轻烃参数在莱州湾凹陷油气藏评价中的应用

2022-01-16韩明刚谭忠健李鸿儒张志虎

录井工程 2021年4期

韩明刚谭忠健李鸿儒张志虎

(①中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司；②中海石油(中国)有限公司天津分公司)

0 引言

随着渤海湾盆地油气勘探的深入，油气藏类型多变、差异大，油气藏成因及流体分布规律复杂，录井油气评价工作已经进入瓶颈期。轻烃是石油、天然气中重要的组成部分，被认为是干酪根和其他有机质生烃演化过程中的“残片”,它所包含的地球化学信息一直备受人们关注[1-5]，在油气成因类型、油气特征等研究中发挥着重要作用。油气成藏与分布是烃类流体形成、运移、富集一系列动态过程在特定阶段的结果，通过对油气藏中烃类分子组成的剖析，可深入认识不同油气类型，从而揭示油气的地球化学相特征，反演油气成藏规律，有利于从源头上突破复杂油气藏评价的瓶颈。轻烃地球化学分析技术具有成本低和便捷快速的特点，却较少在现场得到应用。本文以莱州湾凹陷为例，探索轻烃参数在油气储层快速评价方面的应用，对于深入认识莱州湾凹陷油气形成与分布规律具有一定的现实意义。

1 区域地质背景

莱州湾凹陷位于渤海南部海域，与济阳坳陷东营凹陷和沾化凹陷相邻，郯庐断裂带的分支断层分别从其东、西两侧边缘通过，东为鲁东隆起区，南为潍北凸起，西为垦东凸起，北为莱北低凸起[6-7]。莱州湾在凹陷北区勘探发现多个含油气构造，主要包括KL 10-1、KL 10-2亿吨级油田，以及KL 6-4、KL 12-2、KL 11-2等多个含油气构造，之后在占到凹陷面积近大部分的南部斜坡区KL 16-1构造也相继获得重大突破，展现出良好的勘探前景。

2 Mango稳态催化轻烃成因模式

Mango[8]通过对近2000个原油样品的分析发现， 2MC6(2-甲基己烷)、3MC6(3-甲基己烷)、2,3DMC5(2，3-二甲基戊烷)和2，4DMC5(2，4-二甲基戊烷)这4个异庚烷，无论是绝对含量还是相对含量，其比值具有显著的不变性，即(2MC6+2，3DMC5)/(3MC6+2，4DMC5)≈1，这个比值称为K1。随后，Mango又提出稳态催化动力学模式，来阐述原油中轻烃的有机成因，在这个模式中定义了P1=nC7(正庚烷),P2=2MC6+3MC6，P3=3EC5(3-乙基戊烷)+2,2DMC5+2,3DMC5+2,4DMC5+3,3DMC5+2,2,3TMC4(2,2,3-三甲基丁烷)，N2=1,1DMCYC5(1,1-二甲基环戊烷)+1,t3DMCYC5(1,反3-二甲基环戊烷)+1,c3DMCYC5(1,顺3-二甲基环戊烷)。其中,P1、P2表示母体，N2和P3为最终产物。基于这个轻烃成因模式，进一步推导出Mango轻烃参数K2，即K2=P3/(P2+N2),根据轻烃成因理论模式，同一类源岩在其整个生油窗范围内所生成的所有原油轻烃K2值都相对稳定的存在[8-9]。通常,来源相近的原油，应具有一致的K1值、K2值[5]。

3 莱州湾凹陷轻烃参数分布特征

3.1 样品与数据

样品取自莱州湾凹陷14口探井馆陶组和沙河街组油藏井壁取心和钻井取心共280个，其埋藏深度分布于926～2 984 m之间，数据来源于井场地球化学录井轻烃气相色谱分析，将岩心、井壁取心样品加热到80℃，使样品中轻质烃类(C1-C9)释放出来，随后进行色谱检测，获得样品的轻烃组成信息。

3.2 有机质来源

由图1可以明显看出，在莱州湾凹陷中北区至莱北低凸起的KL 10-1井区(KL 10-1-A井、KL 10-1-B井)、KL 10-2井区(KL 10-2-A井)、KL 6-4井区(KL 6-4-A井)，样品的Mango轻烃参数K1、K2值的变化范围较小，呈现出同一族群的分布特征，而位于南区的KL 16-1井区(KL 16-1-A井-KL 16-1-H井)样品K1、K2值分布范围较大。位于南区和北区之间的KL 10-4井区(KL 10-4-A井)样品则表现出过渡特征，部分样品K1、K2值分布集中，另一部分K1、K2值分布分散，预示莱州湾凹陷北区和南区可能存在不同的有机质来源。通过对样品中生物标志化合物的分析，能得出一致的结论。

图1 莱州湾凹陷油气藏K1值和K2值相关关系

图2为莱州湾凹陷伽马蜡烷/C31藿烷与C24-四环萜烷/C26-三环萜烷散点图。图中可见，莱州湾凹陷南区的分布特征与其他区域有明显的不同，具有高伽马蜡烷指数的样品仅检出于位于南区的KL 16-1-A井和KL 16-1-B井。从这2口井样品来看(图2圆点标识)，伽马蜡烷/C31藿烷比值与C24-四环萜烷/C26-三环萜烷比值具有极佳的正相关性。高伽马蜡烷常预示源岩沉积体系的高盐度和强还原特点，而高C24-四环萜烷可能指示碳酸盐岩或蒸发岩的沉积环境[10-12]。因此，认为莱州湾凹陷南区应该存在强还原环境可能为蒸发岩体系的油源供烃。

图2 莱州湾凹陷伽马蜡烷/C31藿烷与C24-四环萜烷/C26-三环萜烷相关图

除了高丰度伽马蜡烷的样品外，图2中还展示出参数C24-四环萜烷/C26-三环萜烷有较大的变化，且颇具规律性：莱州湾凹陷由南至北，由西至东，C24-四环萜烷/C26-三环萜烷总体上有增大的趋势，凹陷中部的样品则表现出一定的过渡特征。由此可见，莱州湾凹陷不同区域表现出明显不同的有机质特征。

3.3 原油特征

正庚烷值和异庚烷值常用于对轻烃次生变化的研究，Thompson K F M 通过研究表明[13-14]：埋藏过程中的最高温度影响轻烃的组成特征与沉积岩，可以用作显示原油成熟度的两个参数，石蜡指数1(异庚烷值)及石蜡指数2(正庚烷值)，实验结果显示原油被分成了4类[15]：

(1)正庚烷值范围在18～22、异庚烷值范围在0.8～1.2，排烃温度范围在138～149℃，原油在排烃高峰期生成，称作石蜡基正常油。

(2)正庚烷值范围在22～30时，称作成熟原油。

(3)正庚烷值大于30时，称作高熟原油。

(4)正庚烷值范围在0～18、异庚烷值范围在0～0.8时，称作生物降解油。

尽管不同区块的分类范围有所不同，但大致趋势是类似的，降解区内正庚烷值和异庚烷值越小说明降解越严重。

正庚烷值[15-17]= (正庚烷×100)/( 环己烷 +2-甲基己烷 +1,1-二甲基环戊烷 +2,3-二甲基戊烷 +3-甲基己烷+1,顺3-二甲基环戊烷+1,反3-二甲基环戊烷 + 1,反,2-二甲基环戊烷 + 3-乙基戊烷 + 2,2,4-三甲基戊烷 +正庚烷+甲基环己烷)

异庚烷值[15-17]= (2-甲基己烷+3-甲基己烷)/(1,顺3-+1,反3-+1,反2-)环戊烷

根据Thompson[15]的分类标准作出的莱州湾凹陷轻烃正庚烷和异庚烷散点图(图3)，凹陷总体呈现为正常石蜡-成熟原油特征，凹陷南区普遍遭受生物降解，凹陷北区受降解程度相对较弱。

图3 莱州湾凹陷正庚烷值与异庚烷值散点图

上文中提到的南区样品K1、K2值分布范围较大可能与其遭受生物降解有关，但同时也可以看到，南区和北区的K1、K2值以及正庚烷值和异庚烷值分布范围还是有比较明显的区分度。

3.4 油气生成温度

基于轻烃稳态动力学成因模型，Mango[18]和Bement等[19]研究发现2，4-二甲基戊烷/2,3-二甲基戊烷比值是温度的函数，与时间和干酪根类型无关，进而提出了计算油气生成时的最大温度公式[20]：

T=140+15ln(2,4-DMP/2,3-DMP)

式中：T为最大生成温度，℃；2,4-DMP为2,4-二甲基戊烷；2,3-DMP为2,3-二甲基戊烷。

该轻烃温度参数受其他因素影响较小，由此推算莱州湾凹陷南区油气生成温度介于113～121℃，均值116℃，北区原油最大生成温度介于113～135℃，均值121℃(表1)。为了便于油气勘探研究和应用,需转换为常规的成熟度参数，利用最大埋深温度与镜质体反射率之间的关系，将油气生成温度转换成相当的镜质体反射率值(Ro)[20]，转换公式如下：

Ro=0.012 3T-0.676 4

这种方法计算的成熟度受蒸发分馏作用影响较小，故具有参考价值。计算的莱州湾凹陷南区成熟度Ro分布在0.71%～0.83%、均值为0.76%，北区Ro分布在0.72%～0.98%、均值为0.82%，表明莱州湾凹陷原油普遍处于成熟阶段，南区和北区没有很明显差别，只有KL 9-1和KL 6-4井区表现出相对较高的生成温度和成熟度，如表1和图4所示。