准噶尔盆地车排子地区原油油源分析

李二庭, 靳 军, 米巨磊, 何 丹, 王 明, 李 际, 马万云, 王海静

准噶尔盆地车排子地区原油油源分析

李二庭1,2*, 靳 军1,2, 米巨磊1,2, 何 丹1,2, 王 明1,2, 李 际1,2, 马万云1,2, 王海静1,2

(1. 中国石油 新疆油田分公司实验检测研究院, 新疆 克拉玛依 834000; 2. 中国石油砾岩油气藏勘探开发重点实验室, 新疆 克拉玛依 834000)

车排子地区紧邻沙湾凹陷和四棵树凹陷, 油源条件优越, 具有多层系含油特点, 前人对该区原油油源认识存在较大分歧。本次研究在研究区原油生物标志物分析基础上, 结合金刚烷异构化指标和正构烷烃单体碳同位素分布, 对车排子地区原油油源进行了分析。结果表明, 车排子地区存在3类原油: (1) Ⅰ类原油为新近系沙湾组轻质油, 表现为侏罗系来源特征, Pr/Ph比值大于2.0, 原油碳同位素值偏重,13C值大于−28.0‰, 姥鲛烷(Pr)、植烷(Ph)和三环萜烷含量较低, Pr/C17和Ph/C18比值小于0.3, 不含β-胡萝卜烷, 三环萜烷/藿烷比值分布在0.08～0.18之间, C24四环萜烷/C26三环萜烷比值分布在1.61～3.81之间, ααα20R规则甾烷具有C27和C29规则甾烷优势, 呈C27>C28C28

油源对比; 单体烃碳同位素; 金刚烷; 生物标志物; 车排子地区

0 引 言

车排子地区位于准噶尔盆地西北缘南段, 东临沙湾凹陷, 东南以红车断裂带为界与中拐凸起相接, 北临扎伊尔山, 南临四棵树凹陷及伊林黑比尔根山。该地区紧邻生烃凹陷, 其中, 沙湾凹陷发育中二叠统下乌尔禾组与下侏罗统八道湾组两套主要烃源岩, 中二叠统下乌尔禾组为一套浅湖-半深湖相暗色泥岩, 厚度达150～200m 以上, 达到成熟-高成熟演化阶段, 四棵树凹陷发育下侏罗统八道湾组烃源岩, 是一套湖沼相含煤沉积建造, 厚度达200m以上, 已进入生烃门限[1], 造成车排子地区长期处于油气运移的有利承接区, 石油地质条件较为优越。目前勘探成果显示, 车排子地区具有多层系含油特点, 自上而下主要分布在新近系沙湾组(N1s)、白垩系吐谷鲁群组(K1tg)、侏罗系八道湾组(J1b)、二叠系乌尔禾组(P3w)、二叠系佳木河组(P1j)及石炭系(C), 原油类型多样, 包含稠油、正常油和轻质油。2005年排2井在新近系沙湾组(N1s)获得高产工业油气流, 由于其油气藏埋深小(约1000m), 勘探效益高, 在该区开启了勘探热潮。前人对车排子凸起的原油油源已进行了较多研究, 但在认识上存在较大分歧, 如车排子新近系轻质原油来源主要有: 侏罗系来源[2–3], 以侏罗系来源为主、有其他层系油气混入[4–5], 以二叠系来源为主、混入其他层系来源[6–7], 以及二叠系来源[8]等4种观点, 车排子新近系油砂及其他层位原油主要来自二叠系烃源[9–11]。

前人的油源分析主要依据原油生物标志物参数进行对比研究, 但生物标志物受成熟度、烃源岩影响较大。原油中生物标志物通常含量低, 不同成熟度原油的生物标志物含量相差几倍甚至几十倍[12], 极少量低熟油的混入就足以造成高熟原油生物标志物的分布发生改变, 导致油源误判。金刚烷化合物具有稳定的类金刚石结构, 性质非常稳定, 具有强的热稳定性和抗微生物降解能力[13], 不仅在高熟轻质原油及烃源岩成熟度评价上具有很好的应用[14], 还可以应用于原油类型划分[15]。另外, 单体分子的稳定碳同位素分析技术在油-源精细对比方面作用更加显著。尤其是单体正构烷烃的碳同位素分析, 可对不同来源油中碳同位素分布特征进行有效的对比研究, 为油-油及油-源对比提供了一个有效的方法[16–18]。针对车排子原油来源的争议, 本次研究拟在研究该区原油生物标志物参数的基础上, 结合金刚烷指标和正构烷烃单体碳同位素特征, 探讨研究工区原油来源。

1 实验部分

1.1 样品

根据前人研究, 本次研究从车排子选取了3类原油, Ⅰ类原油为车排子新近系沙湾组(N1s)轻质油, Ⅱ类原油为白垩系到石炭系储层原油, Ⅲ类原油为来自沙湾组(N1s)的稠油, 原油样品分布见图1。同时选取了典型二叠系风城组(风南4、乌42)、下乌尔禾组(玛湖1)、侏罗系(卡11)和白垩系(霍101)来源的原油进行对比, 样品信息见表1。

1.2 实验分析

原油中生物标志物分析采用Thermal Scientific ISQ 7000质谱仪, 配置 Trace 3000色谱仪。色谱柱为DB-5MS柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm), 柱温条件为: 初始温度80 ℃, 保留2 min, 以3 ℃/min速率升温至300 ℃, 保留15min。

原油中金刚烷化合物的定量采用内标定量法, 13种金刚烷标准样品购自挪威Chiron公司, 分析仪器为Waters公司Quattro Micro型气相色谱-质谱-质谱联用仪。气相色谱系统采用AS 3000自动进样器, 进样量为1μL, 色谱柱为DB-1柱(50 m×0.32 mm× 0.52 μm)。升温程序为: 初始温度50 ℃, 保留5 min, 以15 ℃/min升温至80 ℃, 再以2.5 ℃/min升温至250 ℃, 最后以15 ℃/min升温至300 ℃, 保留10 min。载气为He, 流量为1.5 mL/min, 电子轰击电离源(EI)电压为70 eV, 传输管线和离子源的温度分别为300 ℃和250 ℃, 灯丝发射电流为25 μA, 溶剂接收延迟时间为12 min。

原油在进行正构烷烃单体碳同位素分析前, 首先进行柱色谱分离获得饱和烃, 然后采用尿素络合进一步分离获得正构烷烃组分。单体正构烷烃碳同位素分析采用Agilent 6890-Isoprime型色谱-同位素比值质谱(GC-IRMS)联用仪, 色谱柱为 HP-5MS柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)。柱温条件为: 初始温度80 ℃, 恒温1.5 min, 以20 ℃/min 速率升温至130 ℃,然后再以4 ℃/min速率升温至290 ℃, 恒温15min。碳同位素校正标样购于印第安纳大学, 由10个不同碳数的正构烷烃混合标样(C12～C35)组成, 平行样碳同位素测定结果的偏差均小于0.5‰。

图1 车排子地区原油井位分布图

表1 车排子地区原油物性及族组分参数

注: “/”表示无相关数据。

2 结果与讨论

2.1 车排子地区原油物性及族组分特征

车排子地区3类原油物性及族组分特征具有一定的差异。Ⅰ类沙湾组轻质油, 其原油碳同位素值较重,13C值大于−27.91‰, 密度分布在0.8174～ 0.8531 g/cm3之间; 饱和烃与芳烃的含量在94.39%～ 97.10%之间, 含蜡量较高, 在9.4%～11.4%之间; Ⅱ类原油分布范围广泛, 分布于白垩系至石炭系储层, 原油碳同位素值略轻,13C值小于−28.98‰, 轻质油到稠油均有分布, 密度在0.8351～0.9104 g/cm3之间, 饱和烃与芳烃的含量在82.05%～96.94%之间, 含蜡量在0.67%～13.65%之间; Ⅲ类沙湾组重质油, 受到严重生物降解作用, 密度大于0.9548 g/cm3, 原油碳同位素值较轻,13C值小于−30.18‰, 饱和烃与芳烃的含量在78.73%～88.41%之间, 基本不含蜡。

2.2 车排子地区原油生物标志物特征

车排子地区3类原油生物标志物特征见图2、图3和表2。从分析结果看, 车排子地区Ⅰ类沙湾组轻质油Pr/Ph比值较大, 在2.00～2.56之间, , Pr、Ph和三环萜烷含量较低, Pr/C17比值在0.21～0.27之间, Ph/C18比值在0.10左右, 表现出氧化沉积环境[19], 基本不含β-胡萝卜烷, 三环萜烷/藿烷比值在0.08～0.18之间, C24四环萜烷含量远高于C26三环萜烷, C24四环萜烷/C26三环萜烷比值在1.61～3.81之间, 指示陆源有机质贡献[19], ααα20RC27、ααα20RC28和ααα20RC29规则甾烷具有ααα20RC27、ααα20RC29规则甾烷优势, 呈C27>C28

图2 车排子地区原油生物标志物参数

车排子地区Ⅱ类原油生物标志物特征与Ⅰ类原油差异明显, Pr/Ph比值较小, 在0.96～1.31之间, Pr、Ph和三环萜烷含量相对较高, Pr/C17比值在0.42～0.63之间, Ph/C18比值在0.40～0.55之间, 表现出偏还原沉积环境, 具有中等含量的β-胡萝卜烷, 三环萜烷/藿烷比值分布在0.32～1.20之间, C24四环萜烷含量低于C26三环萜烷, C24四环萜烷/C26三环萜烷比值在0.25～0.77之间, ααα20RC27、ααα20RC28和ααα20RC29规则甾烷具有ααα20RC29规则甾烷优势, 呈C27

车排子地区Ⅲ类原油生物标志物特征介于Ⅰ类和Ⅱ类原油之间, 受生物降解作用, 链烷烃基本消失殆尽, 原油碳同位素值偏轻,13C值分布在−30.2‰～ −31.4‰之间, 三环萜烷含量较高, 三环萜烷/藿烷比值在0.87～1.32之间, C24四环萜烷含量高于C26三环萜烷, C24四环萜烷/C26三环萜烷比值在1.25～1.51之间, ααα20RC27、ααα20RC28和ααα20RC29规则甾烷具有ααα20RC27和ααα20RC29规则甾烷优势, 呈C27>C28

2.3 车排子地区原油金刚烷特征

车排子地区原油中金刚烷类化合物含量不高, 分布相对集中, 单金刚烷类化合物总含量介于300～ 1200 μg/g之间, 双金刚烷类化合物总含量介于20～ 70 μg/g之间。其中, Ⅰ类轻质原油单金刚烷类化合物总含量为500～1200 μg/g, 而Ⅱ类原油为300～500 μg/g,其含量与盆地腹部二叠系原油金刚烷类化合物含量大致相当[15]。为了得到更加确定的油源对比结果, 构建了一系列金刚烷类参数指标(图4和表3), 来进一步判断车排子地区原油的油源。

图3 车排子地区原油饱和烃色谱质量色谱图

Fig.3 Mass chromatogram of saturated hydrocarbons in oils from the Chepaizi area

表2 车排子地区原油生物标志物特征参数

注: “/”表示无相关数据, 1–Pr/Ph比值; 2–Pr/C17比值; 3–Ph/C18比值; 4–C24四环萜烷/C26三环萜烷比值; 5–三环萜烷/藿烷; 6–ααα20RC27/ααα20RC28规则甾烷; 7–ααα20RC28/ααα20RC29规则甾烷; 8–αααC29S/(S+R )规则甾烷比值; 9–αββC29(S+R )/∑C29规则甾烷比值。

金刚烷异构化指标能够有效判断轻质油的成熟度和来源[21–23], 如Jiang.[22]运用金刚烷异构化指标实现了玛湖凹陷原油成因分析。从本实验分析结果可以看出, Ⅰ类原油金刚烷异构化指标与侏罗系来源的原油非常接近,MA值在 0.30～0.38之间,EA值在 0.29～0.31之间,DMA-1值在 0.45～0.49之间,DMA-2值在 0.28～0.29之间,TMA-1值在 0.23～0.26之间,TMA-2值在 0.32～0.38之间; Ⅱ类原油与二叠系来源的原油较为相似,MA值在 0.49～0.53之间,EA值在 0.25～0.31之间,DMA-1值在 0.51～0.53之间,DMA-2值在 0.35～0.37之间,TMA-1值在 0.27～0.28之间,TMA-2值在 0.42～0.44之间。结合原油生物标志物参数和金刚烷指标, 可以确定Ⅰ类轻质油主要来自侏罗系烃源岩, Ⅱ类原油主要来自二叠系下乌尔禾组烃源岩。

2.4 车排子地区原油正构烷烃单体碳同位素特征

从原油正构烷烃单体碳同位素分布特征可以看出, 不同来源原油正构烷烃单体碳同位素分布曲线具有明显的区别(见图5)。Ⅰ类轻质油在C14～C31范围内正构烷烃单体碳同位素主要介于−29.8‰ ～ −25.9‰之间, 随碳数增加正构烷烃碳同位素值逐渐降低, 分布曲线呈“下降”型分布, 与来自侏罗系烃源岩原油的正构烷烃碳同位素组成相似; Ⅱ类原油在C14～C31范围内正构烷烃单体碳同位素主要介于−32.5‰ ～ −28.51‰之间, 随碳数增加正构烷烃碳同位素值呈先降低后增加的趋势, 在C25时碳同位素值达到最低, 分布曲线呈“山谷”型分布, 与来自二叠系下乌尔禾组烃源岩原油的正构烷烃碳同位素组成基本一致; Ⅲ类原油由于受严重的生物降解作用, 正构烷烃含量极低, 以排606井为例, 通过分离富集原油中微量的正构烷烃进行碳同位素分析, 发现该井原油在C14～C31范围内正构烷烃单体碳同位素主要介于−30.7‰ ～ −27.4‰之间, 随碳数增加正构烷烃碳同位素值逐渐降低, 分布曲线呈“下降”型分布, 与来自侏罗系烃源岩原油的正构烷烃碳同位素组成相似, 说明Ⅲ类原油具有两期原油充注, 一期为二叠系来源充注, 遭受严重的生物降解, 二期以侏罗系来源充注为主, 同样遭受较为严重的生物降解, 原油中残存微量的正构烷烃。

图4 车排子地区原油中金刚烷类化合物异构化指标相关图

Fig.4 Correlations between the isomerization index values of adamantane compounds in oils from the Chepaizi area

表3 车排子地区原油金刚烷异构化指标

(续表3)

注:MA=1-甲基单金刚烷/(1-甲基单金刚烷+2-甲基单金刚烷);EA=1-乙基单金刚烷/(1-乙基单金刚烷+2-乙基单金刚烷);DMA-1=1, 3-二甲基单金刚烷/(1, 3-二甲基单金刚烷+1, 2-二甲基单金刚烷);DMA-2=1, 3-二甲基单金刚烷/(1, 3-二甲基单金刚烷+1, 4-二甲基单金刚烷);TMA-1=1, 3, 5-三甲基单金刚烷/(1, 3, 5-三甲基单金刚烷+1, 3, 4-三甲基单金刚烷);TMA-2=1, 3, 5-三甲基单金刚烷/(1, 3, 5-三甲基单金刚烷+1, 3, 6-三甲基单金刚烷)。

图5 车排子地区原油正构烷烃单体碳同位素分布特征

Fig.5 Compound-specific carbon isotope distribution curve of n-alkane in oils from the Chepaizi area

3 结 论

(1) 研究区Ⅰ类原油分布于新近系沙湾组轻质油, 全油碳同位素值偏重, 大于−28.0‰, 生物标志物参数与典型侏罗系来源原油具有一定差异, 结合金刚烷特征和正构烷烃单体碳同位素分布特征, 金刚烷异构化指标MA值在 0.30～0.38之间,DMA-1值在 0.45～0.49之间, 正构烷烃单体碳同位素分布曲线呈“下降”型, 随碳数增加正构烷烃碳同位素值逐渐降低, 表现为侏罗系来源特征。

(2) 研究区Ⅱ类原油分布于白垩系到石炭系, 原油碳同位素值偏轻, 基本小于−30.0‰, 生物标志物参数与典型二叠系来源原油较为一致, 金刚烷异构化指标MA值在 0.49～0.53之间,DMA-1值在 0.51～0.53之间, 正构烷烃单体碳同位素分布曲线呈“山谷”型, 随碳数增加, 正构烷烃碳同位素值呈先降低后增加的趋势, 表现为二叠系下乌尔禾组来源特征。

(3) 研究区Ⅲ类原油分布于新近系沙湾组生物降解稠油, 生物标志物特征介于Ⅰ类和Ⅱ类原油之间, 原油碳同位素值偏轻, 基本小于−30.0‰, 正构烷烃单体碳同位素分布曲线呈“下降”型分布, 表明其来源为二叠系和侏罗系混源。

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Analysis of crude oil sources in the Chepaizi area, Junggar Basin

LI Er-ting1,2*, JIN Jun1,2, MI Ju-lei1,2, HE Dan1,2, WANG Ming1,2, LI Ji1,2, MA Wan-yun1,2and WANG Hai-jing1,2

1. Research Institute of Experiment and Testing, Xinjiang Oilfield Company, PetroChina, Karamay 834000, China; 2. Key Laboratory of Conglomerate Reservoir Exploration and Development, CNPC, Karamay 834000, China

The Chepaizi area is adjacent to the Shawan Sag and Sikeshu Sag. It has superior oil source conditions and is characterized by multi-layered oil-bearing characteristics. However, previous studies have not clearly defined the crude oil source in this area. Based on analysis of crude oil biomarkers in the study area, this study combined the isomerization index of adamantane and the compound-specific carbon isotope distribution of-alkane to analyze crude oil sources in the Chepaizi area. The results showed that there are three types of crude oil in the Chepaizi area. (1) Type Ⅰ crude oils are light oils distributed in the Neogene Shawan Formation, which are characterized by Jurassic origin, a Pr/Ph of greater than 2.0, heavy crude oil carbon isotope values,13C values greater than −28.0‰, low Pr, Ph, and tricyclic terpene contents, and Pr/C17and Ph/C18values of less than 0.3. Type I crude oils do not contain β-carotane, have tricyclic terpene/heptane ratios of 0.08 to 0.18, and have C24tetracyclic terpene/C26tricyclic terpene ratios of 1.61 to 3.81. ααα20R regular sterane has the advantage of C27sterane and C29sterane, showing a distribution of C27>C28C28

oil source correlation; compound-specific carbon isotope; diamondoid; biomarker; Chepaizi area

P595

A

0379-1726(2021)05-0492-11

10.19700/j.0379-1726.2021.05.005

2020-01-20;

2020-03-05;

2020-03-11

新疆维吾尔自治区重点实验室开放课题(2017D04023)

李二庭(1988–), 男, 高级工程师, 地球化学专业。

通讯作者(Corresponding author): LI Er-ting, E-mail: lierting@petrochina.com.cn; Tel: +86-990-6237273