严重生物降解稠油成熟度判识——以准噶尔盆地三台—北三台地区为例

路俊刚，陈世加，王绪龙，陆林超，陈 雪，王 熠

(1.西南石油大学 资源与环境学院，成都 610500； 2.中国石油 新疆油田分公司，新疆 克拉玛依 834000)

稠油成因很多[1-7]，生物降解作用形成的稠油在地层中广泛存在。原油通过与储层中的细菌发生作用从而导致正构烷烃、异构烷烃以及环烷烃依次受到破坏和消失，烃组分大量损失，油质变稠[6-10]。降解严重时甾萜烷也会降解损失，此时常用的判识原油成熟度的轻烃、中分子量烃和甾烷异构化等成熟度指标都不再适用，如何表征这类稠油的演化阶段性成为油气成因研究中的一个难题。

本文以准噶尔盆地三台—北三台地区为例，在前人研究的基础上，进一步分析了Ts/Tm对成熟度的敏感性，认为在同源条件下，Ts/Tm能有效的随成熟度增大而增大，且抗生物降解能力强，可以用来对严重生物降解原油进行成熟度判识。

1 地质概况

三台—北三台地区位于准噶尔盆地东部帐北断褶带南部，东邻吉木萨尔凹陷，西接阜康凹陷东斜坡，北至B56井区，南到阜康断裂带，面积近2 000 km2。该区自20世纪80年代进行勘探以来，先后发现了北三台油田和三台油田；油气藏类型以断鼻、断块、断背斜为主，油层层位多，从石炭系到第三系均发现有油气层，是一个勘探程度较高的地区。

该区钻揭地层自下而上为石炭系、二叠系平地泉组(P2p)、梧桐沟组(P3wt)，三叠系韭菜园子组(T1j)、烧房沟组(T1s)、小泉沟群(T2-3xq)，侏罗系八道湾组(J1b)、三工河组(J1s)、头屯河组(J2t)、齐古组(J3q)，白垩系、第三系和第四系。

该区经历了多期构造运动，二叠系沉积以来经历了大的不整合至少有11次，其中属于强烈剥蚀的至少有7次，使该区南部第三系地层直接覆盖在三叠系之上，北三台北部则出现了侏罗系直接暴露地表的情况。

2 原油特征

2.1 原油分类

根据石油天然气储量计算规范(DZ/T 0217-2005)，并结合研究区原油特征，本文将研究区原油分为4类：轻质油(密度小于0.84 g/cm3)、正常原油(密度为0.84～0.88 g/cm3)、中质油(密度为0.88～0.92 g/cm3)和重质油(密度大于0.92 g/cm3)。

而密度大于0.9 g/cm3的原油成因较为特殊，除与演化阶段性有关外，还存在生物降解，粘度较大，普遍大于100 mPa·s，本文称为稠油。并进一步将稠油分为2类：中质稠油(密度为0.9～0.92 g/cm3)和重质稠油(密度大于0.92 g/cm3)。

2.2 储层中沥青分布广泛

大量储层荧光片观察发现三台—北三台地区从石炭系到侏罗系储层均不同程度出现沥青(干沥青)，充填于储层孔隙或裂缝中，在显微荧光镜下呈黑色。

2.3 稠油和含沥青储层抽提物普遍遭生物降解

三台—北三台地区经历多期构造运动，构造高部位多次被剥蚀，保存条件较差，原油生物降解严重。

如图1所示，不同密度原油的饱和烃色谱特征存在明显不同，密度小于0.88 g/cm3的正常油和轻质油饱和烃色谱正构烷烃分布完整，保存条件较好；密度为0.88～0.90 g/cm3的中质油存在轻微的生物降解，主要以散失作用为主，正构烷烃保存较为完整；密度大于0.90 g/cm3的中质稠油普遍遭中等生物降解，正构烷烃部分保存；重质稠油和储层沥青降解更为强烈，正构烷烃全部被降解。

3 成熟度判识指标选择

3.1 严重生物降解稠油判识指标分析

原油中不同生物标志化合物抗生物降解能力不同，一般按下列顺序增强：正构烷烃、类异戊二稀烷烃、甾烷、藿烷、重排藿烷、芳香烃。如果原油中出现25-降藿烷，表明原油遭受严重生物降解，降解程度为十个等级划分中的第6级，此时正构烷烃、类异戊二烯烷烃被全部降解，甾烷也部分被降解[8]。

图1 准东三台—北三台地区储层抽提物和不同密度原油饱和烃色谱对比

三台—北三台地区原油普遍遭生物降解，特别是密度较高的重质稠油降解更为强烈，正构烷烃分布不完整，部分产物中出现了25-降藿烷(图2)，说明其生物降解程度已经达到6级以上。按照生物降解序列，达到严重降解级别，此时甾烷等部分也被降解，判识原油成熟度的轻烃参数、甾烷异构化等参数已经不再适用。因此，如何更准确、有效的界定原油成熟度成为本地区原油成因判识的关键。

据文献[11]报道，Ts形成于富含粘土矿物的沉积物，Ts/Tm受成熟度的影响明显，在相同来源的情况下，随成熟度的增大其比值增大，该参数在生烃高峰期后原油中还可继续适用，可用于低成熟、成熟和高成熟原油成熟度的判识，是成熟度判识较好的指标。而且Ts/Tm抗生物降解的能力很强，可用于严重生物降解原油的成熟度判识。

图2 准东三台—北三台地区储层抽提物萜烷质量色谱图

3.2 Ts/Tm判识原油成熟度可靠性分析

研究区原油主要来源于二叠系平地泉组(另文发表)，来源较为单一，符合Ts/Tm判识的同源条件，为了进一步验证Ts/Tm判识原油成熟度的可靠性，将其与其他常用参数进行对比。

3.2.1 与甾烷异构化成熟度参数对比

生物标志化合物来源于生物有机质，分布在原油或沉积岩有机质中，在成岩演化过程中碳碳骨架保持不变的化合物，又称 “分子化石”，它能提供油源、沉积环境和成熟度等方面的详细信息，是原油成因研究中最有力的工具。为了说明Ts/Tm比值在成熟度判识方面的可靠性和敏感性，将其与经典的甾烷构型成熟度参数C29ββ/(ββ+αα)进行对比。

T60井资料较多，3 166.23～3 420.96 m范围内储层抽提物做了系统的色质分析，正构烷烃分布完整(图3)，且没有出现25-降藿烷，说明其没有遭受生物降解，此时高分子化合物甾萜烷保存较好，符合甾烷异构化成熟度参数C29ββ/(ββ+αα)的适用范围。

如表1所示，甾烷异构化成熟度参数C29ββ/(ββ+αα)与Ts/Tm之间具有较好的相关性，随成熟度增大Ts/Tm相应增大，说明Ts/Tm指标表征原油成熟度具有较强的敏感性和可靠性。

3.2.2 与轻烃成熟度参数对比

轻烃在原油中的含量较高，其成熟度参数具有较高的可靠性[12]。研究中选择保存条件较好的原油样品，计算其轻烃成熟度参数并与Ts/Tm进行对比。

图3 准东三台—北三台地区T60井储层抽提物色谱图

样品深度/m层位岩石定名C29ββ/(ββ+αα)Ts/Tm3 166.23T3h灰色粉细砂岩0.490.433 237.14T3h灰色泥质粉砂岩0.500.443 246.18T2k灰色泥质粉砂岩0.470.303 341.48T2k灰色泥质细砂岩0.480.243 374.54T2k灰色中细砂岩0.460.273 420.96T2k灰色泥质中砂岩0.420.26

如表2所示，XQ1井(C)、F10井(C)、F5井(T2-3xq)轻烃成熟度参数庚烷值(H)和异庚烷值(I)都较高，按照判识标准[13]，应属于高成熟阶段的产物。相应的这些井的Ts/Tm也较高，分布在1.2～2.05范围内，是目前发现的原油成熟度最高的，也属于高成熟阶段。

3.2.3 Ts/Tm比值与源岩Ro的关系

统计研究区二叠系平地泉组源岩抽提物Ts/Tm和Ro，并作图(图4)，发现Ts/Tm随源岩Ro增大而增大，并存在较好的对应关系。

表2 准东三台—北三台地区XQ1、F10和F5等井原油成熟度参数对比

图4 准东三台—北三台地区源岩Ro与抽提物 Ts/Tm比值关系

综上所述，成熟度参数Ts/Tm具有较强的敏感性，与常用的生物标志化合物对比参数、原油轻烃参数和源岩Ro等都具有很好的对应关系，随成熟度增大而增大，而且抗生物降解能力很强，可以用来表征三台—北三台地区不同类型原油(包括降解稠油)的演化程度。

4 成熟度判识

如图5所示，按照Ts/Tm值分布可将研究区原油分为3部分：含沥青的储层抽提物重质稠油Ts/Tm主要分布0.2～0.3之间；中质稠油和正常原油Ts/Tm值分布在同一个区间，为0.3～0.6，说明其成熟度一致；而轻质油Ts/Tm值分布在大于0.6的区域内。结合源岩Ro和Ts/Tm的对应关系(图4)，沥青和重质稠油Ts/Tm与成熟度Ro<0.65%的源岩抽提物一致，属于低—未成熟阶段产物；中质原油和正常油Ts/Tm与成熟度Ro=0.65%～0.9%的源岩抽提物一致，为成熟阶段；轻质油为高成熟阶段产物。

5 结论

1)研究区储层沥青和稠油均遭生物降解，中质稠油遭中等生物降解，重质稠油和储层抽提物遭强烈生物降解，烃组分大量损失，通常用来表征成熟度的轻烃参数、甾烷异构化等参数已经不能适用。

2)通过Ts/Tm与甾烷异构化、轻烃和源岩Ro对比表明，对于同源产物Ts/Tm判识原油成熟度具有较强的敏感性，随成熟度的增大而增大，适用范围广，且其抗生物降解的能力强，可用于严重生物降解原油和沥青的成熟度判识。

3)研究区原油主要来源于本地二叠系平地泉组源岩，具同源性质。采用Ts/Tm对该原油成熟度进行判识，认为重质稠油和储层沥青为低—未成熟产物，中质稠油和正常油为成熟阶段产物，轻质油为高成熟阶段产物。

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