王飞龙 (中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海石油研究院,天津300452)

渤海海域南堡35-2油田油源研究

王飞龙 (中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海石油研究院,天津300452)

在分析和归纳2个凹陷3套可能烃源岩的有机地球化学特征并对原油样品进行分析测试的基础上,主要运用饱和烃色谱、生物标志物、稳定碳同位素、含氮化合物、原油黏度等指标,首次对渤海海域南堡35-2油田的原油来源进行了系统的研究。研究表明:研究区原油均遭受了严重的生物降解,其中北区原油二次充注特征明显;原油的全油碳同位素组成较为集中,δ13C在-26.3‰～-26.9‰;原油中伽马蜡烷、4-甲基甾烷含量较高,三环萜烷、四环萜烷含量较低;原油的生物标志物特征基本一致,供烃源岩为同一有机相;原油充注方向为由南向北。结合烃源岩成熟特征综合认为,渤中凹陷沙河街组三段烃源岩是为区内提供油源的主要烃源岩,其次为沙河街组一段。

南堡35-2油田;饱和烃色谱;生物标志物;含氮化合物;油源对比;油气充注

1 区域地质背景

南堡35-2油田位于渤海海域渤中凹陷北部的石臼坨凸起西端,面积约50km2,西南距塘沽约110km,所处海域水深约12m。油田南临渤海海域最大凹陷——渤中凹陷,西临南堡凹陷。南堡35-2油田于2005年投产,是渤海海域最早投产的稠油油田[1]。油田分为A、B区,A区油质整体要比B区轻。该油田新近系主要为一套陆相砾岩、砂岩和泥岩不等厚互层,厚约1000～1400m,自下而上可划分为馆陶组(Ng)和明化镇组(Nm),Nm又可划分为上、下2段(Nmu、NmL),其中明NmL和Ng是区内主要含油层系[2],埋深约为900～1200m。

南堡35-2油田尽管发现较早,但对其油源一直未有较为明确的定论,这与早期钻井较少、2个凹陷沉积环境相似等因素有关,仅从构造分布来看2个凹陷均有可能为其提供油源。笔者为了明确区内油源,对多口开发井油样进行了系统的采样分析,以求深入剖析南堡35-2油田油源,为开油田发提供理论基础,为供烃凹陷周边的勘探提供参考。

2 烃源岩特征

渤中凹陷、南堡凹陷均属于渤海湾盆地,自下而上均发育有沙河街组三段 (Es3)、沙河街组一段(Es1)、东营组三段 (Ed3)3套烃源岩,且已经证实均能生油,并伴有有大规模油田形成[3～5]。

渤海湾盆地Es3烃源岩沉积时期属于裂陷Ⅱ幕强裂陷期。在该时期区内裂陷强烈,沉降快速,水体加深,连通性较好,近潮湿气候,水和沉积物补给充足,水动力一般较弱,有利于形成稳定的水体分层;同时,该时期湖泊类型为半咸水-淡水湖泊,湖相藻类十分发育,尤以沟鞭藻最为发育[6],藻类生物标志物丰富。

Es1沉积时期为裂陷热沉降期,构造抬升使水体变浅,断层活动较弱,以稳定的盆地沉降为主,气候干旱,水和沉积物补给不足,微咸水-咸水条件,盐跃层控制湖泊分层,强还原环境,耐盐性生物发育,导致伽马蜡烷丰富。由于Es3和Es1烃源岩发育时期藻类十分丰富,其有机质来源主要为低等水生生物,而陆源有机质输入则较有限。因此,渤海湾盆地Es3和Es1烃源岩有机质类型较好。Ed3沉积时期属于裂陷Ⅲ幕,裂陷较强,断裂沉降再次加强,沉降速率显著增加,水体加深,湖盆进一步扩张,以滨浅湖-中深湖淡水湖相沉积为主,水生低等生物繁盛,藻类十分发育,且陆源生物标志物发育。具体到渤中凹陷,从已发现油田的油源对比可知,Ed3烃源岩生物标志物特征表现为低4-甲基甾烷、低伽马蜡烷、高三环萜烷、高四环萜烷的特征;Es1烃源岩生物标志物特征表现为中等4-甲基甾烷、高伽马蜡烷的特征;Es3烃源岩生物标志物特征表现为中等到高的4-甲基甾烷、低伽马蜡烷的特征 (图1)。

图1 渤中凹陷烃源岩饱和烃质量色谱

对南堡凹陷而言,其原油从生物标志物特征上看主要为Ed3和Es3烃源岩贡献[7]。同时,从NB35-1井来看,南堡凹陷Es1生物标志物特征主要表现为低4-甲基甾烷、中等伽马蜡烷(图2)。

3 原油地球化学特征

3.1 原油物性特征

南堡35-2油田按原油物性分类被定为为稠油(表1)。其中以A区1000mPa·s为界分为南、北2区,南部黏度因断层复杂分布范围从100～1000mPa·s,北部黏度基本在1000～2000mPa·s之间,最高不超过2500mPa·s;B区以2000mPa·s为界分为南、北2区,南部黏度最低至1500mPa·s以下,北部基本在2000～3000mPa·s之间,最高可达3260m Pa·s。A、B区原油整体凝固点低,蜡含量不高,硫含量较高。

图2 南堡凹陷烃源岩、原油饱和烃质量色谱

表1 南堡凹陷原油物性参数

从A、B区原油饱和烃色谱来看,基线拱起,轻组分损失,明显遭受生物降解,降解等级约为5级,为南堡35-2油田形成稠油的原因[8～10]。其中,A区原油表现出明显的二次充注(色谱双峰,A4井),且降解程度低于B区(基线上拱弱,A5井),为A区黏度、凝固点、硫含量均低于B区的主要原因(图3)。

图3 南堡35-2油田原油饱和烃质量色谱

3.2 原油族组分特征

原油族组分中非烃、沥青质含量较高,主要由2种原因造成:一是原油成熟度较低,饱和烃含量本身较低;二是原油遭受了生物降解作用,饱和烃含量减少从而造成非烃和沥青质含量升高[6]。

油田A、B区族组分含量整体较为接近,其中B区非烃和沥青质含量整体略高于A区,这与A区降解程度低于B区或有二次充注有关 (表2)。

3.3 原油碳同位素特征

碳同位素也是区分源岩的重要指标之一。原油继承了母源有机质的碳同位素特征,在生烃、运移过程中发生分馏而与母源略有差异。一般而言,如果原油成熟度接近或者一致,其碳同位素差值达到或超过2‰～3‰,则认为两者不同源[11]。生物降解的全油碳同位素变化不明显,或原油的碳同位素变化较小[12],对于降解程度不太高的原油其差异性可以忽略不计。

南堡35-2油田降解程度相对较低,全油碳同位素受影响不大,基本集中在-26.6‰左右(表3),差异小于2‰,推测可能来自同一有机相烃源,与渤中凹陷Es3烃源岩同位素特征基本一致。

3.4 原油生物标志物特征

从成熟度参数Ts/(Ts+ Tm)、C29甾烷S/(S+R)、C29甾烷ββ/(αα+ββ)来看,A、B区原油基本一致,其中A区原油略大于 B区。通常,C29甾烷S/(S+R)小于0.2时为未熟油, 0.2～0.4为低熟油,大于0.4时为成熟油。A、B区原油C29甾烷S/(S+R)基本在0.37～0.41之间,属低熟油范围,但结合全油碳同位素,解释成为低熟的Es1烃源岩生成的原油少量混入了成熟的Es3烃源岩生成的原油,产生了“墨水效应”所致较为合理(表4)。

表2 南堡35-2油田原油族组分

表3 南堡35-2油田原油碳同位素

表4 南堡35-2油田原油萜烷、甾烷参数

A、B区原油甾烷、萜烷生物标志物参数基本一致,主要表现为高伽马蜡烷、较高4-甲基甾烷、低C19三环萜烷、低C24四环萜烷。结合碳同位素特征可知,其具有典型的Es1和Es3混源贡献特征,且A、B区供烃源岩为同一有机相源岩 (表4)。

4 油源对比分析

含氮化合物分布在石油运移研究中的应用是近年来的一项开创性工作。随着运移距离的增加,原油和岩石抽提物中该类极性化合物的含量不断减小。通过分馏作用,形成运移后石油和岩石抽提物中极性杂换化合物的特殊分布形式 (地质色层效应)。咔唑类是中性的吡咯含氮化合物,也是目前研究得最多的一类含氮化合物。

烷基咔唑和苯并咔唑的同分异构体通常被用来示踪油气的运移。石油经过长距离运移,分馏效应就会比较明显,这种该种效应被解释为屏蔽作用。咔唑类化合物应用与油气运移主要表现在以下几个方面:①随着运移距离的增加,原油中含氮化合物的绝对含量逐渐降低;②对于咔唑类化合物分子,随着运移距离的增加,屏蔽型异构体相对富集,裸露型异构体相对减少,其常用指标包括1,8-二甲基咔唑/2,7-二甲基咔唑(1,8-/2,7-DMC)、屏蔽型咔唑/裸露型咔唑等;③苯并咔唑[a]/ [a]+[c]随着运移距离加大逐渐变小[13～15]。

含氮化合物指示运移方向的应用前提是适当小范围内来自同一油源的多口钻井,原油未遭受严重的生物降解,油藏形成的时期不能过早。南堡35-2油田基本满足条件,在剔除了受降解影响大而不可用油样后,从含氮化合物(表5)分析可以看出,南堡35-2油田的运移方向基本是从南向北。

表5 南堡35-2油田原油含氮化合物参数

5 结论

1)南堡35-2油田原油主要为稠油,A区原油降解程度低或经过二次充注改造,相对较轻,但变化范围也较大,B区相对较重。

2)研究区原油主要为沙河街组三段烃源岩贡献,并混有一定量的沙河街组一段烃源岩贡献,主要来自于油田以南的渤中凹陷。

3)对于多凹陷多层位供烃的油源对比而言,在确认相同成熟度、有机相烃源岩供烃的基础上,可以利用含氮化合物的地质色层效应进行运移方向的判识。

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[编辑] 邓磊

TE121.1

A

1000-9752(2014)12-0033-05

2014-09-02

国家科技重大专项(2011ZX05023-006-002)。

王飞龙(1981-),男,2003年大学毕业,硕士,工程师,现主要从事有机地球化学及油气成藏方面的工作。