应用含氮化合物判别油气运移的方向

章倩倩(长江大学地球科学学院，湖北 荆州 434023)

田东恩(延长油田西区采油厂，陕西 志丹 718500)

马艳荣(胜利油田孤东采油厂，山东 东营 257237)

万方来，刘 莹，许丹丹(长江大学地球科学学院，湖北 荆州 434023)

应用含氮化合物判别油气运移的方向

章倩倩(长江大学地球科学学院，湖北 荆州 434023)

田东恩(延长油田西区采油厂，陕西 志丹 718500)

马艳荣(胜利油田孤东采油厂，山东 东营 257237)

万方来，刘 莹，许丹丹(长江大学地球科学学院，湖北 荆州 434023)

利用原油中含氮化合物的组成及绝对浓度的变化，对江汉盆地西南缘油气运移特征进行了研究。结果表明，原油中含氮化合物的分布及组成特征较好的指示了油气运移效应，江汉盆地西南缘石油具有从生油凹陷(玫瑰桥-牛头岗洼陷)向邻近的构造高部位和断层上升盘发生侧向运移的趋势；石油在发生侧向运移的同时还沿断层发生向上的垂向运移。该结果与该区油气分布和勘探实践相吻合。

江汉盆地西南缘；含氮化合物；咔唑类化合物；油气运移

含氮化合物产生于烃源岩中的有机质热演化过程中，属于原油中的非烃组分，其含量低(一般占0.1%～2.0%)。近年来，随着分离和测试手段的不断提高，国内外石油地球化学家成功地应用中性吡咯含氮化合物中的咔唑类化合物来研究石油的运移[1-5]，不仅拓宽石油运移研究的新思路，而且对石油中非烃地球化学研究产生了重大的促进作用。下面，笔者以江汉盆地西南缘油气运移研究为例,进一步明确中性吡咯含氮化合物中的咔唑类化合物在指示油气运移方面的作用及意义。

1 区域地质背景

江汉盆地西南缘即江陵凹陷荆沙背斜带以南，冯口断层以东，虎渡河断层以西的地区。该区保存有上白垩统至第四系地层，自下而上分别为上白垩统渔洋组(K2y)，下第三系古新统沙市组(Es)，始新统新沟咀组(Ex)、荆沙组(Ej)和潜江组(Eq)、渐新统荆河镇组(Ejh)、上第三系广华寺组(Ng)和第四系平原组(Q)，分布有3个二级构造单元和8个三级构造单元。

勘探实践证实[6-7]，该区的工业油层主要分布在白垩系渔洋组和下第三系新沟嘴组下段，玫瑰桥-牛头岗洼陷为主力生烃凹陷，沙市组上段-新沟咀组下段的Ⅲ油组、泥隔层、Ⅱ油组和Ⅰ油组烃源岩埋藏深度适中，热演化程度属成熟至高成熟烃源岩，是江陵凹陷的主力烃源岩。断层的发育为后期油气的运移、聚集成藏提供了有利的条件。

2 江汉盆地西南缘原油的主要特征

笔者研究样品均采自江汉盆地西南缘，共采集11个原油样品，其中属于复兴场地区的油样有9个、谢凤桥地区的油样有2个。这些油样均具有成熟原油的一般特征。就原油物性而言，总体表现为低密度、低粘度、低含硫量的轻质石油的特点。从原油族组成特征来看，原油呈现高饱和烃、低芳烃、低非烃和沥青质的特征。其烃类生物标志物组合特征如下：

1)原油的Pr/Ph(姥鲛烷/植烷)比值分布在0.487～0.712之间，反映母质沉积时为超盐沉积环境。

2)C27、C28、C29甾烷呈“V”型分布,C27甾烷/C29甾烷值为0.74～1.26,C28甾烷/C29甾烷值为0.59～0.76, 原油母质具有混源特征，略偏向于陆生植物来源。

3)重排甾烷的相对含量较高，重排甾烷/规则甾烷值一般为0.5～0.6。

4)原油样品含有相对较丰富的三环萜烷化合物，三环萜与藿烷的比值大于1.0，三环萜烷与藿烷的比值小于1.0。

5)伽玛蜡烷/藿烷分布在0.3905～0.9341之间，反映出咸水的沉积环境。

上述特征反映出它们均具有相似的母源及相近的沉积环境，为江汉盆地西南缘油气运移研究提供了较好的条件。

3 结果与讨论

3.1含氮化合物的运移分馏效应

原油中的含氮化合物主要有中性吡咯类(包括咔唑、苯并咔唑等)和碱性吡啶类2种类型，其中反映运移较为敏感的指示物为咔唑类化合物。咔唑类化合物属于极性化合物，极性主要是氮原子上有一对孤立电子，极易形成氢键与周围介质发生吸附作用，在石油运移路径上(输导层和通道中)使得咔唑分子发生吸附滞留。咔唑类化合物的显著运移分馏效应主要体现为随着油气运移距离的增加，原油中含氮化合物的绝对丰度降低；烷基咔唑相对于烷基苯并咔唑富集；氮官能团屏蔽型异构体相对于半暴露型异构体或暴露型异构体富集；苯并咔唑中，苯环与咔唑并合的碳位差异，造成不同的苯并咔唑结构异构体，一般常见有呈接近线状的苯并[b]咔唑和呈半球状的苯并[a,c]咔唑2类异构体。借此变化规律，可以追索油气运移的方向。

3.2含氮化合物的组成及浓度变化

从所采集到的原油样品中分别检测出咔唑、C1-咔唑系列、C2-咔唑系列、C3-咔唑系列、苯并咔唑、C1-苯并咔唑和二苯并咔唑系列化合物。

复兴场及谢凤桥地区所分析的原油中性含氮化合物的绝对浓度及有关比值见表1。

表1 复兴场及谢凤桥地区原油中含氮化合物浓度及有关参数数据表

注：1,8-/2,4-DMC：屏蔽型1，8-二甲基咔唑/暴露型2，4-二甲基咔唑之比；1,8-/NPE’S-DMC：屏蔽型1，8-二甲基咔唑与半暴露型二甲基咔唑总量之比；1,8-/NEX’S-DMC：屏蔽型1，8-二甲基咔唑与暴露型二甲基咔唑总量之比；1,8-/ΣDMC：屏蔽型1，8-二甲基咔唑与二甲基咔唑总量之比；[a]/[c]：苯并[a]咔唑与苯并[c]咔唑之比；[a]/([a]+[c])：苯并[a]咔唑与苯并[a]咔唑+苯并[c]咔唑之比；[a]+[b]+[c]：苯并[a]咔唑+苯并[b]咔唑+苯并[c]咔唑之和；W：咔唑类化合物的绝对浓度。

3.3含氮化合物的分布与原油运移

江汉盆地西南缘原油中含氮化合物参数的相对分布表现出一定的运移分馏效应。为此，由北向南，选取该地区的井做原油的含氮化合物分析(见图1和图2)，该地区原油中含氮化合物的绝对丰度降低，屏蔽型咔唑类化合物相对富集，苯并咔唑[a]/([a]+[c])比值减小。原油中含氮化合物的运移分馏作用较明显，各项运移效应指标具有很好的对比性。这表明石油具有从生油凹陷(玫瑰桥-牛头岗洼陷)向邻近的构造高部位和断层上升盘发生侧向运移的趋势。同时从垂向上看，鄂深井渔洋组(见图3和图4)的原油中含氮化合物跟上部荆沙组的石油相比，也表现出较强的运移效应。含氮化合物的绝对丰度由8.16降低到2.47，苯并咔唑[a]/ [c]和[a]/([a]+[c])比值分别由1.79和0.64减小到1.32和0.57，1,8-/2,4-DMC从2.0升高到3.0。说明石油在发生侧向运移的同时还沿断层发生向上的垂向运移。

图1 鄂深6井、鄂深4井、SK8-1井、SK-2井的1,8-/2,4-DMC、1,8-/NPE’S-DMC、1,8-/NEX’S-DMC、1,8-/ΣDMC的对比图

图2 鄂深6井、鄂深4井、SK8-1井、SK-2井的[a]/[c]、[a]/([a]+[c])、[a]+[b]+[c]、 W的对比图

图3 ES14井的1,8-/2,4-DMC、1,8-/NPE’S-DMC、,8-/NEX’S-DMC、1,8-/ΣDMC的对比图

图4 ES14井的[a]/[c]、[a]/([a]+[c])、1[a]+[b]+[c]、W的对比图

综上所述，江汉盆地西南缘石油具有从生油凹陷(玫瑰桥-牛头岗洼陷)向邻近的构造高部位和断层上升盘发生侧向运移的趋势；石油在发生侧向运移的同时还沿断层发生向上的垂向运移。这一认识与油气差异聚集理论及江汉盆地西南缘的油气分布和勘探实践是相符的。

4结论

1)江汉盆地西南缘原油化学组成上的相似性，为应用含氮化合物探讨油气运移提供了一个较好的基础条件。原油中的含氮化合物的组成及浓度变化指示出了研究区的油气运移效应。

2)利用原油中含氮化合物参数研究表明江汉盆地西南缘石油具有从生油凹陷向邻近的构造高部位和断层上升盘发生侧向运移的趋势；在发生侧向运移的同时还沿断层发生向上的垂向运移。这一认识与该地区油气的分布及勘探实践是相符的。

[1]Li M, Larter S R, Stoddart D, et al. Fractionation of pyrrolic nitrogen compounds in petroleum during migration-derived of migration related geochemical parameters[A]. Cubitt J M, England W A. The Geochemistry of Reservoirs[C]. Geolo-gical Society Special Publication, 1995: 103-123.

[2]刘洛夫，徐新德.含氮化合物与石油运移研究[J] . 中国石油勘探，1996，1 (2):33-37.

[3]刘洛夫，徐新德，毛东风，等.咔哇类化合物在油气运移研究中的应用初探[J].科学通报，1997，42(4):420-423.

[4]李素梅，王铁冠.原油中的吡咯类化合物的地球化学特征及其意义[J] .沉积学报, 1999, 17 (2): 312-317.

[5]李贤庆，侯读杰，肖贤明，等.应用含氮化合物探讨油气运移和注入方向[J].石油实验地质，2004，26(2)：200-204.

[6]陈波，韩定坤，罗明霞，等.江汉盆地白垩系油气特征与勘探潜力[J].石油天然气学报(江汉石油学院学报)，2006，28(6)：27-31.

[7]陈波，韩定坤，罗明霞，等.江汉盆地西南缘二次生烃及其对油气成藏的影响[J].石油天然气学报(江汉石油学院学报)，2006，28(4)：557-562.

[编辑] 洪云飞

TE122.1

A

1673-1409(2012)05-N090-03

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.05.029

2012-02-21

章倩倩(1988-)，女，2009年大学毕业，硕士生，现主要从事沉积与储层方面的研究工作。