多參數綜合判識凝析油成熟度——以東海盆地某構造帶凝析油為例

唐友軍　(長江大學油氣資源與環境研究所；長江大學地球環境與水資源學院，湖北 武漢 430100)

李夢茹，高夢蓮，馬曉峰,魏民，文影，張坤(長江大學地球環境與水資源學院，湖北 武漢 430100)

多參數綜合判識凝析油成熟度——以東海盆地某構造帶凝析油為例

唐友軍(長江大學油氣資源與環境研究所；長江大學地球環境與水資源學院，湖北 武漢 430100)

李夢茹，高夢蓮，馬曉峰,魏民，文影，張坤(長江大學地球環境與水資源學院，湖北 武漢 430100)

[摘要]成熟度是表征原油成因類型的重要地球化學指標,因此選擇有效的評價參數顯得很重要。利用多種衡量成熟度的化學參數(新藿烷、正庚烷與異庚烷、原油生成溫度、烷基二苯并噻吩類化合物以及金剛烷類化合物),對東海盆地某構造帶凝析油成熟度進行綜合分析,認為金剛烷類化合物參數對于研究區成熟度的判識最為有效,最終折算出鏡質體反射率大致介于0.90%~1.35%,屬于成熟-高成熟原油。而輕烴參數由于研究區蒸發分餾現象嚴重,導致其值偏低而造成成熟度偏低的假象;烷基二苯并噻吩類化合物可能受到熱力作用影響而導致結果略低于金剛烷類化合物參數。

[關鍵詞]凝析油;成熟度;輕烴參數;烷基二苯并噻吩;金剛烷

對于正常的原油，蘊含較高豐度的生物標志化合物，其成熟度的確定并不困難，如利用甾烷的異構化參數識別原油成熟度是較為成熟的手段。但相對于熱演化程度較高的凝析油，生物標志化合物異構化指標已達平衡或裂解消失，原油成熟度厘定就變得非常困難。所以筆者以前人總結的多種成熟度參數為依據，以東海盆地某構造帶凝析油為剖析對象，旨在通過對多種成熟度參數的綜合研究，找出有效識別凝析油成熟度的指標，為準確認識原油成因類型奠定基礎。

研究區位于東海陸架盆地東部凹陷的北部，是北北東向展布的狹長型新生代沉積凹陷，面積約4.6×104km2,為典型的煤系地層，母源有機質類型以腐殖型為主[1]，該區以產出天然氣、凝析油為主。

1樣品與試驗

10件凝析油樣品采自東海盆地某構造帶。氣相色譜試驗使用的是Agilent 6890NGC型色譜儀，對原油進行全烴餾分的分析。檢測條件：色譜柱為HP-PONA(50m×0.25mm×0.5μm)，氫火焰檢測器溫度為280℃。升溫程序：初溫35℃，恒溫10min；以0.5℃/min速率升溫至60℃；再以2.0℃/min 升至200℃；后以升溫速率4℃/min 升至280℃；載氣為氮氣，柱流速為1.0mL/min，分流比100∶1。

2凝析油成熟度參數特征

2.1　正庚烷與異庚烷

Thompson[2,3]于1975年發現原油隨著油氣成熟度的增加，烷基化程度也會增加，從而提出利用正庚烷值((正庚烷×100%)/(環己烷+2-甲基己烷+1,1二甲基環戊烷+2,3二甲基戊烷+3-甲基己烷+1，順，3-二甲基環戊烷+1，反，3-二甲基環戊烷+1，反，2-二甲基環戊烷+3-乙基戊烷+2,2,4-三甲基戊烷+正庚烷+甲基環己烷))和異庚烷值((2-甲基己烷+3-甲基己烷)/(1,順，3-二甲基環戊烷+1，反，3-二甲基環戊烷+1，反，2-二甲基環戊烷))來區分原油的成熟度。在此基礎上，程克明等[4]在1987年通過采集中、新生界陸相原油和凝析油樣品，分析其中的輕烴組成特征，認為二者之間存在指數關系。

筆者對研究區樣品進行C7輕烴分析，譜圖特征見圖1。通過計算繪制了正庚烷值和異庚烷值的關系圖(圖2)，多數樣品正庚烷值<20%，異庚烷值<1.0，屬于低成熟原油，少數落在正常原油范圍，其結果可能與研究區域主要產出凝析油和天然氣的事實不符。事實上，根據王培榮等[5]研究發現，很多地區的原油因受到次生蝕變(如蒸發分餾)和混源作用的影響，其正庚烷值和異庚烷值都呈現下降的趨勢，并且其變化程度會隨著次生蝕變和混源程度強弱的不同而有所差異，從而導致原油會出現“較輕”組分成熟度不高的假象。基于此，希望單一地用該種方法來準確判別原油成熟度是欠妥的。

圖1　研究區典型凝析油樣品中輕烴化合物分布圖(A2樣品)

圖2　研究區正庚烷值和異庚烷值關系圖

2.2　原油生成溫度

原油從烴源巖排出，然后運移至儲層的埋藏深度稱為原油生成深度，其對應的地溫稱為原油生成溫度。

Mango[6]發現2,3-二甲基戊烷(2,3-DMP)和2,4-二甲基戊烷(2,4-DMP)的對數值與原油生成溫度之間存在線性關系。Bement等[7]通過對不同盆地的不同輕烴資料分析，推導出了計算原油最大生成溫度tmax的方法:

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

經計算，研究區10件凝析油樣品原油生成溫度分布在119.4～129.8℃范圍內，折算出鏡質體反射率(Ro，c1)分布在0.79%～0.92%，整體表現為成熟原油(表1)。

2.3　新藿烷成熟度參數

筆者通過樣品分析數據，計算得出新藿烷成熟度參數[8,9]Ts/(Ts+Tm)偏低(0.15～0.47)，可能是因為該區主要為煤系地層，而煤層有機質中Tm含量較高，所以導致Ts/(Ts+Tm)偏低。因此Ts/(Ts+Tm)不適合作為研究區成熟度參數指標。

2.4　烷基二苯并噻吩類化合物參數

筆者在研究區10件原油樣品的質量色譜圖中，均檢測到了甲基二苯并噻吩和二甲基二苯并噻吩系列化合物，并根據上述成熟度參數的定義，通過K1、K2分別計算出研究區Ro，c2為0.80%～1.17%，Ro，c3為0.91%～1.37%，整體表現為成熟-高熟原油(表1)。

表1　研究區各類成熟度參數及計算出的鏡質體反射率

注：Ro，c1=(0.0123tmax- 0.6764)×100%；Ro，c2=(0.14K1+ 0.57)×100%； Ro，c3=(0.35K2+ 0.46)×100%；

2.5　金剛烷成熟度參數

金剛烷類化合物是原油中一種小分子，熱穩定性好，籠型的結構類似于金剛烷的烴類化合物，存在于原油的飽和烴餾分中，它一般是多環烴類在高溫熱力作用下聚合反應的產物。由于很多地區原油熱演化程度較高，生物標志化合物等參數在熱力作用下遭到破壞，原油成熟度的厘定變得非常困難，而金剛烷類化合物在地質演化過程中性質極其穩定，一旦形成不易受到熱降解和生物降解的破壞，也一般不受沉積環境以及有機質輸入的影響。因此金剛烷類化合物在地質研究領域有著廣泛的應用，如原油成熟度的確定，油氣裂解程度的分析，母源有機質類型的判斷，及生物降解和油源對比等[12]。

目前，由于取代基團性質、數量以及位置的不同，已經發現的金剛烷類化合物有數十種，當前研究較多的主要是單金剛烷、雙金剛烷和三金剛烷系列化合物。研究發現，烷基取代的位置很大程度上決定了金剛烷化合物的穩定性:甲基位于“橋碳” 位置的1-甲基單金剛烷(1-MD)和4-甲基雙金剛烷(4-MD), 比相應的甲基位于季碳的金剛烷化合物熱穩定性高。因此，甲基金剛烷化合物的熱穩定性關系為： 1-MA>2-甲基單金剛烷(2-MA)； 4-MD >1-MA 和3-甲基雙金剛烷(3-MD)[12]，所以，研究金剛烷類化合物在熱力作用過程中異構體構型的轉變可以為原油成熟度的研究提供一定的信息。基于此，陳軍紅等[13]通過對塔里木、鄂爾多斯和鶯瓊盆地等地的多個原油、凝析油及生油巖樣品的分析，提出了2項金剛烷類化合物的指標來評價原油和凝析油的熱成熟度，即甲基單金剛烷成熟度指數IMA和甲基雙金剛烷成熟度指數IMD。并且發現上述2項指標在原油和生油巖熱演化歷史中均呈現規律的變化，即隨著熱力作用的增加，2項指標值也在增加。基于此，陳軍紅等[13]隨后建立了IMD和鏡質體反射率的對應關系(表1)。

筆者通過對樣品的分析，檢測出的金剛烷類化合物譜圖特征見圖3，并且根據樣品數據利用上述關系式，計算出Ro，c4為1.01%～1.63%。

圖3　研究區金剛烷類化合物譜圖(A2樣品)

3結果與討論

通過各種成熟度參數顯示，輕烴類參數由于研究區存在嚴重的蒸發分餾現象，使殘余油中的輕烴含量下降，導致原油會出現“較輕”組分成熟度不高的假象。烷基二苯并噻吩類化合物參數所計算的Ro，c2為0.80%～1.17%，金剛烷參數所計算的Ro，c4為1.01%～1.63%。文獻資料顯示，上述2類化合物在地質演化過程中都具有良好的穩定性,二者成熟度范圍存在的微小差異，可能是由于在地質熱演化過程中，烷基二苯并噻吩類化合物受到熱力作用影響導致結果略低于金剛烷類化合物參數。但上述2個參數研究結果均顯示研究區原油屬于成熟-高成熟階段，以凝析油為主。因此，綜合折算出鏡質體反射率為0.90%～1.35%可能更接近于真實的原油熱演化程度。

本文屬長江大學2014年大學生創新創業計劃項目(2014003)產出論文。

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[編輯]鄧磊

[引著格式]唐友軍，李夢茹，高夢蓮，等.多參數綜合判識凝析油成熟度[J].長江大學學報(自科版) ,2015,12(26):1~4.

[中圖分類號]TE122.1

[文獻標志碼]A

[文章編號]1673-1409(2015)26-0001-04

通信作者：

[作者簡介]唐友軍(1975-)，男，副教授，博士生，現從事地球化學方面的教學與科研工作；李夢茹，543198496@qq.com。

[收稿日期]2015-05-02