輕烴錄井在凝析氣藏氣源判識(shí)中的應(yīng)用

李 哲

(中國(guó)石油吉林油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院)

0 引 言

蘇家次洼位于松遼盆地梨樹(shù)斷陷西北部，受西部桑樹(shù)臺(tái)斷裂和東部曲家斷裂夾持，為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的生烴洼槽。目前，該地區(qū)在火石嶺組的鉆探程度雖然比較高，已完鉆的十余口井大多獲得了工業(yè)油氣流，但各井測(cè)試所產(chǎn)出的流體類(lèi)型多樣：產(chǎn)出純氣的井(SU 2井、SU 4井)分布在桑樹(shù)臺(tái)斷裂上盤(pán)的深凹陷帶內(nèi)；油氣同出的井(SJ 1井、SJ 2井)分布在桑樹(shù)臺(tái)斷裂上盤(pán)且處于圍繞著深凹陷帶的中環(huán)帶上；產(chǎn)出純油的井(SJ 4井、SJ 11井)分布在桑樹(shù)臺(tái)斷裂下盤(pán)或遠(yuǎn)離深凹陷帶的外環(huán)帶上。油氣同出井(SJ 1井、SJ 2井)的火石嶺組高壓物性資料顯示：流體在地層條件下呈單一氣相，氣油比高達(dá)23 000 g/m3，地露壓差為0，油氣藏類(lèi)型為飽和狀態(tài)下的中低含凝析油的凝析氣藏。油氣藏圍繞著桑樹(shù)臺(tái)斷裂、曲家斷裂所夾持的深凹陷帶呈帶狀分布格局：深凹陷帶的圈閉一般為氣藏，中環(huán)帶的圈閉多為凝析氣藏，而外環(huán)帶的圈閉一般為油藏。

中環(huán)帶凝析氣藏中氣從何而來(lái)，凝析氣藏又是如何形成的，這些問(wèn)題都嚴(yán)重制約著我們對(duì)該地區(qū)的油氣藏認(rèn)識(shí)及勘探部署工作。前人研究成果認(rèn)為凝析油氣體系特別需要考慮輕烴的作用，而且通過(guò)C7及C5-C7輕烴化合物組成可以判斷天然氣的成因類(lèi)型[1]，但是目前本區(qū)所取流體樣品的實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)數(shù)據(jù)及氣測(cè)錄井?dāng)?shù)據(jù)均未涉及C7及C5-C7輕烴化合物組成的含量分析。

本文以兩口探井(SJ 1井、SJ 2井)的輕烴錄井資料為依據(jù)，結(jié)合前人的研究成果，分析該區(qū)中環(huán)帶火石嶺組凝析氣藏天然氣的成因類(lèi)型，并對(duì)其氣源進(jìn)行了判識(shí)，進(jìn)而探討凝析氣藏的形成機(jī)制，以期為該區(qū)下一步油氣勘探提供參考依據(jù)。

1 輕烴地球化學(xué)研究現(xiàn)狀

目前，輕烴地球化學(xué)參數(shù)已廣泛應(yīng)用于天然氣成因、有機(jī)質(zhì)類(lèi)型及成熟度的判識(shí)、源巖對(duì)比、油氣運(yùn)移等方面的研究[2]，各類(lèi)參數(shù)數(shù)據(jù)主要來(lái)源于實(shí)驗(yàn)室的化驗(yàn)分析資料。

利用輕烴地球化學(xué)參數(shù)來(lái)研究天然氣成因已取得一定的研究成果。C7輕烴化合物組成中甲基環(huán)己烷(MCC6)、正庚烷(nC7)、二甲基環(huán)戊烷(∑DMCC5)的相對(duì)含量與天然氣成因關(guān)系密切。其中：MCC6主要來(lái)自高等植物的木質(zhì)纖維素和糖類(lèi)，反映腐殖型有機(jī)質(zhì)的特征；nC7來(lái)源于藻類(lèi)和細(xì)菌，主要反映有機(jī)質(zhì)的成熟度；∑DMCC5來(lái)源于水生生物，反映腐泥型有機(jī)質(zhì)的特征。因此，利用C7輕烴化合物三角圖板可以判識(shí)天然氣的成因類(lèi)型，MCC6的相對(duì)含量大于50%時(shí)天然氣由腐殖型母質(zhì)生成，反之則由腐泥型母質(zhì)生成[3]。C5-C7輕烴化合物組成中正構(gòu)烷烴、異構(gòu)烷烴、環(huán)烷烴的相對(duì)含量亦能較好反映天然氣的成因類(lèi)型。腐泥型母質(zhì)形成的輕烴中富含正構(gòu)烷烴，而腐殖型母質(zhì)的輕烴組成中富含異構(gòu)烷烴和環(huán)烷烴，因此利用C5-C7輕烴化合物三角圖板也可以判識(shí)天然氣的成因類(lèi)型，C5-C7正構(gòu)烷烴的相對(duì)含量大于30%時(shí)天然氣由腐泥型母質(zhì)生成，反之則由腐殖型母質(zhì)生成[2]。

2 天然氣成因

天然氣的成因類(lèi)型與干酪根類(lèi)型有著密切的聯(lián)系，即腐泥型母質(zhì)(有機(jī)質(zhì)類(lèi)型為Ⅱ1型和Ⅰ型干酪根)對(duì)應(yīng)生成油型氣，腐殖型母質(zhì)(有機(jī)質(zhì)類(lèi)型為Ⅱ2型和Ⅲ型干酪根)對(duì)應(yīng)生成煤型氣[4]。

輕烴錄井技術(shù)可以檢測(cè)出C1-C7中的輕烴組分，所分析的參數(shù)涉及C5-C7中各類(lèi)同分異構(gòu)體的含量，這彌補(bǔ)了氣測(cè)錄井只能檢測(cè)C1-C5組分的不足，可以充分反映地層含油氣信息。由于C5-C7輕烴具有分子量大、沸點(diǎn)高、較難溶解于鉆井液的特點(diǎn)，保證了輕烴錄井錄取各類(lèi)輕烴化學(xué)參數(shù)的準(zhǔn)確性[5]。研究區(qū)多口井儲(chǔ)集層應(yīng)用輕烴錄井技術(shù)并取得了豐富的輕烴化學(xué)參數(shù)數(shù)據(jù)。

本文結(jié)合C7輕烴化合物三角圖板(圖1)和C5-C7輕烴化合物三角圖板(圖2)來(lái)識(shí)別天然氣的成因類(lèi)型。將輕烴化學(xué)參數(shù)投到圖1、圖2中，數(shù)據(jù)點(diǎn)全部位于圖1中的油型氣區(qū)(MCC6的相對(duì)含量小于50%區(qū)域)，且絕大多數(shù)位于圖2中的油型氣區(qū)(C5-C7正構(gòu)烷烴的相對(duì)含量大于30%區(qū)域)。綜合以上結(jié)果來(lái)看，SJ 1井、SJ 2井火石嶺組的輕烴化學(xué)參數(shù)值絕大多數(shù)處于油型氣區(qū)。因此，蘇家次洼凝析氣藏天然氣主要來(lái)源于腐泥型母質(zhì)(有機(jī)質(zhì)類(lèi)型為Ⅱ1型和Ⅰ型干酪根)。

圖1 C7輕烴化合物三角圖板

圖2 C5-C7輕烴化合物三角圖板

3 氣源分析

火石嶺組凝析氣藏主要是沙河子組烴源巖供烴，平面上火石嶺組儲(chǔ)集層均分布在沙河子組烴源巖生烴范圍之內(nèi)，在縱向上儲(chǔ)集層與烴源巖基本同層。沙河子組以深-半深湖相沉積為主，其暗色泥巖分布范圍廣且厚度大，有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%～2.0%，平均為1.3%，屬于較好烴源巖。中環(huán)帶上探井SJ 1井、SJ 2井的巖石樣品的地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)分析顯示，沙河子組烴源巖有機(jī)質(zhì)類(lèi)型以Ⅱ2型為主，烴源巖鏡質(zhì)體反射率(Ro)不大于1.2%，處于“液態(tài)窗”生油階段；深凹陷帶的沙河子組烴源巖目前暫無(wú)化驗(yàn)分析資料，但因埋藏更深，其鏡質(zhì)體反射率及演化程度更高。結(jié)合前述的該區(qū)天然氣成因的分析結(jié)果，中環(huán)帶火石嶺組凝析氣藏的氣源應(yīng)來(lái)自深凹陷帶沙河子組高成熟-過(guò)成熟階段的烴源巖，其烴源巖有機(jī)質(zhì)類(lèi)型以Ⅱ1型和Ⅰ型為主。這與前人根據(jù)梨樹(shù)斷陷早白堊世地層中的微體古生物、巖心等特征來(lái)研究沙河子組烴源巖的研究成果一致[6]。

蘇家次洼深凹陷帶沙河子組烴源巖生成油型氣的途徑有2種：干酪根直接熱降解和原油熱裂解。趙文智等研究認(rèn)為：在高成熟-過(guò)成熟生氣階段，原油熱裂解生氣貢獻(xiàn)能占60% 以上[7]。同時(shí)，利用“(2-甲基己烷+3-甲基己烷)/正己烷”和“甲基環(huán)己烷/正庚烷”這兩項(xiàng)指標(biāo)可以判識(shí)出干酪根裂解氣和原油裂解氣，因?yàn)樵土呀鈿獾倪@兩項(xiàng)指標(biāo)均偏高[8]。將SJ 1井、SJ 2井通過(guò)輕烴錄井得到的上述輕烴化學(xué)參數(shù)值投到圖3中，相應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn)絕大多數(shù)處于原油裂解氣區(qū)域，可見(jiàn)中環(huán)帶火石嶺組凝析氣藏天然氣主要為深凹陷帶沙河子組早期原油裂解而來(lái)。

圖3 (2-甲基己烷+3-甲基己烷)/正己烷和甲基環(huán)己烷/正庚烷交會(huì)圖

4 凝析氣藏形成機(jī)制

蘇家次洼深凹陷帶沙河子組處于高成熟-過(guò)成熟階段的烴源巖，由于演化充分，先后經(jīng)歷了生油高峰和生氣高峰兩個(gè)階段，火石嶺組對(duì)應(yīng)著接受過(guò)兩期油氣充注過(guò)程：自營(yíng)城組沉積時(shí)期開(kāi)始，深凹陷帶烴源巖進(jìn)入“液態(tài)窗”階段(Ro為0.6%～1.2%)，部分液態(tài)烴從烴源巖排出后沿?cái)嗔严到y(tǒng)和側(cè)向?qū)拥幕鹗瘞X組儲(chǔ)集層向上傾方向運(yùn)移，在有效的圈閉中聚集形成油藏，此階段桑樹(shù)臺(tái)斷裂斷距較小，能作為液態(tài)烴向上運(yùn)移的通道(圖4a)；自登婁庫(kù)組沉積時(shí)期開(kāi)始，隨著埋藏深度的增加，深凹陷帶烴源巖進(jìn)入高成熟-過(guò)成熟階段(Ro>1.2%)，烴源巖中滯留液態(tài)烴開(kāi)始裂解生氣，生成的天然氣逐漸侵入鄰近的火石嶺組早期油藏，導(dǎo)致早期形成的油藏相態(tài)發(fā)生變化(圖4b)。此階段，桑樹(shù)臺(tái)斷裂受到營(yíng)城組厚層泥巖對(duì)其的泥巖涂抹作用，對(duì)天然氣的運(yùn)移起到阻隔作用，使得天然氣不能通過(guò)該斷裂向上運(yùn)移。

氣侵最終導(dǎo)致在深凹陷帶的圈閉一般為氣藏，中環(huán)帶的圈閉多為凝析氣藏，而外環(huán)帶的圈閉一般為油藏。這種差異主要是由距氣源的遠(yuǎn)近、古油藏所處深度、桑樹(shù)臺(tái)斷裂的開(kāi)啟與閉合引起的晚期裂解氣運(yùn)移、聚集程度不同而造成的：在深凹陷帶，烴源巖中滯留液態(tài)烴裂解生成的天然氣，從烴源巖排出后直接就能進(jìn)入側(cè)向?qū)拥幕鹗瘞X組儲(chǔ)集層中，對(duì)早期油藏進(jìn)行氣洗改造，這一區(qū)帶的圈閉能最先接受天然氣充注，又由于處于此區(qū)帶的部分埋藏較深的古油藏也已達(dá)到裂解深度，早期油藏改造最強(qiáng)，故此區(qū)帶的圈閉以氣藏為主(代表井SU 4井)；中環(huán)帶的圈閉位于深凹陷帶上傾方向上的區(qū)域，天然氣易于沿局部小斷層和連通性較好的火石嶺組儲(chǔ)集層向其充注，早期油藏改造較強(qiáng)，此區(qū)帶圈閉以形成凝析氣藏為主(代表井SJ 2井)，此區(qū)帶緊鄰深凹陷帶的圈閉由于氣源較充足也可形成氣藏(代表井SJ 19井)；外環(huán)帶處于氣源充注的末端，受氣侵作用影響較弱，再加上此階段桑樹(shù)臺(tái)斷裂對(duì)油氣運(yùn)移的遮擋作用，早期油藏基本未受影響，故此區(qū)帶的圈閉以油藏為主(代表井SJ 4井)。這樣，就導(dǎo)致了該區(qū)“上油下氣”的油氣分布格局(圖4c)。

圖4 蘇家次洼火石嶺組油氣藏油氣運(yùn)聚模式

5 結(jié) 論

在現(xiàn)有各類(lèi)分析化驗(yàn)資料不足的情況下，輕烴錄井資料可以應(yīng)用于天然氣成因類(lèi)型分析，彌補(bǔ)氣測(cè)錄井及實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)數(shù)據(jù)的不足。利用輕烴錄井資料對(duì)該區(qū)中環(huán)帶火石嶺組凝析氣藏的氣源判識(shí)認(rèn)為：蘇家次洼凝析氣藏天然氣主要來(lái)源于腐泥型母質(zhì)(有機(jī)質(zhì)類(lèi)型為Ⅱ1型和Ⅰ型干酪根)；天然氣主要為深凹陷帶沙河子組早期原油裂解而來(lái)?；谝陨险J(rèn)識(shí)，探討了該區(qū)火石嶺組凝析氣藏的形成機(jī)制：火石嶺組總體曾接受過(guò)兩期油氣充注過(guò)程；晚期的氣侵導(dǎo)致早期形成的油藏相態(tài)發(fā)生變化，使得各區(qū)帶油氣相態(tài)存在明顯的差異：在深凹陷帶的圈閉一般為氣藏，中環(huán)帶的圈閉多為凝析氣藏，而外環(huán)帶的圈閉一般為油藏，使得該區(qū)呈現(xiàn)“上油下氣”的油氣分布格局。