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1、地球科学新进展地球科学新进展 二二 八年四月八年四月稠油稠油油气资源勘探新方向油气资源勘探新方向 主讲人：王振奇地球科学学院石油系讲述内容讲述内容一、稠油的分布及研究意义一、稠油的分布及研究意义二、稠油的成因二、稠油的成因三、生物降解稠油的物理和化学性质三、生物降解稠油的物理和化学性质四、生物降解稠油的地球化学特征四、生物降解稠油的地球化学特征五、生物降解稠油的成藏特征五、生物降解稠油的成藏特征地球科学新进展地球科学新进展 二二 八年四月八年四月 所谓稠油又称重质油。具有比重大（0.9以上）、黏度高（50时达到1700MpaS）、轻馏分低（一般只有4左右）、含蜡量少（低于5）和凝固点不高（52
2、2）等特点。由于稠油的黏度高，难流动，故不能用常规方法开采。但稠油的黏度对温度十分敏感，只要温度升高（89），其黏度就降低1倍，故以高压饱和蒸汽注入油层，先吞后吐，进行热采，是能达到良好效果的，采收率也可达到40%60%的水平。地球科学新进展地球科学新进展 二二 八年四月八年四月石油资源具有明显的国家性特点：一是石油渗透到工业文明国家的产业体系和经济生活的方方面面，成为支撑一个国家经济发展的使用量最大和使用范围最广的基础性能源和原材料；二是各国经济发展水平的不均衡性、石油作为不可再生资源的有限性，以及石油资源生产与消费的地理非均衡性分布，使得石油资源成为国际政治、外交乃至军事斗争的焦点因素，其
3、国家战略性资源的地位日益突出。地球科学新进展地球科学新进展 二二 八年四月八年四月 随着世界经济对石油需求的不断增加，国际原油价格不断攀升，石油消费的迅速增长及常规石油资源过度开采和消耗，人们纷纷把目光转向非常规石油资源。其以储量巨大，分布集中等特点正在成为世界石油市场新宠。其中，储量最大并已实现经济开采的是油砂资源和重(稠)油资源等。稠油在世界上有着广泛的分布，随着勘探和开发技术的发展，这一巨大资源日益受到石油地质工作者的高度重视，目前正成为石油地质领域研究的前缘和热点之一。中国对稠油的研究、开发和加工已日趋成熟，并形成相当大的开采规模。辽河油田是中国最大的稠油生产基地，2005年生产近80
4、0万吨，占油田总产量60%以上。克拉玛依石化公司稠油加工能力达到500万吨/年。地球科学新进展地球科学新进展 二二 八年四月八年四月 由中石油、加拿大阿尔伯达省政府、中石化、中海油和中化集团公司主办，中国石油学会协助支持，中加阿尔伯达石油中心和DMG世界媒体有限公司（DMG World Media）具体承办的“首届世界稠油大会”于2006年11月在北京举行。一、大会主题：“稠油全球能源的未来”二、大会宗旨：在全球能源需求不断增长的形势下，重新评估稠油资源的战略地位；促进全球范围内经济、环保地开发利用稠油资源；推进稠油科技进步及先进技术共享；共同展望稠油发展的前景。国际石油界在重油勘探、开发炼制
5、与综合利用、以及环境保护方面仍然存在一些尚待解决的问题，加强世界重油生产国对重油资源的勘探开发及合理利用，关系到全球石油工业的可持续发展。地球科学新进展地球科学新进展 二二 八年四月八年四月 世界上重油的地质储量约为一万多亿吨(包括重质油、高粘油、油砂、天然沥青和油母岩等)，相当于常规油气储量之和。从全球范围看，稠油主要沿两个带展布，即环太平洋带和阿尔卑斯带，中国稠油资源的分布也受阿尔卑斯构造域和环太平洋构造域控制，主要分布在中国的东部地区和西部地区。地球科学新进展地球科学新进展 二二 八年四月八年四月 中国稠油资源比较丰富，陆上稠油、沥青资源约占石油资源总量的20%以上，预测资源量198亿吨
6、，其中最终可探明的地质资源量为79.5亿吨，已探明稠油地质储量20.6亿吨，可采资源量为19.1亿吨，已动用地质储量13.59亿吨，剩余为动用地质储量7.01亿吨。目前中国稠油油藏深度大于800m的稠油储量约占已探明储量的80%以上，其中约有一半的油藏埋深在13001700m。吐哈油田的稠油油藏埋深在24003400m，塔里木油田的轮古稠油油藏埋深在5300m左右。地球科学新进展地球科学新进展 二二 八年四月八年四月 我国相继在松辽盆地、二连盆地、渤海湾盆地、南阳盆地、苏北盆地、江汉盆地、四川盆地、珠江口盆地、准格尔盆地、塔里木盆地、吐哈盆地等12个盆地中发现了70多个稠油油田。主要集中在辽河
7、油区、胜利油区、克拉玛依油区、河南油区及海洋油区五大开发生产区，稠油产量占全国原油总产量的百分之十。最近几年在吐哈盆地、塔里木盆地也发现了深层稠油资源。地球科学新进展地球科学新进展 二二 八年四月八年四月稠油形成存在四种机制：原生稠油：基本属于未熟低熟油（O、N、S等杂原子含量高）。其形成主要与生烃母质的构成、油气的早期形成、沉积环境及地质背景等因素有关。生物降解形成的稠油：其形成主要与细菌降解及相应地质背景有关。氧化和水洗作用形成的稠油：其形成主要与相应的地质背景有关。PVT过程形成的稠油：（1）蒸发分馏；（2）轻质天然气的混合。其形成主要与相应的地质背景有关。地球科学新进展地球科学新进展
8、二二 八年四月八年四月原生稠油与次生稠油的本质区别在于成藏后是否经过次生改造，而是否经过次生改造是由宏观地质因素所决定的。宏观地质控制因素与微观分子生物标志化合物的综合研究，对于彻底认识研究区的稠油形成机理，分析稠油油藏的形成和分布规律具有很强的理论和实际指导意义。地球科学新进展地球科学新进展 二二 八年四月八年四月原生稠油一般为未成熟低熟油。形成于较咸化的或膏盐沉积环境。其母源与湖泊演变的碳酸盐沉积阶段有关。三种成因：源于可溶有机质（沥青“A”）分子键缔合结构的解聚（主要不是CC键的断裂）形成；源于S型干酪根的裂解(由干酪根其SS键和SC健在低温下的断裂形成);硫的催化作用。热液活动可以使沉
9、积物中的有机质发生热降解而形成未熟低熟烃类。地球科学新进展地球科学新进展 二二 八年四月八年四月不同的形成机理决定了稠油油藏形成时间、地温、规模和分布模式。若是由可溶有机质分子键缔合结构的解聚形成，则往往意味者生烃的地质条件并不十分苛刻，稠油的生成没有一个明显的阶段性。若是源于干酪根其SS键和SC健的断裂，则意味者原生稠油的形成需要一定的温度和压力，烃源岩存在一个演化阶段的问题。地球科学新进展地球科学新进展 二二 八年四月八年四月生物降解过程优先消耗正构烷烃，其次为支链烷烃，形成具有分子量大，不能分辨的复杂混合物（UCM，或“鼓包”），而环状化合物相对稳定。地球科学新进展地球科学新进展 二二
10、八年四月八年四月生物降解稠油主要与厌氧或喜氧细菌的活动有关，而厌氧和喜氧细菌的存在严格受宏观地质因素、氧化还原环境、温度及压力的制约。导致原油发生降解的微生物类型是什么？究竟是哪一种或几种细菌在原油的生物降解过程中起主导作用？降解的机制如何？目前尚无定论。地球科学新进展地球科学新进展 二二 八年四月八年四月原油生物降解作用的研究，主要集中在以下三个方面：现象认识：始于二十世纪六十年代末。研究多集中在生物降解作用及其对原油物理化学性质的改造等现象的描述和分析上。通过这些分析，石油地质工作者认识到，伴随着生物降解作用的发生，首先造成了正构烷烃，包括无环类异戊二烯类姥鲛烷和植烷的消耗，并形成具有分子
11、量大，不能分辨的复杂混合物（UCM，或“鼓包”），且随生物降解程度的增加而增大；它不可避免地导致原油的密度和粘度增大，对原油的物理和化学性质产生重大改变；探讨了饱和烃和芳烃生物标记化合物的抗生物降解能力及同位素变化特征；建立了生物标记化合物抗生物降解序列；根据不同烃类的相对丰度，建立了评价石油遭受生物降解程度的尺度。地球科学新进展地球科学新进展 二二 八年四月八年四月机理探索：随着认识的不断深入，地球化学家和石油地质学家们开始思索生物降解作用发生的机理。开始，大多数研究者认为，地下石油的降解主要是由于喜氧细菌作用的缘故，同时认识到厌氧细菌也能氧化烃类，但首先需要喜氧细菌对石油进行降解，且比喜氧
12、细菌作用慢的多；现在，很多学者根据原油在地下储层中实际发生生物降解的地质背景研究认为，大多数油气藏中，其烃类发生生物降解是一个厌氧降解过程。地球科学新进展地球科学新进展 二二 八年四月八年四月地球深部生物圈作用认识：随着地球深部生物圈概念的提出，人们认识到深部储层中的微生物群落可能是一个被分离的生物圈，它们是古代生物的后代，并以孤立的形式经过数百万年演化后形成。因此，油藏中原油生物降解作用的发生往往与深部生物圈的活动密切相关，同时，严格受地层所经受的最高古地温限制（8090）。AWllhelms等研究认为，只有那些持续沉降的盆地，其浅部油藏（地层温度 C27 C28，总体呈现出“V”型分布特征
13、。短侧链甾烷以孕甾烷系列化合物为主，整体在甾烷系列化合物中的丰度很低 甾烷、4甲基甾烷和甲藻甾烷质量色谱图 生物降解稠油的地球化学特征生物降解稠油的地球化学特征 二二 七年五月七年五月原油中甾烷异构化程度较为一致，具有成熟油特征，C29甾烷20S/(20S+20R)为0.410.9，平均为0.51；C29甾烷/(+)为0.340.51，平均为0.42。大部分样品的C29甾烷20S/(20S+20R)异构化参数已达到或接近其平衡终点值（0.520.55），而C29甾烷/(+)异构化参数则相差较大(0.670.71)，推测这种差异可能与母源的生源构成及沉积环境有关，同时也与原油遭受不同程度的生物降
14、解及细菌选择性消耗20R差向异构有关。生物降解稠油的地球化学特征生物降解稠油的地球化学特征 二二 七年五月七年五月萜类化合物环状萜类化合物包括C14C16补身烷系列，三环、四环萜烷，三萜烷类。补身烷系列按流出顺序共检测出4，4，8，8，9五甲基十氢化萘（重排补身烷）、C15倍半萜、4，4，8，9，9五甲基十氢化萘（重排补身烷）、8（H）补身烷、C15倍半萜、8（H）补身烷、8（H）升补身烷等 补身烷系列质量色谱图 生物降解稠油的地球化学特征生物降解稠油的地球化学特征 二二 七年五月七年五月三环萜烷系列按流出顺序共检测出C19、C20、C21、C22、C23、C24、C25、C26、C28、C2
15、9等化合物。三环萜系列质量色谱图 生物降解稠油的地球化学特征生物降解稠油的地球化学特征 二二 七年五月七年五月三萜烷类主要为藿烷系列，莫烷系列，8，14断藿烷系列及伽马蜡烷等。以藿烷系列为优势成分，且C30藿烷占绝对优势，莫烷系列丰度较低，新藿烷和重排藿烷均不发育；三萜系列质量色谱图 生物降解稠油的地球化学特征生物降解稠油的地球化学特征 二二 七年五月七年五月均具有较高含量的伽马蜡烷，伽马蜡烷/C30藿烷介于0.090.79间，平均为0.32，伽马蜡烷/C31藿烷（22S22R）介于0.182.2间，平均为0.69,与原油植烷系列中低Pr/Ph（的分布特征 原油脱羟基维生素E系列质量色谱图 生
16、物降解稠油的地球化学特征生物降解稠油的地球化学特征 二二 七年五月七年五月原油非烃馏分裂解质谱非烃裂解产物总离子流TIC图分析原油非烃裂解产物总离子流TIC图 非烃的裂解产物复杂，除了常规的、占主体产物的烯烃/烷烃成对峰以外，尚具有多种化合物峰出现，这些峰有可能是生物降解和水洗作用的产物。显示了生物降解作用和水洗作用下消耗的化合物官能团的变化和转移。甾烷和藿烷类化合物在非烃裂解产物中含量较少，可能反映了非极性化合物在极性较强的非烃馏分键合较少的结果。生物降解稠油的地球化学特征生物降解稠油的地球化学特征 二二 七年五月七年五月原油沥青质PyGC/MS分析 原油沥青质总离子流图TIC分析 原油沥青
17、质总离子流图表征 原油沥青质裂解产物中，大多数样品的TIC图以明显成对的烯烃/烷烃分布，基线大致平稳，不具有明显的“UCM”鼓包。但是，在蚀变程度较高原油沥青质样品中，在高碳数部分已表现出一定程度的“UCM”鼓包。在生物降解程度更高的原油沥青质裂解产物中，出现狭窄的“UCM”鼓包，表明生物降解程度较严重时可影响到原油的沥青质组分 生物降解稠油的地球化学特征生物降解稠油的地球化学特征 二二 七年五月七年五月原油沥青质碳同位素沥青质碳稳定同位素值介于-26.57-28.72之间，平均值为-27.19 郑家王庄地区原油沥青质稳定碳同位素分析结果样品编号井深（井段）米岩性层 位碳同位素郑斜411219
18、.3-1229.5原油Ng-26.98郑3641198.8-1218.5原油Es1-26.92郑3631149.4-1154.0原油Ng-26.99郑3661198.0-1214.0原油Es1-26.57郑3621196.3-1210.0原油Es1-26.83郑3671204.4-1220.0原油Es1-27.51郑3631222.9-1230.0原油Es1-26.73郑3681210.6-1221.5原油Es1-26.82郑4101241.8-1248.4原油Ed-26.79郑321327.2-1333.2原油Es3上-27郑131303.1-1320.2原油Es3上-27.01郑4-313
19、32.4-1339.0原油Es3-27.01平均值-27.1883生物降解稠油的地球化学特征生物降解稠油的地球化学特征 二二 七年五月七年五月原油沥青质氮同位素稠油沥青质氮稳定同位素值介于6.657.79之间，平均值为7.22，郑家王庄油田稠油沥青质氮同位素分析数据样品编号井深（米）油 质层 位氮同位素郑3641198.8-1218.5稠油Es17.12郑3631149.4-1154.0稠油Ng7.55郑3651195.10-1200.0稠油Es17.6郑3661198.0-1214.0稠油Es16.71郑3621196.3-1210.0稠油Es17.23郑3671204.4-1220.0稠油
20、Es17.79郑3631222.9-1230.0稠油Es16.65郑3681210.6-1221.5稠油Es17.13生物降解稠油的地球化学特征生物降解稠油的地球化学特征 二二 七年五月七年五月油砂抽提物有机质成份油砂抽提物族组成、饱和烃组分、芳烃组分、非烃裂解产物、油砂沥青质裂解产物特征，与郑家王庄地区第三系原油族组成、饱和烃组分、芳烃组分、非烃裂解产物、沥青质裂解产物特征基本一致。生物降解稠油的地球化学特征生物降解稠油的地球化学特征 二二 七年五月七年五月油砂抽提物碳同位素碳同位素值介于-24.935-26.7间，平均为-26.4，且数据主要集中在-26.2-26.7间，反映其来源和成因上
21、的相似性。王庄郑家地区油砂沥青质稳定碳同位素分析结果井 号深 度(m)13C()井 号深 度(m)13C()郑斜411247.35-26.365郑3631191-26.59郑斜411260-26.4郑3631197.7-26.675郑斜411261-26.695郑3651191.4-26.36郑斜411262.5-26.13郑3651298.4-26.44郑斜411277.3-26.43郑4111327.5-26.58郑斜411328-26.325郑4111339-26.7郑斜411375.5-26.455郑6041087.6-26.7郑斜411482-26.7郑6041105.25-26.4
22、7郑斜411499.95-26.65郑6031174.2-24.935郑斜411561.8-26.685郑6031149.8-25.72生物降解稠油的地球化学特征生物降解稠油的地球化学特征 二二 七年五月七年五月油砂抽提物沥青质碳稳定同位素值具有随深度增加数值减小的变化趋势，反映了油砂沥青质在深度加大下的自然熟化过程。油砂样品抽提物沥青质稳定碳同位素随深度变化关系 生物降解稠油的地球化学特征生物降解稠油的地球化学特征 二二 七年五月七年五月油砂与原油沥青质碳稳定同位素值相比，原油沥青质碳同位素值略轻（平均为-27.19），油砂抽提物沥青质碳同位素值略重（平均为-26.4），原油和油砂抽提物沥青
23、质碳同位素值比较 生物降解稠油的地球化学特征生物降解稠油的地球化学特征 二二 七年五月七年五月油砂抽提物沥青质氮同位素油砂抽提物沥青质氮稳定同位素值介于7.228.545之间，平均值为7.86。郑家王庄地区油砂抽提物沥青质稳定氮同位素分析数据井 号深度（m）氮同位素值（）井 号深度（m）氮同位素值（）郑斜411247.357.475郑36311918.16郑斜4112608.155郑3631197.77.8郑斜4112618.005郑3651191.47.9郑斜411262.57.535郑3651298.47.22郑斜411277.37.53郑4111327.58.15郑斜4113287.31
24、5郑41113397.59郑斜411375.57.475郑6041087.68.26郑斜4114828.02郑6041105.258.1郑斜411499.958.26郑6031174.27.87生物降解稠油的地球化学特征生物降解稠油的地球化学特征 二二 七年五月七年五月在同一井中，均表现出油砂抽提物沥青质氮同位素值重于原油沥青氮同位素值的现象。扩展开来，全区油砂沥青质氮同位素平均值（7.86）也重于全区原油沥青质氮同位素平均值 原油和油砂抽提物沥青质氮同位素值比较 生物降解稠油的地球化学特征生物降解稠油的地球化学特征 二二 七年五月七年五月油砂抽提物沥青质分子量研究10个油砂抽提物沥青质分子量
25、范围介于7901084Dat之间，平均值为926.3Dat。郑家王庄地区油砂沥青质分子量分析结果井 号深 度样品号R-TimeLgMWM-weight郑斜411247.35SS19.3452.89794790.5701郑斜411260SS39.2442.964401921.2996郑斜411261SS29.2592.95453900.597郑斜411262.5SS49.2312.972955939.6264郑斜411277.3SS59.2222.978877952.5273郑斜411328SS79.2542.957821907.4456郑斜411375.5SS69.1373.034811083
26、.452郑斜411482SS89.2252.976903948.2074郑斜411499.95SS99.2432.965059922.6965郑斜411561.8SS109.2622.952556896.5127生物降解稠油的地球化学特征生物降解稠油的地球化学特征 二二 七年五月七年五月油砂抽提物沥青质分子量分布范围较窄，集中分布在7501100之间，平均分子量在970道尔顿左右。原油沥青质分子量分布较广，主要分布在7501480范围内，平均分子量比油砂沥青质平均分子量略高一些，反映油藏中的原油比油砂经历了复杂的成藏过程。郑家王庄地区原油和油砂沥青质分子量对比 生物降解稠油的地球化学特征生物降
27、解稠油的地球化学特征 二二 七年五月七年五月生物降解程度的判识 主要依据饱和烃生物标志物的分布特征，采用Peters和Moldowan的划分判识标准。生物降解稠油的稠化机制生物降解稠油的稠化机制 二二 七年五月七年五月a样品正构烷烃虽遭受生物降解而损失，但尚残留有一小部分；姥鲛烷、植烷等类异戊二烯烷烃基本未遭受降解。确定其生物降解程度为轻微2级。b样品正构烷烃遭生物降解而损失殆尽；姥鲛烷、植烷等类异戊二烯烷烃受生物降解作用影响仅少量残存。综合确定其生物降解程度为中等4级。不同生物降解程度代表性样品饱和烃总离子流色谱图 生物降解稠油的稠化机制生物降解稠油的稠化机制 二二 七年五月七年五月c样品由
28、于生物降解作用导致正构烷烃，姥鲛烷、植烷等类异戊二烯烷烃全部损失；C27C29规则甾烷部分损失，尤其是C27C2920R和20S表现非常明显，重排甾烷浓度相对增大；藿烷类化合物未遭受明显的影响，只是由于生物降解程度的增加导致Ts、Tm、25降藿烷、30降藿烷、莫烷、伽马蜡烷等化合物浓度相对增大。综合确定其生物降解程度为严重7级。生物降解稠油的稠化机制生物降解稠油的稠化机制 二二 七年五月七年五月d样品同样由于生物降解作用导致正构烷烃，姥鲛烷、植烷等类异戊二烯烷烃全部损失；甾烷类化合物同c样品相似，受生物降解作用影响较大；藿烷类化合物也遭受一定程度的影响，表现在C30藿烷和C29藿烷浓度明显降低
29、，而25降藿烷和伽马蜡烷浓度明显增大，高于前者。综合确定其生物降解程度为很严重8级。生物降解稠油的稠化机制生物降解稠油的稠化机制 二二 七年五月七年五月不同降解程度生物标志物的分布特征随着生物降解程度的增加，正构烷烃和类异戊二烯烷烃将遭受严重降解直至完全损失；随着生物降解作用程度的增大，胡萝卜烷的相对丰度明显增大，因此作为环境和生源标志的有效性将大打折扣；甾烷类化合物遭受生物降解作用影响，首先表现在规则甾烷产生损失，重排甾烷、C30甲基甾烷和孕甾烷丰度相对增加。规则甾烷生物降解由易到难的顺序为C27C28C29，相同碳数甾烷异构体中生物降解由易到难的顺序为20R和20R20S和20S；只有当生
30、物降解程度达到严重级别以上时，萜类化合物才产生损失。随着生物降解程度的增加，C30藿烷丰度降低，而Ts、Tm、25降藿烷、30降藿烷、30降莫烷和莫烷的丰度相对增加。在运用伽马蜡烷指数判识有机质沉积环境时，一定要充分考虑生物降解因素的影响。生物降解稠油的稠化机制生物降解稠油的稠化机制 二二 七年五月七年五月生物降解程度垂向变化规律 垂向上随着深度的增大，原油生物降解程度增加。生物降解稠油的稠化机制生物降解稠油的稠化机制 二二 七年五月七年五月Ts/Tm随深度的增大而减小；C29藿烷/C30藿烷随深度的增加而有增大的趋势；C3122S/（22S22R）随深度的增加有逐渐减小的趋势；Ga/C30藿
31、烷随深度的增加而增加；C2920S/（20S20R）随深度的增大明显减小。随着埋深的增加，原油生物降解作用程度增大。生物降解稠油的稠化机制生物降解稠油的稠化机制 二二 七年五月七年五月随着生物降解程度的增加，原油族组成总体上表现为饱和烃、芳烃含量降低，非烃和沥青质含量增高，油质变重 ZX41井族组成随深度变化关系 生物降解稠油的稠化机制生物降解稠油的稠化机制 二二 七年五月七年五月根据饱和烃、类异戊二烯烷烃、甾烷及藿烷的分布特征，垂向上随着深度的增大，原油生物降解程度增加。研究区生物降解作用程度受原油到油水界面距离的控制，从油柱顶部向底部生物降解程度增加，纵向上发育良好的生物降解梯度。从层位上
32、看，研究区沙三段原油受生物降解作用的影响要远大于沙一段原油。生物降解稠油的稠化机制生物降解稠油的稠化机制 二二 七年五月七年五月生物降解程度平面变化规律生物降解稠油的稠化机制生物降解稠油的稠化机制 二二 七年五月七年五月由北向南，自东向西，原油所遭受的生物降解程度逐渐增大，由轻微生物降解逐渐过渡到严重生物降解。王庄油田沙三上原油密度等值线图 由北向南，由东向西，油层原油密度有逐渐增大的趋势 生物降解稠油的稠化机制生物降解稠油的稠化机制 二二 七年五月七年五月郑家油田沙一段原油密度等值线图 由北向南，由东向西，油层原油密度有逐渐增大的趋势 原油密度的平面变化规律在某种程度上反映了原油所遭受的生物
33、降解程度平面变化特征。生物降解稠油的稠化机制生物降解稠油的稠化机制 二二 七年五月七年五月生物降解程度对原油物性的影响 随着非烃和沥青质含量的增加，原油比重随之增加 原油比重与非烃和沥青质关系图 生物降解稠油的稠化机制生物降解稠油的稠化机制 二二 七年五月七年五月随着非烃和沥青质含量的增加，反映生物降解程度的系列标志物相对含量和比值与它们随深度的变化关系完全一致。随着生物降解程度的增加，非烃和沥青质含量增大，原油密度增大。研究区生物降解作用是导致原油稠化，密度增大的主要机制。反映生物降解程度的标志物随非烃和沥青质含量变化关系图 生物降解稠油的稠化机制生物降解稠油的稠化机制 二二 七年五月七年五
34、月生物降解环境生物降解作用主要与厌氧或喜氧细菌的活动有关，而厌氧和喜氧细菌的存在严格受宏观地质因素的制约。喜氧细菌代谢分解石油必须满足以下基本条件：近地表补给水中含有氧；温度不超过6580；石油中必须无H2S。上述限制因素似乎把大部分石油的生物降解局限在地表以下几百米范围内。从郑家王庄地区生物降解稠油的分布来看，层位上生物降解石油主要分布在上第三系馆陶组、下第三系沙河街组一段和三段；深度上生物降解石油主要分布在10001500米范围内。这与满足喜氧细菌代谢分解石油的基本条件存在较大矛盾。从垂向上生物降解程度的变化规律来看，在一定深度范围内（生物降解原油存在范围），明显存在埋藏较深的原油生物降解
35、程度较高，可达严重8级；而埋藏较浅的原油生物降解程度较低，只为轻微2级。这种垂向上的生物降解程度变化规律，也不支持郑家王庄地区生物降解稠油是喜氧细菌活动的结果。生物降解稠油的稠化机制生物降解稠油的稠化机制 二二 七年五月七年五月从生物降解程度的平面变化特征来看，越靠近边界大断裂，即越靠近边界凸起，生物降解程度越低；越远离边界凸起，越靠近生油洼陷（利津洼陷），生物降解程度越高。这种平面上的生物降解程度变化规律，若用是喜氧细菌活动的结果来解释，是解释不通的。郑家王庄地区地层水的高盐度、高矿化度及CaCl2水型，反映地下深处地下水的相对封闭性，显示在含水层中大气淡水的渗入规模很小。如此相对封闭的地下
36、水文地质条件，不可能为发生大规模生物降解作用提供充足的氧气，从另一方面证实研究区生物降解环境主要还是厌氧环境。郑家王庄地区位于东营凹陷北部斜坡带，地处凹陷边缘。受基底古地形的控制，研究区储层在沉积演化过程中始终处于较浅的埋藏深度，未经受所谓的“高温杀菌”作用，这为厌氧生物降解作用奠定了基础。我们认为郑家王庄地区生物降解稠油主要是厌氧细菌代谢分解的产物；生物降解环境主要是厌氧环境；生物降解程度主要取决于油水边界边水（底水）的分布。生物降解稠油的稠化机制生物降解稠油的稠化机制 二二 七年五月七年五月控制生物降解程度的地质因素 油水边界类型的控制：油气与地下水的接触程度控制了生物降解的范围及程度。油
37、田水按照其与油气的接触关系可分为底水和边水，油水接触面积越大，原油发生生物降解的平面范围就越大，油田水体积越大，提供营养和电子受体就越多，油柱垂向生物降解范围就越大。古地形的控制：在基岩古地形的背景之上，发育了一套下第三纪、上第三纪、第四系陆相沉积地层。自南向北，由下而上，沉积地层层层超覆。这种地层的超覆特征，决定了研究区的油藏类型主要为地层圈闭油气藏，油水边界主要位于研究区的南部，由此导致由南向北原油生物降解程度逐渐减弱。构造特征的控制：东营凹陷北部陡坡断裂带构造上具有三个主要特征：一是地层产状陡，二是深而窄，三是陡坡带延伸长而曲折。此种构造特征导致油水接触面积较小，油水过渡带平面展布窄而长
38、，使得研究区原油大面积发生生物降解作用，且降解程度在平面上和垂向上有较大差异。生物降解稠油的稠化机制生物降解稠油的稠化机制 二二 七年五月七年五月地层温度的控制：原油发生生物降解的地层温度一般小于80。郑家王庄地区位于东营凹陷北部斜坡带，地处凹陷边缘，受基底古地形的控制，研究区储层在沉积演化过程中始终处于较浅的埋藏深度，地层所经历的最高古地温决不会超过80，这为生物降解作用的发生奠定了基础。不整合面的控制：不整合面的分布特征，实际上控制了油田水的运动及分布特征。不整合面附近的样品生物降解程度强，远离不整合面的样品，生物降解程度明显减弱。不整合面在研究区大范围及多层位的存在，也是导致该区原油在平
39、面上和垂向上发生大规模生物降解作用的主要原因之一。生物降解稠油的稠化机制生物降解稠油的稠化机制 二二 七年五月七年五月中国稠油油藏具有陆相沉积的特点，油藏非均质严重，地质构造复杂，而且油藏类型多，油藏埋藏深。中国稠油资源多数为中新生代陆相沉积，少量为古生代的海相沉积。储层以碎屑岩为主，具有高孔隙、高渗透、胶结疏松的特征。稠油与常规油常有共生关系，受到二次运移中生物降解及氧化等因素的影响，在一个油气聚集带中，从凹陷中部向边缘逐渐变稠。重质油主要分布在盆地的边缘斜坡带，凸起边缘、低凸起之上或凹陷中断裂背斜带的浅层。陆相重质油由于受成熟度较低的影响，沥青含量较低，而胶质成分高，因而相对密度较低，但粘
40、度较高。另外，原油中含硫较低，一般小于0.5%；金属钒、镍含量低。生物降解稠油的成藏特征生物降解稠油的成藏特征 二二 七年五月七年五月生物降解稠油的成藏特征生物降解稠油的成藏特征 二二 七年五月七年五月储层包裹体研究郑家王庄地区研究层段包裹体类型从成份上可分为盐水溶液包裹体、含烃包裹体及有机包裹体。不论是盐水包裹体还是烃类包裹体，它们主要赋存在石英颗粒的微裂隙中。由于埋藏浅，胶结作用不发育，石英次生加大作用不明显，很难发现胶结物和石英次生加大边里的包裹体。生物降解稠油的成藏特征生物降解稠油的成藏特征 二二 七年五月七年五月气液两相盐水溶液包裹体个体约为35微米，少数长条形长度可达10微米左右；
41、包裹体形状多呈四边形、椭圆形及三角形；单片光下无色；目估其约占盐水溶液包裹体总量的4050左右。气液比普遍较小，一般在20以下，有的甚至呈小黑点在气液两相盐水溶液包裹体跳动。生物降解稠油的成藏特征生物降解稠油的成藏特征 二二 七年五月七年五月含烃包裹体主要由液相盐水和气液相烃类组成，多呈四边形、椭圆形及长条形。室温镜下可见气液两相，气液比较小，一般在20以下，而液相烃类呈薄薄的圆环状赋存在气泡周围，形成液相烃环。单片光下，包裹体呈无色或微弱的黄褐色，但液相烃环呈黑色，液态烃含量的多少决定了环的厚薄。荧光下盐水溶液和气态烃（气泡）不发光，液相烃环发较强的黄色荧光。此类包裹体通常较小，一般为35微
42、米左右，少数长条形长轴可达10微米左右 生物降解稠油的成藏特征生物降解稠油的成藏特征 二二 七年五月七年五月包裹体均一温度测定样 号井 位深 度（米）层 位均一温度（）组组组SS3郑斜411260.00Es1105.6-124.7126.5-132.6SS5郑斜411277.30Es1118.7-119.6134.7-147.6SS7郑斜411328.00Es1102.3-124.2131.3-151.4SS8郑斜411482.00Es3SS9郑斜411497.45Es3101.3-125.3135.7-153.8SS10郑斜411561.65Es3115-124.9135.6-143SS11
43、郑3631191.00Es181.6-84.8114.6-124.8131.2-151SS14郑3651198.40Es1SS16郑4111327.50Es377.2-94.7104.1-116.3134.6-152.2SS17郑4111339.00Es3SS18郑6041087.60Ng79.5-93.6107.5-124.8127.7-151SS19郑6041105.25Ng70.2-95.2104.2-107.5131.1-142SS25利983141.30Es383.2-98.3108.4-120.7135.4-148.9生物降解稠油的成藏特征生物降解稠油的成藏特征 二二 七年五月七年
44、五月郑家王庄地区流体包裹体均一温度分布直方图 分布范围宽：70 150 两个峰值：8090 、130140；主峰温度为130140 100130间为一中部平台阶段分布在石英颗粒的微裂隙间，代表了裂隙开启或闭合与流体活跃的温度范围。生物降解稠油的成藏特征生物降解稠油的成藏特征 二二 七年五月七年五月从样品包裹体实测温度来看，与研究区现今储层温度（4661）相差甚远；储层成岩作用研究认为，稠油储层尚处于早成岩阶段，砂岩呈半固结状态，反映其最高古地温不可能超过85；而纵观研究区的构造发育史，储层温度也绝不可能达如此之高。生物降解稠油的成藏特征生物降解稠油的成藏特征 二二 七年五月七年五月如果是一个缓
45、慢的充注过程，流体温度将与储层温度逐渐达到平衡；如果是一个快速的充注，流体的温度可能更与烃源岩的温度接近，更多的情况是流体的温度介于烃源岩与储层温度之间；在特殊的情况下，特别是深部热液比较活跃的情况，流体温度也可能高于烃源岩的温度。生物降解稠油的成藏特征生物降解稠油的成藏特征 二二 七年五月七年五月稠油成熟度分析 在选用指标和判别标准上充分考虑生物降解和水洗作用的影响，在化学组成上不仅要考虑甾、萜类的化合物分布，而且要考虑单芳甾烯、苯并藿烷等低成熟标志化合物或热不稳定化合物的出现和消失。稠油饱和烃馏分中Ts/Tm1，介于0.580.94间；Ts/(Ts+Tm)0.5，介于0.360.48间；C
46、31藿烷22S/(22S+22R)介于0.570.61范围内；C29甾烷20S/(20S+20R)比值分布在0.410.53之间；C29甾烷/(+)比值介于0.340.51间。已进入成熟阶段。稠油芳烃馏分中根据实测甲基菲指数，计算获得稠油等效镜质体反射率Rc主要分布在0.710.91之间，平均为0.78。处于成熟阶段。生物降解稠油的成藏特征生物降解稠油的成藏特征 二二 七年五月七年五月原油甾、萜类成熟度参数分析结果井 号井 深（米）层位Ts/TmTs/(Ts+Tm)C29H/C30HC31S/(S+R)C29aaaS/(S+R)C29a/(a+aaa)郑6-平30.6460.3920.4360
47、.580.4670.3632郑4-141504.0-1527.0AnZ0.9440.4860.5770.570.5050.404郑斜411219.3-1229.5Ng0.7700.4350.6600.550.4740.3872郑3641198.8-1218.5Es10.6620.3980.7570.560.5200.400郑3631149.4-1154.0Ng0.7090.4150.6590.56郑3651195.10-1200.0Es10.5910.3710.6870.4360.4570.337郑3661198.0-1214.0Es10.7600.4320.6470.560.4640.380
48、郑3621196.3-1210.00.6730.4020.7630.560.5350.409郑3671204.4-1220.0Es10.7630.4330.6390.560.4810.396郑3631222.9-1230.0Es10.6030.3760.8320.570.4160.4683郑3681210.6-1221.5Es10.6740.4030.6310.570.4100.405郑4101241.8-1248.4Ed0.6830.4061.8460.600.4770.5076郑321327.2-1333.2Es3上0.5850.3690.7100.56 郑131303.1-1320.2E
49、s3上0.5870.3700.6620.570.5040.4408郑1042954-2962Es40.6770.4040.4910.580.9000.5103郑4-31332.4-1339.0Es30.5950.3730.8780.57 生物降解稠油的成藏特征生物降解稠油的成藏特征 二二 七年五月七年五月稠油母源 研究区原油主要源自沙四上亚段成熟烃源岩郑家王庄地区原油沥青质碳同位素值主要介于-26.57-28.72（15个样）之间，平均值为-27.19。沙三下亚段单体烃碳同位素分布范围为-23-29，频率主峰为-26.5-28.5。通常，原油馏分碳同位素值具有13C烷烃13C原油13C芳烃13
50、C非烃C27的“V”型分布模式；短链孕甾烷和升孕甾烷较高而重排甾烷较低；C30甲基甾烷含量不高，与具有较高重排甾烷的沙三段烃源岩不吻合；生物降解稠油的成藏特征生物降解稠油的成藏特征 二二 七年五月七年五月具有较高含量的胡萝卜烷；生物降解稠油的成藏特征生物降解稠油的成藏特征 二二 七年五月七年五月芳烃馏分中检测出较为丰富的脱羟基维生素E;生物降解稠油的成藏特征生物降解稠油的成藏特征 二二 七年五月七年五月总之虽然原油遭受了不同程度的生物降解作用影响，但对于降解程度较轻的原油，其Pr、Ph特征仍表现的较为明显，与沙四段烃源岩所具有的特征一致；萜烷类化合物的分布与沙四段烃源岩所具有的特征一致；甾烷类