王飛龍 (中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司渤海石油研究院,天津300452)

渤海海域南堡35-2油田油源研究

王飛龍 (中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司渤海石油研究院,天津300452)

在分析和歸納2個(gè)凹陷3套可能烴源巖的有機(jī)地球化學(xué)特征并對(duì)原油樣品進(jìn)行分析測(cè)試的基礎(chǔ)上,主要運(yùn)用飽和烴色譜、生物標(biāo)志物、穩(wěn)定碳同位素、含氮化合物、原油黏度等指標(biāo),首次對(duì)渤海海域南堡35-2油田的原油來(lái)源進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。研究表明:研究區(qū)原油均遭受了嚴(yán)重的生物降解,其中北區(qū)原油二次充注特征明顯;原油的全油碳同位素組成較為集中,δ13C在-26.3‰～-26.9‰;原油中伽馬蠟烷、4-甲基甾烷含量較高,三環(huán)萜烷、四環(huán)萜烷含量較低;原油的生物標(biāo)志物特征基本一致,供烴源巖為同一有機(jī)相;原油充注方向?yàn)橛赡舷虮薄＝Y(jié)合烴源巖成熟特征綜合認(rèn)為,渤中凹陷沙河街組三段烴源巖是為區(qū)內(nèi)提供油源的主要烴源巖,其次為沙河街組一段。

南堡35-2油田;飽和烴色譜;生物標(biāo)志物;含氮化合物;油源對(duì)比;油氣充注

1 區(qū)域地質(zhì)背景

南堡35-2油田位于渤海海域渤中凹陷北部的石臼坨凸起西端,面積約50km2,西南距塘沽約110km,所處海域水深約12m。油田南臨渤海海域最大凹陷——渤中凹陷,西臨南堡凹陷。南堡35-2油田于2005年投產(chǎn),是渤海海域最早投產(chǎn)的稠油油田[1]。油田分為A、B區(qū),A區(qū)油質(zhì)整體要比B區(qū)輕。該油田新近系主要為一套陸相礫巖、砂巖和泥巖不等厚互層,厚約1000～1400m,自下而上可劃分為館陶組(Ng)和明化鎮(zhèn)組(Nm),Nm又可劃分為上、下2段(Nmu、NmL),其中明NmL和Ng是區(qū)內(nèi)主要含油層系[2],埋深約為900～1200m。

南堡35-2油田盡管發(fā)現(xiàn)較早,但對(duì)其油源一直未有較為明確的定論,這與早期鉆井較少、2個(gè)凹陷沉積環(huán)境相似等因素有關(guān),僅從構(gòu)造分布來(lái)看2個(gè)凹陷均有可能為其提供油源。筆者為了明確區(qū)內(nèi)油源,對(duì)多口開(kāi)發(fā)井油樣進(jìn)行了系統(tǒng)的采樣分析,以求深入剖析南堡35-2油田油源,為開(kāi)油田發(fā)提供理論基礎(chǔ),為供烴凹陷周邊的勘探提供參考。

2 烴源巖特征

渤中凹陷、南堡凹陷均屬于渤海灣盆地,自下而上均發(fā)育有沙河街組三段 (Es3)、沙河街組一段(Es1)、東營(yíng)組三段 (Ed3)3套烴源巖,且已經(jīng)證實(shí)均能生油,并伴有有大規(guī)模油田形成[3～5]。

渤海灣盆地Es3烴源巖沉積時(shí)期屬于裂陷Ⅱ幕強(qiáng)裂陷期。在該時(shí)期區(qū)內(nèi)裂陷強(qiáng)烈,沉降快速,水體加深,連通性較好,近潮濕氣候,水和沉積物補(bǔ)給充足,水動(dòng)力一般較弱,有利于形成穩(wěn)定的水體分層;同時(shí),該時(shí)期湖泊類(lèi)型為半咸水-淡水湖泊,湖相藻類(lèi)十分發(fā)育,尤以溝鞭藻最為發(fā)育[6],藻類(lèi)生物標(biāo)志物豐富。

Es1沉積時(shí)期為裂陷熱沉降期,構(gòu)造抬升使水體變淺,斷層活動(dòng)較弱,以穩(wěn)定的盆地沉降為主,氣候干旱,水和沉積物補(bǔ)給不足,微咸水-咸水條件,鹽躍層控制湖泊分層,強(qiáng)還原環(huán)境,耐鹽性生物發(fā)育,導(dǎo)致伽馬蠟烷豐富。由于Es3和Es1烴源巖發(fā)育時(shí)期藻類(lèi)十分豐富,其有機(jī)質(zhì)來(lái)源主要為低等水生生物,而陸源有機(jī)質(zhì)輸入則較有限。因此,渤海灣盆地Es3和Es1烴源巖有機(jī)質(zhì)類(lèi)型較好。Ed3沉積時(shí)期屬于裂陷Ⅲ幕,裂陷較強(qiáng),斷裂沉降再次加強(qiáng),沉降速率顯著增加,水體加深,湖盆進(jìn)一步擴(kuò)張,以濱淺湖-中深湖淡水湖相沉積為主,水生低等生物繁盛,藻類(lèi)十分發(fā)育,且陸源生物標(biāo)志物發(fā)育。具體到渤中凹陷,從已發(fā)現(xiàn)油田的油源對(duì)比可知,Ed3烴源巖生物標(biāo)志物特征表現(xiàn)為低4-甲基甾烷、低伽馬蠟烷、高三環(huán)萜烷、高四環(huán)萜烷的特征;Es1烴源巖生物標(biāo)志物特征表現(xiàn)為中等4-甲基甾烷、高伽馬蠟烷的特征;Es3烴源巖生物標(biāo)志物特征表現(xiàn)為中等到高的4-甲基甾烷、低伽馬蠟烷的特征 (圖1)。

圖1 渤中凹陷烴源巖飽和烴質(zhì)量色譜

對(duì)南堡凹陷而言,其原油從生物標(biāo)志物特征上看主要為Ed3和Es3烴源巖貢獻(xiàn)[7]。同時(shí),從NB35-1井來(lái)看,南堡凹陷Es1生物標(biāo)志物特征主要表現(xiàn)為低4-甲基甾烷、中等伽馬蠟烷(圖2)。

3 原油地球化學(xué)特征

3.1 原油物性特征

南堡35-2油田按原油物性分類(lèi)被定為為稠油(表1)。其中以A區(qū)1000mPa·s為界分為南、北2區(qū),南部黏度因斷層復(fù)雜分布范圍從100～1000mPa·s,北部黏度基本在1000～2000mPa·s之間,最高不超過(guò)2500mPa·s;B區(qū)以2000mPa·s為界分為南、北2區(qū),南部黏度最低至1500mPa·s以下,北部基本在2000～3000mPa·s之間,最高可達(dá)3260m Pa·s。A、B區(qū)原油整體凝固點(diǎn)低,蠟含量不高,硫含量較高。

圖2 南堡凹陷烴源巖、原油飽和烴質(zhì)量色譜

表1 南堡凹陷原油物性參數(shù)

從A、B區(qū)原油飽和烴色譜來(lái)看,基線拱起,輕組分損失,明顯遭受生物降解,降解等級(jí)約為5級(jí),為南堡35-2油田形成稠油的原因[8～10]。其中,A區(qū)原油表現(xiàn)出明顯的二次充注(色譜雙峰,A4井),且降解程度低于B區(qū)(基線上拱弱,A5井),為A區(qū)黏度、凝固點(diǎn)、硫含量均低于B區(qū)的主要原因(圖3)。

圖3 南堡35-2油田原油飽和烴質(zhì)量色譜

3.2 原油族組分特征

原油族組分中非烴、瀝青質(zhì)含量較高,主要由2種原因造成:一是原油成熟度較低,飽和烴含量本身較低;二是原油遭受了生物降解作用,飽和烴含量減少?gòu)亩斐煞菬N和瀝青質(zhì)含量升高[6]。

油田A、B區(qū)族組分含量整體較為接近,其中B區(qū)非烴和瀝青質(zhì)含量整體略高于A區(qū),這與A區(qū)降解程度低于B區(qū)或有二次充注有關(guān) (表2)。

3.3 原油碳同位素特征

碳同位素也是區(qū)分源巖的重要指標(biāo)之一。原油繼承了母源有機(jī)質(zhì)的碳同位素特征,在生烴、運(yùn)移過(guò)程中發(fā)生分餾而與母源略有差異。一般而言,如果原油成熟度接近或者一致,其碳同位素差值達(dá)到或超過(guò)2‰～3‰,則認(rèn)為兩者不同源[11]。生物降解的全油碳同位素變化不明顯,或原油的碳同位素變化較小[12],對(duì)于降解程度不太高的原油其差異性可以忽略不計(jì)。

南堡35-2油田降解程度相對(duì)較低,全油碳同位素受影響不大,基本集中在-26.6‰左右(表3),差異小于2‰,推測(cè)可能來(lái)自同一有機(jī)相烴源,與渤中凹陷Es3烴源巖同位素特征基本一致。

3.4 原油生物標(biāo)志物特征

從成熟度參數(shù)Ts/(Ts+ Tm)、C29甾烷S/(S+R)、C29甾烷ββ/(αα+ββ)來(lái)看,A、B區(qū)原油基本一致,其中A區(qū)原油略大于 B區(qū)。通常,C29甾烷S/(S+R)小于0.2時(shí)為未熟油, 0.2～0.4為低熟油,大于0.4時(shí)為成熟油。A、B區(qū)原油C29甾烷S/(S+R)基本在0.37～0.41之間,屬低熟油范圍,但結(jié)合全油碳同位素,解釋成為低熟的Es1烴源巖生成的原油少量混入了成熟的Es3烴源巖生成的原油,產(chǎn)生了“墨水效應(yīng)”所致較為合理(表4)。

表2 南堡35-2油田原油族組分

表3 南堡35-2油田原油碳同位素

表4 南堡35-2油田原油萜烷、甾烷參數(shù)

A、B區(qū)原油甾烷、萜烷生物標(biāo)志物參數(shù)基本一致,主要表現(xiàn)為高伽馬蠟烷、較高4-甲基甾烷、低C19三環(huán)萜烷、低C24四環(huán)萜烷。結(jié)合碳同位素特征可知,其具有典型的Es1和Es3混源貢獻(xiàn)特征,且A、B區(qū)供烴源巖為同一有機(jī)相源巖 (表4)。

4 油源對(duì)比分析

含氮化合物分布在石油運(yùn)移研究中的應(yīng)用是近年來(lái)的一項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性工作。隨著運(yùn)移距離的增加,原油和巖石抽提物中該類(lèi)極性化合物的含量不斷減小。通過(guò)分餾作用,形成運(yùn)移后石油和巖石抽提物中極性雜換化合物的特殊分布形式 (地質(zhì)色層效應(yīng))。咔唑類(lèi)是中性的吡咯含氮化合物,也是目前研究得最多的一類(lèi)含氮化合物。

烷基咔唑和苯并咔唑的同分異構(gòu)體通常被用來(lái)示蹤油氣的運(yùn)移。石油經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離運(yùn)移,分餾效應(yīng)就會(huì)比較明顯,這種該種效應(yīng)被解釋為屏蔽作用。咔唑類(lèi)化合物應(yīng)用與油氣運(yùn)移主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:①隨著運(yùn)移距離的增加,原油中含氮化合物的絕對(duì)含量逐漸降低;②對(duì)于咔唑類(lèi)化合物分子,隨著運(yùn)移距離的增加,屏蔽型異構(gòu)體相對(duì)富集,裸露型異構(gòu)體相對(duì)減少,其常用指標(biāo)包括1,8-二甲基咔唑/2,7-二甲基咔唑(1,8-/2,7-DMC)、屏蔽型咔唑/裸露型咔唑等;③苯并咔唑[a]/ [a]+[c]隨著運(yùn)移距離加大逐漸變小[13～15]。

含氮化合物指示運(yùn)移方向的應(yīng)用前提是適當(dāng)小范圍內(nèi)來(lái)自同一油源的多口鉆井,原油未遭受?chē)?yán)重的生物降解,油藏形成的時(shí)期不能過(guò)早。南堡35-2油田基本滿足條件,在剔除了受降解影響大而不可用油樣后,從含氮化合物(表5)分析可以看出,南堡35-2油田的運(yùn)移方向基本是從南向北。

表5 南堡35-2油田原油含氮化合物參數(shù)

5 結(jié)論

1)南堡35-2油田原油主要為稠油,A區(qū)原油降解程度低或經(jīng)過(guò)二次充注改造,相對(duì)較輕,但變化范圍也較大,B區(qū)相對(duì)較重。

2)研究區(qū)原油主要為沙河街組三段烴源巖貢獻(xiàn),并混有一定量的沙河街組一段烴源巖貢獻(xiàn),主要來(lái)自于油田以南的渤中凹陷。

3)對(duì)于多凹陷多層位供烴的油源對(duì)比而言,在確認(rèn)相同成熟度、有機(jī)相烴源巖供烴的基礎(chǔ)上,可以利用含氮化合物的地質(zhì)色層效應(yīng)進(jìn)行運(yùn)移方向的判識(shí)。

[1]黃穎輝,劉東,張風(fēng)義.南堡35-2南區(qū)特稠油油田弱凝膠提高采收率探討[J].石油地質(zhì)與工程,2012,26(2):122～124.

[2]楊玉卿,田洪,孟杰,等,渤海灣中部南堡35-2地區(qū)新第三系河流沉積及油氣勘探意義[J].古地理學(xué)報(bào),2001,4(3):77～84.

[3]李素梅,姜振學(xué),董月霞,等.渤海灣盆地南堡凹陷原油成因類(lèi)型及其分布規(guī)律[J].現(xiàn)代地質(zhì),2008,22(5):817～823.

[4]萬(wàn)中華,李素梅.渤海灣盆地南堡油田原油特征與油源分析[J].現(xiàn)代地質(zhì),2011,25(3):599～607.

[5]包建平,張功成,朱俊章,等.渤中凹陷原油生物標(biāo)志物特征與成因類(lèi)型劃分[J].中國(guó)海上油氣(地質(zhì)),2002,16(1):11～18.

[6]楊永才,李友川.渤海灣盆地渤中凹陷烴源巖地球化學(xué)與分布特征[J].礦物巖石,2012,32(4):65～72.

[7]剛文哲,于聰,高崗.渤海灣盆地南堡凹陷灘海地區(qū)原油來(lái)源及勘探潛力分析[J].石油天然氣學(xué)報(bào)(江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)),2011, 33(11):1～7.

[8]Peters K E,Moldowan J M.Effects of source,thermal maturity,and biodegradation on the distribution and isomerization of homohopanes in petroleum[J].Organic Geochemistry,1991,17(1):47～61.

[9]彼得斯,莫爾多萬(wàn).生物標(biāo)記化合物指南——古代沉積物和石油中分子化石的解釋 [M].姜乃煌,等譯.北京:石油工業(yè)出版社, 1995.

[10]郭永華,周心懷,李建平,等.渤海海域新近系稠油油藏原油特征及形成機(jī)制[J].石油與天然氣地質(zhì),2010,31(3):375～380.

[11]Peters K E,Moldowan J M.The biomarker guide:interpreting molecular fossils in petroleum and ancient sediments[M].New Jersey:Prentice Hall,Englewood Cliffs,1993.

[12]剛文哲,林壬子.應(yīng)用油氣地球化學(xué)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2011.

[13]李素梅,王鐵冠.原油中吡咯類(lèi)化合物的分布特征及其地球化學(xué)意義[J].沉積學(xué)報(bào),1999,12(2):312～317.

[14]Li M,Larer S R,Stoddart D,et al.Fractionation of pyrrolic nitrogen compounds in petroleum during migration-Derivation of migration related geochemical parameters[A].Cubitt J M,England W A.The Geochemistry of Reservoirs[C].London:Geological Society Special Publication,1995.

[15]李素梅,劉洛夫.生物標(biāo)志化合物和含氮化合物作為油氣運(yùn)移指標(biāo)有效性的對(duì)比研究[J].石油勘探與開(kāi)發(fā),2000,27(4):95～98.

[編輯] 鄧?yán)?/p>

TE121.1

A

1000-9752(2014)12-0033-05

2014-09-02

國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)(2011ZX05023-006-002)。

王飛龍(1981-),男,2003年大學(xué)畢業(yè),碩士,工程師,現(xiàn)主要從事有機(jī)地球化學(xué)及油氣成藏方面的工作。