西湖凹陷平湖斜坡帶原油輕烴地球化學特征

唐友軍,張坤(非常規(guī)油氣湖北省協同創(chuàng)新中心;油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室 (長江大學)) (長江大學地球環(huán)境與水資源學院,湖北武漢430100)

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

文影 (長江大學地球環(huán)境與水資源學院,湖北武漢430100)

西湖凹陷平湖斜坡帶原油輕烴地球化學特征

唐友軍,張坤(非常規(guī)油氣湖北省協同創(chuàng)新中心;油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室 (長江大學)) (長江大學地球環(huán)境與水資源學院,湖北武漢430100)

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

文影 (長江大學地球環(huán)境與水資源學院,湖北武漢430100)

通過對西湖凹陷平湖斜坡帶的12個原油樣品中輕烴分布及組成特征進行分析,結果表明:原油的輕烴餾分組成中甲苯、甲基環(huán)己烷指數高,石蠟指數低;原油發(fā)生蒸發(fā)分餾作用其程度大體相當于Thompson的5～7次充注觀察值;C7化合物組成特征和甲基環(huán)己烷指數均指示原油母質來源于腐殖型有機質;Mango輕烴參數K1基本符合輕烴穩(wěn)定態(tài)催化動力學輕烴成因模式;輕烴組分中的庚烷和異庚烷指數因蒸發(fā)分餾作用而出現成熟度偏低的假象,原油形成溫度在124～131℃之間。

平湖斜坡帶;原油;輕烴參數;地球化學

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,在輕質油、凝析油中輕烴化合物的質量分數會占據更大比重。目前,分析應用于油氣勘探研究的主要是C1～C7化合物,由于不同結構的輕烴 (如正構烷烴、異構烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴)在不同類型母質中的質量分數或其在演化過程中熱穩(wěn)定性的差異,使得輕烴組成 (如質量分數、比值、三單元組成等)可以用于對油氣母質來源、成因類型、成熟度、原油蒸發(fā)分餾作用等地球化學問題進行判識[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區(qū)域。該凹陷形成于晚白堊世,經歷了斷陷-拗陷-區(qū)域沉降3個演化階段,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)現了武云亭、寶云亭、平湖等多個含油氣構造,以輕質油或凝析油為主。

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

1 樣品與試驗

圖1 平湖斜坡帶構造區(qū)劃及采樣點分布圖

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12件,采樣井位分布如圖1所示。

輕烴色譜試驗使用的是Agilent6890N GC型色譜儀,對原油進行全烴餾分的分析。檢測條件:色譜柱為HP-PONA(50m×0.25mm× 0.5μm),氫火焰檢測器溫度為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℃;載氣為氮氣,柱流速為1.0m L/min,分流比100∶1。

2 結果與討論

2.1 原油輕烴分布特征

研究中共檢測了平湖斜坡帶12個原油樣品的輕烴地球化學特征,其中有1個樣品因輕質餾分損失未能檢測到輕烴。圖2是典型原油樣品的輕烴化合物分布圖,由圖可見,原油整體呈現甲苯 (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。從原油所產層位來看具有明顯的差異,E3hL的2個原油樣品比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數據表_

Thompson的IB-If圖總結了油藏中次生蝕變,Y軸為w(TOL)/w (nC7)(芳香度指數,IB)X軸為w(nC7)/w(MCy C6)(石蠟指數, If),蒸發(fā)分餾作用最初導致If減少和IB增大,隨后則導致IB快速增加。從圖3來看,大多數原油樣品IB高、If低,存在嚴重的蒸發(fā)分餾現象。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Thompson的5～7次充注觀察。而據原油分餾指數IF(IF=nC10/(nC10+ nC25))與IB相關圖(圖4)可以看出,研究區(qū)大部分原油發(fā)生了較強的蒸發(fā)分餾作用。從nC7、MCyC6和TOL的相對質量分析,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)除受到煤系有機質一定影響外,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實驗室模擬蒸發(fā)分餾程度圖對比

圖4 研究區(qū)原油分餾指數和與芳香度指數關系圖

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來源不同,可以通過其相對質量分數來識別原油的母質來源。根據以nC6、CyC6、MCyC5為頂點繪制的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,樣品點較分散。而利用C7輕烴化合物中的MCYC6、DMCYC5、nC7為頂點編制的三角圖版(圖6(b))可以看出,平湖斜坡帶原油主要分布在煤型氣區(qū),樣品點相對集中,反映其原油主要來源于腐殖型母質,與IMCyC6判別結果一致。綜上認為,原油蒸發(fā)分餾作用對C6化合物的影響可能較大,對C7化合物的影響相對較小。

圖6 原油輕烴化合物組成特征

2.3 異庚烷指數和正庚烷指數

Thompson提出正庚烷指數(IH)和異庚烷指數(II)用來區(qū)分原油的成熟度,一般隨著油氣成熟度的增加IH和II會相應的增加。程克明等[8]在Thompson研究的基礎上把原油成熟度劃分為4個不同級別,即低成熟、成熟、高成熟以及過成熟。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。但據侯讀杰等研究[8]認為西湖凹陷原油IH和II跨度很大,從低成熟到過成熟均有分布,可能與實際情況不符。事實上,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,難以正確識別原油的成熟度。蘇奧等[9]對西湖凹陷E2p、E3h的20多個凝析油樣品進行研究認為,運用IH和II判別其成熟度需要考慮原油經歷過的次生作用 (即前文提到的原油存在 “蒸發(fā)分餾”作用),需對其進行一定的修正。王培榮等[10]對我國幾個典型具有 “蒸發(fā)分餾”現象的油氣藏中IH和II進行了分析,認為原油因蒸發(fā)分餾作用的影響,殘余油中的正、異構烷烴都會下降,其下降程度隨分餾效應的強弱不同而有所差異,原油會出現 “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關系圖

筆者通過平湖斜坡帶12原油樣品的IH和II的關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)分餾的作用可能導致二者發(fā)生變化,無法準確地判別原油的成熟度。

2.4 Mango輕烴參數K1和K2變化

Mango通過對世界各地大量不同類型原油樣品的分析,為表征4種C7烷烴異構體絕對質量分數之間的關系,定義了一項參數K1,并且該值一般近似為恒定常數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表示化合物的質量分數。

據上述公式計算,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相對穩(wěn)定的觀點。K1總體略有偏高,該現象說明平湖斜坡帶油藏當時的形成可能與烴源巖的沉積介質條件有關。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(如柴達木盆地西部古近系原油K1大多高于1.2)。

計算得到的原油樣品K2為0.12～0.24,平均為0.16。根據相關文獻報道[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。筆者認為這種異常低的K2可能也指示另外一種陸相原油有機質來源或是由于次生作用導致化合物含量發(fā)生較大變化。

2.5 原油的生成溫度

原油從烴源巖排出,然后運移至儲層的埋藏深度稱為原油生成深度,其對應的地溫稱為原油生成溫度[13]。根據Mango[14,15]推導的計算原油最大生成溫度(tmax)的函數關系式,tmax(℃)=140+15ln w(2,4-/2,3-DMP),所分析的平湖斜坡帶12個原油樣品的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

利用輕烴溫度參數計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]。筆者根據相應公式利用tmax折算出相應Ro:

平湖斜坡帶原油成熟度分布在0.79%～0.92%之間,表現其總體為成熟原油。與IH和II判斷的原油成熟度存在一定的差異。究其原因認為,對于經過次生蝕變的原油,該公式可能存在一定的局限性。

3 結論

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

2)平湖斜坡帶原油甲基環(huán)己烷指數與MCy C6,DMCy C5和nC7組分分布特征具有較好的一致性,都呈現一種典型的煤型氣分布特征,指示油氣主要來源于腐殖型干酪根特征。

3)原油發(fā)生的次生變化對原油庚烷值和異庚烷值影響較大,難以根據兩者的函數來準確判別原油的成熟度。

4)西湖凹陷平湖斜坡帶10個原油樣品的K1平均為1.21,與Mango提出的K1相對穩(wěn)定的觀點基本是一致的。原油生成溫度計算結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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[編輯] 鄧磊

TE122.1

A

1000-9752(2014)09-0028-06

2014-05-23

國家油氣重大專項(2011ZX0523-001-003);非常規(guī)油氣湖北省協同創(chuàng)新中心創(chuàng)新基金項目(D20131201);湖北省教育廳科學技術研究項目(B20111301);油氣資源與探測國家重點實驗室開放課題(2009005);油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室開放基金項目(K2013-14);有機地球化學國家重點實驗室開放基金項目(OGL-201101)。

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