泌阳凹陷下二门地区浅层油气源分析及勘探启示

2021-04-28金芸芸石正勇任霄宇

西南石油大学学报(自然科学版) 2021年2期

金芸芸，石正勇，任霄宇

中国石化河南油田石油勘探开发研究院，河南南阳 473132

引言

前人烃源岩研究成果认为核一段（H1）、核二段（H2）烃源岩处于低熟—未熟阶段，核三段（H3）泥页岩为泌阳凹陷主力烃源岩，有机质丰度高，类型为III1型，有机质处于成熟演化阶段，油气以顺层运移为主，纵向调整较少。与泌阳凹陷主要油田已发现储量主要处于H3上段不同，下二门油气主要分布于浅层。截至2018 年底，下二门梨树凹地区核桃园组已探明原油地质储量2 892.25×104t，其中，H2段1 669.86×104t，亚段1008.29×104t，亚段12.2×104t。天然气储量4.33×108m3，基本都分布在H1段与H2段[1-3]。弄清下二门梨树凹地区的烃源岩生烃条件、天然气成因及浅层油气源关系，对下步勘探方向有一定的启示意义。

1 地质概况

泌阳凹陷是一个叠置在秦岭褶皱带之上的中新生代断陷盆地，面积约1 000 km2，凹陷内自下而上发育古近系大仓房--玉皇顶组、核桃园组和廖庄组，新近系凤凰镇组以及第四系。横向上划分为南部陡坡带、中部深凹带和北部斜坡带3 个次级构造单元。凹陷东部下二门及周缘地区处于正向构造与深凹区的过渡带上，紧邻生烃中心，是油气向正向构造带运移的必经之路，油源充足。沉积相带上主要处于三角洲前缘或前三角洲亚相，具有较好的储层条件，且有机碳含量普遍较高，烃源岩具有较强的生油能力，源储配置良好，具有“近源聚集”的优势[4-7]。

2 原油特征及油源分析

2.1 样品采集

本次研究下二门浅层油气特征及来源，分析原油、天然气、烃源岩样品共22 口井165 样次。新采集下二门泌188 井、下3-113 井、下5-235 井、下T5-231 井及下T5-375 井H2段原油共5 样次；浅层H2段天然气样品4 个，分别为下T2-平11 井、下6-11 井、下5-152 井和下5-610 井(图1）；建立泌296井烃源岩地化剖面采集145 块泥页岩样品。烃源岩数据及其他数据来源于前人已分析样品。主要实验项目为原油组分分析、气相色谱-质谱、稳定碳同位素分析、有机碳、热解及干酪根显微组分等。

2.2 原油物性特征

由原油样品的族组分分析结果（表1）可以看出，下二门地区原油饱和烃含量为37.57%∼79.10%，平均63.95%，亚段都大于61.00%；芳香烃含量在6.05%∼19.39%，平均13.65%；胶质+沥青质含量在7.42%∼46.13%，平均22.40%；饱芳比在1.94∼10.44，平均5.28。总体上，下二门油田H2段原油具低饱和烃含量和低饱芳比，高胶质和沥青质含量，属于低熟原油，而亚段具高饱和烃、高饱芳比，低胶质和沥青质含量，属于正常原油。

表1 下二门地区原油族组分分析结果表Tab.1 The analysis results of crude oil group composition in Xiaermen Area

2.3 烃源岩特征

下二门地区烃源岩较为发育，暗色泥页岩总厚度达1 200 m，其中，H2段暗色泥页岩最厚达340 m，亚段最厚达500 m，亚段最厚达360 m；有机质丰度高，具有良好的生油条件[8-9]。图2 为泌阳凹陷下二门地区泌296 井烃源岩地化剖面。

图2 泌阳凹陷下二门地区泌296 井核桃园组烃源岩地化剖面图Fig.2 Geochemical profile of source rocks of Hetaoyuan Formation in Well Bi296,Xiaermen Area,Biyang Depression

图3 泌阳凹陷下二门地区泌296 井核桃园组烃源岩烃指数演化剖面Fig.3 Hydrocarbon index evolution profile of Hetaoyuan Formation source rock in Well Bi296,Xiaermen Area,Biyang Depression

2.4 油源关系分析

表2 泌阳凹陷下二门地区原油和烃源岩生标数据表Tab.2 Biomarker compounds of crude oil and source rocks in Xiaermen Area of Biyang Depression

图4 泌阳凹陷下二门地区油源关系交会图Fig.4 Intersection of oil source relations in Xiaermen Area of Biyang Depression

3 天然气成因分析

根据天然气组分含量分析，下二门4 个天然气样品甲烷含量在94.18%∼98.72%（表3），干燥系数为0.996∼0.999，表明天然气是以甲烷为主的干气，与生物气的特征相似。

表3 泌阳凹陷下二门地区原油和烃源岩生标数据表Tab.3 Component content characteristics of shallow natural gas in Xiaermen Area of Biyang Depression

依据母质继承效应、热力学分流效应等原理，运用稳定碳同位素反演天然气的形成过程，反映天然气的母质类型、热演化程度，系统研究天然气的成因和来源。一般认为有机成因甲烷碳同位素在-55.0‰∼-30.0‰，生物气甲烷碳同位素小于-55.0‰。泌阳凹陷天然气甲烷碳同位素在-49.6‰∼-44.3‰，乙烷碳同位素在-47.2‰∼-36.6‰，属于典型的油型气范畴，但是同位素值偏轻，应该是经受过生物改造作用，或者是混有同位素较轻的生物气。天然气组分碳同位素为δ13C1＜δ13C2＜δ13C3＜δ13C4＜δ13C5，正常序列，为有机成因，不存在混源[18-22]。

中国天然气CO2碳同位素在-39.00‰∼7.00‰，有机成因CO2碳同位素在-39.00‰∼-8.00‰，下5-152 井天然气CO2碳同位素为1.10‰，为无机成因气，来源可能为上地幔岩浆中富含CO2气体当岩浆沿地壳薄弱带上升、压力减小，其中，CO2逸出，或者是碳酸盐矿物与其他矿物相互作用，如白云石与高岭石作用生成CO2。CO2碳同位素偏重，微生物产甲烷过程CO2是反应物，消耗CO2的同时CO2的碳同位素变重，一般大于0[23]。

根据Stahl 及戴金星的天然气成熟度经验公式[24-25]，建立天然气碳同位素与成熟度回归方程，计算下二门地区天然气稳定碳同位素及成熟度如表4所示，天然气成熟度（Ro）在0.34%∼0.74%，热演化为未成熟低成熟阶段，成熟度较低。综合分析天然气的组分含量、干燥系数、烷烃的稳定碳同位素，下二门天然气为深部成熟演化阶段烃源岩生成的油型伴生气与浅层未成熟低成熟阶段生物气的混合气，划分阶段为生物热催化过渡带气[26]。

表4 泌阳凹陷下二门地区天然气稳定碳同位素及成熟度计算结果表Tab.4 Calculation result of stable carbon isotope and maturity of natural gas in Xiaermen Area of Biyang Depression

4 勘探启示

针对下二门浅层勘探越来越难的现状，近几年，重新调整勘探思路，在深层系取得新发现，在下二门部署的泌443 井亚段断鼻油藏最高日产原油27.32 m3，部署的泌437 井亚段断层岩性油藏试获最高日产原油26.32 m3，展示了深层系良好的勘探前景。最新的资源评价结果显示[27]，下二门梨树凹地区地质资源量为10 286.36×104t，已探明储量2 892.25×104t，剩余资源量7 394.11×104t，其中，H2段剩余资源量633.31×104t，亚段剩余3 031.03×104t，亚段剩余3 729.77×104t，H2段探明率较高，剩余资源量主要分布在H3段。

根据下二门地区油气来源分析结果，浅层H2段油气主要为亚段烃源岩贡献，亚段油气未向上运移，原油在亚段聚集成藏。并且下二门地区紧邻生烃中心，本地发育砂泥岩薄互层，源储关系匹配较好，其构造位置处于几个鼻状构造倾没端，且广泛发育的北东或近东西走向断裂体系及伸入生油中心的砂体搭起了油气自中心向边沿运移的桥梁，砂体+断层“联合控圈”，在该区带易形成断层岩性圈闭，因此，深层系是下步的主要勘探层系。浅层生物热催化过渡带气也是下二门地区油气勘探的有力补充。