白云凹陷原油氣洗作用

陳 濤， 侯讀杰， 米巨磊， 何大雙， 施和生， 朱俊章

( 1. 中國地質大學(北京) 能源學院，北京 100083； 2. 中國地質大學(北京) 海相儲層演化與油氣富集機理教育部重點實驗室，北京 100083； 3. 中海石油(中國)有限公司 深圳分公司，廣東 廣州 510240 )

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白云凹陷原油氣洗作用

陳 濤1,2， 侯讀杰1,2， 米巨磊1,2， 何大雙1,2， 施和生3， 朱俊章3

( 1. 中國地質大學(北京) 能源學院，北京 100083； 2. 中國地質大學(北京) 海相儲層演化與油氣富集機理教育部重點實驗室，北京 100083； 3. 中海石油(中國)有限公司 深圳分公司，廣東 廣州 510240 )

白云凹陷天然氣資源豐富，同時產出一定量輕質原油和凝析油.其天然氣成熟度高于原油的，具有油氣同源不同期、早油晚氣的特征，后期充注的天然氣對早期形成的油氣藏進行氣洗分餾改造，導致原油輕組分正構烷烴大量損失并形成次生凝析氣藏.基于全油氣相色譜數據，計算原油正構烷烴損失量，研究白云凹陷原油氣洗作用強度及成因.結果表明，研究區原油多具有氣洗分餾作用殘留油特征，原油氣洗作用主要發生在珠江組儲層，且東部流花—荔灣構造帶氣洗的廣度和強度大于北部番禺低隆起構造帶的；東區LH3構造正構烷烴損失量最大，達到90%以上；北部番禺低隆起構造帶氣洗程度差異較大，與該區斷裂發育程度及與油氣源距離有關.該結果為尋找富含輕質烷烴、貧芳烴的凝析油氣藏提供指導.

氣洗； 正構烷烴損失量； 蒸發分餾作用； 白云凹陷

0 引言

當油藏中早期形成或運移過程中形成的原油與后期注入的高成熟天然氣混合后，原油成分發生變化，輕質組分多溶解到氣相中，飽含原油輕質組分的天然氣繼續運移并在合適的條件下形成次生凝析氣藏，被稱為原油的氣洗作用.氣洗作用是相分餾作用的一種，在全球范圍內普遍發生，包括北美墨西哥灣、阿拉斯加近海、印尼近海及北海地區等，人們研究建立氣洗作用的理論模型.Silverman S R發現油氣藏在儲層壓力和溫度變化下發生相分離現象[1].Mcauliffe C D發現，即使沿同一路徑運移，原油在水溶液中和在氣溶液中運移所造成的分餾效應不同[2].Thompson K F M研究墨西哥灣盆地凝析氣藏成因，提出“蒸發分餾”理論[3-4]，描述在封閉條件下單次混合相分餾過程，解釋非熱解成因凝析氣藏的形成機理.Larter S等對蒸發分餾理論和實驗做出補充[5].Krooss B M等將氣洗作用描述為“氣—液地質色層效應”，即運移中氣相流體與相對靜止的液相流體混合、平衡再分離的過程[6].Meulbroek P等拓展Thompson K F M的理論并提出“氣洗”概念，將它描述為在開放體系下持續混相分餾作用，其中蒸發分餾可視為一種限定條件下氣洗作用[7].Losh S等提出計算原油正構烷烴損失量Q的方法，并將Q作為定量評價氣洗作用強度的標準[8].也有人通過計算Q，對塔河、庫車坳陷和輪南低隆起等地區的氣洗作用進行定量研究[9-12].

白云凹陷是南海地區油氣重點勘探區塊.該凹陷天然氣藏屬于典型的晚期成藏類型，成藏時期晚于距今5 Ma，現今仍在成藏過程中[13]，晚期形成的大量天然氣對早期充注的原油進行次生改造.關于白云凹陷氣洗作用的研究很少.通過原油氣洗作用研究，筆者分析白云凹陷氣洗作用成因及對油氣成藏的影響，探討不同構造帶氣洗作用強弱的原因，研究原油氣洗作用機理，為該地區油氣勘探提供參考.

1 地質概況

白云凹陷位于珠江口盆地南部坳陷帶，是珠二坳陷內一個次級構造單元，也是珠江口盆地古近紀最大的沉降及沉積中心，主要包括白云西洼、白云主洼、白云東洼3個次級洼陷(見圖1).地震及鉆井資料表明，白云凹陷新生界發育8組地層，主力烴源巖層發育在始新統文昌組、始新—漸新統恩平組和漸新統珠海組地層，其中文昌組和恩平組已進入高—過成熟階段，珠海組處于成熟階段.主要油氣儲層包括漸新統珠海組、新近系中新統珠江組及韓江組地層.

圖1 白云凹陷區域構造及原油取樣井位置

白云凹陷自古近系至今，主要經歷珠瓊運動二幕、南海運動和東沙運動3次大的構造運動.東沙運動發生于韓江組沉積末期，距今10～5 Ma，運動形成一系列NWW向以張扭性為主的正斷層，一方面使南海運動時期形成的斷裂再次活動，另一方面形成一系列位于T50以上地層的斷裂，對晚期油氣運移輸導具有重要意義.東沙運動時期，白云凹陷3套地層中烴源巖已進入成熟生烴階段，活動的斷裂對文昌、恩平和珠海組烴源巖的排烴和輸導具有重要作用，決定白云凹陷的油氣成藏與分布.

2 樣品與實驗

21個原油實驗樣品主要來自珠江組和珠海組地層，大部分為輕質原油.為確定原油中正構烷烴組成特征，開展全油氣相色譜(GC)分析，實驗儀器采用美國安捷倫科技公司制造的色譜儀(Agilent 7890A-GC).色譜柱為HP-PONA石英毛細柱(50.00 m×0.20 mm×0.50 μm)；升溫程序：初溫35.0 ℃，恒溫5 min后，以3.0 ℃/min 速率升至70.0 ℃，以4.5 ℃/min速率升至300.0 ℃，恒溫35 min；采用FID檢測器，溫度為300.0 ℃；分流比為100∶1.

3 結果與討論

3.1 油氣地化特征

白云凹陷以天然氣藏為主，主要為濕氣藏，含少量干氣藏，氣藏中含有一定量的輕質原油和凝析油.該地區原油以輕質油和凝析油為主，w(Pr)/w(Ph)(姥鮫烷/植烷)多大于3.5，w(甾烷)/w(藿烷)小于0.46，w(DBT)/w(P)(二苯并噻吩/菲)小于0.26，w(C29)/w(C27重排甾烷)大于1，表現明顯的C29甾烷優勢(見表1)，說明原油來源于氧化條件下陸源Ⅲ型有機質的輸入，主要來自恩平組烴源巖.

白云凹陷原油成熟度較高，難以根據一般甾萜烷類成熟度參數準確判斷,而芳烴可比飽和烴指示更寬的成熟度變化范圍，更好地確定原油成熟度.分別利用甲基菲比值F1(F1=(3-MP+2-MP)/(1-MP+9-MP+3-MP+2-MP)，其中MP為甲基菲)和二苯并噻吩參數MDR(MDR=4-MDBT/1-MDBT，其中MDBT為甲基二苯并噻吩)作為成熟度參數，換算原油鏡質體反射率Ro1和Ro2，表示為

Ro1/%=2.598F1-0.274 9；

(1)

Ro2/%=0.073MDR+0.51.

(2)

該地區原油鏡質體反射率在0.7%～1.5%之間，不同構造帶差異較大，北部番禺低隆起原油成熟度大于東部流花—荔灣構造帶的(見表1).北部大部分地區原油鏡質體反射率在1.3%以上，成熟度高，與文昌組高熟油的混入有關；東部大部分地區原油鏡質體反射率在0.7%～1.1%之間，成熟度較低，與珠海組低熟油的混入有關.

白云凹陷天然氣組分以烴類氣體為主，甲烷占絕對優勢，天然氣干燥因數大部分在0.92～0.95之間，屬典型的濕氣藏，以來自于恩平組烴源巖的干酪根裂解氣為主，屬高—過成熟階段[14].天然氣成熟度遠大于原油的，具有油氣同源不同期、早油晚氣的特征，后期大量天然氣的充入對早期充注的原油改造作用明顯.

表1 白云凹陷原油地球化學參數

3.2 原油氣洗作用響應

Kissin Y指出，未發生次生改造的基態原油正構烷烴的摩爾分數的對數與其對應的碳原子數呈線性分布關系[15]，即

lnyi=axi+lnA,

(3)

式中：yi為原油正構烷烴的摩爾分數；xi為i對應的正構烷烴的碳原子數，i≥10；a為斜率；A為歸一化因子.

經過氣洗作用改造的原油正構烷烴的摩爾分數的對數與碳原子數的分布曲線分為兩部分：高碳數正構烷烴部分曲線保持原有線性分布關系；由氣洗作用造成的損失導致低碳數正構烷烴部分線性曲線的偏離；兩者的轉折點xb稱為拐點.當i>b時，lnyi與xi呈線性分布，lnyi=axi+lnA；當i

白云凹陷原油中正構烷烴分布模式分為兩類：第一類是正常基態原油，其正構烷烴的摩爾分數的對數與碳原子數呈線性關系;第二類是受氣洗作用改造的原油，其正構烷烴的摩爾分數的對數與碳原子數的關系曲線分為兩段，拐點前發生線性偏離，拐點后保持線性關系不變.白云凹陷東部流花—荔灣構造帶第二類原油較多，氣洗作用較普遍，絕大多數原油的正構烷烴分布曲線發生偏離(見圖2(b))；北部番禺低隆起構造帶第一類原油較多，大多為正常或經歷輕微氣洗的原油(見圖2(a)).

圖2 白云凹陷原油正構烷烴分布Fig.2 Carbon number vs. the log of mole fraction for the n-alkanes in oils from Baiyun sag

圖3 白云凹陷原油石蠟度與芳香度關系Fig.3 Relationship between paraffinicity and aromaticity of crude oils in Baiyun sag

在復雜地質條件下，生物降解和水洗作用能造成原油正構烷烴大量損失，但白云凹陷原油正構烷烴大量損失與生物降解及水洗作用無關，原因為：(1)一般受生物降解作用影響的原油的w(Pr)/w(nC17)值相對較高[16]，但白云凹陷正構烷烴損失量較大的原油的w(Pr)/w(nC17)值較低，多小于0.83.(2)氣洗作用對于原油的改造是一個鏈烷烴貧化、芳烴富集的過程，使原油的芳香度(甲苯/正庚烷值)增加、石蠟度(w(正庚烷)/w(甲基環己烷)值)降低，是判斷原油受“蒸發分餾”作用的重要標志；而生物降解作用使正構烷烴、環烷烴及芳烴等全油烴組分整體損失.白云凹陷原油輕質組分中芳烴和環烷烴的含量相對豐富，普遍存在“蒸發分餾”特征(見圖3).(3)生物降解作用使原油中正構烷烴大量損失，在全烴氣相色譜圖上形成難以識別的復雜峰型；而白云凹陷受氣洗作用的原油的全烴氣相色譜圖完整，峰型易于識別(見圖4).(4)水洗與氣洗作用的區別在于前者可造成甲苯和環烷烴的大量損失[17].白云凹陷原油中苯系物含量豐富，正構烷烴大量損失的同時，環烷烴、菲、萘及二苯并噻吩相對富集，表明原油主要受氣洗作用影響.

3.3 氣洗作用

原油氣洗作用強度可以通過全油族組分變化進行定量評價，評價以正構烷烴為主.原油正構烷烴損失量計算模型見圖5.首先作出實測樣品中正構烷烴摩爾分數的對數與碳原子數的關系曲線；然后找出實測樣品曲線拐點的碳原子數，利用拐點后高碳數正構烷烴摩爾分數的對數與碳原子的線性關系，得出未經氣洗作用改造的原油中正構烷烴分布曲線，經歸一化處理得到未分餾樣品曲線；在碳原子數高于拐點的部分，兩條曲線之間存在固定的差值f，將實測樣品曲線所有碳數的摩爾分數的對數減去f后就得到轉換后的樣品曲線.未分餾樣品與轉換后樣品曲線之間正構烷烴質量分數的差值百分比即為原油正構烷烴損失量Q，表示為

Q=[ 1-∑M1xi/∑M0xi]×100%,

(4)

式中：M1xi為轉換后原油樣品正構烷烴的質量分數；M0xi為未分餾原油樣品正構烷烴的質量分數.

為了避免氣頂氣逸散及樣品處理等因素造成輕質正構烷烴組分損失，計算中不考慮C10以下范圍的烴類.

圖4 受氣洗的原油全烴色譜(以LH2井為例)Fig.4 Gas chromatogram of a gas-washed oil(sample is from well LH2)

圖5 正構烷烴損失量計算模型Fig.5 Calculation model of the n-alkane mass depletion fraction

通過白云凹陷原油正構烷烴的損失量計算，該地區東部流花—荔灣構造帶原油氣洗作用的廣度與強度大于北部番禺低隆起構造帶的，且氣洗作用主要發生在珠江組儲層(見表2).

白云凹陷東部LH3和LH4井珠江組儲層原油發生強烈氣洗，正構烷烴損失量最高達到91.16%；同井深度更大的珠海組儲層原油氣洗程度明顯偏低，正構烷烴損失量最高僅為20.83%，說明白云凹陷東區的天然氣主要沿珠江組砂體側向運移.LH3和LH4井處于白云主洼、東洼烴源巖雙向供烴的油氣優勢運聚地帶，鄰近主凹區域晚期發育大規模底劈構造，北部發育斷開白云東洼的深大斷裂，配合廣泛分布的珠江組三角洲儲層，可作為后期天然氣運移的重要輸導通道，為該地區原油發生強烈氣洗作用的主要原因(見圖6).

表2 白云凹陷原油正構烷烴損失量

北部番禺低隆起構造帶原油大多未受氣洗或只受輕微氣洗，只有處于隆起邊緣、靠近凹陷中心的PY5和PY6井珠江組儲層原油受到大強度氣洗，正構烷烴損失量平均達到80%.白云凹陷北部整體斷裂活動強度及底辟構造發育規模小于東部的，是北部氣洗作用強度弱于東部的原因.位于凹陷北緣的PY5和PY6井油氣藏距油氣源較近，發育的深大斷裂斷入凹陷內文昌、恩平組烴源巖，同時溝通上部珠海、珠江組儲層，并長期活動，為白云凹陷油氣縱向輸導運移的起點，斷裂與砂體配合對凹陷內油氣向北運移具有關鍵作用，是該油氣藏發生較大程度氣洗的主要原因(見圖6).斷裂整體活動性較弱，使天然氣無法進行大規模、遠距離側向運移，導致遠離生油凹陷的北區油氣藏盡管經歷后期烴類氣體的再充注作用，但氣洗作用并不強烈.

圖6 白云凹陷輸導體系與原油氣洗強度

3.4 油氣成藏

白云凹陷具備發生氣洗分餾作用的兩個條件：(1)運移通道.白云凹陷晚期底辟構造的形成和演化、晚期斷裂的活動，以及長期活動斷裂的存在形成良好的運移通道，能破壞早期形成油氣藏的平衡，促使油、氣再分配.(2)過量的外源氣.白云凹陷氣藏具有晚期成藏特征，至今仍在成藏.主力烴源巖文昌、恩平組已進入過成熟的產干氣階段，保證充足的氣源供應.后充注的氣體進入油氣藏后打破原來的平衡，對已生成的原油進行氣洗分餾作用改造，原油輕質組分甚至中等相對分子質量烴類溶解至天然氣中，繼續運移至合適的圈閉中形成凝析油、輕質油藏.

原始油氣藏經過氣洗分餾作用后，產生多個次生的“子體”油氣藏，其中殘留油具有高芳香度和低石蠟度等特征，即輕烴組分中w(甲苯)/w(正庚烷)值高、w(正庚烷)/w(甲基環已烷)值低.白云凹陷大部分原油具有貧輕質烷烴組分，富含輕質芳烴，特別是苯、甲苯和甲基環戊烷、甲基環已烷等輕環已烷類的特征，與典型氣洗分餾作用后殘留油特征相符(見圖3).白云凹陷發現的大多是這類殘留油氣藏，較少發現富含輕質烷烴、貧芳烴的次生“子體”油藏，為下一步勘探凝析油藏指示新的方向.

4 結論

(1)基于正構烷烴損失量的氣洗作用模型，白云凹陷氣洗作用主要發生在珠江組儲層，東部流花—荔灣構造帶氣洗作用的廣度與強度大于北部番禺低隆起構造帶的.東部LH3井原油的氣洗程度最高，正構烷烴損失量最大達到91.16%，它位于白云主洼、東洼烴源巖雙向供烴的油氣優勢運聚區域，鄰近主凹區域晚期發育大規模底劈構造，北部發育斷開白云東洼的深大斷裂，為后期天然氣運移的重要通道.

(2)受運移通道、與油氣源的距離等因素影響，白云凹陷北部油氣藏的氣洗作用強度差異較大.位于凹陷北緣的PY5和PY6井距油氣源較近，發育深大斷裂，原油氣洗程度最大，平均正構烷烴損失量達到80%；凹陷其他部位油氣藏盡管經歷后期烴類氣體的再充注作用，但遠離油氣源，且斷裂活動強度不大，氣洗作用并不強烈.

(3)白云凹陷底辟構造的形成與演化、晚期斷裂的活動和長期活動斷裂的存在、大量外源氣的形成為氣洗分餾作用提供基本地質條件.目前發現的原油大多具有氣洗分餾作用殘留油的特征，尋找富含輕質烷烴、貧芳烴的凝析油氣藏成為下一步勘探的新方向.

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2015-03-17；編輯：張兆虹

國家科技重大專項(2011ZX05025-003)

陳 濤(1989-)，男，碩士，主要從事石油地質與成藏地球化學方面的研究.

侯讀杰,E-mail: hdj@cugb.edu.cn

TE133

A

2095-4107(2015)03-0060-07

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2015.03.008