车排子凸起新近系沙湾组原油轻烃地球化学特征及油源分析

2014-05-26任英姿

油气地质与采收率 2014年3期

任英姿

（中国石化胜利油田分公司地质科学研究院，山东东营 257015）

位于准噶尔盆地西缘车排子凸起的春光油田和春风油田是中国石化近年来重要的油气发现之一，但其在不同区带和层系的原油性质存在极大差异。凸起南部春光油田新近系沙湾组原油为稀油，地面原油密度为0.8009 g/cm3，粘度为1.79 mPa·s；凸起北部春风油田新近系沙湾组原油为稠油，地面原油密度为0.9655 g/cm3，粘度为 5879 mPa·s。对车排子凸起沙湾组原油的来源已进行了较多研究，但对其认识存在较大差异，主要观点有其油气为侏罗系单一来源[1-3]、以侏罗系来源为主并有其他层系油气混入[4-5]、以二叠系来源为主并混入其他层系油气[6-7]以及二叠系单一来源[8]等。因此须采用多种方法对研究区的原油特征进行深入分析，进一步明确其油气来源。

轻烃是原油和天然气中的重要组成部分，随着中外学者对轻烃分析和应用研究的日益深入，轻烃分析测试技术在石油地质研究中的作用也越来越显著。轻烃参数在判断生烃母质类型与环境、推测有机质热演化程度、进行油气来源对比、研究油气运移方向与相态类型以及判断油气保存条件等方面均具有较好的应用效果[9-17]。为此，笔者对车排子凸起新近系沙湾组不同性质原油的轻烃地球化学特征进行分析，利用轻烃参数对原油的成熟度、母质类型等进行研究，进而厘定其油气来源，以期为研究区下步的油气勘探部署提供新的依据。

1 区域地质概况

车排子凸起位于准噶尔盆地西部隆起带，西邻扎伊尔山，东部和南部分别以红车断裂带、艾卡断裂带与昌吉凹陷、四棵树凹陷相连。研究区是在石炭系火成岩基底之上发育起来的继承性凸起，整体为东南倾的单斜，多期次的构造升降运动造成地层主要以超覆和削截为主[18-19]。其新近系沙湾组主要发育辫状河三角洲及扇三角洲2种沉积体系[20-21]，储集条件较好，为春光油田和春风油田的主要含油层系。车排子凸起具有他源供烃、多源多期、双向汇聚的油气成藏背景，是具有多套含油层系、多种油气品位和多种油藏类型的复式油气聚集区[22-23]。

2 实验方法及条件

车排子凸起的原油性质具有较大差异，对研究区南部稀油和北部稠油分别采用原油全烃气相色谱和岩石热蒸发烃色谱分析方法进行轻烃组分分析。针对稀油的原油全烃气相色谱分析为原油直接进样，采用HP-1型60 m弹性石英玻璃毛细柱，实验起始温度为40℃，恒温10 min；升温速率为2℃/min，升至温度为110℃；升温速率为5℃/min，升至温度为300℃，恒温至基线平直。针对稠油油砂的热蒸发烃色谱分析是将重量约为2 g的油砂置于石英样品舟中，放入已恒温至300℃的石英管式炉内加热，热释的烃气被载气带至液氮冷阱中富集约15 min，然后快速加热富集管，使烃气进入色谱仪中进行分析，其色谱分析条件与原油全烃气相色谱分析相同。

针对研究区不同原油性质，采用不同轻烃组分分析方法得到的色谱均显示出良好的轻烃组成特征（图1），尤其是稠油油砂热蒸发烃色谱分析显示含有一定数量的轻烃组分，且常用的判断原油生烃母质类型和成熟度参数指标的分布完好（图1a），可用于油源对比和原油成熟度的确定。

图1 不同轻烃组分分析方法的轻烃色谱对比

3 轻烃地球化学特征及油源分析

3.1 原油成熟度

由于车排子凸起稀油的生物标志化合物特征与准噶尔盆地各套烃源岩中可溶有机质的可对比性均不理想，因此原油成熟度成为确定其油源的主要依据。但研究区稠油遭受生物降解作用严重，稀油有可能超过生物标志化合物成熟指标平衡阶段，造成原油成熟度确定困难[8]。轻烃参数是反映生油岩中有机质热演化程度的重要证据，根据轻烃参数可以研究有机质的成熟度。Philippi在研究加利福尼亚盆地的凝析油后发现，随着成熟度增加，凝析油轻烃的烷基化程度亦增加[10]。Thompson提出利用石蜡指数（异庚烷值）和庚烷值来研究原油成熟度特征[11]。Mango提出依据2，4-二甲基戊烷与2，3-二甲基戊烷的比值来计算原油生成时的最高温度，根据原油生成时的最高温度可计算原油生成时烃源岩中有机质的镜质组反射率[12]。采用Mango提出的换算公式[12]定量计算研究区原油的等效镜质组反射率，同时对目前用于确定原油成熟度和来源的其他轻烃参数，如庚烷值、异庚烷值、甲基环己烷指数和苯指数等进行计算（表1）。结果表明，研究区的稠油和稀油成熟度均处于成熟阶段，但稠油的等效镜质组反射率多为0.85%～0.96%，略高于稀油（其值为0.83%～0.87%），分析其主要原因可能是原油保存条件或生物降解程度的差异所造成的。

3.2 原油母质类型

轻烃是油气母质来源类型判识的重要指标，王廷栋在对四川盆地含油天然气藏C4—C7烃类族组成的研究中发现，陆相来源（腐殖型）油气样品中缺乏正构烷烃，异构烷烃占较大优势[24]；而海相来源（腐泥型）的油气样品中，则是C4—C7正构烷烃占优势；典型腐泥型烃源岩生成油的芳烃（苯和甲苯）含量一般不超过10%，而腐殖型烃源岩生成油的芳烃含量则相对较高，一般超过10%；煤系地层烃源岩生成油的芳烃含量更高，甚至大于20%。胡惕麟提出甲基环己烷指数与环己烷指数，并指出当甲基环己烷指数大于50%时，原油母质类型为腐殖型，甲基环己烷指数小于50%时，原油母质类型为腐泥型；当环己烷指数小于27%时，可以推断原油母质类型为腐泥型，大于27%时，推断原油母质类型为腐殖型[25]。从表1可以看出，研究区原油的甲基环己烷指数显示出来源于腐泥型烃源岩的明显特征，仅排2-86、排2-88、排2-平87和排2-平92井原油的甲基环己烷指数显示出腐殖型特征。

C7轻烃化合物包括甲基环己烷、二甲基环戊烷和正庚烷3类。其中，甲基环己烷来自于高等植物的木质素、纤维素和醣类等，热力学性质相对稳定，是反映陆源母质类型的参数；二甲基环戊烷主要来自水生生物的类脂化合物，并受原油成熟度影响，其大量存在是腐泥型成因油气的标志；正庚烷主要来自藻类和细菌，对成熟作用非常敏感，是良好的原油成熟度指标；因此，可以利用甲基环己烷、二甲基环戊烷和正庚烷的相对含量来区分腐殖型和腐泥型油气[11-12]。车排子凸起沙湾组不同性质原油C7化合物的相对组成特征（图2）表明，北部排6井区稠油以及南部排2井区稀油中的正构烷烃含量较为丰富，芳烃含量较低，其油气均主要来源于典型的腐泥型烃源岩，仅排2-86等4口井油气显示为腐殖型烃源岩特征。

表1 车排子凸起沙湾组原油轻烃参数

图2 车排子凸起沙湾组不同性质原油C7化合物的相对组成特征

车排子凸起南部稀油的原油成熟度相同，但排2和排2-88井区轻烃参数所反映的原油母质类型特征却存在差异。从原油性质来看，排2-86、排2-88等井的地面原油密度和粘度均比排2井区稍大。排2井与排2-88井的原油全烃气相色谱对比结果表明，排2-88井原油成分中相对缺失轻烃组分，其原因可能为原油受到一定程度的生物降解作用，致使C7正构烷烃的含量降低，影响对其原油母质类型的确定。马柯阳等对塔里木盆地原油轻烃的研究成果[26]表明，轻烃在原油的运移、成藏过程中会因气液相平衡作用，导致不同轻烃成分的分馏、分异，进而影响确定原油成熟度和母质类型的参数。排2-88井区距昌吉凹陷烃源岩生烃中心的距离比排2井区要远，油气在排2-88井区聚积成藏须经历更长距离的运移，因此排2和排2-88井区稀油的原油母质类型差异可能是蒸发分馏作用所导致的。

此外，排2-88等井的分子质量相对较大的饱和烃类依然保存完整的分布序列，说明其原油仅发生部分组分的分异或遭受极轻微的生物降解作用，但这种变化对原油母源类型的确定已产生影响。而排6等井的稠油遭受严重的生物降解作用，其原油中的轻质组分已散失殆尽，但在油砂热蒸发烃色谱分析中却依然存在完整的轻烃系列化合物；究其原因为在散失过程漫长和生物降解作用极为严重的稠油中存在的轻烃系列化合物不可能是原始稠油中完整保存下来的，现今油藏稠油中的轻烃组分应是油气二次充注的结果，其反映的原油来源及成熟度特征应为油气二次充注的原油特征，因此导致排6等井稠油的轻烃地球化学特征与稀油的相同。

3.3 油源分析

研究区目前的钻探成果表明，在车排子凸起周边凹陷的主要烃源岩层中，侏罗系主要以煤系地层为主，尚未发现以腐泥型组分为主的深湖相有效烃源岩。车排子凸起南部的四棵树凹陷虽因相变原因可能发育深湖相沉积，但即使发育该类烃源岩，由于其地温梯度较低，也不可能存在大规模的、与目前研究区原油轻烃地球化学特征所反映的原油成熟度一致的有效烃源岩，对远离有效烃源岩的车排子凸起提供大量油气的可能性较小，因此，研究区油气二次充注的原油来源于南部四棵树凹陷侏罗系烃源岩的可能性较小。凸起东部昌吉凹陷的侏罗系虽有部分烃源岩演化程度达到目前研究区原油轻烃地球化学特征所反映的原油成熟度，但其侏罗系烃源岩中的有机质也以陆源高等植物为主，未发现以腐泥型有机质为主的烃源岩，而昌吉凹陷二叠系发育典型的含有丰富腐泥型有机质的优质烃源岩[27-28]；因此，从轻烃参数确定的原油母质类型来看，车排子凸起沙湾组的油气来源应为昌吉凹陷二叠系烃源岩。

根据车排子凸起的轻烃参数特征，确定其原油成熟度为成熟阶段，并未达到现今昌吉凹陷二叠系烃源岩的高—过成熟阶段。综合研究区稀油及部分稠油中族组成不含沥青质组分的特征[29]，认为其原油应为早期油藏中的油气发生二次运移的结果。原油初次成藏后，由于在原始油藏中的保存时间较长，导致其中的沥青质组分发生分异、沉淀；在原油二次成藏过程中，仅有非沥青质组分发生运移，而沥青质组分则保留于原始油藏中，这可能是造成车排子凸起新近系沙湾组油藏的原油具有上稀下稠反序分布特征[30-31]的原因之一。因此，通过原油成熟度和族组成的分析认为，车排子凸起沙湾组原油不是来源于侏罗系成熟烃源岩，而是由昌吉凹陷二叠系早期成熟原油发生二次运移后成藏的结果。

4 结束语

车排子凸起早期充注原油的轻烃组分多已散失或遭受生物降解作用，其稠油表现的轻烃地球化学特征是后期原油发生二次充注的结果。现今研究区稠油和稀油的轻烃地球化学特征主要反映成藏后期油气二次充注的原油特征，其原油来源于昌吉凹陷二叠系富含低等水生生物母质类型的成熟烃源岩。研究区稀油为早期油藏的原油经过二次运移后所形成，在原油的运移过程中，因蒸发分馏作用造成其中的重质组分保留于原始油藏中，而轻质组分则运移至研究区聚集成藏。对车排子凸起沙湾组原油轻烃地球化学特征的研究成果进一步深化了对研究区油气成藏期次的划分，以及准噶尔盆地二叠系优质烃源岩早期生成原油在盆地地层倾向转型过程中发生二次运移聚集规律的认识，对准噶尔盆地二叠系烃源岩在高—过成熟阶段生成大量油气的运移方向研究亦具有重要意义。

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