油气运移过程中的“高速刹车”稠化机理探讨——以渤海湾盆地东营凹陷南坡东段为例

杜振京

(中国石化 胜利油田分公司 油气勘探管理中心，山东 东营 257000)

1 地质概况

研究区位于渤海湾盆地东营凹陷南坡东段，整体呈NEE向展布，自NW向SE逐渐抬升，构造上划分为丁家屋子构造带、八面河构造带以及被这2个正向复式油气聚集带所夹持的构造鞍部(图1)。研究区主要发育NNE和EW向展布的2组断裂，其中EW向展布断裂延伸距离较短[1]。

研究区古近系发育孔店组(E1-2k)、沙河街组(E2-3s)和东营组(E3d)，其中沙河街组自下而上分为沙四段、沙三段、沙二段和沙一段；垂向上发育多套含油层系，主力含油层系为沙河街组和孔店组。

东营凹陷南坡东段的勘探工作始于20世纪60年代，经过近50年的勘探，在八面河构造带发现了八面河油田，在丁家屋子构造带发现了王家岗油田；2010年又在2个构造带之间的构造鞍部部署钻探了王146井，在沙四段钻遇油层10层共31 m；此后部署钻探的王148、王150、王151、王152、王154等井相继获得成功，并发现了沙四段—孔店组深层稠油油藏，从而形成了斜坡带整体连片含油的趋势。

图1 渤海湾盆地东营凹陷南坡东段原油地面黏度和油气运移方向

对原油烃类化学组成的剖析表明[1]，王家岗油田沙河街组原油与邻区八面河油田沙河街组原油特征相似，都具有较高含量的甾烷、伽马蜡烷和脱羟基维生素E，C27、C28、C29ɑɑɑ规则甾烷呈“V”字型分布，Pr/Ph<1，甾烷异构化程度不高等咸水湖相原油特征，表明2个地区沙河街组原油成因相同、油源相同，这是开展本项研究工作的前提。

2 不同构造带原油特征

通过对丁家屋子、八面河构造带及其之间鞍部的150个原油样品的物性分析资料进行统计，发现沙四段原油黏度自牛庄生油洼陷沿运移方向逐渐增加，但不同构造单元原油黏度的变化却存在差异(表1)，表现出构造鞍部(王146井区)的原油黏度高于低部位的丁家屋子构造带和高部位八面河构造带的特点[2]。

2.1 牛庄洼陷

牛庄洼陷是东营凹陷的主要生烃洼陷之一，沙四上亚段烃源岩生成的油气在邻近的砂体或经过短距离的运移在圈闭中聚集成藏，具有自生自储的特点，油藏埋深在3 000～3 400 m之间。王60、王9、王58、王588等井沙四上亚段原油黏度均低于20 mPa·s，凝固点在30 ℃以下，属于正常原油(表1)。

表1 渤海湾盆地东营凹陷南坡东段及周缘沙四段原油物性特征统计

2.2 丁家屋子构造带

丁家屋子构造带位于牛庄洼陷的东侧，来自牛庄洼陷的油气经过短距离的运移即在该构造带富集成藏[1-4]。根据原油性质的差别，以王4断层和官125断层为界，将丁家屋子构造带划分为3个部分(图1)。北部王4断层以北地区紧邻牛庄洼陷，油气运移距离最短，地面原油黏度相对较低，王5、王6等井的原油地面黏度在80 mPa·s以下，属于正常原油；向南至王4—官125断层之间的地区，随着埋深的变浅(2 000～2 500 m)，地面原油黏度明显升高，平均为523 mPa·s，最高可达2 600 mPa·s；至官125断层以南，沙四段油藏埋深在1 500～2 000 m，地面原油黏度迅速增高，平均达到5 546 mPa·s，最高达16 736 mPa·s，已演变为重质超稠油(表1)。

2.3 构造鞍部

目前发现了南、北2个油气富集区。南部的王146地区沙四段油气藏埋深为1 500～1 800 m；6口井原油物性资料表明，原油具有高密度、高黏度等特征。原油密度为0.966 0～0.985 7 g/cm3，平均为0.976 1 g/cm3；50 ℃下脱气原油黏度为13 497～22 276 mPa·s，平均为17 962 mPa·s，为超稠油特征(表1)。

北部王143区块与丁家屋子构造带北部地区相似，沙四段油藏埋深2 700～2 800 m，地面原油黏度相对较低；王112、王119、王143等3口井的原油黏度均在100 mPa·s以下，7个样品的原油平均黏度为271 mPa·s，基本属于常规原油(表1)。

2.4 八面河构造带

该构造带沙四段原油密度表现出一定的差异性[5-7]，北部面10、面4、面7井的原油黏度低于2 000 mPa·s；向南至面120井原油黏度达到3 523.9 mPa·s，15个样品的平均黏度为1 169 mPa·s。总体而言，八面河构造带上的原油均属于常规稠油的范围(表1)。

3 问题的提出与地质成因推断

通常情况下，原油自生烃区向聚集区长距离运移聚集的过程中，由于自身的分异和水洗、生物降解等作用，表现出距油源越远、原油越稠的现象[6-10]。

前人研究表明，丁家屋子构造带、八面河构造带沙四段油藏的原油主要来自牛庄洼陷的沙四上亚段烃源岩，少量来自沙三段烃源岩[11-12]。牛庄洼陷沙四上—沙三段烃源岩生成的油气，在向研究区运移聚集的过程中，依次在丁家屋子构造带、构造鞍部和八面河构造带聚集成藏，但不同构造带的原油性质没有表现出依次变稠的特点，而是表现出中间区带油稠、向高低两侧区带变稀的特征。

对于不同构造带稠油的成因，前人做了大量的研究工作[1,5,13]，但将南坡东段不同构造单元作为一个整体，这种超越常规的原油物性特征是如何形成的？徐伟等[2]提出了不同运移路径降解作用不同的观点。笔者在分析前人成果的基础上，根据对不同构造带原油地化参数和成藏地质条件的研究，认为油气自丁家屋子构造带到八面河构造带运移的过程中，可能存在“高速刹车”效应，进而提出了原油运移过程中可能存在“高速刹车”稠化机理的新认识。

所谓的“高速刹车”效应是“蝴蝶效应”在高速公路上的具体表现形式。即如果驾驶人任意变换车道或踩下刹车，都有可能导致后方车辆行驶缓慢、追撞乃至交通堵塞。笔者也曾注意到，当高速公路上的某个地方发生“刹车效应”时，该路段上的车辆就会行驶缓慢甚至发生交通堵塞；而后方的车辆源源不断地向前正常行驶，直至蜗行拥堵；而勉强通过发生拥堵路段的车辆，能够快速恢复正常行驶的大部分都是小型车辆。

那么，油气在从源岩到圈闭的运移过程中，由于地质条件的变化，在运移路径上也可以发生“高速刹车”效应。利用“高速刹车”效应可以很好地解释研究区油藏原油性质的差异性。

如果把从牛庄洼陷到八面河构造带的油气运移路径比作一条高速公路，油气从牛庄洼陷出发，在丁家屋子构造带发生第一次轻微的“刹车效应”(聚集成藏)，原油黏度有所提高，大车(长链分子)、小车(短链分子)继续前行；到达鞍部的王146地区，由于地质因素的改变，再次发生“刹车效应”，形成油气藏(大车行驶缓慢、甚至堵车)，由于圈闭封堵条件的改变，油气发生渗漏，短链分子(小车)穿过断层(拥堵区)继续前行，到达八面河构造带(高速路的终点)，并发生短链烃的聚集成藏。

目前，伊朗正在同西班牙合作，开展一个五年的温室培育项目，这是一个非常受农户欢迎的项目，该项目的内容是在温室环境中培育一些适合在温室环境下进行跟踪的作物。伊朗希望这个联合的项目，能够有利于作物的生长，也希望能够帮伊朗实现肥料行业以及灌溉系统的突破。一定环境之下，了解最低施肥量显得尤为重要。目前伊朗迫切地需要提升土壤中的有机质的含量，保持土壤中的有益的微生物，重中之重是保持土壤中的水分。

利用这种“高速刹车”效应，可以很好地解释构造鞍部的原油黏度比高部位八面河构造带高的现象；也可以解释构造鞍部王146区块富集成藏的地质原因。

4 “高速刹车效应”存在的地质条件

“高速刹车”效应可以解释不同区带原油性质的成因，但研究区是否存在发生“刹车效应”的地质条件和“刹车效应”发生后的地球化学证据呢？

地质条件的改变如输导砂体厚度变薄、地层倾角变缓、地层压力变小等都可以引起油气运移过程中的“刹车效应”。

砂体由厚变薄相当于高速路由宽变窄，油气运移通道就会变窄；地层由陡变缓相当于高速路由平缓变为上坡，也会引起以浮力为主要运移动力的油气分子运移速度变缓，导致油气运移过程中“刹车”效应的发生。

4.1 砂体厚度由厚变薄

砂体厚度的变化，相当于高速公路车道数量的变化。由研究区沙四上亚段纯下3砂组油层等厚图(图2)来看，该砂体以王146—王斜98井区砂体最厚(大于12 m)，向低部位的丁家屋子和高部位的八面河构造带砂体明显变薄(小于5 m)。由此可以想象，油气从王146—王斜98井区向高部位的八面河构造带运移的过程中，由于砂体向高部位的快速减薄，势必造成油气运移速度的大幅度降低，导致油气在运移过程中出现“高速刹车”效应；其他砂组也存在变薄的现象。

4.2 地层倾角由陡变缓

从南坡东段近垂直于3个构造带的油藏剖面来看(图3)，王146井区所处的构造鞍部构造等值线较丁家屋子构造带和八面河构造带都要稀疏，说明从丁家屋子构造带到构造鞍部的地层倾角明显变小。这种地层倾角的变小，可以导致以浮力为主要运移动力的油气分子的运移阻力加大，运移速度变慢，也可以出现油气运移过程中发生“高速刹车”效应。

4.3 异常压力由强变弱

图2 渤海湾盆地东营凹陷南坡东段沙四上亚段纯下3砂组含油砂体厚度

图3 渤海湾盆地东营凹陷南坡东段近EW向油藏剖面剖面位置见图1A-A′。

5 “刹车效应”存在的地化证据

当油气运移过程中以层析作用为主时，随着运移距离的增加，烷烃含量和∑C21-/∑C22+值随之增大，而主峰碳数和烷烃δ13C值则减小。为了寻找“高速刹车效应”存在的地化证据，笔者统计了不同构造区带原油烷烃色谱图中的主峰碳和∑C21-/∑C22+等地化参数(表2)，分别表示“最集中的车型”和“大、小车辆的集中程度”。

5.1 主峰碳数的差异

主峰碳数即一组色谱峰中的质量分数最大的正构烷烃碳数。此值可表示岩样中有机质或油样中烃类的轻重、成熟度和演化程度。主峰碳数值小(小型车)的烃类较轻、成熟度和演化程度高；反之则表示长链烃(大型车)为主。

根据主峰碳数统计来看，牛庄洼陷沙四段油藏埋深超过3000m，原油主峰碳为C18，可能与成藏后的热演化有关(笔者统计了济阳坳陷多口井的热蒸发烃色谱资料，发现在同一口井中，随着埋藏深度的加大，主峰碳发生明显的迁移，如高斜98井3 379.00～3 381.00 m井段原油主峰碳为C25，而3 564.90～3 528.00 m、3 859.5～3 865.5 m井段原油主峰碳已前移至C18；不同地区主峰碳发生前移的深度不同)。丁家屋子和王146地区沙四段(埋深在2 500～1 500 m)原油主峰碳为C24；而八面河地区沙四段(埋深在1 000～1 500 m)原油主峰碳为C17，显然这不是成藏后热演化的结果，而是运移过程中的分异作用导致短链烃相对富集造成的。

表2 渤海湾盆地东营凹陷南坡东段及周缘原油典型地化特征

从牛庄洼陷到八面河构造带，遵循了“高速刹车”效应，即在丁家屋子构造带和王146地区，大车(长链烃)行驶缓慢，发生堵车(成藏)现象，形成高碳数烃类的聚集；而堵车现象发生后，小车(短链烃)克服阻力继续前行，到达八面河构造带后聚集成藏，形成低碳数烃类的富集。

5.2 ∑C21-/∑C22+的差异性

∑C21-/∑C22+即一组色谱峰中，C21以前烃的质量分数总和与C22以后烃的质量分数总和之比。该参数若大于1，说明短链烃(C21以前)占优势；若小于1，说明长链烃(C22以后)占优势。相当于高速路上车辆大、小的集中程度。

根据3个构造带∑C21-/∑C22+的统计数据(表2)，丁家屋子构造带、王146地区等沙四段原油的∑C21-/∑C22+比值均小于1，说明长链烃(C22+)占优势，相当于高速路上这一路段的大车比小车要多；而在八面河构造带，该值明显大于1，说明短链烃(C21-)占优势，相当于高速路上这一路段的小车比大车要多。

这组数据也表明了油气运移至王146地区以后，发生了“高速刹车”效应，导致短链烃脱离王146地区继续向构造高部位运移，并在八面河构造带富集成藏。

5.3 降解作用的差异

原油降解作用的强弱表现在2个方面：一是经历强烈生物降解作用的原油族组成与化学成分会发生变化；二是遭受强烈生物降解作用的稠油油藏，上方均发育浅层气藏，如济阳坳陷草桥、孤岛、林樊家、三合村等，亮点气藏与稠油油藏相互依存[17-19]。前人研究表明，王146地区以及八面河油田的原油都经历了生物降解作用[2,13]，但以上2个地区目前均未钻遇稠油油藏上方的浅层天然气藏。综合分析认为，油气沿着丁家屋子构造带向高部位运移的过程中，随着埋深变浅和断裂活动，油气发生了降解，在运移至王146区块之前已经稠化[13]，而不是成藏后的降解或者是成藏后降解作用较弱。

图4 渤海湾盆地东营凹陷南坡东段王148井原油

王146井区的原油化学组分特征也充分证实了这一观点。生物降解作用对正构烷烃、异构烷烃乃至芳烃等组分有不同程度的影响，如遭受降解的原油往往具有较高碳数的正烷烃，在色质分析总离子流图上往往发生基线漂移，另具有较高的25-降藿烷。以该井区王148井为例，该井稠油总流子图显示的正烷烃分布特征较为正常(图4)，且m/z191色质图未发现25-降藿烷，未经生物降解。

6 结论

(1)油气运移过程中“刹车效应”，导致了东营凹陷南坡东段构造鞍部王146地区沙四段的原油地面黏度较低部位的丁家屋子构造带和高部位的八面河构造带的原油黏度要高。

(2)砂体厚度、地层倾角和地层异常压力的规律特征为“高速刹车”现象的产生提供了地质条件。

(3)3个构造带原油的主峰碳数和∑C21-/∑C22+的差异性表明了“高速刹车”聚集模式的合理性。