馬 鵬，孫菲菲，李 林，王 權(quán)，王 靜

（1.中國石油新疆油田分公司，新疆克拉瑪依834000；2.中國石油華北油田分公司，河北任丘062552）

渤海灣盆地6000m深油氣成因及勘探潛力

馬 鵬*1，孫菲菲2，李 林1，王 權(quán)2，王 靜2

（1.中國石油新疆油田分公司，新疆克拉瑪依834000；2.中國石油華北油田分公司，河北任丘062552）

渤海灣盆地霸縣凹陷牛東1井在6000m深度的潛山發(fā)現(xiàn)了高產(chǎn)輕質(zhì)油和天然氣，井底溫度達到201℃，油氣當(dāng)量超過1000t/d，揭示了深層油氣勘探潛力巨大。但是對于該油氣成因存在不同的認(rèn)識，有人認(rèn)為是潛山油藏在新近紀(jì)快速埋藏過程中原油受到高溫而裂解形成輕質(zhì)油和天然氣，有人認(rèn)為是深層高成熟烴源巖生成的輕質(zhì)油和天然氣再充注成藏的。分別采取與牛東1井油氣相關(guān)的成熟度較低的烴源巖樣品和原油樣品，進行生烴熱模擬實驗，得到了不同成熟度的油氣產(chǎn)物，并且通過分析對比原油和天然氣中共同存在的8個輕烴地球化學(xué)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)霸縣凹陷深層油氣是源自高成熟烴源巖，不是潛山內(nèi)原油裂解形成的。在成因研究的基礎(chǔ)上對深層的勘探前景進行預(yù)測。

霸縣凹陷；油氣成因；烴源巖熱解氣；原油裂解氣

霸縣凹陷經(jīng)過幾十年勘探，發(fā)現(xiàn)的60%油氣儲量主要分布在埋藏深度小于3000m的第三系儲層中[1]。在凹陷東北的蘇橋-文安地區(qū)4000m以下的石炭—二疊系發(fā)現(xiàn)一些油氣藏（圖1），其油氣源已經(jīng)被確認(rèn)為石炭二疊煤系烴源巖[2]。該烴源巖分布范圍如圖1所示，在新近紀(jì)埋藏到3500m以下時發(fā)生了再次生烴[3]，并且生成的烴類為高成熟輕質(zhì)油和天然氣，這些油氣可以單獨充注成藏，也可以與沙河街組烴源巖生成的油氣混合充注成藏[4]。由此可見，蘇橋—文安地區(qū)石炭—二疊系油氣的分布受煤系烴源巖分布及其二次生烴控制，其油氣成因問題基本解決，本文不再進行討論。

2011年在6000m深的前寒武（霧迷山組）潛山發(fā)現(xiàn)高產(chǎn)油氣藏（牛東1井5671～6027m的前寒武系潛山儲層試油，獲得日產(chǎn)輕質(zhì)油642.9m3、天然氣56×104m3），這是渤海灣盆地目前發(fā)現(xiàn)的深度最大、儲層溫度最高的（201℃）油氣藏。除此之外，先前兩年完鉆的興隆1井和文安1井在沙四段發(fā)現(xiàn)巖性油氣藏、文古3井發(fā)現(xiàn)了寒武系府君山組潛山內(nèi)幕油藏（圖1），揭示了霸縣凹陷深層高溫條件下具有良好的油氣形成和勘探潛力。但是，深層油氣成因問題已成為盆地進一步勘探的主要問題。

1 成因問題的提出

前人已經(jīng)證實霸縣凹陷深層油氣主要源自沙四段烴源巖[5]，為什么還要開展油氣成因研究呢？因為沙四段烴源巖大約在沙一段沉積期開始生成成熟度較低的油氣，那么與沙四段接觸的潛山及沙四段內(nèi)部的圈閉在同期可能就得到油氣充注而成藏；明化鎮(zhèn)組沉積期沙四段烴源巖大部分進入高成熟階段，生成的輕質(zhì)油和天然氣會再次充注已有的油氣藏。這樣就是說，霸縣凹陷深層油氣有2種成因：（1）早期形成的油藏（即“古油藏”）在新近紀(jì)深埋期受到高溫（如牛東1井油藏溫度達到201℃）裂解形成的輕質(zhì)油和天然氣[6-7]；（2）新近紀(jì)以來高成熟的沙四段烴源巖生成的輕質(zhì)油和天然氣充注形成的油氣藏[8-9]。這兩種成因會帶來兩種不同的勘探思路[10-13]：按照前一種成因，就應(yīng)當(dāng)先找“古油藏”，考察有沒有裂解氣形成和保存條件，再考慮勘探部署；按照第二種成因，只要尋找沙四段烴源巖能夠充注油氣的圈閉就行。顯而易見，第一種成因的油氣資源潛力較小，因為“古油藏”的數(shù)量可能有限；第二種成因的油氣資源潛力相當(dāng)大。因此需要開展深層油氣成因的研究。

2 油氣成因研究方法

采集霸縣凹陷成熟度較低的沙四段烴源巖和已經(jīng)證實源自沙四段烴源巖的低成熟原油（表1），利用生烴模擬裝置進行高溫高壓條件下油氣生成模擬實驗，分別分析烴源巖和原油在高成熟條件下降解的油氣組成和性質(zhì)，分析對比原油和天然氣中共同存在的8個輕烴地球化學(xué)參數(shù)，判別牛東1井油氣是烴源巖高溫?zé)峤獬梢颍€是原油高溫裂解成因。

圖1 霸縣凹陷深層油氣分布圖

2.1 實驗裝置和流程

表1 樣品基本數(shù)據(jù)

實驗裝置主要由兩部分組成：高溫高壓熱模擬系統(tǒng)和色譜分析系統(tǒng)。高溫高壓熱模擬系統(tǒng)由8個高壓釜、1個高溫加熱爐、1套加壓系統(tǒng)、1套真空系統(tǒng)和1套氣體收集系統(tǒng)組成[14-16]。溫控系統(tǒng)設(shè)計了恒溫和程序升溫2種升溫模式，升溫速率有5℃/h、10℃/h、20℃/h、40℃/h、60℃/h、80℃/h和180℃/h，連續(xù)工作實際溫度漂移≤±5℃。最高溫度可達800℃，可承受的最大壓力為100MPa。色譜分析系統(tǒng)包括兩臺色譜儀：（1）天然氣組分分析：柱系統(tǒng)為HP-PLOT Al2O3柱（?0.53mm× 50m）、PORAPAK Q柱（?3.175mm×1.83m）和碳分子篩柱（?3.175mm×1.525m），采用雙閥切換系統(tǒng)，可以分析出C1-C8的烴類和CO2氣體。（2）原油分析：色譜柱為HP-5毛細柱（30m×320um×0.25mm），能分析出C10-C40之間的組分。另外，實驗裝置還包括AS系列超聲波抽提裝置、族組分分離裝置、LA310S型電子分析天平（精度1/1000）、ⅠKA A11basic分析用研磨機等。具體實驗流程如下：

取烴源巖樣品粉碎至80目，采用精度為1/1000的分析天平準(zhǔn)確稱量10～50g后裝入高壓釜。待連接好管線后反復(fù)抽真空，并用氮氣置換后抽真空，保證排凈釜內(nèi)空氣后充入0.1MPa氮氣（以保證取氣時釜內(nèi)外壓力平衡及消除釜內(nèi)的死體積，使得取氣量準(zhǔn)確），關(guān)閉好高壓釜閥門。先以180℃的升溫速率全功率加熱至200℃以后，以40℃/h開始程序升溫。每組實驗的設(shè)定溫度點分別為Ro=1.5%的520℃、Ro=1.8%的560℃、Ro=2.1%的600℃、Ro=2.5%的630℃。到達設(shè)定溫度點后恒溫1h，然后取出高壓釜。待釜冷卻至室溫，采用排飽和食鹽水法取氣，并計量氣體量。取完氣體后，及時采用氣相色譜儀對模擬氣體進行氣體組分分析，以防止苯和CO2等組分大量溶于水。對殘渣樣品進行超聲抽提定量液態(tài)產(chǎn)物，進行族組分分離后，使用HP-5890A型色譜分析儀進行飽和烴色譜分析。原油裂解模擬實驗的方案與烴源巖熱解相似，最后收集生成的氣體，并同樣需要進行飽和烴氣相色譜分析。最后對牛東1井的油樣進行飽和烴色譜分析。

2.2 實驗結(jié)果分析

牛東1井井口分離器油樣含有較多的低碳數(shù)烴類（nC10以前）及輕烴組分，主峰碳為nC8，油質(zhì)較輕；實驗室油樣含有較多的高碳數(shù)烴類，低碳數(shù)烴類及輕烴組分相對少一些，主峰碳為nC11,油質(zhì)相對重一些，但是2次樣品的輕烴分布具有相似特征，顯示原油具有相似性。原油正、異構(gòu)烷烴分布峰型呈前峰型，Pr/Ph為1.31，Pr/nC17和Ph/nC18相對較小，分別為0.10和0.07，一方面顯示原油具有較高的成熟度，另一方面顯示源巖的沉積環(huán)境水體咸度不大，原油當(dāng)中長鏈烷烴（C20以前）明顯少于短鏈烷烴（圖2）。

圖2 牛東1井全油色譜分析

研究證實烴源巖熱解氣和原油裂解氣的輕烴組成存在較為明顯的差別[17]。因此選擇氣態(tài)烴和輕質(zhì)油中輕烴組分具有地球化學(xué)成因意義的正構(gòu)烷烴、環(huán)烷烴及芳烴組成參數(shù)，如CC5、nC6、nC5、MCC5、CC6、MCC5、MCC6、nC7、甲苯、苯、DMCC5，具體化合物名稱見表2，實驗研究發(fā)現(xiàn)，烴源巖熱解氣的（CC5、nC5、MCC5、MCC6、苯、DMCC5）低于原油裂解氣，而它們的nC6、MCC5、MCC5、nC7、甲苯參數(shù)差別較?。ū?）。牛東1井的輕烴參數(shù)跟烴源巖熱解氣比較接近。

表2 牛東1井原油中不同化合物簡式說明表

2.3 牛東1井油氣為沙四段高成熟烴源巖熱解氣

通過熱模擬實驗結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，烴源巖熱解氣和原油裂解氣在輕烴產(chǎn)率上存在差異。為了得到更明顯的鑒別標(biāo)志，選用ln（CC5/nC6）、ln（CC5/nC5）、甲苯/苯、（MCC5+CC6）/nC6、CC6/nC5、（CC5+MCC5+CC6）/（nC5+ nC6）、DMCC5/CC5、（MCC5+CC6+MCC6）/（nC6+nC7）等8個參數(shù)，用這些參數(shù)作了4個散點圖，發(fā)現(xiàn)原油裂解產(chǎn)物與烴源巖熱解產(chǎn)物在4個圖上具有明顯的分區(qū)現(xiàn)象（圖3），說明在高成熟條件下，原油裂解氣和烴源巖熱解氣是可以鑒別的。

表3 熱模擬實驗產(chǎn)率數(shù)據(jù)分析表（單位：mL/g TOC）

圖3 烴源巖熱解和原油裂解產(chǎn)物輕烴參數(shù)的差異性

將前人研究證實的烴源巖熱解成因的和原油裂解成因的相應(yīng)數(shù)據(jù)（塔里木盆地輪南地區(qū)、滿東—英吉蘇地區(qū)[18]、東營凹陷民豐地區(qū)[19-20]投到該圖上，發(fā)現(xiàn)所得結(jié)果與前人研究成果相當(dāng)吻合（圖4），表明本文模擬實驗及圖3是正確的。將牛東1井的原油輕烴和天然氣相應(yīng)數(shù)據(jù)投到圖4上，發(fā)現(xiàn)牛東1井的數(shù)據(jù)點落在烴源巖熱解氣的區(qū)域內(nèi)，說明該油氣是烴源巖熱解成因的。

牛東1井天然氣的特征明顯位于烴源巖熱解氣的區(qū)域內(nèi)，因此認(rèn)為，牛東1井油氣為沙四段烴源巖熱解成因。

3 深層勘探潛力

沙四段烴源巖構(gòu)成了深層主力油氣源，利用BASⅠMS盆地模擬系統(tǒng)對其進行生烴潛力評價，估算出沙四段生油量為33.35×108t、生氣量為3.66×1012m3。目前，深層勘探程度很低，只有牛東1井、文安1井和文古3井發(fā)現(xiàn)工業(yè)油氣流，由此可見霸縣深層勘探潛力很大[21]。

霸縣凹陷陡坡帶發(fā)育牛東、興隆1東、岔89等霧迷山組潛山，緩坡帶發(fā)育下古生界及前寒武潛山，凹陷北部二臺階潛山，它們均可能成為沙四段烴源巖的充注對象。此外，沙河街組以及下伏孔店組構(gòu)造—巖性圈閉也重要的成藏對象。加強深層的地震等勘探部署，有望取得更大的突破。

4 結(jié)論

（1）通過烴源巖和原油生烴熱模擬實驗證實牛東1潛山油氣是沙四段高成熟烴源巖熱解成因，否認(rèn)了油氣是早期油藏裂解形成的。

圖4 烴源巖熱解氣和原油裂解氣的鑒別及其應(yīng)用

（2）沙四段烴源巖厚度大、有機質(zhì)類型較好，熱演化程度高，生成輕質(zhì)油和天然氣的潛力很大，但目前勘探程度低。加強深層地震勘探，有望取得更大突破。

[1]牛嘉玉，王明明，祝永軍，等.渤海灣盆地深層石油地質(zhì)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2002：229-231.

[2]蘇立萍，羅平，鄒偉宏，等.冀中坳陷斜坡帶奧陶系潛山油氣成藏條件分析[J].大地構(gòu)造與成礦學(xué)，2003，27（2）：191-196.

[3]趙賢正，金強，梁宏斌，等.冀中坳陷北部天然氣成因類型與勘探前景[J].特種油氣藏，2010，17（4）：1-5.

[4]趙賢正，李寶剛，盧學(xué)軍，等.霸縣凹陷文安斜坡油氣富集規(guī)律及主控因素[J].斷塊油氣田，2011，18（6）：730-734.

[5] 趙賢正，盧學(xué)軍，王權(quán)，等.富油凹陷的二次勘探[J].中國石油勘探，2010,15（2）：1-7.

[6] Pusey W C.How to Evaluate Potential Gas and Oil Source Rocks.World Oil 176,1973:71-75.

[7] Schenk H J,Primio R Di,Horsfield B.The Conversion of Oil into Gas in Petroleum Reservoirs.Part1:Comparative Kinetic Investigation of Gas Generation from Crude Oils of Lacustrine, Marine and Fluviodeltaic Origin by Programmed-temperature Closed-system Pyrolysis,Organic Geochemistry,1997,26: 467-481.

[8] Tsuzuki N N,Takeda M,Suzuki K,Yokoi.The Kinetic Modeling of Oil Cracking by Hydrothermal Pyrolysis Experiments,International Journal of Coal Geology,1999,39:227-250.

[9] Hunt J M.Petroleum Geochemistry and Geology.San Francisco:W H Freeman 1979.

[10] Price,L.C.Thermal Stability of Hydrocarbons in Nature:Limits,Evidence,Characteristics,and Possible Controls.Geochemica Cosmochemica Acta,1993,57:3261-3280.

[11]趙孟軍，曾凡剛，秦勝飛，等.塔里木盆地發(fā)現(xiàn)和證實兩種裂解氣[J].天然氣工業(yè)，2001，21（1）:35-39.

[12]趙孟軍，盧雙舫.原油二次裂解氣-天然氣重要的生成途徑[J].地質(zhì)評論，2000,46（11）:646-650.

[13]趙孟軍，張水昌，廖志勤.原油裂解氣在天然氣勘探中的意義[J].石油勘探開發(fā)，2001,28（4）:47-56.

[14] 沈忠民，王鵬，劉四兵，等.川西凹陷中段須家河組天然氣碳同位素特征[J].天然氣地球科學(xué)，2011，22（5）：834-838.

[15] 戴金星.各類烷烴氣的鑒別[J].中國科學(xué)，1992（2）：185-193.

[16]王娟，金強，馬國政，等.東營凹陷鹽湖相天然氣生成的熱模擬試驗[J].地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報，2009，31（1）：65-68.

[17] 胡國藝，肖中堯，羅霞，等.兩種裂解氣中輕烴組成差異性及其應(yīng)用[J].天然氣工業(yè)，2005，25（9）：23-25.

[18] 王秀紅，金強，胡曉慶，等.加水與不加水熱模擬實驗條件下煤生烴特征對比[J].斷塊油氣田，2007，14（4）：31-33.

[19]王秀紅，金強，胡曉慶，等.東營凹陷民豐地區(qū)天然氣生成機理與化學(xué)動力學(xué)研究[J].沉積學(xué)報，2008，26（3）：525-529.

[20]宋國奇，金強，王力，等.東營凹陷深層沙河街組天然氣生成動力學(xué)研究[J].石油學(xué)報，2009，30（5）：372-376.

[21] 李欣，鄭署泓，彭寧，等.冀中霸縣凹陷古近系深層油氣資源潛力研究[J].石油實驗地質(zhì)，2008，30（6）：600-605.

TE132

A

1004-5716（2015）04-0030-05

2014-04-05

2014-04-22

馬鵬（1986-），男（回族），甘肅定西人，助理工程師，現(xiàn)從事油氣勘探方面的研究工作。