桑托斯盆地Jupiter油气田富含CO2油气藏形成机制

马安来,孙红军,郑 磊,黎玉战,徐 海,张忠民

(1.中国石化 石油勘探开发研究院，北京 100083; 2.中国石化 国际石油勘探开发有限公司，北京 100029)

桑托斯盆地Jupiter油气田富含CO2油气藏形成机制

马安来1,孙红军1,郑 磊1,黎玉战2,徐 海1,张忠民1

(1.中国石化 石油勘探开发研究院，北京 100083; 2.中国石化 国际石油勘探开发有限公司，北京 100029)

桑托斯盆地Jupiter油气田油气藏中富含CO2，气层与油层流体成分存在明显差异，油气藏相态及形成机理没有取得共识。采用四参数方框图法、流体组分三角图、φ1值、Z1以及Z2等多参数法对Jupiter油气藏相态进行综合判识，认为Jupiter油气藏为带油环凝析气藏。油气藏中凝析油与原油具有相似的分子地球化学特征，Pr/Ph比值为1.58～1.88，C26三环萜烷/C25三环萜烷比值为1.15～1.22，甾烷以C27甾烷占优势，藿烷/甾烷比值大于4， TPP比值大于0.5，全油碳同位素在-25‰左右。地球化学参数说明二者来源于白垩系Upper Barremian-Lower Aptian阶湖湘烃源岩。凝析油与原油具有相似的成熟度，均为生烃高峰的产物。烷烃气来自于Upper Barremian-Lower Aptian阶湖湘烃源岩，为生烃高峰——凝析油前期阶段的产物。CO2为火山幔源型CO2，大量CO2后期注入形成的蒸发分馏作用，对早期形成的油气藏进行改造，形成了现今带油环凝析气藏的面貌。地球化学参数证实了蒸发分馏作用的存在，无机CO2的注入丰富了蒸发分馏作用理论。

蒸发分馏；带油环凝析气藏；CO2；油气藏；白垩系；Jupiter油气田；桑托斯盆地

1 地质概况

南大西洋两侧深水被动大陆边缘盆地是现今世界深水油气勘探的热点地区[1]。自2006年Lula油田(原名Tupi油田)宣布商业发现以来，在桑托斯盆地盐下已发现Carioca，Jupiter，Cernambi和Iara等20余个大型油气田。根据IHS数据库资料，桑托斯盆地盐下29个油气田油气当量为440.76×108bbl，占整个大坎波斯盆地盐下储量的85.68%，其中石油2P可采储量为34 485×106bbl，凝析油为1 144×106bbl，天然气为47 425 000×106scf[2]。

Jupiter油气田距离海岸290 km，水深2 060～2 600 m(图1)。储层为盐下白垩系上下坳陷期碳酸盐岩(BVE100，BVE200)以及上裂谷期碳酸盐岩(BVE300)。盖层为Aptian阶Ariri组盐岩。Jupiter油气田油气藏富含CO2流体，且流体成分在气层和油层存在较大差异，油层中气油比分布范围为170～210 m3/m3，原油API密度为16～23°API，CO2含量为56%～60%；气层中气油比分布范围为2 750～4 260 m3/m3，原油密度为32～36°API，CO2含量为76%～78%。油气藏中部原始地层压力为59 MPa，原始地层温度为60℃。

图1 Jupiter油气田位置Fig.1 Location of Jupiter oilfield

勘探实践表明桑托斯盆地盐下上Barremian-下Aptian阶为强充注含油气系统，盐下湖相黑油均来自该含油气系统，湖相碳酸盐岩储层是否发育是该含油气系统最大的风险因素[3]。在盐下油藏整体为黑油油藏的背景下，Jupiter油气田高含CO2流体及高API原油，油气藏开发方式与管道集输及处理的选择均需考虑CO2气体的影响。因此，研究高含CO2油气藏相态及高API原油的形成机理对于盐下油气勘探战略与开发技术的选择具有重要意义。

2 Jupiter油气田油气藏类型

2.1 四参数方框图法判识油气藏类型

根据C2/C3，100C2+/C1和100C2/(C3+C4)的实际值，点到各坐标上，然后投影到对角线上，若4个或3个点落在一个正方形内，由这个正方形所标明的油气藏类型则是所判别的油气藏类型[4]。

Jupiter油气田中，气层流体的C2/C3，100C2+/C1和100C2/(C3+C4)均落在了带油环凝析气藏或凝析气顶油藏的区域，C2+含量落在了无油环凝析气藏的区域；油层流体中C2/C3，C2+和100C2/(C3+C4)落在了带油环凝析气藏或凝析气顶油藏及油藏的范围内，而100C2+/C1比值落在了油藏的范围内(图2)。

2.2 组分三角图判识油气藏类型

根据油气藏的地层流体组成资料，将C1+N2，>C2—C6+CO2，C7+数据点在图上，根据如下标准判识油气藏类型[4-5]。

图2 Jupiter油气田油气藏类型Fig.2 Diagram showing reservoir types in Jupiter oilfield

C1+N2>95% 干气藏

C7+<11% 凝析气藏

11%10% 挥发性油藏

32%

C7+>70% 低蒸发油藏

Jupiter油气田气层流体样品C1+N2含量为17%，C7+含量在2.86%～4.89%，C2—C6+CO2含量在78%～80%，均落在了凝析气的区域(图2)；而油层流体样品C1+N2含量在13.58%～15.67%，C7+组分含量在19.81%～28.02%，C2—C6+CO2含量在58.40%～64.53%，样品点均落入了挥发性油藏区域(图3)。

2.3 φ1参数判别法

φ1=C2/C3+(C1+C2+C3+C4)/(C5+)，分类标准如下[4-5]。

φ1>450 气藏

80<φ1≤450 无油环凝析气藏

60<φ1≤80 带小油环凝析气藏

15<φ1≤60 带较大油环凝析气藏

7<φ1≤15 凝析气顶油藏

2.5<φ1≤7 挥发性油藏

1<φ1≤2.5 普通黑油油藏

φ1≤1 高粘质重质油藏

Jupiter油气藏中，气层13个样品φ1值分布范围为5.59～7.88，平均值为7.07，为挥发性油藏—凝析气顶油藏，更接近于凝析气顶油藏；油层7个样品的φ1值分布范围为2.13～2.33，平均值为2.25，属于普通黑油油藏的范畴。

图3 Jupiter油气田储层流体组分组成Fig.3 Ternary diagram showing fluid components of reservoirs in Jupiter oilfield

2.4 Z1与Z2值判断油气藏类型

依据油气藏流体烃类组成分布，按以下经验公式进行判别油气藏类型[4]:

0.99F)/3.71

(1)

Z2=(0.79C5++0.98C1/C5++0.95C2/C3+

0.99F)/3.71

(2)

(3)

式中:C1，C2，C3，C4和C5+表示烃类摩尔组成。

Z1≤17，Z2≤17带大油环的凝析气藏或油藏

17

Z1>21，Z2>20.5无油环凝析气藏

对Jupiter油田流体烃类组成进行了Z1与Z2值计算，气层中Z1比值分布范围为3.35～3.80，Z2比值分布范围为3.35～3.78；油层中Z1比值分布范围为10.81～14.99，Z2比值分布范围为10.41～14.38。从Z1与Z2比值来看，Jupiter油气田油气藏类型为带大油环的凝析气藏或油藏。考虑到Jupiter油田气柱高度大于油柱高度，因此将油气藏类型定义为带油环凝析气藏。

3 原油地球化学特征

Jupiter油气田凝析油API密度为35～44°API，原油API密度为28～32°API。在族组分组成上，凝析油具有较高的饱和烃含量，含量一般为65%～85%，非烃和沥青质含量在10%～15%；而原油饱和烃含量相对较低，含量在44%～55%，非烃和沥青质含量较高，在28%～35%。

3.1 全油色谱特征

凝析油全油色谱特征呈现双峰型分布，主峰碳为nC8，次主峰为nC13(图4)。类异戊二烯烷烃组成显示了姥鲛烷占优势的特点，Pr/Ph(姥鲛烷/植烷)为1.58～1.88，表明沉积水体为弱氧化-弱还原的沉积环境[6]。有机质类型以混合型有机质为主。

图4 Jupiter油气田凝析油全油色谱Fig.4 Whole oil chromatography of condensate samples from Jupiter oilfield

3.2 生物标志物特征

Jupiter油气田凝析油和原油中检测到丰富的生物标志物。在三环萜烷(TT)组成上，三环萜烷分布范围为C19—C30，以C23三环萜烷为主峰(图5)，C21TT/C23TT值为0.70～0.90，C26三环萜烷的含量大于C25三环萜烷含量，C26TT/C25TT值为1.15～1.22。

藿烷(H)碳数分布范围为C27—C35，C29H/C30H分布范围为0.52～0.56，具有较高的伽马蜡烷(G)含量，G/C30H值为0.26～0.33，反映沉积水体具有一定的水体分层性[5]。

甾烷组成上，原油具有C27>C29>C28甾烷的分布模式，具有较高的重排甾烷含量，C29重排/C29规则甾烷比值为0.28～050。原油具有较低的藿烷/甾烷比，藿烷/甾烷比值的分布范围为3.97～6.65。

原油具有与C27重排甾烷相比较，较高含量未知结构的四环萜烷TPP(m/z259离子检测)[7]，C27重排甾烷/C30TPP比值为0.58～0.73。

4 高含CO2油气藏形成机制

4.1 原油、烷烃气同源

4.1.1 凝析油与原油对比

气层中凝析油全油碳同位素分布范围为-28.02‰～-25.88‰，油层中原油的全油碳同位素分布范围为-26.89‰～-26.69‰。凝析油与原油全油碳同位素之间的差异在2‰之内，表明二者是同源的。

图5 Jupiter油气田凝析油饱和烃生物标志物质量色谱Fig.5 Mass chromatogram of saturate of condensate from Jupiter oilfield

C27—C29甾烷组成是油油对比与油源对比的重要生物标志物参数，其相对组成在整个生油窗范围内并无明显的变化[6]。图6展示了Jupiter油气田凝析油与原油甾烷组成，从中可以看出凝析油与原油均呈现C27>C29>C28的特点，C27甾烷含量分布在42%～47%，在三角图中聚为一类，表明凝析油与原油为同源产物。

4.1.2 原油与烃源岩对比

在全油碳同位素特征上，Barremian阶盐湖原油全油碳同位素分布范围是-25.70‰～-24.8‰。Jupiter油田无论凝析油还是原油，其生物标志物特征及全油碳同位素均与Upper Barremian-Lower Aptian阶湖相烃源岩类似。因而原油来源于Upper Barremian-Lower Aptian阶湖相烃源(图7)。

图6 Jupiter油气田原油甾烷组成Fig.6 Sterane ternary diagram of crude oil in Jupiter oilfield

图7 Jupiter油气田原油藿烷/甾烷比值与TPP比值之间的关系Fig.7 Ratio of hopane/sterane versus TPP value of crude from Jupiter oilfield

4.1.3 原油成熟度

与烃源岩成熟度(Ro,镜质体反射率)不同，油气成熟度是一个相对模糊的概念，通常是通过生物标志物或芳烃成熟度参数与Ro之间的关系、天然气组分碳同位素与Ro之间的关系，通过换算得到相应的成熟度[6]。从Jupiter油气田凝析油和原油的饱和烃生物标志物来看(图8)，气层中凝析油饱和烃C2920S/(20S+20R)甾烷比值为0.38～0.42，C29ββ/(αα+ββ)甾烷参数在0.46～0.49；油层中原油饱和烃C2920S/(20S+20R)甾烷比值为0.38～0.41，C29ββ/(αα+ββ)甾烷参数在0.46～0.49，凝析油和原油在上述两个参数之间并不存在差异，均未达到0.55与0.70的平衡值[5]，表明原油的成熟度Ro未达到0.90%。

Ts/(Ts+Tm)受控于烃源岩的母质和成熟度，对于同一来源的原油而言，Ts/(Ts+Tm)是可信的成熟度指标。平衡终点Ts/(Ts+Tm)比值为1，对应的镜质体反射率约为1.3%～1.4%[5]。Jupiter油气田中，气层中凝析油的Ts/(Ts+Tm)比值为0.19～0.21，油层中原油的Ts/(Ts+Tm)比值为0.17～0.20，两者之间并没有明显的差异，离比值为1的平衡终点相距甚远，表明凝析油与原油的成熟度远未达到1.3%～1.4%的阶段。

从原油密度来看，气层凝析油原油密度分布范围为35～44.23°API，油层中原油密度分布范围为28.35～39.3°API，并未有密度小于0.8 g/cm3的凝析油，原油密度数据表明原油成熟度并不是很高，属于烃源岩生油高峰阶段的产物。

4.1.4 天然气成熟度

Jupiter油气田中的烷烃气为热成因气。其甲烷碳同位素分布在-35.53‰～-32.89‰，乙烷碳同位素分布范围为-32.23‰～-29.18‰，丙烷碳同位素分布范围为-30.51‰～-28.47‰。天然气为湿气，干燥系数为0.85～0.88，根据Prinozhofer等人建立的甲烷-乙烷、乙烷-丙烷同位素分布判识模版[7]，烷烃气成熟度为1.0%～1.3%，对应于生烃高峰——凝析油前期阶段的产物。与研究区Upper Barremian-Lower Aptian阶烃源岩成熟度基本一致。

4.2 CO2成因

Jupiter油气田中油层中二氧化碳含量分布范围为50%～60%，气层中二氧化碳含量分布范围为76%～78%，气层中δ13CCO2分布范围为-8.11‰～-5.35‰，气层中R/Ra值为5.6，根据戴金星等提出的二氧化碳分类模版[8]，何家雄等[9]提出的二氧化碳分类图版，Jupiter油气田中二氧化碳成为无机火山幔源型二氧化碳。

4.3 CO2蒸发分馏作用

蒸发分馏是指早期形成油藏中的原油与后期注入的天然气混合后，原油组成发生相应的变化[10]。自Thompson等在墨西哥湾识别这一油气次生蚀变作用以来[10-11]，蒸发分馏用于解释北海[12]，台湾K油田[13]，塔里木盆地[14-19]，柴达木盆地[20-21]和莺琼盆地[22-24]原油多样性。前人研究运移分馏中后期注入的天然气往往是烃类气体，以高成熟甲烷干气为主。蒸发分馏不仅使原油链状烷烃发生明显的变化[25-30]，同时导致通常与烃源岩有机质或热成熟度有关的组分参数、甾萜类分子参数发生明显变化，原油13C值变重1‰左右[17]。

与储层连通的断裂或断裂的发育以及过量外来天然气的注入是蒸发分馏作用发生的重要条件[10-25]。断裂活动伴随着压力降低，压力降低时，饱和油的气相从饱和气的油相流体中分离时就发生分馏作用。分馏出来的烃类主要是轻烃，并沿断裂在浅部储层中形成凝析油与气藏，而残留在深部的油相则由于运移分馏作用的强度不同，含有不同的重质成分[10，17]。

图8 Jupiter油田原油J1井地球化学参数及API密度随深度的变化Fig.8 Geochemical parameters and API density changing with depth of Well J1 in Jupiter oilfield

Jupiter油气田具备发生运移分馏作用的条件。①研究区油气藏分布在构造的高部位，区内发育有3期断裂，裂谷期断裂以拉张运动为主，控制了盆地的发育；坳陷期断裂以热沉降为主，断裂不发育，地貌稳定；后裂谷期断裂以垂直运动为主。研究区发育了4条大断裂，特别是F1断裂，切穿基底，为无机CO2的运移提供了运移条件。②气层中气油比很高，大多为2 750～4 200 m3/m3，明显高于油层气油比(170～210 m3/m3)；气层中CO2含量在76%～80%，油层中CO2含量在56%～60%，且CO2为火山幔源成因，表明有大量的外源CO2气体的注入。③由于芳烃化合物具有极性及键结构而产生分子间相互作用力，因而蒸气压下降，不易进入气相而残留在原油中，正构烷烃蒸气压高而容易溶入气相被携带走，因而经过蒸发分馏作用后的残留油以高芳香度和低石蜡度为特征，甲苯/nC7比值高，而nC7/甲基环己烷比值低。研究区凝析油甲苯/nC7比值随深度的变浅而降低，原油密度由深到浅降低。④根据Thompson提出的原油次生蚀变作用图版[10]，研究区原油均落在了蒸发分馏的曲线上，充分说明了Jupiter油气田凝析油、原油乃是蒸发分馏作用所致。⑤运移分馏作用不仅使得凝析油中的C29重排甾烷/C29规则甾烷比值增加，也使三环萜烷/藿烷比值增加，更导致富含低分子量正构烷烃的凝析油(运移相)的13C变重1‰左右(图9)，所有这些特征均与塔里木盆地轮南地区蒸发分馏作用所导致的地球化学参数是相似的[17]。

图9 Jupiter油气田流体甲苯/nC7与nC7/甲基环己烷之间的关系Fig.9 Relationship between toluene/nC7 and nC7/methycyclohexane of fluids from Jupiter oilfield

文献报道的蒸发分馏作用多与后期高成熟烷烃气的注入有关，Jupiter油气田CO2的大量注入丰富了蒸发分馏作用的理论。

5 结论

1) 使用四参数方框图法、组分三角图法、φ1值法、Z1与Z2等综合参数确定桑托斯盆地Jupiter油气田高含CO2油气藏相态为带油环的凝析气藏。

2) Jupiter油气田凝析油与原油具有相似的生物标志物组成，Pr/Ph比在1.5左右，C26三环萜烷/C25三环萜烷比值在1.15～1.22，藿烷/甾烷比值大于4，甾烷以C27甾烷占优势，高的TPP比值，全油碳同位素在-25‰左右，来自于白垩系Upper Barremian-Lower Aptian 阶湖湘烃源岩。凝析油和原油在成熟度没有明显差异，均为生烃高峰的产物。

3) Jupiter油气田中烷烃气为生烃高峰——凝析油前期阶段的产物，来源于Upper Barremian-Lower Aptian 阶湖湘烃源岩。

4) Jupiter油气田中CO2为火山幔源型CO2，大量CO2注入形成的蒸发分馏作用，对早期形成的油藏进行改造，形成了现今带油环凝析气藏的面貌。

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(编辑 董 立)

A study on forming mechanisms of CO2-rich reservoirs in Jupiter oilfield，Santos Basin,Brazil

Ma Anlai1,Sun Hongjun1,Zheng Lei1,Li Yuzhan2,Xu Hai1,Zhang Zhongming1

(1.Exploration&ProductionResearchInstituteSINOPEC,Beijing100083,China;2.SINOPECInternationalExplorationandProductionCorporation,Beijing100029,China)

The high CO2content and various fluid components in oil and gas columns of reservoirs of Jupiter oilfield in the Santos Basin is the main reason why there has not been a consensus on the phase and forming mechanisms of the reservoirs yet.Based on a four-parameter-block diagram,a ternary diagram of fluid component,and a multiple parameter method withφ1,Z1andZ2values,we tried to understand the phase of reservoirs in Jupiter Oilfield.The result shows that the reservoirs are condensate reservoirs with oil rings.The condensate was found to share similar molecular characteristics with that of the crude oil in the reservoirs:Pr/Ph value between 1.58 and 1.88,C26/C25tricyclic terpane value ranging from 1.15 to 1.22,high abundance of C27sterane relative to C29sterane,hopane to sterane ratio value greater than 4 and TPP value greater than 0.5,and carbon isotope value of whole oil at -25‰.All these geochemical parameters indicate that both the condensate and the oil be originated from the Cretaceous Upper Barremian-Lower Aptian lacustrine source rocks.Both the condensate and the crude oil have similar maturity and correspond to peak oil generation stage.The maturity of alkane gas,sourced from the Upper Barremian-Lower Aptian lacustrine source rocks,corresponds to the peak oil generation-early condensate forming stage.The CO2is volcano-mantle type and its later influx transformed the reservoirs that formed at the early stage through evaporative fractionation,resulting in the present condensate reservoirs with oil rings.The evaporative fractionation is supported by geochemical parameters.The influx of inorganic CO2added some new content to the theory of the evaporative fractionation.

evaporative fractionation,condensate reservoir with oil ring,CO2,hydrocarbon accumulation,Cretaceous,Jupiter oilfield,Santos Basin

2015-03-25;

2017-02-09。

马安来(1969—)，男，副教授、博士，油气地球化学与油气成藏机理。E-mail:maal.syky@sinopec.com。

中国石化科技部项目(JP14008)。

0253-9985(2017)02-0371-08

10.11743/ogg20170217

TE122.1

A