張向濤, 彭光榮, 朱定偉, 吳 靜, 陳兆明, 許新明, 熊萬林

(中海石油(中國(guó))有限公司 深圳分公司, 廣東 深圳 518000)

0 引 言

深海深層常規(guī)油氣、淺層天然氣水合物勘探是國(guó)民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)保障運(yùn)行的重要支撐, 除此之外,一些非常規(guī)資源也得到高度重視(王霄飛等, 2014;姜素華等, 2019)。經(jīng)過40 多年的勘探, 在珠江口盆地東部陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了多個(gè)CO2氣藏或帶CO2氣頂?shù)挠筒?雷川等, 2017; 陳紅漢等, 2017), 但這些油氣藏主要集中在珠二坳陷, 珠一坳陷中發(fā)現(xiàn)較少。2016年, 在珠一坳陷西端恩平凹陷北部潛山披覆帶發(fā)現(xiàn)的A 油田中, 鉆遇14 層27.8 m 厚的CO2氣層和若干帶CO2氣頂?shù)挠蛯印８缓珻O2的層段是該地區(qū)主要的產(chǎn)油層位, 一方面, CO2占據(jù)了大量原油儲(chǔ)集空間; 另一方面, CO2可能驅(qū)替原油, 成為原油二次運(yùn)移的動(dòng)力, 促進(jìn)原油的長(zhǎng)距離運(yùn)移。因此, 對(duì)CO2分布范圍、成因、充注期次及對(duì)油氣成藏影響的研究對(duì)于油氣勘探具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

恩平凹陷位于珠江口盆地珠一坳陷西部, 是中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司最西端的原油產(chǎn)地。恩平凹陷長(zhǎng)軸總體呈NE-SW 走向, 面積約5000 km2,海水深度為80～100 m, 其西接陽江凹陷, 東臨西江凹陷, 南、北分別被番禺低隆起和海南隆起、恩西低凸起挾持(圖1)。恩平凹陷是前古近紀(jì)開始發(fā)育的負(fù)向構(gòu)造單元, 經(jīng)歷了三個(gè)構(gòu)造演化階段: 晚白堊世-早漸新世的斷陷階段、晚漸新世-中中新世的拗陷階段及晚中新世至今的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)階段(鐘志洪等,2014)。恩平凹陷可劃分為三個(gè)次級(jí)洼陷: 恩平17 洼、恩平12 洼和恩平18 洼, 其構(gòu)造格局受控洼斷層F1、F2和F3共同控制, 三個(gè)洼陷均為北斷南超的半地塹結(jié)構(gòu)。鉆井揭示, 恩平凹陷自下而上發(fā)育始新統(tǒng)文昌組和恩平組, 漸新統(tǒng)珠海組, 中新統(tǒng)珠江組、韓江組、粵海組, 上新統(tǒng)萬山組及第四系(劉志峰等, 2017),其中, 文昌組為主力生烴層系, 珠江組和韓江組是主要的成藏層系。

按照“位置相鄰、具有成因聯(lián)系和共同發(fā)展歷史”的二級(jí)構(gòu)造帶劃分原則, 恩平凹陷可劃分為: 北部潛山披覆構(gòu)造帶、中央斷裂帶、南部斷裂帶和番禺7 斷裂帶等四個(gè)二級(jí)構(gòu)造帶。早期的油氣發(fā)現(xiàn)主要集中在南部斷裂帶, 而其他構(gòu)造帶鉆探的多口探井中均未獲得商業(yè)突破。直到2016 年, 在北部潛山披覆構(gòu)造帶發(fā)現(xiàn)了A 油田(圖1), 該油田是恩平凹陷乃至整個(gè)珠江口盆地北部斷階帶發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)油田,含油層系多, 證實(shí)了北部斷階帶良好的勘探潛力,此后陸續(xù)在A 油田以北發(fā)現(xiàn)了B、C 兩個(gè)油田(圖1)。

圖1 珠江口盆地恩平凹陷構(gòu)造單元?jiǎng)澐諪ig.1 Tectonic units of the Enping Sag, Pearl River Mouth Basin

2 CO2 分布與成因特征

A 油田CO2氣藏主要富集在1 井區(qū), A1 井鉆遇15 層共計(jì)27.8 m 厚的 CO2氣藏(圖2), A2 井鉆遇1 層1.4 m 厚的CO2氣藏?？v向上, CO2氣藏主要分布在珠江組上段, 其次是珠海組, 其他層系和其他構(gòu)造高點(diǎn)未見CO2富集。

沉積盆地中的CO2可分為有機(jī)成因和無機(jī)成因兩大類。在CO2的成因分析上前人做了許多工作(魏喜等, 2005; 連承波等, 2007; 馬安來等, 2015), 主要是依據(jù)CO2的含量、δ13C、3He/4He 等參數(shù)進(jìn)行成因判別。目前普遍認(rèn)為無機(jī)成因CO2中δ13C 值較高,分布范圍在?8‰～+3‰之間; 有機(jī)成因CO2的δ13C值較低, 分布范圍在?30‰～?10‰之間(戴金星等,1995)。無機(jī)成因CO2中若He同位素<1.4×10?6(R/Ra<1),則為殼源型; 若He 同位素介于1.4×10?6～2.8×10?6(1

恩平凹陷A 油田通過鉆桿測(cè)試(DST)和模塊式地層動(dòng)態(tài)測(cè)試(MDT)取得12 個(gè)流體樣, 其中, 10 個(gè)含CO2(表1), CO2含量普遍在92%以上, 最高達(dá)100%, 實(shí)測(cè)δ13C 為?8.735‰～?3.024‰, 為無機(jī)成因。從δ13C 與3He/4He 關(guān)系可見, A 油田3He/4He 介于5.75×10?6～8.16×10?6之間(表1, 圖3), 為典型的幔源火山型CO2。

珠江口盆地珠一坳陷東部惠州凹陷和陸豐凹陷中CO2與火山作用關(guān)系密切(王振峰等, 2004), 高CO2含量的井區(qū)周邊可見大量火山發(fā)育, 火山噴發(fā)伴生的CO2氣體在有利構(gòu)造中就近富集。但恩平凹陷A 油田周邊數(shù)十公里內(nèi)無火山發(fā)育, CO2含量從深到淺逐漸降低, 符合通過深大斷裂由深到淺運(yùn)移的特征。位于A 油田南側(cè)的F4斷裂是在先存基底斷裂基礎(chǔ)上新生代持續(xù)活動(dòng)的斷裂, 向下切入基底數(shù)千米, 向上斷至粵海組, 活動(dòng)強(qiáng)度大, 具備將深層CO2輸導(dǎo)至淺層有利構(gòu)造的能力, 推測(cè)為A 油田的CO2氣源斷裂。

圖2 恩平凹陷北部潛山披覆帶油氣分布連井對(duì)比Fig.2 Co mparison of hydrocarbon distribution across drilling wells over the onla p zone of burie d-hills in the northern Enping Sag

表1 A 油田CO2 氣層參數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistic parameters of CO2 gas-bearing layers of Oilfield A

3 CO2 充注驅(qū)油與油氣成藏過程

恩平凹陷北部潛山披覆構(gòu)造帶CO2氣藏的發(fā)現(xiàn),一方面對(duì)原油儲(chǔ)量、采收率和生產(chǎn)設(shè)施具有不利影響, 另一方面也有積極的地質(zhì)意義。CO2是油氣二次運(yùn)移的良好動(dòng)力, 在一定地質(zhì)條件下CO2充注驅(qū)油是比較普遍的地質(zhì)現(xiàn)象, 較強(qiáng)的CO2充注驅(qū)油能增強(qiáng)油氣二次運(yùn)移的動(dòng)力, 利于油氣的長(zhǎng)距離運(yùn)移,也可能引起原來油氣藏中油氣的再分配或重新組合,形成新的油氣藏(高玉巧等, 2009), 進(jìn)而擴(kuò)大恩平凹陷乃至整個(gè)珠江口盆地北部斷階帶的勘探層系和勘探邊界, 具有重要的地質(zhì)意義。

3.1 CO 2 充注驅(qū)油及證據(jù)

恩平凹陷A 油田存在明顯的CO2充注驅(qū)油現(xiàn)象,主要有兩方面證據(jù): 一是 CO2氣層段的錄井熒光顯示異常豐富, 表明存在烴類充注過程; 二是原油正構(gòu)烷烴輕組分普遍存在損失, 具有典型的“氣洗”特征。

A 油田CO2氣藏的儲(chǔ)層中有大量錄井熒光顯示, 兩口鉆井15 層CO2中有11 層見錄井熒光顯示。此外, 儲(chǔ)層薄片粒間孔隙中有大量發(fā)藍(lán)色熒光油浸染現(xiàn)象(圖4), 均表明CO2氣藏的儲(chǔ)層存在烴類充注過程。

續(xù)表1:

圖3 恩平凹陷A 油田CO2 成因類型Fig.3 Diagram of ge netic types of CO2 in Oilfield A of the Enping Sag

圖4 恩平凹陷北部潛山披覆帶油氣包裹體特征Fig.4 Characteristics of oil inclusions from the onlap zone of buried-hills in the northern Enping Sag

CO2是一種易于達(dá)到超臨界狀態(tài)的氣體, 在超臨界狀態(tài)下CO2在原油中的溶解度比在純水中高30倍, 當(dāng)原油中溶有CO2時(shí)會(huì)使原油發(fā)生氣洗分餾作用(高玉巧等, 2009), 導(dǎo)致原油或儲(chǔ)層瀝青中低分子量烴類選擇性地溶解在CO2中, 并隨CO2向其他構(gòu)造或?qū)游恢羞\(yùn)移(張枝煥等, 2006; 李威等, 2018)。一般未遭受次生改造的正常原油原始組分中正構(gòu)烷烴的摩爾含量與其碳原子數(shù)呈指數(shù)分布關(guān)系, 而發(fā)生氣洗分餾等次生改造作用的原油低分子量正構(gòu)烷烴往往偏移缺失。前人提出了正構(gòu)烷烴相對(duì)損失量的概念(李威等, 2018), 并將Q值作為定量描述氣洗作用強(qiáng)度的標(biāo)志。

式中Q為正構(gòu)烷烴相對(duì)損失率,MWn代表碳原子數(shù)為n的正構(gòu)烷烴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

珠江組原油的輕組分普遍存在損失, 且損失率Q高達(dá)14%(圖5), 具有典型的氣洗特征。這些均表明CO2充注晚于原油充注, 對(duì)原油具有一定改造作用。

3.2 兩種原油類型與三期油氣充注

高含量的C304-甲基甾烷是珠江口盆地東部始新統(tǒng)文昌組半深湖相烴源巖的典型特征化合物(陳希文等, 2016; 周剛等, 2018), 恩平凹陷A 油田原油中檢測(cè)到大量C304-甲基甾烷, 根據(jù)雙杜松烷含量的高低, 可將北部潛山披覆帶的原油細(xì)分為兩類(圖6):一是以高含量C304-甲基甾烷、高含量雙杜松烷為特征的半深湖+淺湖相原油(Ⅰ類原油); 二是以高含量C304-甲基甾烷、低含量雙杜松烷為特征的半深湖相原油(Ⅱ類原油), 另外還存在這兩類原油的混原油。

圖5 恩平凹陷北部潛山披覆帶A1 井原油正構(gòu)烷烴特征Fig.5 Characteristics of N-alkanes of crude oil from Well A1 over the onlap zone of buried-hills in the northern Enping Sag

圖6 恩平凹陷北部潛山披覆帶原油生物標(biāo)志化合物特征Fig.6 Characteristics of biomarkers over the onlap zone of buried-hills in the northern Enping Sag

基于流體包裹體樣品的檢測(cè)結(jié)果, A 油田原油表現(xiàn)為“兩期成藏”特征(圖7)。第一期原油成藏時(shí)間為13.8～9.1 Ma, 珠江組油藏(Ⅰ類原油)以該期成藏為主; 第二期原油成藏時(shí)間為3.9～0 Ma, 韓江組油藏以該期油藏為主(Ⅱ類原油)。此外還存在一期CO2充注, 時(shí)間為11.6～6.1 Ma, 介于兩期原油充注之間,時(shí)間上具備CO2驅(qū)替第一期原油的條件。

3.3 油氣成藏過程

恩平凹陷A 油田油層多, 且存在CO2充注驅(qū)油現(xiàn)象, 成藏過程復(fù)雜, 歸納起來為: 兩種原油類型、兩期原油充注、一期CO2驅(qū)油遠(yuǎn)藏。

13.8～9.1 Ma, 第一期原油充注, Ⅰ類原油首先沿深大斷裂F4垂向運(yùn)移至新近系, 再沿構(gòu)造脊運(yùn)移到A、B、C 構(gòu)造富集成藏(圖8a)。

11.6～6.1 Ma, CO2充注期, 幔源型CO2沿深大斷裂F4向A 構(gòu)造運(yùn)移, 將珠江組油藏驅(qū)替至B 構(gòu)造的韓江組富集成藏, 并對(duì)原油發(fā)生“氣洗”作用, 使原油中低分子量烴類選擇性地溶解在CO2中, 并隨CO2運(yùn)移至其他構(gòu)造或其他儲(chǔ)層中。CO2對(duì)Ⅰ類原油的驅(qū)替和改造作用由近至遠(yuǎn)、由下至上逐漸減弱,距氣源斷裂F4最近的A 構(gòu)造Ⅰ類原油占比僅剩7%,最遠(yuǎn)的C 構(gòu)造Ⅰ類原油占比83%, B 構(gòu)造次之, Ⅰ類原油占比49%。A 和B 構(gòu)造珠江組的Ⅰ類原油幾乎全被驅(qū)替, 韓江組則以Ⅰ類和Ⅱ類混源油為主; C 構(gòu)造由于距氣源斷裂最遠(yuǎn), CO2對(duì)Ⅰ類原油的驅(qū)替作用較弱, 以Ⅰ類和Ⅱ類混源油為主, 部分層段依然保留有Ⅰ類原油。

3.9～0 Ma, 第二期原油充注, Ⅱ類原油在A 構(gòu)造、B 構(gòu)造的韓江組、C 構(gòu)造的韓江組和珠江組富集, 與之前充注的Ⅰ類原油形成混源油(圖8b)。

圖7 恩平凹陷北部潛山披覆帶成藏期次特征Fig.7 Characteristics of different stages of reservoir accumulation over the onlap zone of buried-hills in the northern Enping Sag

圖8 恩平凹陷北部潛山披覆帶第一期原油充注層段分布(a)和第二期原油充注層段分布(b)Fig.8 Distribution of oil layers for first-stage accumulation (a) and for second-stage accumulation (b) over the onlap zone of buried-hills in the northern Enping Sag

4 結(jié) 論

珠江口盆地恩平凹陷北部潛山披覆帶首次發(fā)現(xiàn)規(guī)模富集的 CO2氣層, 但分布局限, 平面上主要分布在A 油田1 井區(qū), 縱向上主要分布在珠江組上段。本次研究表明: ①CO2為幔源火山成因,通過臨近的深大斷裂從地幔運(yùn)移至淺層富集成藏;②A 油田具有“兩種原油類型、兩期原油充注、一期CO2驅(qū)油遠(yuǎn)藏”的油氣成藏過程, CO2充注驅(qū)油增強(qiáng)了油氣二次運(yùn)移的動(dòng)力, 促進(jìn)了油氣的長(zhǎng)距離運(yùn)移。據(jù)此, CO2氣層成藏規(guī)律和機(jī)制的研究擴(kuò)大到恩平凹陷乃至整個(gè)珠江口盆地北部斷階帶的勘探層系和勘探邊界, 對(duì)未來同類資源勘探具有重要的指導(dǎo)意義。