白云凹陷原油气洗作用

陈 涛， 侯读杰， 米巨磊， 何大双， 施和生， 朱俊章

( 1. 中国地质大学(北京) 能源学院，北京 100083； 2. 中国地质大学(北京) 海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室，北京 100083； 3. 中海石油(中国)有限公司 深圳分公司，广东 广州 510240 )



白云凹陷原油气洗作用

陈 涛1,2， 侯读杰1,2， 米巨磊1,2， 何大双1,2， 施和生3， 朱俊章3

( 1. 中国地质大学(北京) 能源学院，北京 100083； 2. 中国地质大学(北京) 海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室，北京 100083； 3. 中海石油(中国)有限公司 深圳分公司，广东 广州 510240 )

白云凹陷天然气资源丰富，同时产出一定量轻质原油和凝析油.其天然气成熟度高于原油的，具有油气同源不同期、早油晚气的特征，后期充注的天然气对早期形成的油气藏进行气洗分馏改造，导致原油轻组分正构烷烃大量损失并形成次生凝析气藏.基于全油气相色谱数据，计算原油正构烷烃损失量，研究白云凹陷原油气洗作用强度及成因.结果表明，研究区原油多具有气洗分馏作用残留油特征，原油气洗作用主要发生在珠江组储层，且东部流花—荔湾构造带气洗的广度和强度大于北部番禺低隆起构造带的；东区LH3构造正构烷烃损失量最大，达到90%以上；北部番禺低隆起构造带气洗程度差异较大，与该区断裂发育程度及与油气源距离有关.该结果为寻找富含轻质烷烃、贫芳烃的凝析油气藏提供指导.

气洗； 正构烷烃损失量； 蒸发分馏作用； 白云凹陷

0 引言

当油藏中早期形成或运移过程中形成的原油与后期注入的高成熟天然气混合后，原油成分发生变化，轻质组分多溶解到气相中，饱含原油轻质组分的天然气继续运移并在合适的条件下形成次生凝析气藏，被称为原油的气洗作用.气洗作用是相分馏作用的一种，在全球范围内普遍发生，包括北美墨西哥湾、阿拉斯加近海、印尼近海及北海地区等，人们研究建立气洗作用的理论模型.Silverman S R发现油气藏在储层压力和温度变化下发生相分离现象[1].Mcauliffe C D发现，即使沿同一路径运移，原油在水溶液中和在气溶液中运移所造成的分馏效应不同[2].Thompson K F M研究墨西哥湾盆地凝析气藏成因，提出“蒸发分馏”理论[3-4]，描述在封闭条件下单次混合相分馏过程，解释非热解成因凝析气藏的形成机理.Larter S等对蒸发分馏理论和实验做出补充[5].Krooss B M等将气洗作用描述为“气—液地质色层效应”，即运移中气相流体与相对静止的液相流体混合、平衡再分离的过程[6].Meulbroek P等拓展Thompson K F M的理论并提出“气洗”概念，将它描述为在开放体系下持续混相分馏作用，其中蒸发分馏可视为一种限定条件下气洗作用[7].Losh S等提出计算原油正构烷烃损失量Q的方法，并将Q作为定量评价气洗作用强度的标准[8].也有人通过计算Q，对塔河、库车坳陷和轮南低隆起等地区的气洗作用进行定量研究[9-12].

白云凹陷是南海地区油气重点勘探区块.该凹陷天然气藏属于典型的晚期成藏类型，成藏时期晚于距今5 Ma，现今仍在成藏过程中[13]，晚期形成的大量天然气对早期充注的原油进行次生改造.关于白云凹陷气洗作用的研究很少.通过原油气洗作用研究，笔者分析白云凹陷气洗作用成因及对油气成藏的影响，探讨不同构造带气洗作用强弱的原因，研究原油气洗作用机理，为该地区油气勘探提供参考.

1 地质概况

白云凹陷位于珠江口盆地南部坳陷带，是珠二坳陷内一个次级构造单元，也是珠江口盆地古近纪最大的沉降及沉积中心，主要包括白云西洼、白云主洼、白云东洼3个次级洼陷(见图1).地震及钻井资料表明，白云凹陷新生界发育8组地层，主力烃源岩层发育在始新统文昌组、始新—渐新统恩平组和渐新统珠海组地层，其中文昌组和恩平组已进入高—过成熟阶段，珠海组处于成熟阶段.主要油气储层包括渐新统珠海组、新近系中新统珠江组及韩江组地层.

图1 白云凹陷区域构造及原油取样井位置

白云凹陷自古近系至今，主要经历珠琼运动二幕、南海运动和东沙运动3次大的构造运动.东沙运动发生于韩江组沉积末期，距今10～5 Ma，运动形成一系列NWW向以张扭性为主的正断层，一方面使南海运动时期形成的断裂再次活动，另一方面形成一系列位于T50以上地层的断裂，对晚期油气运移输导具有重要意义.东沙运动时期，白云凹陷3套地层中烃源岩已进入成熟生烃阶段，活动的断裂对文昌、恩平和珠海组烃源岩的排烃和输导具有重要作用，决定白云凹陷的油气成藏与分布.

2 样品与实验

21个原油实验样品主要来自珠江组和珠海组地层，大部分为轻质原油.为确定原油中正构烷烃组成特征，开展全油气相色谱(GC)分析，实验仪器采用美国安捷伦科技公司制造的色谱仪(Agilent 7890A-GC).色谱柱为HP-PONA石英毛细柱(50.00 m×0.20 mm×0.50 μm)；升温程序：初温35.0 ℃，恒温5 min后，以3.0 ℃/min 速率升至70.0 ℃，以4.5 ℃/min速率升至300.0 ℃，恒温35 min；采用FID检测器，温度为300.0 ℃；分流比为100∶1.

3 结果与讨论

3.1 油气地化特征

白云凹陷以天然气藏为主，主要为湿气藏，含少量干气藏，气藏中含有一定量的轻质原油和凝析油.该地区原油以轻质油和凝析油为主，w(Pr)/w(Ph)(姥鲛烷/植烷)多大于3.5，w(甾烷)/w(藿烷)小于0.46，w(DBT)/w(P)(二苯并噻吩/菲)小于0.26，w(C29)/w(C27重排甾烷)大于1，表现明显的C29甾烷优势(见表1)，说明原油来源于氧化条件下陆源Ⅲ型有机质的输入，主要来自恩平组烃源岩.

白云凹陷原油成熟度较高，难以根据一般甾萜烷类成熟度参数准确判断,而芳烃可比饱和烃指示更宽的成熟度变化范围，更好地确定原油成熟度.分别利用甲基菲比值F1(F1=(3-MP+2-MP)/(1-MP+9-MP+3-MP+2-MP)，其中MP为甲基菲)和二苯并噻吩参数MDR(MDR=4-MDBT/1-MDBT，其中MDBT为甲基二苯并噻吩)作为成熟度参数，换算原油镜质体反射率Ro1和Ro2，表示为

Ro1/%=2.598F1-0.274 9；

(1)

Ro2/%=0.073MDR+0.51.

(2)

该地区原油镜质体反射率在0.7%～1.5%之间，不同构造带差异较大，北部番禺低隆起原油成熟度大于东部流花—荔湾构造带的(见表1).北部大部分地区原油镜质体反射率在1.3%以上，成熟度高，与文昌组高熟油的混入有关；东部大部分地区原油镜质体反射率在0.7%～1.1%之间，成熟度较低，与珠海组低熟油的混入有关.

白云凹陷天然气组分以烃类气体为主，甲烷占绝对优势，天然气干燥因数大部分在0.92～0.95之间，属典型的湿气藏，以来自于恩平组烃源岩的干酪根裂解气为主，属高—过成熟阶段[14].天然气成熟度远大于原油的，具有油气同源不同期、早油晚气的特征，后期大量天然气的充入对早期充注的原油改造作用明显.

表1 白云凹陷原油地球化学参数

3.2 原油气洗作用响应

Kissin Y指出，未发生次生改造的基态原油正构烷烃的摩尔分数的对数与其对应的碳原子数呈线性分布关系[15]，即

lnyi=axi+lnA,

(3)

式中：yi为原油正构烷烃的摩尔分数；xi为i对应的正构烷烃的碳原子数，i≥10；a为斜率；A为归一化因子.

经过气洗作用改造的原油正构烷烃的摩尔分数的对数与碳原子数的分布曲线分为两部分：高碳数正构烷烃部分曲线保持原有线性分布关系；由气洗作用造成的损失导致低碳数正构烷烃部分线性曲线的偏离；两者的转折点xb称为拐点.当i>b时，lnyi与xi呈线性分布，lnyi=axi+lnA；当i

白云凹陷原油中正构烷烃分布模式分为两类：第一类是正常基态原油，其正构烷烃的摩尔分数的对数与碳原子数呈线性关系;第二类是受气洗作用改造的原油，其正构烷烃的摩尔分数的对数与碳原子数的关系曲线分为两段，拐点前发生线性偏离，拐点后保持线性关系不变.白云凹陷东部流花—荔湾构造带第二类原油较多，气洗作用较普遍，绝大多数原油的正构烷烃分布曲线发生偏离(见图2(b))；北部番禺低隆起构造带第一类原油较多，大多为正常或经历轻微气洗的原油(见图2(a)).

图2 白云凹陷原油正构烷烃分布Fig.2 Carbon number vs. the log of mole fraction for the n-alkanes in oils from Baiyun sag

图3 白云凹陷原油石蜡度与芳香度关系Fig.3 Relationship between paraffinicity and aromaticity of crude oils in Baiyun sag

在复杂地质条件下，生物降解和水洗作用能造成原油正构烷烃大量损失，但白云凹陷原油正构烷烃大量损失与生物降解及水洗作用无关，原因为：(1)一般受生物降解作用影响的原油的w(Pr)/w(nC17)值相对较高[16]，但白云凹陷正构烷烃损失量较大的原油的w(Pr)/w(nC17)值较低，多小于0.83.(2)气洗作用对于原油的改造是一个链烷烃贫化、芳烃富集的过程，使原油的芳香度(甲苯/正庚烷值)增加、石蜡度(w(正庚烷)/w(甲基环己烷)值)降低，是判断原油受“蒸发分馏”作用的重要标志；而生物降解作用使正构烷烃、环烷烃及芳烃等全油烃组分整体损失.白云凹陷原油轻质组分中芳烃和环烷烃的含量相对丰富，普遍存在“蒸发分馏”特征(见图3).(3)生物降解作用使原油中正构烷烃大量损失，在全烃气相色谱图上形成难以识别的复杂峰型；而白云凹陷受气洗作用的原油的全烃气相色谱图完整，峰型易于识别(见图4).(4)水洗与气洗作用的区别在于前者可造成甲苯和环烷烃的大量损失[17].白云凹陷原油中苯系物含量丰富，正构烷烃大量损失的同时，环烷烃、菲、萘及二苯并噻吩相对富集，表明原油主要受气洗作用影响.

3.3 气洗作用

原油气洗作用强度可以通过全油族组分变化进行定量评价，评价以正构烷烃为主.原油正构烷烃损失量计算模型见图5.首先作出实测样品中正构烷烃摩尔分数的对数与碳原子数的关系曲线；然后找出实测样品曲线拐点的碳原子数，利用拐点后高碳数正构烷烃摩尔分数的对数与碳原子的线性关系，得出未经气洗作用改造的原油中正构烷烃分布曲线，经归一化处理得到未分馏样品曲线；在碳原子数高于拐点的部分，两条曲线之间存在固定的差值f，将实测样品曲线所有碳数的摩尔分数的对数减去f后就得到转换后的样品曲线.未分馏样品与转换后样品曲线之间正构烷烃质量分数的差值百分比即为原油正构烷烃损失量Q，表示为

Q=[ 1-∑M1xi/∑M0xi]×100%,

(4)

式中：M1xi为转换后原油样品正构烷烃的质量分数；M0xi为未分馏原油样品正构烷烃的质量分数.

为了避免气顶气逸散及样品处理等因素造成轻质正构烷烃组分损失，计算中不考虑C10以下范围的烃类.

图4 受气洗的原油全烃色谱(以LH2井为例)Fig.4 Gas chromatogram of a gas-washed oil(sample is from well LH2)

图5 正构烷烃损失量计算模型Fig.5 Calculation model of the n-alkane mass depletion fraction

通过白云凹陷原油正构烷烃的损失量计算，该地区东部流花—荔湾构造带原油气洗作用的广度与强度大于北部番禺低隆起构造带的，且气洗作用主要发生在珠江组储层(见表2).

白云凹陷东部LH3和LH4井珠江组储层原油发生强烈气洗，正构烷烃损失量最高达到91.16%；同井深度更大的珠海组储层原油气洗程度明显偏低，正构烷烃损失量最高仅为20.83%，说明白云凹陷东区的天然气主要沿珠江组砂体侧向运移.LH3和LH4井处于白云主洼、东洼烃源岩双向供烃的油气优势运聚地带，邻近主凹区域晚期发育大规模底劈构造，北部发育断开白云东洼的深大断裂，配合广泛分布的珠江组三角洲储层，可作为后期天然气运移的重要输导通道，为该地区原油发生强烈气洗作用的主要原因(见图6).

表2 白云凹陷原油正构烷烃损失量

北部番禺低隆起构造带原油大多未受气洗或只受轻微气洗，只有处于隆起边缘、靠近凹陷中心的PY5和PY6井珠江组储层原油受到大强度气洗，正构烷烃损失量平均达到80%.白云凹陷北部整体断裂活动强度及底辟构造发育规模小于东部的，是北部气洗作用强度弱于东部的原因.位于凹陷北缘的PY5和PY6井油气藏距油气源较近，发育的深大断裂断入凹陷内文昌、恩平组烃源岩，同时沟通上部珠海、珠江组储层，并长期活动，为白云凹陷油气纵向输导运移的起点，断裂与砂体配合对凹陷内油气向北运移具有关键作用，是该油气藏发生较大程度气洗的主要原因(见图6).断裂整体活动性较弱，使天然气无法进行大规模、远距离侧向运移，导致远离生油凹陷的北区油气藏尽管经历后期烃类气体的再充注作用，但气洗作用并不强烈.

图6 白云凹陷输导体系与原油气洗强度

3.4 油气成藏

白云凹陷具备发生气洗分馏作用的两个条件：(1)运移通道.白云凹陷晚期底辟构造的形成和演化、晚期断裂的活动，以及长期活动断裂的存在形成良好的运移通道，能破坏早期形成油气藏的平衡，促使油、气再分配.(2)过量的外源气.白云凹陷气藏具有晚期成藏特征，至今仍在成藏.主力烃源岩文昌、恩平组已进入过成熟的产干气阶段，保证充足的气源供应.后充注的气体进入油气藏后打破原来的平衡，对已生成的原油进行气洗分馏作用改造，原油轻质组分甚至中等相对分子质量烃类溶解至天然气中，继续运移至合适的圈闭中形成凝析油、轻质油藏.

原始油气藏经过气洗分馏作用后，产生多个次生的“子体”油气藏，其中残留油具有高芳香度和低石蜡度等特征，即轻烃组分中w(甲苯)/w(正庚烷)值高、w(正庚烷)/w(甲基环已烷)值低.白云凹陷大部分原油具有贫轻质烷烃组分，富含轻质芳烃，特别是苯、甲苯和甲基环戊烷、甲基环已烷等轻环已烷类的特征，与典型气洗分馏作用后残留油特征相符(见图3).白云凹陷发现的大多是这类残留油气藏，较少发现富含轻质烷烃、贫芳烃的次生“子体”油藏，为下一步勘探凝析油藏指示新的方向.

4 结论

(1)基于正构烷烃损失量的气洗作用模型，白云凹陷气洗作用主要发生在珠江组储层，东部流花—荔湾构造带气洗作用的广度与强度大于北部番禺低隆起构造带的.东部LH3井原油的气洗程度最高，正构烷烃损失量最大达到91.16%，它位于白云主洼、东洼烃源岩双向供烃的油气优势运聚区域，邻近主凹区域晚期发育大规模底劈构造，北部发育断开白云东洼的深大断裂，为后期天然气运移的重要通道.

(2)受运移通道、与油气源的距离等因素影响，白云凹陷北部油气藏的气洗作用强度差异较大.位于凹陷北缘的PY5和PY6井距油气源较近，发育深大断裂，原油气洗程度最大，平均正构烷烃损失量达到80%；凹陷其他部位油气藏尽管经历后期烃类气体的再充注作用，但远离油气源，且断裂活动强度不大，气洗作用并不强烈.

(3)白云凹陷底辟构造的形成与演化、晚期断裂的活动和长期活动断裂的存在、大量外源气的形成为气洗分馏作用提供基本地质条件.目前发现的原油大多具有气洗分馏作用残留油的特征，寻找富含轻质烷烃、贫芳烃的凝析油气藏成为下一步勘探的新方向.

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2015-03-17；编辑：张兆虹

国家科技重大专项(2011ZX05025-003)

陈 涛(1989-)，男，硕士，主要从事石油地质与成藏地球化学方面的研究.

侯读杰,E-mail: hdj@cugb.edu.cn

TE133

A

2095-4107(2015)03-0060-07

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2015.03.008