多參數(shù)綜合判識(shí)凝析油成熟度——以東海盆地某構(gòu)造帶凝析油為例

唐友軍　(長(zhǎng)江大學(xué)油氣資源與環(huán)境研究所；長(zhǎng)江大學(xué)地球環(huán)境與水資源學(xué)院，湖北 武漢 430100)

李夢(mèng)茹，高夢(mèng)蓮，馬曉峰,魏民，文影，張坤(長(zhǎng)江大學(xué)地球環(huán)境與水資源學(xué)院，湖北 武漢 430100)

多參數(shù)綜合判識(shí)凝析油成熟度——以東海盆地某構(gòu)造帶凝析油為例

唐友軍(長(zhǎng)江大學(xué)油氣資源與環(huán)境研究所；長(zhǎng)江大學(xué)地球環(huán)境與水資源學(xué)院，湖北 武漢 430100)

李夢(mèng)茹，高夢(mèng)蓮，馬曉峰,魏民，文影，張坤(長(zhǎng)江大學(xué)地球環(huán)境與水資源學(xué)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(xué)指標(biāo),因此選擇有效的評(píng)價(jià)參數(shù)顯得很重要。利用多種衡量成熟度的化學(xué)參數(shù)(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(duì)東海盆地某構(gòu)造帶凝析油成熟度進(jìn)行綜合分析,認(rèn)為金剛烷類化合物參數(shù)對(duì)于研究區(qū)成熟度的判識(shí)最為有效,最終折算出鏡質(zhì)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(shù)由于研究區(qū)蒸發(fā)分餾現(xiàn)象嚴(yán)重,導(dǎo)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(dǎo)致結(jié)果略低于金剛烷類化合物參數(shù)。

[關(guān)鍵詞]凝析油;成熟度;輕烴參數(shù);烷基二苯并噻吩;金剛烷

對(duì)于正常的原油，蘊(yùn)含較高豐度的生物標(biāo)志化合物，其成熟度的確定并不困難，如利用甾烷的異構(gòu)化參數(shù)識(shí)別原油成熟度是較為成熟的手段。但相對(duì)于熱演化程度較高的凝析油，生物標(biāo)志化合物異構(gòu)化指標(biāo)已達(dá)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(jié)的多種成熟度參數(shù)為依據(jù)，以東海盆地某構(gòu)造帶凝析油為剖析對(duì)象，旨在通過(guò)對(duì)多種成熟度參數(shù)的綜合研究，找出有效識(shí)別凝析油成熟度的指標(biāo)，為準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)原油成因類型奠定基礎(chǔ)。

研究區(qū)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(zhǎng)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(jī)質(zhì)類型以腐殖型為主[1]，該區(qū)以產(chǎn)出天然氣、凝析油為主。

1樣品與試驗(yàn)

10件凝析油樣品采自東海盆地某構(gòu)造帶。氣相色譜試驗(yàn)使用的是Agilent 6890NGC型色譜儀，對(duì)原油進(jìn)行全烴餾分的分析。檢測(cè)條件：色譜柱為HP-PONA(50m×0.25mm×0.5μm)，氫火焰檢測(cè)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?dú)?，柱流速?.0mL/min，分流比100∶1。

2凝析油成熟度參數(shù)特征

2.1　正庚烷與異庚烷

Thompson[2,3]于1975年發(fā)現(xiàn)原油隨著油氣成熟度的增加，烷基化程度也會(huì)增加，從而提出利用正庚烷值((正庚烷×100%)/(環(huán)己烷+2-甲基己烷+1,1二甲基環(huán)戊烷+2,3二甲基戊烷+3-甲基己烷+1，順，3-二甲基環(huán)戊烷+1，反，3-二甲基環(huán)戊烷+1，反，2-二甲基環(huán)戊烷+3-乙基戊烷+2,2,4-三甲基戊烷+正庚烷+甲基環(huán)己烷))和異庚烷值((2-甲基己烷+3-甲基己烷)/(1,順，3-二甲基環(huán)戊烷+1，反，3-二甲基環(huán)戊烷+1，反，2-二甲基環(huán)戊烷))來(lái)區(qū)分原油的成熟度。在此基礎(chǔ)上，程克明等[4]在1987年通過(guò)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(rèn)為二者之間存在指數(shù)關(guān)系。

筆者對(duì)研究區(qū)樣品進(jìn)行C7輕烴分析，譜圖特征見(jiàn)圖1。通過(guò)計(jì)算繪制了正庚烷值和異庚烷值的關(guān)系圖(圖2)，多數(shù)樣品正庚烷值<20%，異庚烷值<1.0，屬于低成熟原油，少數(shù)落在正常原油范圍，其結(jié)果可能與研究區(qū)域主要產(chǎn)出凝析油和天然氣的事實(shí)不符。事實(shí)上，根據(jù)王培榮等[5]研究發(fā)現(xiàn)，很多地區(qū)的原油因受到次生蝕變(如蒸發(fā)分餾)和混源作用的影響，其正庚烷值和異庚烷值都呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，并且其變化程度會(huì)隨著次生蝕變和混源程度強(qiáng)弱的不同而有所差異，從而導(dǎo)致原油會(huì)出現(xiàn)“較輕”組分成熟度不高的假象?；诖?，希望單一地用該種方法來(lái)準(zhǔn)確判別原油成熟度是欠妥的。

圖1　研究區(qū)典型凝析油樣品中輕烴化合物分布圖(A2樣品)

圖2　研究區(qū)正庚烷值和異庚烷值關(guān)系圖

2.2　原油生成溫度

原油從烴源巖排出，然后運(yùn)移至儲(chǔ)層的埋藏深度稱為原油生成深度，其對(duì)應(yīng)的地溫稱為原油生成溫度。

Mango[6]發(fā)現(xiàn)2,3-二甲基戊烷(2,3-DMP)和2,4-二甲基戊烷(2,4-DMP)的對(duì)數(shù)值與原油生成溫度之間存在線性關(guān)系。Bement等[7]通過(guò)對(duì)不同盆地的不同輕烴資料分析，推導(dǎo)出了計(jì)算原油最大生成溫度tmax的方法:

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

經(jīng)計(jì)算，研究區(qū)10件凝析油樣品原油生成溫度分布在119.4～129.8℃范圍內(nèi)，折算出鏡質(zhì)體反射率(Ro，c1)分布在0.79%～0.92%，整體表現(xiàn)為成熟原油(表1)。

2.3　新藿烷成熟度參數(shù)

筆者通過(guò)樣品分析數(shù)據(jù)，計(jì)算得出新藿烷成熟度參數(shù)[8,9]Ts/(Ts+Tm)偏低(0.15～0.47)，可能是因?yàn)樵搮^(qū)主要為煤系地層，而煤層有機(jī)質(zhì)中Tm含量較高，所以導(dǎo)致Ts/(Ts+Tm)偏低。因此Ts/(Ts+Tm)不適合作為研究區(qū)成熟度參數(shù)指標(biāo)。

2.4　烷基二苯并噻吩類化合物參數(shù)

筆者在研究區(qū)10件原油樣品的質(zhì)量色譜圖中，均檢測(cè)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(jù)上述成熟度參數(shù)的定義，通過(guò)K1、K2分別計(jì)算出研究區(qū)Ro，c2為0.80%～1.17%，Ro，c3為0.91%～1.37%，整體表現(xiàn)為成熟-高熟原油(表1)。

表1　研究區(qū)各類成熟度參數(shù)及計(jì)算出的鏡質(zhì)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(shù)

金剛烷類化合物是原油中一種小分子，熱穩(wěn)定性好，籠型的結(jié)構(gòu)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(huán)烴類在高溫?zé)崃ψ饔孟戮酆戏磻?yīng)的產(chǎn)物。由于很多地區(qū)原油熱演化程度較高，生物標(biāo)志化合物等參數(shù)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(zhì)演化過(guò)程中性質(zhì)極其穩(wěn)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(huán)境以及有機(jī)質(zhì)輸入的影響。因此金剛烷類化合物在地質(zhì)研究領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，如原油成熟度的確定，油氣裂解程度的分析，母源有機(jī)質(zhì)類型的判斷，及生物降解和油源對(duì)比等[12]。

目前，由于取代基團(tuán)性質(zhì)、數(shù)量以及位置的不同，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的金剛烷類化合物有數(shù)十種，當(dāng)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(fā)現(xiàn)，烷基取代的位置很大程度上決定了金剛烷化合物的穩(wěn)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(yīng)的甲基位于季碳的金剛烷化合物熱穩(wěn)定性高。因此，甲基金剛烷化合物的熱穩(wěn)定性關(guān)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(guò)程中異構(gòu)體構(gòu)型的轉(zhuǎn)變可以為原油成熟度的研究提供一定的信息?；诖?，陳軍紅等[13]通過(guò)對(duì)塔里木、鄂爾多斯和鶯瓊盆地等地的多個(gè)原油、凝析油及生油巖樣品的分析，提出了2項(xiàng)金剛烷類化合物的指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)原油和凝析油的熱成熟度，即甲基單金剛烷成熟度指數(shù)IMA和甲基雙金剛烷成熟度指數(shù)IMD。并且發(fā)現(xiàn)上述2項(xiàng)指標(biāo)在原油和生油巖熱演化歷史中均呈現(xiàn)規(guī)律的變化，即隨著熱力作用的增加，2項(xiàng)指標(biāo)值也在增加。基于此，陳軍紅等[13]隨后建立了IMD和鏡質(zhì)體反射率的對(duì)應(yīng)關(guān)系(表1)。

筆者通過(guò)對(duì)樣品的分析，檢測(cè)出的金剛烷類化合物譜圖特征見(jiàn)圖3，并且根據(jù)樣品數(shù)據(jù)利用上述關(guān)系式，計(jì)算出Ro，c4為1.01%～1.63%。

圖3　研究區(qū)金剛烷類化合物譜圖(A2樣品)

3結(jié)果與討論

通過(guò)各種成熟度參數(shù)顯示，輕烴類參數(shù)由于研究區(qū)存在嚴(yán)重的蒸發(fā)分餾現(xiàn)象，使殘余油中的輕烴含量下降，導(dǎo)致原油會(huì)出現(xiàn)“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(shù)所計(jì)算的Ro，c2為0.80%～1.17%，金剛烷參數(shù)所計(jì)算的Ro，c4為1.01%～1.63%。文獻(xiàn)資料顯示，上述2類化合物在地質(zhì)演化過(guò)程中都具有良好的穩(wěn)定性,二者成熟度范圍存在的微小差異，可能是由于在地質(zhì)熱演化過(guò)程中，烷基二苯并噻吩類化合物受到熱力作用影響導(dǎo)致結(jié)果略低于金剛烷類化合物參數(shù)。但上述2個(gè)參數(shù)研究結(jié)果均顯示研究區(qū)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(zhì)體反射率為0.90%～1.35%可能更接近于真實(shí)的原油熱演化程度。

本文屬長(zhǎng)江大學(xué)2014年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目(2014003)產(chǎn)出論文。

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[編輯]鄧?yán)?/p>

[引著格式]唐友軍，李夢(mèng)茹，高夢(mèng)蓮，等.多參數(shù)綜合判識(shí)凝析油成熟度[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版) ,2015,12(26):1~4.

[中圖分類號(hào)]TE122.1

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號(hào)]1673-1409(2015)26-0001-04

通信作者：

[作者簡(jiǎn)介]唐友軍(1975-)，男，副教授，博士生，現(xiàn)從事地球化學(xué)方面的教學(xué)與科研工作；李夢(mèng)茹，543198496@qq.com。

[收稿日期]2015-05-02