蓬萊20-2 油田原油地球化學特征與油源分析

崔海忠，王飛龍，王清斌，王富民，陳容濤

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300452）

近年來，隨著我國海洋石油勘探水平的不斷提高，渤海海域范圍內陸續發現了多個億噸級大油田，包括中國海上最大的油田——蓬萊19-3油田及國內最大的中生代大型花崗巖潛山油田——蓬萊9-1油田（圖1a），展現了良好的勘探前景[1-2]。

蓬萊20-2油田地處渤海海域東部廟西南凸起西南側，緊鄰蓬萊19-3油田與蓬萊9-1油田，周邊被多個生烴凹陷（廟西北洼、廟西南洼及渤東凹陷）所包圍（圖1a），油源供給充足。研究區地層由深至淺依次為基底的元古界、古近系東營組、新近系館陶組和明化鎮組；已發現油氣均集中分布在淺層新近系館陶組，館陶組為緩坡淺水三角洲沉積[3]，以薄層成藏為主，砂巖單層厚度多小于5.0 m，導致儲層橫向特征差異較大，油氣無法簡單通過長距離橫向運移到達凸起區；與此同時，近南北向的郯廬走滑斷裂及相關派生斷層貫穿全區，斷層晚期活動強烈，形成復雜斷塊構造，按所處斷塊不同細分為A、B、C三個區（圖1b）[4-8]，蓬萊20-2油田油氣從周邊洼槽向凸起區總體呈現“立體階梯式”的運移，不同斷塊油氣富集程度差異較大，同一斷塊內油氣充注強度也存在著明顯差異。本文在大量實驗數據分析的基礎上，采用飽和烴色譜譜圖分析、飽和烴質譜分 析及原油物性分析等多種實驗手段，首次對渤海海域東部廟西南凸起地區原油地球化學特征及油源進行了深入分析，對下一步油氣勘探具有重要的意義。本次研究采集的樣品取自蓬萊20-2油田及周邊相鄰凹陷，包括14個原油樣品，兩個含油砂巖樣品，主要進行原油物性分析、族組分、飽和烴氣相色譜、飽和烴質譜及芳烴質譜分析。

圖1 研究區構造位置

1 原油物理性質

渤海海域已發現油田的原油物性差異較大，凝析油、輕質油、中質油及重質稠油均有分布，且原油黏度和密度范圍變化大。前人研究認為，原油性質與油藏埋深直接相關，埋藏越淺，原油黏度和密度越大，埋深1 500.0 m以上的油藏原油密度普遍大于0.920 0 g/cm3，黏度大于100.0 mPa·s。原油物性是其化學組成的宏觀體現，綜合反映了油氣運移、聚集、保存狀態以及油氣散失、破壞，并包含了豐富的母源信息[9-11]。蓬萊20-2油田原油樣品主要集中在A、B區，C區主要為含油砂巖樣品，油藏埋深為1 123.8～1 321.5 m，20 ℃時原油相對密度為0.958 8～0.990 5 g/cm3，均值為0.974 0 g/cm3；50 ℃時黏度為940.2～14 485.0 mPa·s，均值為3 346.8 mPa·s，含硫量0.267%～0.419%，含蠟量1.94%～6.56%，凝固點-7～11 ℃，整體表現為低含硫、低含蠟、低凝固點的特征，反映原油的生油巖母質沉積時水體鹽度較低（表1）。一般酸值大于0.50 mgKOH/g即為高酸值原油，生物降解作用是形成高酸值的最主要原因，原油酸值隨降解程度增加而增加[12]，本區原油酸值高達1.36～6.52 mgKOH/g，且與原油密度、黏度均存在較好的正相關關系，表明蓬萊20-2油田原油遭受過不同程度的微生物降解。

表1 蓬萊20-2油田原油物性

2 原油地球化學特征

2.1 族組分特征

原油族組成可以客觀反映原油的烴類組成和成因類型[13]。蓬萊20-2油田原油（油砂）樣品族組分特征與原油物性特征具有良好的對應關系，其中，飽和烴含量較低，分布于20.28%～39.94%，平均值30.59%，芳烴含量較高，分布于11.79%～24.52%，平均值20.79%，飽芳比較低（1.05～1.71），非烴含量高，分布于17.91%～53.77%，平均值30.31%，高含量的芳烴及非烴可能與生物降解作用及原油成熟度較低等因素有關。

2.2 飽和烴氣相色譜特征

飽和烴氣相色譜中包含了豐富的母源、成熟度和沉積環境信息，蓬萊20-2油田原油（油砂）飽和烴氣相色譜圖（圖2）普遍具有一定程度的基線飄移特征，輕組分損失，正構烷烴及類異戊二烯烷烴遭受不同程度的降解，降解等級約為5～6級，但萜烷系列及甾烷系列保存較好，其豐度甚至高于正構烷烴系列，原油總體特征差別不大，說明原油具有相似的生源母質輸入；同時，A、B區表現出明顯的雙峰特征，說明原油進行了二次充注，油氣充注能力強；C區油砂抽提物顯示二次充注能力弱于A、B區。Pr/Ph值為0.31～0.86，平均值0.61，反映其主要沉積于微咸水-半咸水的還原-強還原環境中[14-16]。

圖2 蓬萊20-2油田原油（油砂）樣品典型飽和烴氣相色譜

2.3 藿烷、甾烷類化合物

藿烷與甾烷類化合物是沉積物中分布廣泛的復雜生物標志化合物，其具有豐富的結構和構型變化，在反映真核生物與原核生物的相對輸入上具有中等程度的專屬性[17]，提供原油成熟度及生油母質信息。A、B、C區原油（油砂）樣品既表現出相似性，也有一定的差異性（圖3），相似性表現為：均具有較高含量的17α（H）-25-降藿烷和伽馬蠟烷含量，C31-C35升藿烷系列呈規則的階梯狀降低趨勢，規則甾烷中C27甾烷＞C29甾烷＞C28甾烷，同時檢測出了較為豐富的4-甲基甾烷；差異性主要體現在：①A區PL20-2-a與PL20-2-e井原油樣品規則甾烷譜圖顯示呈不對稱“V”型分布，B區規則甾烷呈“L”型分布，C區規則甾烷呈近似對稱“V”型分布。②A區樣品成熟度中等，Ts≈Tm，甾烷異構化程度中等，B區顯示成熟度較高，Ts明顯高于Tm，甾烷異構化程度高，同時17α（H）-25-降藿烷含量較高，推測高成熟度與較強的生物降解作用有關，C區成熟度很低，表現出低熟油的生標特征，Ts值低于Tm值，甾烷異構化程度很低。③4-甲基甾烷峰型在A、B、C區也表現出較大差異性，A區主要為“平峰型”，B區為“前峰型”，C區則為“翹尾型”。

以上分析表明，蓬萊20-2油田三個斷塊構造區原油地球化學特征總體分異度較低，但生物標志物特征表現出較大差異，推測主要原因為原油次生變化，為此，進一步開展詳細的油源對比分析。

3 油源分析

研究區具有獨特的油氣生儲蓋層及其空間配置，決定了油氣運聚模式為橫向砂體與縱向斷層交織組成的“立體階梯式”運移，油氣從洼槽區向聚集區呈現樹枝狀的運移特征。同時，依據油氣成因理論，烴源巖中干酪根熱降解熱裂解形成的油氣，一部分經過排烴作用運移到儲層中形成油氣藏或逸散，另一部分則殘留在烴源巖中。因此，由相同烴源巖形成的油氣必然在化學組成和地球化學特征上存在一定的相似性，研究這些地球化學信息在烴源巖和油氣之間以及油-油間的匹配關系，結合地質分析，進而推斷其親緣關系。

研究區原油表現出甾烷形態完整，部分出現C25-降藿烷的特征（圖3），認為其遭受中等強度的生物降解，降解等級5～6級，正構烷烴、異構烷烴和環烷烴大多被消耗掉，抗生物降解能力較強的甾烷及藿烷系列生物標志化合物可用來進行油源對比。

3.1 周邊洼陷原油生標特征

結合前人研究，研究區周邊發育東三段、沙一段、沙三段等三套烴源巖，分布在廟西北洼、廟西南洼及渤東凹陷，鑒于凹陷區深部無烴源巖分析資料所限，本次研究分別選取了各凹陷典型原油對相應凹陷的生物標志化合物特征進行標定，其特征如圖4所示。三個方向來源的原油生物標志化合物特征具有很好的區分度，以PL15-2-a井為代表的廟西北洼原油具有較高的成熟度，中高伽馬蠟烷含量；以P L25-6-a井為代表的廟西南洼原油具有典型的低熟特征，低伽馬蠟烷含量；以PL13-2-a為代表的渤東凹陷原油成熟度中等，中等伽馬蠟烷含量。

3.2 油源對比

蓬萊20-2油田及周邊原油（油砂）生物標志化合物參數如表2、圖5、圖6所示，包含多種常用的對比參數及成熟度參數。其中，C19三環萜烷/C23三環萜烷（C19TT/C23TT）值為0.15～0.30，C24四環萜烷/C26三環萜烷（C24Te/C26TT）值為0.34～0.81，結合烴源巖特 征認為，其均以沙河街組烴源巖為主要油源。

圖3 蓬萊20-2油田原油（油砂）樣品藿烷、甾烷分布特征

伽馬蠟烷指數作為一種在渤海灣盆地使用度較高且區分度較好的參數，在本區油源分析中也有較好的區分度，A區伽馬蠟烷指數（伽馬蠟烷/C30藿烷）均值為0.21，B區為0.29，C區為0.11，同時與研究區周緣三個凹陷具有很好的對應關系。A、B、C三個區原油（油砂）4-甲基甾烷含量及形態差異較為明顯；其中，B區原油及廟西北洼原油含量最低（0.14～0.17），形態為“前峰型”，C區主要來源于廟西南洼的原油4-甲基甾烷含量最高（0.35～0.51），A區該值為0.25～0.40，反映了三個方向不同油氣來源對蓬萊20-2油田的貢獻。

通過本次研究發現，以蓬萊20-2油田為代表的多洼陷多源巖供烴油田凸起區不同油源的原油，與對應凹陷中已發現原油的成熟度也有很好的對應關系，原油成熟度的不同也可輔助用于多洼陷環繞供烴的油田區。研究區整體處于邊緣凹陷的構造格局，對甾烷成熟度參數C29甾烷20S/（20S+20R） 和C29甾烷ββ/（αα+ββ） 進行分析（表2），研究區及周邊原油的C29甾烷ββ/（αα+ββ）為0.27～0.47，均值為0.37，屬低熟-成熟油的范疇，主要為成熟油，發育部分低熟油，其中，以B區甾烷成熟度（C29甾烷ββ/（αα+ββ）=0.46）最高，這點與廟西北洼原油特征相似；而C區C29甾烷ββ/（αα+ββ）僅為0.27，與廟西南洼原油特征相似，均表現出典型的低熟特征；A區原油樣品甾烷成熟度則區間范圍較大，主要與廟西北洼原油特征相似。總之，A、B、C區生物標志化合物特征分別與渤東凹陷原油、廟西北洼原油及廟西南洼原油具有良好的對應關系。

圖4 研究區周邊凹陷原油生標特征

表2 PL20-2油田及周邊原油（油砂）生物標志物參數

圖5 4-甲基甾烷指數與伽馬蠟烷指數交會分析

圖6 C29甾烷成熟度交會分析

4 結論

（1）蓬萊20-2油田原油主要富集在新近系館陶組地層，油藏埋深淺，主要為生物降解造成的次生稠油，具有高密度、高黏度、高酸值、低含硫、低含蠟、低凝固點的“三高三低”特征，同時，沿斜坡帶遠源長距離的運移加劇了原油的稠化程度。

（2）原油族組分組成具有“低飽和烴、高芳烴、高非烴”的特征，飽和烴色譜普遍基線漂移，具有雙峰特征，油氣二次充注能力強，姥植比較低，原油主要形成于微咸水-半咸水的還原-強還原環境中。

（3）研究區A區原油主要來源于西北方向的渤東凹陷，原油生物標志化合物特征與渤東凹陷油樣特征相似；B區原油主要來源于東北方向的廟西北洼；C區原油為具有低熟油特征，與鄰區蓬萊25-6油田特征相似，原油主要來源于廟西南洼。