渤海灣盆地6000m深油氣成因及勘探潛力

馬 鵬，孫菲菲，李 林，王 權(quán)，王 靜

（1.中國石油新疆油田分公司，新疆克拉瑪依834000；2.中國石油華北油田分公司，河北任丘062552）

渤海灣盆地6000m深油氣成因及勘探潛力

馬 鵬*1，孫菲菲2，李 林1，王 權(quán)2，王 靜2

（1.中國石油新疆油田分公司，新疆克拉瑪依834000；2.中國石油華北油田分公司，河北任丘062552）

渤海灣盆地霸縣凹陷牛東1井在6000m深度的潛山發(fā)現(xiàn)了高產(chǎn)輕質(zhì)油和天然氣，井底溫度達(dá)到201℃，油氣當(dāng)量超過1000t/d，揭示了深層油氣勘探潛力巨大。但是對于該油氣成因存在不同的認(rèn)識，有人認(rèn)為是潛山油藏在新近紀(jì)快速埋藏過程中原油受到高溫而裂解形成輕質(zhì)油和天然氣，有人認(rèn)為是深層高成熟烴源巖生成的輕質(zhì)油和天然氣再充注成藏的。分別采取與牛東1井油氣相關(guān)的成熟度較低的烴源巖樣品和原油樣品，進(jìn)行生烴熱模擬實(shí)驗(yàn)，得到了不同成熟度的油氣產(chǎn)物，并且通過分析對比原油和天然氣中共同存在的8個輕烴地球化學(xué)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)霸縣凹陷深層油氣是源自高成熟烴源巖，不是潛山內(nèi)原油裂解形成的。在成因研究的基礎(chǔ)上對深層的勘探前景進(jìn)行預(yù)測。

霸縣凹陷；油氣成因；烴源巖熱解氣；原油裂解氣

霸縣凹陷經(jīng)過幾十年勘探，發(fā)現(xiàn)的60%油氣儲量主要分布在埋藏深度小于3000m的第三系儲層中[1]。在凹陷東北的蘇橋-文安地區(qū)4000m以下的石炭—二疊系發(fā)現(xiàn)一些油氣藏（圖1），其油氣源已經(jīng)被確認(rèn)為石炭二疊煤系烴源巖[2]。該烴源巖分布范圍如圖1所示，在新近紀(jì)埋藏到3500m以下時發(fā)生了再次生烴[3]，并且生成的烴類為高成熟輕質(zhì)油和天然氣，這些油氣可以單獨(dú)充注成藏，也可以與沙河街組烴源巖生成的油氣混合充注成藏[4]。由此可見，蘇橋—文安地區(qū)石炭—二疊系油氣的分布受煤系烴源巖分布及其二次生烴控制，其油氣成因問題基本解決，本文不再進(jìn)行討論。

2011年在6000m深的前寒武（霧迷山組）潛山發(fā)現(xiàn)高產(chǎn)油氣藏（牛東1井5671～6027m的前寒武系潛山儲層試油，獲得日產(chǎn)輕質(zhì)油642.9m3、天然氣56×104m3），這是渤海灣盆地目前發(fā)現(xiàn)的深度最大、儲層溫度最高的（201℃）油氣藏。除此之外，先前兩年完鉆的興隆1井和文安1井在沙四段發(fā)現(xiàn)巖性油氣藏、文古3井發(fā)現(xiàn)了寒武系府君山組潛山內(nèi)幕油藏（圖1），揭示了霸縣凹陷深層高溫條件下具有良好的油氣形成和勘探潛力。但是，深層油氣成因問題已成為盆地進(jìn)一步勘探的主要問題。

1 成因問題的提出

前人已經(jīng)證實(shí)霸縣凹陷深層油氣主要源自沙四段烴源巖[5]，為什么還要開展油氣成因研究呢？因?yàn)樯乘亩螣N源巖大約在沙一段沉積期開始生成成熟度較低的油氣，那么與沙四段接觸的潛山及沙四段內(nèi)部的圈閉在同期可能就得到油氣充注而成藏；明化鎮(zhèn)組沉積期沙四段烴源巖大部分進(jìn)入高成熟階段，生成的輕質(zhì)油和天然氣會再次充注已有的油氣藏。這樣就是說，霸縣凹陷深層油氣有2種成因：（1）早期形成的油藏（即“古油藏”）在新近紀(jì)深埋期受到高溫（如牛東1井油藏溫度達(dá)到201℃）裂解形成的輕質(zhì)油和天然氣[6-7]；（2）新近紀(jì)以來高成熟的沙四段烴源巖生成的輕質(zhì)油和天然氣充注形成的油氣藏[8-9]。這兩種成因會帶來兩種不同的勘探思路[10-13]：按照前一種成因，就應(yīng)當(dāng)先找“古油藏”，考察有沒有裂解氣形成和保存條件，再考慮勘探部署；按照第二種成因，只要尋找沙四段烴源巖能夠充注油氣的圈閉就行。顯而易見，第一種成因的油氣資源潛力較小，因?yàn)椤肮庞筒亍钡臄?shù)量可能有限；第二種成因的油氣資源潛力相當(dāng)大。因此需要開展深層油氣成因的研究。

2 油氣成因研究方法

采集霸縣凹陷成熟度較低的沙四段烴源巖和已經(jīng)證實(shí)源自沙四段烴源巖的低成熟原油（表1），利用生烴模擬裝置進(jìn)行高溫高壓條件下油氣生成模擬實(shí)驗(yàn)，分別分析烴源巖和原油在高成熟條件下降解的油氣組成和性質(zhì)，分析對比原油和天然氣中共同存在的8個輕烴地球化學(xué)參數(shù)，判別牛東1井油氣是烴源巖高溫?zé)峤獬梢颍€是原油高溫裂解成因。

圖1 霸縣凹陷深層油氣分布圖

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置和流程

表1 樣品基本數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)裝置主要由兩部分組成：高溫高壓熱模擬系統(tǒng)和色譜分析系統(tǒng)。高溫高壓熱模擬系統(tǒng)由8個高壓釜、1個高溫加熱爐、1套加壓系統(tǒng)、1套真空系統(tǒng)和1套氣體收集系統(tǒng)組成[14-16]。溫控系統(tǒng)設(shè)計了恒溫和程序升溫2種升溫模式，升溫速率有5℃/h、10℃/h、20℃/h、40℃/h、60℃/h、80℃/h和180℃/h，連續(xù)工作實(shí)際溫度漂移≤±5℃。最高溫度可達(dá)800℃，可承受的最大壓力為100MPa。色譜分析系統(tǒng)包括兩臺色譜儀：（1）天然氣組分分析：柱系統(tǒng)為HP-PLOT Al2O3柱（?0.53mm× 50m）、PORAPAK Q柱（?3.175mm×1.83m）和碳分子篩柱（?3.175mm×1.525m），采用雙閥切換系統(tǒng)，可以分析出C1-C8的烴類和CO2氣體。（2）原油分析：色譜柱為HP-5毛細(xì)柱（30m×320um×0.25mm），能分析出C10-C40之間的組分。另外，實(shí)驗(yàn)裝置還包括AS系列超聲波抽提裝置、族組分分離裝置、LA310S型電子分析天平（精度1/1000）、ⅠKA A11basic分析用研磨機(jī)等。具體實(shí)驗(yàn)流程如下：

取烴源巖樣品粉碎至80目，采用精度為1/1000的分析天平準(zhǔn)確稱量10～50g后裝入高壓釜。待連接好管線后反復(fù)抽真空，并用氮?dú)庵脫Q后抽真空，保證排凈釜內(nèi)空氣后充入0.1MPa氮?dú)猓ㄒ员ＷC取氣時釜內(nèi)外壓力平衡及消除釜內(nèi)的死體積，使得取氣量準(zhǔn)確），關(guān)閉好高壓釜閥門。先以180℃的升溫速率全功率加熱至200℃以后，以40℃/h開始程序升溫。每組實(shí)驗(yàn)的設(shè)定溫度點(diǎn)分別為Ro=1.5%的520℃、Ro=1.8%的560℃、Ro=2.1%的600℃、Ro=2.5%的630℃。到達(dá)設(shè)定溫度點(diǎn)后恒溫1h，然后取出高壓釜。待釜冷卻至室溫，采用排飽和食鹽水法取氣，并計量氣體量。取完氣體后，及時采用氣相色譜儀對模擬氣體進(jìn)行氣體組分分析，以防止苯和CO2等組分大量溶于水。對殘渣樣品進(jìn)行超聲抽提定量液態(tài)產(chǎn)物，進(jìn)行族組分分離后，使用HP-5890A型色譜分析儀進(jìn)行飽和烴色譜分析。原油裂解模擬實(shí)驗(yàn)的方案與烴源巖熱解相似，最后收集生成的氣體，并同樣需要進(jìn)行飽和烴氣相色譜分析。最后對牛東1井的油樣進(jìn)行飽和烴色譜分析。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

牛東1井井口分離器油樣含有較多的低碳數(shù)烴類（nC10以前）及輕烴組分，主峰碳為nC8，油質(zhì)較輕；實(shí)驗(yàn)室油樣含有較多的高碳數(shù)烴類，低碳數(shù)烴類及輕烴組分相對少一些，主峰碳為nC11,油質(zhì)相對重一些，但是2次樣品的輕烴分布具有相似特征，顯示原油具有相似性。原油正、異構(gòu)烷烴分布峰型呈前峰型，Pr/Ph為1.31，Pr/nC17和Ph/nC18相對較小，分別為0.10和0.07，一方面顯示原油具有較高的成熟度，另一方面顯示源巖的沉積環(huán)境水體咸度不大，原油當(dāng)中長鏈烷烴（C20以前）明顯少于短鏈烷烴（圖2）。

圖2 牛東1井全油色譜分析

研究證實(shí)烴源巖熱解氣和原油裂解氣的輕烴組成存在較為明顯的差別[17]。因此選擇氣態(tài)烴和輕質(zhì)油中輕烴組分具有地球化學(xué)成因意義的正構(gòu)烷烴、環(huán)烷烴及芳烴組成參數(shù)，如CC5、nC6、nC5、MCC5、CC6、MCC5、MCC6、nC7、甲苯、苯、DMCC5，具體化合物名稱見表2，實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，烴源巖熱解氣的（CC5、nC5、MCC5、MCC6、苯、DMCC5）低于原油裂解氣，而它們的nC6、MCC5、MCC5、nC7、甲苯參數(shù)差別較?。ū?）。牛東1井的輕烴參數(shù)跟烴源巖熱解氣比較接近。

表2 牛東1井原油中不同化合物簡式說明表

2.3 牛東1井油氣為沙四段高成熟烴源巖熱解氣

通過熱模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，烴源巖熱解氣和原油裂解氣在輕烴產(chǎn)率上存在差異。為了得到更明顯的鑒別標(biāo)志，選用ln（CC5/nC6）、ln（CC5/nC5）、甲苯/苯、（MCC5+CC6）/nC6、CC6/nC5、（CC5+MCC5+CC6）/（nC5+ nC6）、DMCC5/CC5、（MCC5+CC6+MCC6）/（nC6+nC7）等8個參數(shù)，用這些參數(shù)作了4個散點(diǎn)圖，發(fā)現(xiàn)原油裂解產(chǎn)物與烴源巖熱解產(chǎn)物在4個圖上具有明顯的分區(qū)現(xiàn)象（圖3），說明在高成熟條件下，原油裂解氣和烴源巖熱解氣是可以鑒別的。

表3 熱模擬實(shí)驗(yàn)產(chǎn)率數(shù)據(jù)分析表（單位：mL/g TOC）

圖3 烴源巖熱解和原油裂解產(chǎn)物輕烴參數(shù)的差異性

將前人研究證實(shí)的烴源巖熱解成因的和原油裂解成因的相應(yīng)數(shù)據(jù)（塔里木盆地輪南地區(qū)、滿東—英吉蘇地區(qū)[18]、東營凹陷民豐地區(qū)[19-20]投到該圖上，發(fā)現(xiàn)所得結(jié)果與前人研究成果相當(dāng)吻合（圖4），表明本文模擬實(shí)驗(yàn)及圖3是正確的。將牛東1井的原油輕烴和天然氣相應(yīng)數(shù)據(jù)投到圖4上，發(fā)現(xiàn)牛東1井的數(shù)據(jù)點(diǎn)落在烴源巖熱解氣的區(qū)域內(nèi)，說明該油氣是烴源巖熱解成因的。

牛東1井天然氣的特征明顯位于烴源巖熱解氣的區(qū)域內(nèi)，因此認(rèn)為，牛東1井油氣為沙四段烴源巖熱解成因。

3 深層勘探潛力

沙四段烴源巖構(gòu)成了深層主力油氣源，利用BASⅠMS盆地模擬系統(tǒng)對其進(jìn)行生烴潛力評價，估算出沙四段生油量為33.35×108t、生氣量為3.66×1012m3。目前，深層勘探程度很低，只有牛東1井、文安1井和文古3井發(fā)現(xiàn)工業(yè)油氣流，由此可見霸縣深層勘探潛力很大[21]。

霸縣凹陷陡坡帶發(fā)育牛東、興隆1東、岔89等霧迷山組潛山，緩坡帶發(fā)育下古生界及前寒武潛山，凹陷北部二臺階潛山，它們均可能成為沙四段烴源巖的充注對象。此外，沙河街組以及下伏孔店組構(gòu)造—巖性圈閉也重要的成藏對象。加強(qiáng)深層的地震等勘探部署，有望取得更大的突破。

4 結(jié)論

（1）通過烴源巖和原油生烴熱模擬實(shí)驗(yàn)證實(shí)牛東1潛山油氣是沙四段高成熟烴源巖熱解成因，否認(rèn)了油氣是早期油藏裂解形成的。

圖4 烴源巖熱解氣和原油裂解氣的鑒別及其應(yīng)用

（2）沙四段烴源巖厚度大、有機(jī)質(zhì)類型較好，熱演化程度高，生成輕質(zhì)油和天然氣的潛力很大，但目前勘探程度低。加強(qiáng)深層地震勘探，有望取得更大突破。

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TE132

A

1004-5716（2015）04-0030-05

2014-04-05

2014-04-22

馬鵬（1986-），男（回族），甘肅定西人，助理工程師，現(xiàn)從事油氣勘探方面的研究工作。