西湖凹陷平湖斜坡带原油轻烃地球化学特征

唐友军,张坤(非常规油气湖北省协同创新中心;油气资源与勘探技术教育部重点实验室 (长江大学)) (长江大学地球环境与水资源学院,湖北武汉430100)

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

文影 (长江大学地球环境与水资源学院,湖北武汉430100)

西湖凹陷平湖斜坡带原油轻烃地球化学特征

唐友军,张坤(非常规油气湖北省协同创新中心;油气资源与勘探技术教育部重点实验室 (长江大学)) (长江大学地球环境与水资源学院,湖北武汉430100)

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

文影 (长江大学地球环境与水资源学院,湖北武汉430100)

通过对西湖凹陷平湖斜坡带的12个原油样品中轻烃分布及组成特征进行分析,结果表明:原油的轻烃馏分组成中甲苯、甲基环己烷指数高,石蜡指数低;原油发生蒸发分馏作用其程度大体相当于Thompson的5～7次充注观察值;C7化合物组成特征和甲基环己烷指数均指示原油母质来源于腐殖型有机质;Mango轻烃参数K1基本符合轻烃稳定态催化动力学轻烃成因模式;轻烃组分中的庚烷和异庚烷指数因蒸发分馏作用而出现成熟度偏低的假象,原油形成温度在124～131℃之间。

平湖斜坡带;原油;轻烃参数;地球化学

轻烃是原油的重要组成部分,一般的石油大约由30%的轻烃组成,在轻质油、凝析油中轻烃化合物的质量分数会占据更大比重。目前,分析应用于油气勘探研究的主要是C1～C7化合物,由于不同结构的轻烃 (如正构烷烃、异构烷烃、环烷烃、芳香烃)在不同类型母质中的质量分数或其在演化过程中热稳定性的差异,使得轻烃组成 (如质量分数、比值、三单元组成等)可以用于对油气母质来源、成因类型、成熟度、原油蒸发分馏作用等地球化学问题进行判识[1～4]。

西湖凹陷位于东海陆架盆地东部凹陷的北部,是北北东向展布的狭长型新生代沉积凹陷,面积约为4.6×104km2,是东海海域油气勘探的重点区域。该凹陷形成于晚白垩世,经历了断陷-拗陷-区域沉降3个演化阶段,沉积了巨厚的新生界碎屑岩系[5]。平湖斜坡带位于西湖凹陷西斜坡中部,已发现了武云亭、宝云亭、平湖等多个含油气构造,以轻质油或凝析油为主。

笔者分析研究了西湖凹陷平湖斜坡带所产原油样品的轻烃化合物特征,结合前人研究成果,探讨了该区原油的来源、成因及成熟度等方面的信息。

1 样品与试验

图1 平湖斜坡带构造区划及采样点分布图

原油样品采自西湖凹陷平湖斜坡带平湖组(E2p)及花港组下段(E3hL)地层,共计12件,采样井位分布如图1所示。

轻烃色谱试验使用的是Agilent6890N GC型色谱仪,对原油进行全烃馏分的分析。检测条件:色谱柱为HP-PONA(50m×0.25mm× 0.5μm),氢火焰检测器温度为280℃。升温程序:初温35℃,恒温10min;以0.5℃/min速率升温至60℃;再以2.0℃/min升至200℃;后以升温速率4℃/min升至280℃;载气为氮气,柱流速为1.0m L/min,分流比100∶1。

2 结果与讨论

2.1 原油轻烃分布特征

研究中共检测了平湖斜坡带12个原油样品的轻烃地球化学特征,其中有1个样品因轻质馏分损失未能检测到轻烃。图2是典型原油样品的轻烃化合物分布图,由图可见,原油整体呈现甲苯 (TOL)、甲基环已烷(MCyC6)丰度高,但不同井之间的TOL、MCyC6丰度有所差别。从原油所产层位来看具有明显的差异,E3hL的2个原油样品比E2p原油样品的TOL含量要低的多(表1)。

图2 平湖斜坡带原油轻烃化合物分布特征

表1 平湖斜坡带原油轻烃参数数据表_

Thompson的IB-If图总结了油藏中次生蚀变,Y轴为w(TOL)/w (nC7)(芳香度指数,IB)X轴为w(nC7)/w(MCy C6)(石蜡指数, If),蒸发分馏作用最初导致If减少和IB增大,随后则导致IB快速增加。从图3来看,大多数原油样品IB高、If低,存在严重的蒸发分馏现象。参照Thompson的蒸发分馏模型,平湖斜坡带原油的蒸发分馏程度大体相当Thompson的5～7次充注观察。而据原油分馏指数IF(IF=nC10/(nC10+ nC25))与IB相关图(图4)可以看出,研究区大部分原油发生了较强的蒸发分馏作用。从nC7、MCyC6和TOL的相对质量分析,研究区原油nC7含量低,MCyC6和TOL含量高, C7化合物的分布特征 (图5)除受到煤系有机质一定影响外,更大程度可能是蒸发分馏作用所致。

图3 研究区原油I B-I f图与Thompson实验室模拟蒸发分馏程度图对比

图4 研究区原油分馏指数和与芳香度指数关系图

图5 平湖斜坡带原油中C7化合物三角图

2.2 C6、C7轻烃组成特征

原油中C6、C7轻烃馏分中不同组分的生物母质来源不同,可以通过其相对质量分数来识别原油的母质来源。根据以nC6、CyC6、MCyC5为顶点绘制的C6轻烃化合物三角图 (图6(a))可知,平湖斜坡带原油样品落入了腐泥型和腐殖型附近区域,样品点较分散。而利用C7轻烃化合物中的MCYC6、DMCYC5、nC7为顶点编制的三角图版(图6(b))可以看出,平湖斜坡带原油主要分布在煤型气区,样品点相对集中,反映其原油主要来源于腐殖型母质,与IMCyC6判别结果一致。综上认为,原油蒸发分馏作用对C6化合物的影响可能较大,对C7化合物的影响相对较小。

图6 原油轻烃化合物组成特征

2.3 异庚烷指数和正庚烷指数

Thompson提出正庚烷指数(IH)和异庚烷指数(II)用来区分原油的成熟度,一般随着油气成熟度的增加IH和II会相应的增加。程克明等[8]在Thompson研究的基础上把原油成熟度划分为4个不同级别,即低成熟、成熟、高成熟以及过成熟。研究区原油的II小于1, IH主要在0.1～0.2之间(图7),属低熟-成熟阶段。但据侯读杰等研究[8]认为西湖凹陷原油IH和II跨度很大,从低成熟到过成熟均有分布,可能与实际情况不符。事实上,原油遭受了气洗作用,这些轻的化合物含量已发生较大改变,难以正确识别原油的成熟度。苏奥等[9]对西湖凹陷E2p、E3h的20多个凝析油样品进行研究认为,运用IH和II判别其成熟度需要考虑原油经历过的次生作用 (即前文提到的原油存在 “蒸发分馏”作用),需对其进行一定的修正。王培荣等[10]对我国几个典型具有 “蒸发分馏”现象的油气藏中IH和II进行了分析,认为原油因蒸发分馏作用的影响,残余油中的正、异构烷烃都会下降,其下降程度随分馏效应的强弱不同而有所差异,原油会出现 “较轻”组分成熟度不高的假象。

图7 平湖斜坡带原油I H和I I关系图

笔者通过平湖斜坡带12原油样品的IH和II的关系图划分原油的成熟度,指示原油主体为低熟-成熟原油。但是考虑到蒸发分馏的作用可能导致二者发生变化,无法准确地判别原油的成熟度。

2.4 Mango轻烃参数K1和K2变化

Mango通过对世界各地大量不同类型原油样品的分析,为表征4种C7烷烃异构体绝对质量分数之间的关系,定义了一项参数K1,并且该值一般近似为恒定常数1;随后又定义了K2。

式中:2-MH为2-甲基己烷;2,3-DMP为2,3-二甲基戊烷;3-MH为3-甲基己烷;2,4-DMP为2,4-二甲基戊烷; P2为2-MH+3-MH;P3为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为1,1-二甲基环戊烷+1,3-二甲基环戊烷(顺,反);w表示化合物的质量分数。

据上述公式计算,所分析的原油样品K1变化范围为1.14～1.38(图8,表1),平均为1.21,基本符合Mango提出的K1相对稳定的观点。K1总体略有偏高,该现象说明平湖斜坡带油藏当时的形成可能与烃源岩的沉积介质条件有关。已有研究表明[11], K1在不同类型原油中有所不同,咸水湖相原油通常较高(如柴达木盆地西部古近系原油K1大多高于1.2)。

计算得到的原油样品K2为0.12～0.24,平均为0.16。根据相关文献报道[12]海相原油K2一般较低,小于0.28,均值在0.20～0.23之间。陆相原油K2较大,一般大于0.30,其均值在0.35左右。笔者认为这种异常低的K2可能也指示另外一种陆相原油有机质来源或是由于次生作用导致化合物含量发生较大变化。

2.5 原油的生成温度

原油从烃源岩排出,然后运移至储层的埋藏深度称为原油生成深度,其对应的地温称为原油生成温度[13]。根据Mango[14,15]推导的计算原油最大生成温度(tmax)的函数关系式,tmax(℃)=140+15ln w(2,4-/2,3-DMP),所分析的平湖斜坡带12个原油样品的tmax变化范围为124～131℃(图9)。

图8 平湖斜坡带原油K 1柱状图

图9 平湖斜坡带原油最大生成温度柱状图

利用轻烃温度参数计算得到的原油最大生成温度,在一定情况下可以为定量研究原油成熟度提供参考[16]。笔者根据相应公式利用tmax折算出相应Ro:

平湖斜坡带原油成熟度分布在0.79%～0.92%之间,表现其总体为成熟原油。与IH和II判断的原油成熟度存在一定的差异。究其原因认为,对于经过次生蚀变的原油,该公式可能存在一定的局限性。

3 结论

1)平湖斜坡带原油大多数原油芳香度高、石蜡指数低,存在严重的蒸发分馏现象;其蒸发分馏程度大体相当Thompson的5～7次充注观察到的值。

2)平湖斜坡带原油甲基环己烷指数与MCy C6,DMCy C5和nC7组分分布特征具有较好的一致性,都呈现一种典型的煤型气分布特征,指示油气主要来源于腐殖型干酪根特征。

3)原油发生的次生变化对原油庚烷值和异庚烷值影响较大,难以根据两者的函数来准确判别原油的成熟度。

4)西湖凹陷平湖斜坡带10个原油样品的K1平均为1.21,与Mango提出的K1相对稳定的观点基本是一致的。原油生成温度计算结果表明平湖斜坡带原油生成温度变化范围为124～131℃。

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[编辑] 邓磊

TE122.1

A

1000-9752(2014)09-0028-06

2014-05-23

国家油气重大专项(2011ZX0523-001-003);非常规油气湖北省协同创新中心创新基金项目(D20131201);湖北省教育厅科学技术研究项目(B20111301);油气资源与探测国家重点实验室开放课题(2009005);油气资源与勘探技术教育部重点实验室开放基金项目(K2013-14);有机地球化学国家重点实验室开放基金项目(OGL-201101)。

唐友军(1975-),男,1996年大学毕业,博士,副教授,现从事油气地球化学教学与科研工作。