼坨凸起东部斜坡带为近东西走向的长期继承性隆起,位于渤海湾盆地中西部海域。主力含油层系为新近系明化镇组明下段、馆陶组,古近系东营组东二段、东三段,沙河街组沙二段和沙三段6套,处于油气运移优势指向区,受水洗、生物降解等成藏后期次生改造影响,地球化学特征发生相应变化,在渤海油田具有一定代表性。
本文通过对该二级构造带内不同构造、不同层位、不同深度的典型油样地化谱图进行分析,根据生物降解原理从成因上将典型油样谱图分为正常原油、生物降解和混合成因3类。在此基础上根据正构烷烃、烷基环己烷、类异戊二烯等成分损耗程度将生物降解原油进一步细分为轻微生物降解、中度生物降解和严重生物降解3个等级。据此形成的地化谱图形态特征和生物降解划分标准,对于渤海油田勘探作业具有重要的指导作用。
按照Peters和Moldowan创立的根据不同类型烃类的相对丰度来评价生物降解程度的标准,原油在遭受生物降解过程中,饱和烃中正构烷烃(nC17、nC18)最易消耗,类异戊二烯烃(姥鲛烷、植烷等)次之。因此,nC17、nC18和姥鲛烷、植烷彼此间的比值可用以表征原油的生物降解程度[6]。同时,正构烷烃峰面积(∑nCn)和总烃面积比值也可以反映生物降解程度,该比值越小生物降解程度越高。另外,统计发现姥鲛烷、植烷之和也可以在一定程度上反映生物降解程度的强弱。按照(Pr+Ph)/(nC17+nC18)、lg(∑nCn/Pg)和Pr+Ph等参数制定了生物降解划分标准,不同区块生物降解参数的具体标准不同,石臼坨凸起东部斜坡带划分标准如表1所示。
表1 石臼坨凸起东部斜坡带多参数生物降解划分标准
| 参数 | 正常原油 | 轻微降解 | 中度降解 | 严重降解 | 混合成因 |
|---|---|---|---|---|---|
| 基线 | 平直 | 轻微鼓包 | 明显鼓包 | 鼓包严重 | 明显鼓包 |
| 正构烷烃组分 | 齐全 | 轻微缺失 | 缺失明显 | 严重缺失 | 齐全 |
| (Pr+Ph)/(nC17+nC18) | <0.25 | 0.25~1 | 1~10 | 0.2~16 | 0.25~1 |
| lg(∑nCn/Pg) | ≈1 | >0.5 | <0.5 | <0.5 | >0.5 |
| Pr+Ph | >250 000 | >250 000 | >250 000 | <250 000 | >250 000 |
正常原油受次生蚀变作用小,其岩石热解气相色谱分析谱图主要表现为正构烷烃组分齐全,碳数分布在C13-C33左右。由于生物降解和氧化作用较弱,形成的不可分辨化合物含量较低,色谱流出基线平直,组分近梳状。当伴生天然气时,可检测到凝析油气混合峰。图2为QHDX井3 341 m井壁取心正常原油岩石热解气相色谱谱图特征。
正常原油油气层主要分布在地质条件和构造位置较好,储-盖和圈闭条件有利的储集层中,所受次生作用较小,为成熟正常油,密度一般为0.80~0.89 g/cm3,属轻-中质原油;构造埋深相对较深,一般大于2 000 m,主要分布在古近系东营组和沙河街组,部分储集层伴生天然气;地化分析特征一般表现为Pg值受原油性质影响较大,一般大于2 mg/g,S1值一般大于S2值,TPI值大于0.4;Pr、Ph面积和小于nC17、nC18面积和,正构烷烃面积与总烃面积比值接近1,Pr、Ph之和大于250 000。
结合前人研究成果并对各区块地化谱图资料进行统计分析后可以确定,渤海海域稠油均遭受了不同程度的生物降解,其中绝大部分稠油生物降解十分强烈,在辽东湾、渤中、渤东、庙西等地区广泛分布,主要集中在新近系明化镇组、馆陶组和古近系东营组。通过色谱-质谱等油气地化实验分析检测25-降藿烷、甾烷等生物标志化合物可对生物降解等级准确定级,但目前地化录井相关手段检测成分有限,无法对强烈降解4~10级精确定级。基于研究区地化谱图资料的应用分析,根据正构烷烃、烷基环己烷、类异戊二烯等成分损耗程度将生物降解细分为轻微、中度及严重3个等级。
2.3.1 轻微生物降解
轻微生物降解类原油主要分布在埋深1 600~2 000 m的地层,新近系明下段、馆陶组和古近系东营组最为发育,其岩石热解气相色谱谱图基线抬升,峰面积仍较大,接近正常原油谱图。低分子量正构烷烃被降解,碳数范围变窄;Pr、Ph面积和小于或接近nC17、nC18面积和;正构烷烃面积与总烃面积比大于0.5;Pr、Ph之和大于250 000。渤海油田内BZX 井1 629 m井壁取心样品岩石热解气相色谱分析谱图如图3所示,为典型轻微生物降解谱图特征。
2.3.2 中度生物降解
中度生物降解类原油主要分布在埋深1 000~1 600 m的地层,集中在新近系明化镇组明下段和馆陶组。由于原油受微生物降解和蒸发分馏作用的影响相对较小,岩石热解气相色谱分析主要表现为谱图基线中前部隆起明显,正构烷烃组分遭到破坏但仍可清晰辨认,部分组分丰度接近正常油;Pr、Ph面积和接近或大于nC17、nC18面积和;正构烷烃面积与总烃面积比小于0.5;Pr、Ph之和大于250 000。CFDX井1 164 m处井壁取心岩石热解气相色谱分析谱图如图4所示,为典型中度生物降解谱图特征。
2.3.3 严重生物降解
严重生物降解类原油主要分布在埋深小于1 300 m的地层,在研究区最为常见,在新近系明化镇组和馆陶组广泛分布,其密度大于0.94 g/cm3。岩石热解气相色谱主要表现特征为正构组分缺失严重,“基线鼓包”明显,但仍有少量正构烷烃组分残留,Pr、Ph很小甚至难以辨认;异构烷烃及一些未分辨化合物含量较大,重质及胶质沥青质含量增加。储集层含水时,C30前未分辨化合物含量逐渐减少,甚至检测不到。岩石热解气相色谱分析谱图可检测碳数范围较小,以C1为主,由于环烷烃和芳烃具有较强的抗生物降解能力,一般可分辨。Pr、Ph和nC17、nC18比值范围较大,为0.2~16;正构烷烃面积与总烃面积比小于0.5;Pr、Ph之和小于250 000。图5为QHDX井1 170.0 m井壁取心岩石热解气相色谱分析谱图,为典型严重生物降解谱图特征。
混合成因原油轻烃分析可检测到C9,且C7后的组分明显增大,反映油质呈较轻-中质油的特征,芳烃和含季碳化合物较大。Pg值较正常原油大,气相色谱正构烷烃组分和碳数范围与正常原油相似,但是“基线鼓包”明显。推测至少发生过两次原油充注,前期原油遭受较为严重生物降解,导致基线抬升,形成明显的“基线鼓包”,后期充注原油未遭受明显生物降解,正构烷烃组分齐全。Pr、Ph面积和小于或接近nC17、nC18面积和;正构烷烃面积与总烃面积比大于0.5;Pr、Ph之和大于250 000。图6为CFDX井1 473 m井壁取心热解气相色谱谱图,为典型混合成因谱图。此类油气在古近系沙河街组最为发育。
总体上看,岩石热解气相色谱分析谱图在浅层、中深层以及深层存在明显差异,根据谱图基线和正构烷烃系列特征,将原油成因划分为正常原油、生物降解和混合成因3类。正常原油谱图基线较平直且正构烷烃系列完整;生物降解谱图“基线隆起”且正构烷烃系列不完整;混合成因谱图“基线隆起”且正构烷烃系列完整。
研究表明,渤海海域原油普遍遭受了不同程度的生物降解,生物降解油层岩石热解气相色谱分析谱图基线强烈上漂,“基线隆起”是其标志特征,不仅浅层存在,深层岩石热解气相色谱分析谱图同样大量存在基线“抬高”现象,但与浅层明显不同,这些谱图具有完整的C10-C30正构烷烃分布系列。这说明,渤海海域部分深层古近系早期就有油气聚集,但早期聚集的原油经历了严重的生物降解,正构烷烃被降解消耗殆尽;后期,未遭受降解油气注入油藏,在谱图形态上呈现为正常原油叠加在生物降解原油之上。同时由于晚期原油的充注,深层原油性质仍以正常原油为主。
原油在遭受生物降解后,其API度数值和净体积减小,密度和粘度变大,非烃类气体、NSO化合物及微量元素含量增加[7,8]。随着生物降解程度加重原油性质逐渐变稠、变差,呈现从轻质油、正常原油、常规稠油、特稠油、超稠油,到最后沥青质的变化趋势。从正常原油、混合成因原油,到轻微生物降解原油,再到中度和严重生物降解原油油质逐渐变稠。正常原油由于轻烃和正构烷烃组分没有被降解,油质一般为凝析油和轻质油;轻微生物降解原油一般为中质油;中度和严重生物降解原油一般为重质油。根据岩石热解气相色谱谱图形态特征及其生物降解分类标准,建立不同类型原油油质判别标准(表2)。
表2 不同类型原油油质判别标准
| 谱图类型 | 气相色谱形态特征 | 碳数分布 | 主峰碳 | 油质 |
|---|---|---|---|---|
| 正常原油 | 轻质综合峰明显,主峰靠近前端 | nC12-nC36 | C17-C18 | 凝析油 |
| 正常原油 | 峰形饱满,呈“山”状,有轻烃综合峰,基线较为平直 | nC12-nC38 | C21-C23 | 轻质油 |
| 轻微降解 | 碳数分布范围稍窄,轻质综合峰不明显,主峰靠近后端 | nC13-nC38 | C22-C24 | 中质油 |
| 中度/严重降解 | 正构烷烃组分缺失,基线鼓包明显 | 窄或无 | C28 | 重质油 |
研究区4个井壁取心样本点气相色谱如图7所示。基于原油成因分类依次为正常原油、轻微生物降解原油和严重生物降解原油。随着生物降解程度的加重,主峰逐渐后移,油质逐渐变重。根据谱图形态特征,结合不同类型原油油质判别标准,定性判别4张谱图对应的原油分别为凝析油、轻质油、中质油和重质油。
由于油质与原油各组分占比(即分布形态)关系密切,本文选取了主峰碳数、∑n
渤海油田石臼坨凸起东部斜坡带典型油样成因分类方法的研究,对于油田开发生产具有重要的指导意义,有助于对原油开采难度进行评估。存在生物降解原油的地层可以推测曾经有地层水的活动,或者地层发生过抬升导致原油遭受生物降解作用。生物降解导致原油油质变稠、粘度变大,从而使原油开采难度相应增大。
(1)根据成熟原油生物降解等级和生物降解油“基线隆起”原理分析认为,渤海油田石臼坨凸起东部斜坡带原油总体上可以分为正常原油、生物降解及混合成因3类;根据生物降解的严重程度将生物降解原油细分为轻微、中度和严重3个等级。
(2)正常原油油气层主要分布在地质条件和构造位置较好,储-盖和圈闭条件有利的储集层中。受次生作用较小,为成熟正常油,密度一般为0.80~0.89 g/cm3,属轻-中质原油。构造埋深相对较深,一般大于2 000 m,主要分布在古近系东营组和沙河街组;生物降解油气层主要分布在相对较浅的地层,生物活动活跃,降解作用强。通常严重生物降解油气层埋深最浅,由多次充注形成的混合成因原油多分布在较深的沙河街组地层。
(3)研究发现生物降解作用和原油油质关系密切,随着生物降解作用加强原油轻烃和较大分子烃逐渐被降解。正常和混合成因原油一般为轻质油,轻微生物降解原油一般为正常原油,严重生物降解原油一般为稠油。
(4)生物降解导致原油油质变稠、粘度变大,从而导致原油开采难度相应增大。在对原油地化谱图特征的研究中有助于对原油开采难度进行评估。
The authors have declared that no competing interests exist.
| [1] |
基于烃组分分析的渤海油田录井储层流体性质解释新方法 [J]. |
| [2] |
渤海油区稠油成因探讨 [J]. |
| [3] |
渤海海域新近系稠油油藏原油特征及形成机制 [J]. |
| [4] |
The biomarker guide:Interpreting molecular fossils in petroleum and ancient sediments [M]. |
| [5] |
Characterization of unresolved complex mixtures of hydrocarbons in petroleum [J]. |
| [6] |
利用地化参数预测稠油油藏开采难度 [J]. |
| [7] |
Biological activity in the deep subsurface and the origin of heavy oil [J]. |
| [8] |
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