唐友軍,張坤(非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心;油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 (長(zhǎng)江大學(xué))) (長(zhǎng)江大學(xué)地球環(huán)境與水資源學(xué)院,湖北武漢430100)

胡森清,王輝 (中海石油(中國(guó))有限公司上海分公司勘探部,上海200030)

文影 (長(zhǎng)江大學(xué)地球環(huán)境與水資源學(xué)院,湖北武漢430100)

西湖凹陷平湖斜坡帶原油輕烴地球化學(xué)特征

唐友軍,張坤(非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心;油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 (長(zhǎng)江大學(xué))) (長(zhǎng)江大學(xué)地球環(huán)境與水資源學(xué)院,湖北武漢430100)

胡森清,王輝 (中海石油(中國(guó))有限公司上海分公司勘探部,上海200030)

文影 (長(zhǎng)江大學(xué)地球環(huán)境與水資源學(xué)院,湖北武漢430100)

通過(guò)對(duì)西湖凹陷平湖斜坡帶的12個(gè)原油樣品中輕烴分布及組成特征進(jìn)行分析,結(jié)果表明:原油的輕烴餾分組成中甲苯、甲基環(huán)己烷指數(shù)高,石蠟指數(shù)低;原油發(fā)生蒸發(fā)分餾作用其程度大體相當(dāng)于Thompson的5～7次充注觀察值;C7化合物組成特征和甲基環(huán)己烷指數(shù)均指示原油母質(zhì)來(lái)源于腐殖型有機(jī)質(zhì);Mango輕烴參數(shù)K1基本符合輕烴穩(wěn)定態(tài)催化動(dòng)力學(xué)輕烴成因模式;輕烴組分中的庚烷和異庚烷指數(shù)因蒸發(fā)分餾作用而出現(xiàn)成熟度偏低的假象,原油形成溫度在124～131℃之間。

平湖斜坡帶;原油;輕烴參數(shù);地球化學(xué)

輕烴是原油的重要組成部分,一般的石油大約由30%的輕烴組成,在輕質(zhì)油、凝析油中輕烴化合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)占據(jù)更大比重。目前,分析應(yīng)用于油氣勘探研究的主要是C1～C7化合物,由于不同結(jié)構(gòu)的輕烴 (如正構(gòu)烷烴、異構(gòu)烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴)在不同類型母質(zhì)中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)或其在演化過(guò)程中熱穩(wěn)定性的差異,使得輕烴組成 (如質(zhì)量分?jǐn)?shù)、比值、三單元組成等)可以用于對(duì)油氣母質(zhì)來(lái)源、成因類型、成熟度、原油蒸發(fā)分餾作用等地球化學(xué)問(wèn)題進(jìn)行判識(shí)[1～4]。

西湖凹陷位于東海陸架盆地東部凹陷的北部,是北北東向展布的狹長(zhǎng)型新生代沉積凹陷,面積約為4.6×104km2,是東海海域油氣勘探的重點(diǎn)區(qū)域。該凹陷形成于晚白堊世,經(jīng)歷了斷陷-拗陷-區(qū)域沉降3個(gè)演化階段,沉積了巨厚的新生界碎屑巖系[5]。平湖斜坡帶位于西湖凹陷西斜坡中部,已發(fā)現(xiàn)了武云亭、寶云亭、平湖等多個(gè)含油氣構(gòu)造,以輕質(zhì)油或凝析油為主。

筆者分析研究了西湖凹陷平湖斜坡帶所產(chǎn)原油樣品的輕烴化合物特征,結(jié)合前人研究成果,探討了該區(qū)原油的來(lái)源、成因及成熟度等方面的信息。

1 樣品與試驗(yàn)

圖1 平湖斜坡帶構(gòu)造區(qū)劃及采樣點(diǎn)分布圖

原油樣品采自西湖凹陷平湖斜坡帶平湖組(E2p)及花港組下段(E3hL)地層,共計(jì)12件,采樣井位分布如圖1所示。

輕烴色譜試驗(yàn)使用的是Agilent6890N GC型色譜儀,對(duì)原油進(jìn)行全烴餾分的分析。檢測(cè)條件:色譜柱為HP-PONA(50m×0.25mm× 0.5μm),氫火焰檢測(cè)器溫度為280℃。升溫程序:初溫35℃,恒溫10min;以0.5℃/min速率升溫至60℃;再以2.0℃/min升至200℃;后以升溫速率4℃/min升至280℃;載氣為氮?dú)?柱流速為1.0m L/min,分流比100∶1。

2 結(jié)果與討論

2.1 原油輕烴分布特征

研究中共檢測(cè)了平湖斜坡帶12個(gè)原油樣品的輕烴地球化學(xué)特征,其中有1個(gè)樣品因輕質(zhì)餾分損失未能檢測(cè)到輕烴。圖2是典型原油樣品的輕烴化合物分布圖,由圖可見(jiàn),原油整體呈現(xiàn)甲苯 (TOL)、甲基環(huán)已烷(MCyC6)豐度高,但不同井之間的TOL、MCyC6豐度有所差別。從原油所產(chǎn)層位來(lái)看具有明顯的差異,E3hL的2個(gè)原油樣品比E2p原油樣品的TOL含量要低的多(表1)。

圖2 平湖斜坡帶原油輕烴化合物分布特征

表1 平湖斜坡帶原油輕烴參數(shù)數(shù)據(jù)表_

Thompson的IB-If圖總結(jié)了油藏中次生蝕變,Y軸為w(TOL)/w (nC7)(芳香度指數(shù),IB)X軸為w(nC7)/w(MCy C6)(石蠟指數(shù), If),蒸發(fā)分餾作用最初導(dǎo)致If減少和IB增大,隨后則導(dǎo)致IB快速增加。從圖3來(lái)看,大多數(shù)原油樣品IB高、If低,存在嚴(yán)重的蒸發(fā)分餾現(xiàn)象。參照Thompson的蒸發(fā)分餾模型,平湖斜坡帶原油的蒸發(fā)分餾程度大體相當(dāng)Thompson的5～7次充注觀察。而據(jù)原油分餾指數(shù)IF(IF=nC10/(nC10+ nC25))與IB相關(guān)圖(圖4)可以看出,研究區(qū)大部分原油發(fā)生了較強(qiáng)的蒸發(fā)分餾作用。從nC7、MCyC6和TOL的相對(duì)質(zhì)量分析,研究區(qū)原油nC7含量低,MCyC6和TOL含量高, C7化合物的分布特征 (圖5)除受到煤系有機(jī)質(zhì)一定影響外,更大程度可能是蒸發(fā)分餾作用所致。

圖3 研究區(qū)原油I B-I f圖與Thompson實(shí)驗(yàn)室模擬蒸發(fā)分餾程度圖對(duì)比

圖4 研究區(qū)原油分餾指數(shù)和與芳香度指數(shù)關(guān)系圖

圖5 平湖斜坡帶原油中C7化合物三角圖

2.2 C6、C7輕烴組成特征

原油中C6、C7輕烴餾分中不同組分的生物母質(zhì)來(lái)源不同,可以通過(guò)其相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)來(lái)識(shí)別原油的母質(zhì)來(lái)源。根據(jù)以nC6、CyC6、MCyC5為頂點(diǎn)繪制的C6輕烴化合物三角圖 (圖6(a))可知,平湖斜坡帶原油樣品落入了腐泥型和腐殖型附近區(qū)域,樣品點(diǎn)較分散。而利用C7輕烴化合物中的MCYC6、DMCYC5、nC7為頂點(diǎn)編制的三角圖版(圖6(b))可以看出,平湖斜坡帶原油主要分布在煤型氣區(qū),樣品點(diǎn)相對(duì)集中,反映其原油主要來(lái)源于腐殖型母質(zhì),與IMCyC6判別結(jié)果一致。綜上認(rèn)為,原油蒸發(fā)分餾作用對(duì)C6化合物的影響可能較大,對(duì)C7化合物的影響相對(duì)較小。

圖6 原油輕烴化合物組成特征

2.3 異庚烷指數(shù)和正庚烷指數(shù)

Thompson提出正庚烷指數(shù)(IH)和異庚烷指數(shù)(II)用來(lái)區(qū)分原油的成熟度,一般隨著油氣成熟度的增加IH和II會(huì)相應(yīng)的增加。程克明等[8]在Thompson研究的基礎(chǔ)上把原油成熟度劃分為4個(gè)不同級(jí)別,即低成熟、成熟、高成熟以及過(guò)成熟。研究區(qū)原油的II小于1, IH主要在0.1～0.2之間(圖7),屬低熟-成熟階段。但據(jù)侯讀杰等研究[8]認(rèn)為西湖凹陷原油IH和II跨度很大,從低成熟到過(guò)成熟均有分布,可能與實(shí)際情況不符。事實(shí)上,原油遭受了氣洗作用,這些輕的化合物含量已發(fā)生較大改變,難以正確識(shí)別原油的成熟度。蘇奧等[9]對(duì)西湖凹陷E2p、E3h的20多個(gè)凝析油樣品進(jìn)行研究認(rèn)為,運(yùn)用IH和II判別其成熟度需要考慮原油經(jīng)歷過(guò)的次生作用 (即前文提到的原油存在 “蒸發(fā)分餾”作用),需對(duì)其進(jìn)行一定的修正。王培榮等[10]對(duì)我國(guó)幾個(gè)典型具有 “蒸發(fā)分餾”現(xiàn)象的油氣藏中IH和II進(jìn)行了分析,認(rèn)為原油因蒸發(fā)分餾作用的影響,殘余油中的正、異構(gòu)烷烴都會(huì)下降,其下降程度隨分餾效應(yīng)的強(qiáng)弱不同而有所差異,原油會(huì)出現(xiàn) “較輕”組分成熟度不高的假象。

圖7 平湖斜坡帶原油I H和I I關(guān)系圖

筆者通過(guò)平湖斜坡帶12原油樣品的IH和II的關(guān)系圖劃分原油的成熟度,指示原油主體為低熟-成熟原油。但是考慮到蒸發(fā)分餾的作用可能導(dǎo)致二者發(fā)生變化,無(wú)法準(zhǔn)確地判別原油的成熟度。

2.4 Mango輕烴參數(shù)K1和K2變化

Mango通過(guò)對(duì)世界各地大量不同類型原油樣品的分析,為表征4種C7烷烴異構(gòu)體絕對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系,定義了一項(xiàng)參數(shù)K1,并且該值一般近似為恒定常數(shù)1;隨后又定義了K2。

式中:2-MH為2-甲基己烷;2,3-DMP為2,3-二甲基戊烷;3-MH為3-甲基己烷;2,4-DMP為2,4-二甲基戊烷; P2為2-MH+3-MH;P3為3-乙基戊烷+3,3-二甲基戊烷+2,3-二甲基戊烷+2,4-二甲基戊烷+2,2-二甲基戊烷+2,2,3-三甲基丁烷;N2為1,1-二甲基環(huán)戊烷+1,3-二甲基環(huán)戊烷(順,反);w表示化合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

據(jù)上述公式計(jì)算,所分析的原油樣品K1變化范圍為1.14～1.38(圖8,表1),平均為1.21,基本符合Mango提出的K1相對(duì)穩(wěn)定的觀點(diǎn)。K1總體略有偏高,該現(xiàn)象說(shuō)明平湖斜坡帶油藏當(dāng)時(shí)的形成可能與烴源巖的沉積介質(zhì)條件有關(guān)。已有研究表明[11], K1在不同類型原油中有所不同,咸水湖相原油通常較高(如柴達(dá)木盆地西部古近系原油K1大多高于1.2)。

計(jì)算得到的原油樣品K2為0.12～0.24,平均為0.16。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道[12]海相原油K2一般較低,小于0.28,均值在0.20～0.23之間。陸相原油K2較大,一般大于0.30,其均值在0.35左右。筆者認(rèn)為這種異常低的K2可能也指示另外一種陸相原油有機(jī)質(zhì)來(lái)源或是由于次生作用導(dǎo)致化合物含量發(fā)生較大變化。

2.5 原油的生成溫度

原油從烴源巖排出,然后運(yùn)移至儲(chǔ)層的埋藏深度稱為原油生成深度,其對(duì)應(yīng)的地溫稱為原油生成溫度[13]。根據(jù)Mango[14,15]推導(dǎo)的計(jì)算原油最大生成溫度(tmax)的函數(shù)關(guān)系式,tmax(℃)=140+15ln w(2,4-/2,3-DMP),所分析的平湖斜坡帶12個(gè)原油樣品的tmax變化范圍為124～131℃(圖9)。

圖8 平湖斜坡帶原油K 1柱狀圖

圖9 平湖斜坡帶原油最大生成溫度柱狀圖

利用輕烴溫度參數(shù)計(jì)算得到的原油最大生成溫度,在一定情況下可以為定量研究原油成熟度提供參考[16]。筆者根據(jù)相應(yīng)公式利用tmax折算出相應(yīng)Ro:

平湖斜坡帶原油成熟度分布在0.79%～0.92%之間,表現(xiàn)其總體為成熟原油。與IH和II判斷的原油成熟度存在一定的差異。究其原因認(rèn)為,對(duì)于經(jīng)過(guò)次生蝕變的原油,該公式可能存在一定的局限性。

3 結(jié)論

1)平湖斜坡帶原油大多數(shù)原油芳香度高、石蠟指數(shù)低,存在嚴(yán)重的蒸發(fā)分餾現(xiàn)象;其蒸發(fā)分餾程度大體相當(dāng)Thompson的5～7次充注觀察到的值。

2)平湖斜坡帶原油甲基環(huán)己烷指數(shù)與MCy C6,DMCy C5和nC7組分分布特征具有較好的一致性,都呈現(xiàn)一種典型的煤型氣分布特征,指示油氣主要來(lái)源于腐殖型干酪根特征。

3)原油發(fā)生的次生變化對(duì)原油庚烷值和異庚烷值影響較大,難以根據(jù)兩者的函數(shù)來(lái)準(zhǔn)確判別原油的成熟度。

4)西湖凹陷平湖斜坡帶10個(gè)原油樣品的K1平均為1.21,與Mango提出的K1相對(duì)穩(wěn)定的觀點(diǎn)基本是一致的。原油生成溫度計(jì)算結(jié)果表明平湖斜坡帶原油生成溫度變化范圍為124～131℃。

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TE122.1

A

1000-9752(2014)09-0028-06

2014-05-23

國(guó)家油氣重大專項(xiàng)(2011ZX0523-001-003);非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心創(chuàng)新基金項(xiàng)目(D20131201);湖北省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(B20111301);油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題(2009005);油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目(K2013-14);有機(jī)地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目(OGL-201101)。

唐友軍(1975-),男,1996年大學(xué)畢業(yè),博士,副教授,現(xiàn)從事油氣地球化學(xué)教學(xué)與科研工作。