塔里木盆地庫車坳陷中、新生界高蠟?zāi)鲇秃洼p質(zhì)油形成及其控制因素

蘇 洲,張慧芳,韓劍發(fā),劉永福,孫 琦,白 銀,段云江,屈 洋

(1. 長江大學(xué) 地球物理與石油資源學(xué)院,湖北 武漢 430100; 2. 中國石油 塔里木油田公司,新疆 庫爾勒 841000)

凝析油是指在地下深處高溫、高壓狀態(tài)下呈氣態(tài)的烴類,采至地面后隨著溫度、壓力的降低而呈液態(tài)的輕質(zhì)油。常溫常壓下,凝析油為無色透明或淺黃色液體,密度一般為0.65～0.78 g/cm3,膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、蠟質(zhì)含量低或不含,烴類組分以中-低分子量的飽和烴為主,C21-/C22+值遠(yuǎn)大于1,烴類含量隨碳數(shù)增大而迅速下降。目前關(guān)于凝析油的成因類型有兩種解釋[1-2]:①腐泥型有機質(zhì)在高成熟階段容易生成凝析油,長鏈烷烴在高演化階段被裂解成短鏈烷烴,從而形成高熟凝析油；②有機質(zhì)在低成熟階段也可以形成凝析油,生烴母質(zhì)通常富含樹脂體、木栓質(zhì)體、角質(zhì)體、植物蠟、孢子花粉等,這些物質(zhì)在低演化階段容易產(chǎn)生分子量低的液態(tài)烴,形成未熟-低熟凝析油。另外煤中具有短烷基側(cè)鏈的鏡質(zhì)組在低演化階段也可以形成凝析油,這種凝析油通常富含芳香烴。

石油蠟是從石油中結(jié)晶析出的固態(tài)烷烴混合物,主要成分為C16—C90的正構(gòu)烷烴,異構(gòu)烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴。其中正構(gòu)烷烴占主要成分的稱為石蠟(顯晶蠟),碳數(shù)范圍C16—C36；環(huán)烷烴和芳香烴占主要成分的稱為地蠟(微晶蠟),碳數(shù)范圍C37以上[3-4]。以往認(rèn)為石油中蠟質(zhì)主要來源于陸相高等植物,且一般認(rèn)為陸相原油高含蠟,海相原油低含蠟。近年來越來越多的專家學(xué)者們認(rèn)識到低等水生生物,如細(xì)菌、藻類也可以生成高蠟油。黃第藩等通過研究塔里木盆地下古生界干酪根的顯微組成和不同成熟度演化產(chǎn)物,認(rèn)為由菌藻類脂組形成的干酪根中的長鏈脂肪烴在高熱演化階段被釋放是海相高蠟油形成的主要原因[5]；韓霞等發(fā)現(xiàn)由富含脂肪族結(jié)構(gòu)的藻類體和孢子體構(gòu)成的無定形體對遼河斷陷大民屯凹陷高蠟油形成具有重要貢獻(xiàn)[6]。呂慧等運用雙質(zhì)譜技術(shù)對比分析了濟陽坳陷東營凹陷高蠟油和古近系沙四段上亞段烴源巖的正常原油,證明藻類等低等水生生物是東營凹陷南斜坡高蠟油形成的重要母質(zhì)[7]。

高蠟?zāi)鲇秃洼p質(zhì)油是由相對分子質(zhì)量較高的固態(tài)石蠟烴大量分散溶解于天然氣或較低相對分子質(zhì)量的液態(tài)烴中的一種特殊油氣資源,它既不同于常規(guī)的高蠟原油,也不同于一般意義上的凝析油。這類原油具有低密度、低粘度、高凝固點、高含蠟量的特點,一般飽和烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高,非烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低,不含或含少量瀝青質(zhì)和膠質(zhì),能檢測到碳數(shù)在C60以上的正構(gòu)烷烴[2]。目前我國關(guān)于這種特殊類型油氣的報道并不多見,僅在黃驊坳陷千米橋潛山和吐哈盆地西部地區(qū)有高蠟?zāi)鲇托纬蓹C理方面的研究。盧鴻等對黃驊坳陷近30年來3 300多個原油油樣含蠟量的時空分布特征進(jìn)行了研究,研究結(jié)果表明黃驊坳陷千米橋潛山高蠟?zāi)鲇偷男纬墒堋暗貙由?yīng)”控制,即隨著油氣運移距離增加含蠟量降低,越靠近烴源巖含蠟量越高[8]；張枝煥等對比分析了吐哈盆地西部地區(qū)中、新生界高蠟?zāi)鲇偷厍蚧瘜W(xué)特征與烴源巖有機顯微組分和成熟度,明確了有機顯微組分中含量較高且活化能相當(dāng)?shù)溺R質(zhì)組和殼質(zhì)組,是高蠟油與凝析油共生的地球化學(xué)條件[9]。

塔里木盆地庫車坳陷內(nèi)凝析油氣資源豐富,已發(fā)現(xiàn)多個凝析氣田,開采出的凝析油含蠟量高(大多高于10%),屬于高蠟?zāi)鲇秃洼p質(zhì)油。目前關(guān)于庫車坳陷高蠟?zāi)鲇涂刂埔蛩胤治龅南嚓P(guān)報道比較少見,筆者在前人研究成果的基礎(chǔ)上,結(jié)合庫車坳陷現(xiàn)有的資料對庫車坳陷高蠟?zāi)鲇统梢?、分布?guī)律及控制因素進(jìn)行分析總結(jié),該研究對完善中國高蠟?zāi)鲇统梢蚣胺植家?guī)律具有重要意義。

1 地質(zhì)概況和地化特征

庫車坳陷位于塔里木盆地北緣的南天山造山帶與塔北隆起之間,西起塔克拉,東至庫爾勒,是塔里木盆地北部的一個中、新生代坳陷,東薄西厚,東窄西寬,總體上呈NEE向展布,南北寬40～90 km,東西長470 km,面積約2.8×104km2。庫車坳陷可進(jìn)一步劃分為7個次級構(gòu)造單元(圖1),即:北部單斜帶、克拉蘇-依奇克里克沖斷帶、烏什凹陷、拜城凹陷、陽霞凹陷、秋里塔格沖斷帶、南部斜坡帶等[10]。

庫車坳陷內(nèi)分布著大量的油氣藏,油氣藏類型多樣?？死K-依奇克里克沖斷帶上分布著克拉和克深干氣氣田,大北、博孜、迪北和吐孜洛克凝析氣田；烏什凹陷上發(fā)現(xiàn)神木1油藏,依拉克凝析氣藏；秋里塔格沖斷帶上分布著迪那凝析氣田；南部斜坡帶上分布著卻勒1和紅旗1油藏,提爾根、英買6和東河12凝析氣藏,玉東凝析氣田,羊塔克、英買力和牙哈油氣田。坳陷內(nèi)發(fā)育有三疊系湖相和侏羅系煤相烴源巖,烴源巖延伸范圍廣,北起南天山,南至羊塔6井,西至神木1井,東至野云2井。北部克拉蘇沖斷帶,烴源巖埋藏深,成熟度高,以生氣為主,原油含蠟量低；南部斜坡按照原油含蠟量介于0.5%～2.5%為低蠟油,介于2.5%～10%為中蠟油,大于10%為高蠟油的標(biāo)準(zhǔn),對庫車坳陷各區(qū)塊原油含蠟量進(jìn)行統(tǒng)計劃分,劃分結(jié)果見表1。

圖1 庫車坳陷構(gòu)造劃分簡圖Fig.1 Structure division of Kuqa Depression

帶、西部烏什凹陷和東部依奇克里克沖斷帶,烴源巖埋藏淺,成熟度低,以生油、凝析油、凝析氣為主,原油含蠟量高,庫車坳陷中新生界高蠟?zāi)鲇秃洼p質(zhì)油主要分布于此。

吐孜洛克凝析氣田原油含蠟量最低,介于1.09%～6.2%,平均為2.57%,屬于低-中蠟油,原油密度低,平均為0.811 8 g/cm3,粘度低,平均為0.801 7 mPa·s,凝點低,平均為-24 ℃,膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量低。原油中飽和烴平均含量89%,芳烴4%,非烴1%,瀝青質(zhì)5%,CPI值0.92～1.38,OEP值0.79～1.04,主峰碳數(shù)10。

博孜凝析氣田原油含蠟量介于3.4%～9.9%,平均為7.28%,迪那凝析氣田原油含蠟量介于2.53%～9.95%,平均為6.27%,提爾根凝析氣田原油含蠟量介于4.7%～10.6%,平均為7.03%,迪北凝析氣田原油含蠟量介于2.2%～12.2%,平均為6.95%,均屬于中蠟油,原油密度低,均小于0.83 g/cm3, 粘度低,均小于2 mPa·s； 克深干氣藏中的原油含蠟量介于3%～4.1%,平均為3.57%,也屬于中蠟油,然其原油密度為0.852 3 g/cm3,為正常原油,粘度較高,為2.621 6 mPa·s。這些氣藏中的原油膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量都低,原油粘度和凝點都較吐孜洛克凝析氣田高。原油中飽和烴平均含量85%,芳烴8%,非烴2%,瀝青質(zhì)含量少2%,CPI值0.97～1.27,OEP值1.01～1.27,主峰碳數(shù)10～13。

大北凝析氣田原油含蠟量介于3%～22%,平均為10.06%,玉東凝析氣田原油含蠟量介于3.38%～25.8%,平均為12.64%,英買力油氣田原油含蠟量介于3.1%～26.2%,平均為12.2%,大宛齊油田原油含蠟量介于3.14%～14.95%,平均為8.55%,均屬于中-高蠟油,原油密度低,均小于0.83 g/cm3,粘度低,均小于2 mPa·s；克拉2干氣藏中的原油含蠟量介于2.7～18.8%,平均為8.39%,也屬于中-高蠟油,然其原油密度為0.888 g/cm3,為正常原油,粘度較高,為2.018 1 mPa·s。這些油氣藏中的原油膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量都低,原油粘度和凝點都較中蠟油的高。原油中飽和烴平均含量84%,芳烴5%,非烴3%,瀝青質(zhì)4%,CPI值0.95～1.16,OEP值0.91～1.08,主峰碳數(shù)10～14。

牙哈油氣田原油含蠟量介于7.44%～32.8%,平均為15.65%,羊塔克油氣田原油含蠟量介于10.2%～33.19%,平均為16.34%,依拉克凝析氣藏原油含蠟量介于8.6%～24.5%,平均為18.19%,神木1油藏原油含蠟量介于11.19%～21%,平均為14.8%,均屬于高蠟油,原油密度低,均小于0.83 g/cm3,粘度介于1.431 5～2.467 3 mPa·s；卻勒1油藏中的原油含蠟量介于12.1%～27.6%,平均為17.94%,也屬于高蠟油,然其原油密度為0.840 6 g/cm3,為正常原油,粘度高,為5.624 9 mPa·s。這些油氣藏中的原油膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量都低,原油粘度和凝點都較中-高蠟油的高。原油中飽和烴平均含量74%,芳烴11%,非烴5%,瀝青質(zhì)7%,CPI值1.0～1.24,OEP值0.98～1.13,主峰碳數(shù)10～20。

大量的原油分析數(shù)據(jù)得出庫車坳陷原油總體上表現(xiàn)為高蠟?zāi)鲇秃洼p質(zhì)油的特征,具有低密度、低粘度、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量低、高凝固點、中-高含蠟的特點,飽和烴含量最高,平均在70%以上,芳烴次之,非烴和瀝青質(zhì)含量少,碳數(shù)分布以輕烴為主,主峰碳以10～14居多。構(gòu)造位置上主要分布在庫車坳陷南部斜坡帶、西部烏什凹陷和東部依奇克里克沖斷帶上。隨著原油含蠟量的增加,原油中飽和烴含量降低,芳烴和非烴含量增加,主峰碳數(shù)、原油的粘度和凝點都呈增加趨勢。

2 高蠟?zāi)鲇秃洼p質(zhì)油母質(zhì)成因

庫車坳陷發(fā)育有三疊系黃山街組(T3h)、塔里奇克組(T3t)、侏羅系陽霞組(J1y)、克孜勒努爾組(J2k)和恰克馬克組(J2q)5套烴源巖,形成環(huán)境復(fù)雜多變,從深湖相、半深湖相至沼澤相均很發(fā)育。三疊、侏羅系烴源巖除恰克馬克組湖相泥巖腐泥組、殼質(zhì)組含量較高,分別為15.54%和43.08%,鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組含量相對較低,分別為30.43%和10.95%外,其他4套烴源巖腐泥組、殼質(zhì)組含量低(大多不超過10%),鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組含量高,鏡質(zhì)組大多高于50%,惰質(zhì)組含量在30%左右(表2)。恰克馬克組烴源巖表現(xiàn)為Ⅰ-Ⅱ型有機質(zhì)特點,其余四套烴源巖表現(xiàn)為Ⅲ型有機質(zhì)特點。陽霞組部分泥巖樣品在顯微鏡下可以見到個體完整的藻類體和孢子體富集的孢子堆；恰克馬克組樣品在顯微鏡下可以看到豐富的層狀藻類體和少量的結(jié)構(gòu)藻類體,鏡下還發(fā)現(xiàn)個體完整的叢粒藻。庫車河剖面上克孜勒努爾組中有一層約30 cm的油頁巖,它幾乎完全由藻類組成,呈層狀分布,有機顯微組分組成中其含量大于70%。這些都表明庫車坳陷烴源巖有機質(zhì)具有陸相高等植物和低等水生生物雙重來源,屬于混源型有機質(zhì),但以陸源有機質(zhì)為主。

高等植物角質(zhì)體、樹脂體、孢粉體、細(xì)菌及各種藻類都能成為原油中蠟的重要來源。角質(zhì)體來源于高等植物的角質(zhì)層,主要由高脂肪性的生物聚合物和植物蠟組成,其中植物蠟主要由高碳數(shù)的直鏈烴(C22—C36)和長鏈脂肪酸(C15—C35)組成,多數(shù)學(xué)者將其作為易于轉(zhuǎn)化生成高蠟油的顯微組分[9,11-13]。陽霞組和克孜勒努爾組中的炭質(zhì)泥巖角質(zhì)體平均含量相對其它烴源巖較高為3%～4%,可以將角質(zhì)體作為二者生成高蠟?zāi)鲇秃洼p質(zhì)油的重要母質(zhì)。

藻類能在其細(xì)胞外壁形成一種藻膠鞘,也稱藻質(zhì)素,是一種不溶于水、富含脂肪族結(jié)構(gòu)、對化學(xué)和微生物降解有很強抵抗力的大分子生物聚合物,能夠在漫長的沉積和成巖的過程中被選擇性地保存下來,一些藻類如叢粒藻、盤星藻、藍(lán)綠藻、粘球形藻、四角藻等,它們形成的干酪根在未熟-低熟階段就可以熱解生成大量的高碳數(shù)正構(gòu)烷烴[14-15]。陽霞組、克孜勒努爾組和恰克馬克組部分烴源巖樣品中都見到大量的藻類體,其顯微組分中藻類體平均含量可高達(dá)15%,可將藻類體作為三者生成高蠟?zāi)鲇秃洼p質(zhì)油的重要母質(zhì)。

鏡質(zhì)組的化學(xué)結(jié)構(gòu)是由芳香烴和短鏈烷烴組合而成,其中的短鏈烷烴在低成熟-過成熟階段都容易裂解出來而生成低碳數(shù)烴類,成為濕氣、輕質(zhì)油或凝析油的重要組成部分。吐哈盆地高蠟?zāi)鲇秃洼p質(zhì)油的形成就是由其有機質(zhì)顯微組分決定的,吐哈盆地侏羅系烴源巖為煤系地層,有機顯微組分以鏡質(zhì)組為主,惰質(zhì)組次之,殼質(zhì)組以角質(zhì)體、無定形體和孢粉體為主。殼質(zhì)組中的角質(zhì)體、孢子體活化能為51～56 kcal/mol,樹脂體、木栓質(zhì)體活化能為40 kcal/mol,鏡質(zhì)組活化能也為51～56 kcal/mol,因此大部分殼質(zhì)組和鏡質(zhì)組的活化能相當(dāng),在低熟—成熟熱演化階段,殼質(zhì)組熱演化生成高蠟?zāi)鲇秃洼p質(zhì)油的高蠟油部分,鏡質(zhì)組熱演化生成凝析油和輕質(zhì)油部分[9]。

表2 庫車坳陷主要烴源巖有機顯微組分統(tǒng)計Table 2 Statistics of organic macerals of major source rocks in Kuqa Depression

注:以上數(shù)據(jù)均為平均值。

庫車坳陷三疊系、侏羅系烴源巖有機顯微組分組成與吐哈盆地侏羅系烴源巖有很大的相似性,也是以鏡質(zhì)組為主,惰質(zhì)組次之,殼質(zhì)組以孢子體和角質(zhì)體為主,但庫車坳陷烴源巖中藻類體含量相對吐哈盆地高,并且藻類體也具有較低的活化能。因此,庫車坳陷高蠟?zāi)鲇秃洼p質(zhì)油的高蠟油部分是由殼質(zhì)組中的孢子體、角質(zhì)體和腐泥組中的藻類體生成,凝析油和輕質(zhì)油部分是由鏡質(zhì)組生成。殼質(zhì)組、腐泥組中的藻類體和鏡質(zhì)組三者是庫車坳陷高蠟?zāi)鲇秃洼p質(zhì)油形成的物質(zhì)基礎(chǔ),三者具有相當(dāng)?shù)幕罨苡质菐燔囒晗莞呦災(zāi)鲇秃洼p質(zhì)油形成的化學(xué)條件。

3 原油含蠟量控制因素

3.1 原油成熟度

確定原油成熟度常用的是分子成熟度參數(shù),然而許多常用的分子成熟度參數(shù)均有其自身的局限性,如升藿烷C3122S/(22S+22R)比值僅適用于Ro小于0.65%有機質(zhì)熱演化的早期階段,甾烷C2920S/(20S+20R)和ββ/(αα+ββ)比值只適用于Ro小于0.8%的生油高峰前的演化階段。而甲基菲指數(shù)(MPI)作為成熟度參數(shù)具有較廣的適用范圍[16],包建平等①包建平,朱翠山,唐友軍,等. 庫車坳陷三疊-侏羅系源巖生油潛力評價[R].塔里木油田分公司,2003.在大量研究庫車坳陷露頭烴源巖和鉆井烴源巖樣品的基礎(chǔ)上,得出了適用于庫車坳陷原油成熟度的經(jīng)驗公式:

Ro=0.168 5MPI1+0.716 7

(1)

其中:MPI1=(2-MP+3-MP)/(1-MP+9-MP)。依據(jù)該經(jīng)驗公式,計算出庫車坳陷含蠟原油相對應(yīng)的原油成熟度(表3),計算結(jié)果表明庫車坳陷原油均屬正常成熟原油,原油成熟度Ro介于0.8%～1.05%,是烴源巖在成熟階段的產(chǎn)物。圖2揭示了庫車坳陷原油含蠟量與原油成熟度之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,隨著原油成熟度增加,原油含蠟量降低。

當(dāng)有機質(zhì)Ro介于0.8%～1.2%時,烴源巖進(jìn)入生油高峰,奇偶優(yōu)勢消失,碳優(yōu)勢指數(shù)CPI小于1.2,這與第一節(jié)中描述庫車坳陷原油地化特征相一致。隨著有機質(zhì)熱演化程度的增加,長鏈烷烴裂解形成短鏈烷烴,正構(gòu)烷烴碳原子數(shù)及分子量遞減,原油含蠟量遞減。當(dāng)有機質(zhì)Ro小于0.7%時,也即烴源巖處于低熱演化階段,有機質(zhì)斷鏈幾率小,主要表現(xiàn)為脫官能團,易形成高碳數(shù)烴類,在此階段原油含蠟量與原油成熟度之間可呈正相關(guān)關(guān)系。濟陽坳陷東營凹陷孔店組高蠟油是烴源巖處于生油高峰前形成的烴類,其原油含蠟量就表現(xiàn)為隨原油成熟度增加而增大[7]。大民屯凹陷北部生油巖熱演化程度較低,形成的原油全部為高蠟油,而凹陷中、南部地區(qū)生油巖熱演化程度較高,早期生成的高分子量烴類部分遭裂解形成低分子量烴類,造成凹陷中、南部高蠟油與正常油并存[17]。庫車坳陷原油總體表現(xiàn)為高蠟?zāi)鲇秃洼p質(zhì)油的特征是因為原油是烴源巖處于成熟階段而非高成熟階段的產(chǎn)物,相對較低的熱演化階段使得庫車坳陷原油中的蠟得以保存。

表3 庫車坳陷原油成熟度與含蠟量數(shù)據(jù)Table 3 Oil maturity and wax content of crudes in Kuqa Depression

圖2 庫車坳陷原油成熟度與含蠟量關(guān)系Fig.2 Relationship between oil maturity and wax content of crudes in Kuqa Depression

3.2 油氣藏類型

庫車坳陷內(nèi)分布著大量的干氣藏、凝析氣藏及油藏,這些油氣藏中的原油普遍都含蠟,依據(jù)油氣藏類型、油氣藏成藏期次、成藏過程、所處的構(gòu)造帶的不同,其原油含蠟量的高低不同。庫車坳陷油氣相態(tài)在克拉蘇構(gòu)造帶中部以干氣為主,以此為中心,向南、向西、向東漸變?yōu)槟鰵獠睾陀筒?在平面上具有“內(nèi)環(huán)干氣、中環(huán)凝析氣、外環(huán)油”的油氣分布規(guī)律[18]。庫車坳陷原油含蠟量在克拉蘇沖斷帶和依奇克里克沖斷帶上呈現(xiàn)低值(含蠟量<10%),在外圍的烏什凹陷、提爾根構(gòu)造帶、卻勒-羊塔克構(gòu)造帶、喀拉玉兒滾構(gòu)造帶、英買7號構(gòu)造帶以及牙哈構(gòu)造帶上呈現(xiàn)高值(含蠟量>10%),平面上具有“北低南高、西高東低”的變化規(guī)律(圖3)。這一變化規(guī)律與庫車坳陷油氣相態(tài)的分布規(guī)律具有良好的相關(guān)性,即氣藏中原油含蠟量低,凝析氣藏中原油含蠟量較高,油藏中原油含蠟量最高,并且隨著油氣藏生產(chǎn)氣/油比(指初期穩(wěn)定試采所取得的氣/油比)的減小,原油含蠟量增加。個別油氣藏因其成藏過程和成藏期次的特殊性導(dǎo)致其原油含蠟量會有差異。

1) 干氣藏(原油含蠟量<5%)

庫車坳陷中心克拉蘇沖斷帶上烴源巖成熟度最高,克深5—克深2一線Ro大于2.0%,最高可達(dá)3.5%,克拉蘇沖斷帶上的克深和克拉氣藏都為干氣藏。克深1、克深2氣藏原油樣品含蠟量介于3%～4.1%,平均含蠟量為3.57%,克拉2氣藏原油樣品含蠟量較高,介于2.7%～18.8%,平均含蠟量為8.39%(圖4a)。克拉2氣藏原油含蠟量之所以較高是由于早期成藏原油的少量殘留,具有“早油晚氣”的成藏特點(詳見后文3.3)。除去克拉2氣藏的特殊性,克深干氣藏原油含蠟量都<5%。

2) 凝析油含量低的凝析氣藏(5%<原油含蠟量小于10%)

克拉蘇沖斷帶的西部大北和博孜地區(qū),以及依奇克里克沖斷帶上的迪那、迪北地區(qū)烴源巖成熟度為1.2%～2.0%,形成的油氣藏類型均為凝析氣藏,凝析油含量低,氣/油比高,一般大于8 500 m3/m3。據(jù)凝析氣PVT分析實驗得到博孜1凝析氣藏生產(chǎn)氣/油比為9 565 m3/m3、大北凝析氣田生產(chǎn)氣/油比為68 068 m3/m3、迪北凝析氣田生產(chǎn)氣/油比為12 161m3/m3、迪那凝析氣田平均生產(chǎn)氣/油比為10 577 m3/m3,這些凝析氣藏中的原油樣品含蠟量主要集中分布在5%～10%(圖4b)。位于大北附近的大宛齊,現(xiàn)今油氣藏類型之所以為油藏是由于大北鹽下油氣藏遭到穿鹽大斷裂破壞,油氣沿著斷裂運移至鹽上淺層而形成殘留油藏。大宛齊凝析油藏原油樣品含蠟量也主要集中分布于5%～10%(圖4b)。

圖3 庫車坳陷原油含蠟量平面分布Fig.3 Planar distribution of wax content of crudes in Kuqa Depression

圖4 庫車坳陷干氣藏(a)、凝析油含量低的凝析氣藏(b)、凝析油含量高的凝析氣藏(c)和油藏中原油含蠟量變化Fig.4 Variation of wax content of crudes in dry gas reservoirs(a),condensate gas reservoirs with low content of gas condensates(b),condensate gas with high content of gas condensates and oil reservoirs(c) in Kuqa Depression

3) 凝析油含量高的凝析氣藏和油藏(原油含蠟量>10%)

庫車坳陷西端的烏什凹陷和南部的南部斜坡帶上烴源巖成熟度低為0.6%～1.2%,形成的油氣藏類型為油藏和凝析油含量高的凝析氣藏,氣/油比較低,一般小于5 000 m3/m3。據(jù)凝析氣PVT分析實驗得到依拉克凝析氣藏平均生產(chǎn)氣/油比為1 083 m3/m3、牙哈油氣田平均生產(chǎn)氣/油比為1 511 m3/m3、英買力油氣田平均生產(chǎn)氣/油比為1 855 m3/m3、玉東2凝析氣藏平均生產(chǎn)氣/油比為3 983 m3/m3、羊塔5古近系凝析氣藏平均生產(chǎn)氣/油比為1 053 m3/m3,這些油氣藏和神木1油藏、卻勒1油藏、羊塔5白堊系油藏、玉東7油藏中原油樣品含蠟量大都大于10%(圖4c)。南部斜坡帶上的個別氣藏如羊塔1凝析氣藏(平均生產(chǎn)氣/油比為8 970 m3/m3)、羊塔2凝析氣藏(平均生產(chǎn)氣/油比為18 399 m3/m3),是由于這兩個氣藏成因為下部的原生油氣藏受斷裂破壞發(fā)生調(diào)整在淺層形成的次生油氣藏,油氣組分的垂向分異作用造成氣/油比較高[18-19]。

將凝析氣PVT分析實驗得到的各油氣藏平均生產(chǎn)氣/油比與其平均含蠟量數(shù)據(jù)(表1)進(jìn)行相關(guān)性分析(圖5a),分析表明二者呈現(xiàn)良好的對數(shù)關(guān)系(相關(guān)系數(shù)R=0.947 9),同時將單井生產(chǎn)氣/油比與單井含蠟量之間做相關(guān)分析(圖5b)也得到二者之間呈現(xiàn)良好的對數(shù)關(guān)系(相關(guān)系數(shù)R=0.874 8)。分析結(jié)果表明各油氣藏的平均含蠟量及其中單井含蠟量都受生產(chǎn)氣/油比的控制,即原油含蠟量隨生產(chǎn)氣/油比對數(shù)的增加而減小。

3.3 氣洗作用和原油運移作用

1) 受氣洗作用影響

原油在遭受氣洗(蒸發(fā)分餾)作用前后,其化學(xué)組分必然會發(fā)生相應(yīng)的變化,最明顯的變化主要反映在原油中輕組分的含量上,淺層中經(jīng)天然氣氣洗上來的原油中輕組分優(yōu)勢相當(dāng)顯著,而經(jīng)天然氣氣洗后殘留下來的原油中輕組分的損失相當(dāng)顯著,那么如何定量估算原油遭受氣洗的程度呢？Kissin曾指出,未遭受氣洗或其他改造作用的原油,其正構(gòu)烷烴的摩爾濃度與相應(yīng)的碳數(shù)呈指數(shù)關(guān)系[20],即:

圖5 庫車坳陷各油氣藏及單井生產(chǎn)氣/油比與含蠟量關(guān)系Fig.5 Producing gas/oil ratio vs.wax content for different reservoir types and single wells in Kuqa Depressiona.各油氣藏平均生產(chǎn)氣/油比與其平均含蠟量關(guān)系;b.各油氣藏中單井生產(chǎn)氣/油比與其含蠟量關(guān)系

yi=c×exp(axi)

(2)

式中：yi代表正構(gòu)烷烴的摩爾濃度,mol/L;xi代表正構(gòu)烷烴的碳數(shù),個;a和c為常數(shù)。兩邊取對數(shù)得:

lnyi=axi+lnc

(3)

記lnc=b,則:

lnyi=axi+b

(4)

圖6 庫車坳陷原油正構(gòu)烷烴摩爾濃度的對數(shù)與相應(yīng)碳數(shù)的關(guān)系(以大北2井為例)Fig.6 Correlation between the logarithm of molar concentration of n-alkanes and the corresponding carbon number of crudes in Kuqa Depression(taking Well Dabei-2 as an example)

(5)

大宛齊油藏位于大北凝析氣藏的淺層,油源對比分析發(fā)現(xiàn)大宛齊和大北的原油甾萜系列生物標(biāo)志化合物具有相似的分布特征(圖7):三環(huán)萜烷中輕烴占主要優(yōu)勢,C20三環(huán)萜烷為主峰碳,含量C19+C20+C21?C23+C24+C25+C26；C24四環(huán)萜烷含量高,遠(yuǎn)大于C26三環(huán)萜烷；Ts>Tm；γ-蠟烷含量高,其含量與相鄰的C3122R含量相差不大；C30重排藿烷含量高；C27，C28和C29規(guī)則甾烷呈“V”字形,且C27規(guī)則甾烷含量最高；C27重排甾烷和C29重排甾烷含量都比較高；孕甾烷表現(xiàn)明顯的優(yōu)勢。油源對比的結(jié)果表明大宛齊和大北地區(qū)的原油具有相同來源。

油源相同的條件下,大北-大宛齊構(gòu)造上的油和氣存在不同期的現(xiàn)象[23]。大北古油氣藏中早期生成的成熟油氣被晚期形成的高成熟天然氣充注,油氣沿著穿鹽大斷裂發(fā)生運移調(diào)整,輕組分優(yōu)先隨氣向上運移,使得氣洗上來的淺層油藏(也即大宛齊油藏)中富含輕組分,而遭受氣洗的深部油氣藏(也即現(xiàn)今的大北凝析氣藏)的殘余油中則富含重組分。依據(jù)原油遭受氣洗程度的定量估算方法,大北原油遭受氣洗程度高,大多大于60%,最高甚至高達(dá)97%,而大宛齊原油正構(gòu)烷烴損失程度低,一般為20%～ 40%,部分井的原油甚至不存在輕組分的損失(圖8)。相應(yīng)的大北原油平均含蠟量為10.06%,大宛齊原油平均含蠟量為6.93%,表明油氣藏中原油的含蠟量受氣洗程度的影響。這一結(jié)論在克拉2干氣藏中也有表現(xiàn)。

圖7 庫車坳陷大北和大宛齊地區(qū)部分原油甾萜生物標(biāo)志化合物分布特征Fig.7 Distribution characteristics of steroid and terpenoid biomarkers in some crude samples from Dabei and Dawanqi areas,Kuqa Depressiona,b.大宛130井,埋深1 030.5～1 485 m,Nj1;c,d.大宛110-12井,埋深103.5～810 m, Nj1;e,f.大宛105井,埋深622～675 m,Nj1;g,h.大北102井,埋深5 315～5 479 m,K;i,j.大北2井,埋深5 541～5 593 m,K;k,l.大北202井,埋深5 711～5 845 m,K

圖8 庫車坳陷克拉2、大北和大宛齊地區(qū)部分原油氣洗程度對比Fig.8 Comparison of gas-washing degree of some crudes in Kela-2,Dabei and Dawanqi areas,Kuqa Depression

克拉2為一干氣藏,按照庫車坳陷原油含蠟量受原油所屬油氣藏類型控制這一結(jié)論,克拉2氣藏中的原油含蠟量應(yīng)該小于5%,然而其含蠟量都高于5%,平均含蠟量也是8.4%,這是由于克拉2氣藏的形成與大北氣藏的形成類似,都具有“早油晚氣”的特點[24]?？死?在燕山末期為一古隆起,中新世康村組沉積前聚集了三疊系烴源巖生成的早期原油,喜馬拉雅運動中期構(gòu)造運動弱,在鹽下形成了一些逆沖推覆構(gòu)造,三疊系、侏羅系烴源巖生成的成熟油和高成熟天然氣隨著斷層運移充注到早期油藏中,使早期古隆起中的油藏發(fā)生油氣的混合調(diào)整,喜馬拉雅運動晚期構(gòu)造運動強烈,在鹽下形成了一些斷背斜圈閉,并且在克拉2圈閉之上發(fā)育一些穿鹽大斷裂溝通鹽上鹽下地層,使得克拉2圈閉中的油氣部分散逸?？死?氣藏油、氣充注不同步,晚期大量天然氣的充注加之強烈的構(gòu)造運動,使得克拉2古油藏中早期的原油遭受強烈的氣洗,氣洗程度為38%～69%(圖7)。由于輕組分的正構(gòu)烷烴在天然氣中的溶解程度遠(yuǎn)大于重組分的芳烴、蠟質(zhì)、瀝青質(zhì)等,因此在遭受氣洗作用后殘留的原油中蠟質(zhì)組分含量高。張斌等[25]也通過正構(gòu)烷烴損失的定量計算證實大北凝析氣藏和克拉2氣藏在形成的過程中都遭受了強烈的氣洗作用,并且對原油成分造成較大影響。

與克拉2氣藏相鄰的克深1、2氣藏的形成過程相對簡單,克深1、克深2圈閉是在喜馬拉雅運動晚期形成,而三疊系、侏羅系烴源巖自新近紀(jì)以來一直處于生氣高峰,因此克深1、2圈閉中聚集了大量的天然氣以及少量的原油,沒有發(fā)生氣洗作用,并且其中的原油成熟度高,依據(jù)包建平①包建平,朱翠山,唐友軍,等. 庫車坳陷三疊-侏羅系源巖生油潛力評價[R].塔里木油田分公司,2003.等的庫車坳陷原油成熟度計算公式估算的克深102原油Ro為1.05%,故克深氣藏中原油含蠟量較克拉氣藏中低的多。

2)受原油運移作用影響

前人的大量研究表明,原油中含氮化合物特別是中性吡咯類含氮化合物的分布特征和濃度變化可以有效的指示油氣的運移,但其分布特征和濃度變化不僅與原油的運移距離有關(guān),還與原油的成熟度、成因類型等有關(guān)[26-28]。目前原油的成熟度對其中吡咯類含氮化合物的影響還不清楚。具有相同成因類型的原油,也即具有相同油源特征的原油,其原油中吡咯類含氮化合物也具有相似的分布特征。因此,在利用原油中吡咯類含氮化合物作為原油運移的指標(biāo)時,必須要求其原油樣品來自相同的油源。在相同的油源條件下,隨著原油運移距離的增加,吡咯類含氮化合物豐度顯著降低。由于吡咯類含氮化合物約占總含氮化合物的75%～80%[29],因此原油中吡咯類含氮化合物的濃度變化可以反映原油中總含氮化合物濃度變化,反之,原油中總含氮化合物濃度變化也可以反映吡咯類含氮化合物的濃度變化。那么原油中總含氮化合物濃度變化趨勢也可以反映原油的運移方向。

圖9 庫車坳陷卻勒1、羊塔克和玉東2地區(qū)部分原油甾、萜生物標(biāo)志化合物分布特征Fig.9 Distribution characteristics of steroid and terpenoid biomarkers in some crude samples from in Quele-1,Yangtake and Yudong-2 areas,Kuqa Depressiona,b.卻勒1井,埋深5 755～5 777 m,E;c,d.羊塔101井,埋深5 350.1～5 355.5 m,E;e,f.羊塔5井,埋深5 323～5 325 m,E;g,h.羊塔2井,埋深5 387～5 390 m,K;i,j.玉東2井,埋深4 728.81～4 744.88 m,E

卻勒1、羊塔克和玉東2構(gòu)造上位于庫車坳陷前緣隆起帶的西側(cè),其中卻勒1井所產(chǎn)原油為正常原油,而羊塔克和玉東2構(gòu)造上所產(chǎn)原油大多屬于輕質(zhì)油或凝析油。原油地球化學(xué)特征的研究結(jié)果表明,這些原油具有相似的生物標(biāo)志物分布與組成(圖9):三環(huán)萜烷中輕烴占主要優(yōu)勢,C19三環(huán)萜烷為主峰碳,含量C19+C20+C21?C23+C24+C25+C26；C24四環(huán)萜烷含量高,遠(yuǎn)大于C26三環(huán)萜烷；Ts>Tm；γ-蠟烷含量低,其含量小于或等于相鄰的C31升藿烷22R含量的一半；C30重排藿烷含量高；C27、C28、C29規(guī)則甾烷呈“V”字形,且C29規(guī)則甾烷含量最高；C27重排甾烷和C29重排甾烷含量都高；孕甾烷表現(xiàn)明顯的優(yōu)勢,顯示出它們具有相同油源。

據(jù)包建平①包建平,朱翠山,唐友軍,等. 庫車坳陷油氣運移特征研究[R]. 塔里木油田分公司,2004研究報告中含氮化合物定量分析結(jié)果表明,卻勒1、羊塔克和玉東2構(gòu)造上原油含氮化合物的濃度的變化具有一定的規(guī)律性,如卻勒1井古近系原油中含氮化合物的濃度較高,約為8.36 μg/g油；羊塔克構(gòu)造上位于構(gòu)造西端的羊塔5井古近系原油中含氮化合物濃度較高,一般介于7.70～8.22 μg/g油之間,位于構(gòu)造中端的羊塔101井白堊系原油中含氮化合物的濃度中等,一般為1.0～2.2 μg/g油之間,而位于構(gòu)造東端的羊塔2井白堊系原油中含氮化合物的濃度最低,約為0.20 μg/g；位于喀拉玉爾滾構(gòu)造帶南端的玉東2構(gòu)造上古近系原油中含氮化合物的濃度也較低,一般介于為0.47～0.62 μg/g,這些數(shù)據(jù)表明這些原油中的含氮化合物的濃度已經(jīng)發(fā)生了明顯的變化,下降幅度可能在一個數(shù)量級左右,表明它們經(jīng)歷了較長距離的運移,并發(fā)生了明顯的分異作用。而這些構(gòu)造上原油中含氮化合物的濃度出現(xiàn)的自北向南,自西向東的規(guī)律性下降趨勢,表明了該構(gòu)造帶上原油運移的方向(圖10)。從圖10中可以明顯看到,沿著原油運移方向,原油含蠟量也表現(xiàn)出明顯的下降趨勢。

盧鴻等[8]對千米橋潛山構(gòu)造高蠟?zāi)鲇统梢驒C理的研究成果也表明原油含蠟量的分布受運移過程中的“地色層效應(yīng)”控制,隨原油運移距離的增加含蠟量逐漸降低。“地色層效應(yīng)”理論是指,極性強的高分子量化合物容易被礦物或固體表面吸附,在運移過程中,極性強的高分子量化合物相比于極性弱的低分子量化合物運移的更慢。因此越靠近烴源巖的方向,原油中高分子量正構(gòu)烷烴含量越高,從而原油含蠟量越高。原油中吡咯類含氮化合物的分布與濃度變化可以指示原油的運移方向也是受“地色層效應(yīng)”的控制。

圖10 庫車坳陷卻勒1、羊塔克和玉東2構(gòu)造上原油中含氮化合物濃度變化指示原油運移方向①包建平,朱翠山,唐友軍,等. 庫車坳陷油氣運移特征研究[R]. 塔里木油田分公司,2004Fig.10 Variation of nitrogenous compound concentration in crudes indicates the direction of oil migration in Quele-1,Yangtake and Yudong-2 areas,KuqaDepression①包建平,朱翠山,唐友軍,等. 庫車坳陷油氣運移特征研究[R]. 塔里木油田分公司,2004

原油成熟度、油氣藏類型、氣洗作用和原油運移作用三個因素共同控制了庫車坳陷原油含蠟量大小,其中原油成熟度是最主要的控制因素,庫車坳陷原油是烴源巖在成熟階段下熱演化生成的成熟原油,其中的蠟質(zhì)成分得以保存,總體表現(xiàn)為高含蠟的特征；油氣藏類型為次要的控制因素,干氣藏中原油含蠟量低(<5%),凝析油含量低的凝析氣藏中原油含蠟量較高(介于5%～10%),凝析油含量高的凝析氣藏和油藏中原油含蠟量最高(>10%),具體表現(xiàn)為各油氣藏的平均含蠟量及其中單井含蠟量都受生產(chǎn)氣/油比的控制,與生產(chǎn)氣/油比之間呈良好的對數(shù)關(guān)系；氣洗作用和原油運移作用對庫車坳陷原油含蠟量的影響最小,該因素僅對個別特殊油氣藏或油源條件相同的油氣藏中一些單井含蠟量變化起作用,例如大宛齊油藏是大北古油氣藏經(jīng)氣洗作用而形成的淺層油藏,其原油平均含蠟量小于大北凝析氣藏。同樣特殊的還有克拉2干氣藏,因其形成具有“早油晚氣”的特點,使得克拉2干氣藏原油平均含蠟量及其中單井的含蠟量都高于5%。卻勒1井、羊塔5井、羊塔101井、羊塔2井和玉東2井原油具有相同的油源,其單井含蠟量大都大于10%,因原油運移作用使得各單井含蠟量之間存在差異。

4 結(jié)論

1) 大量的原油分析數(shù)據(jù)得出庫車坳陷原油總體上表現(xiàn)為高蠟?zāi)鲇秃洼p質(zhì)油的特征,具有低密度、低粘度、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量低、高凝固點、中-高含蠟的特點,飽和烴含量最高,平均在70%以上,芳烴次之,非烴和瀝青質(zhì)含量少,碳數(shù)分布以輕烴為主,主峰碳以10～14居多。構(gòu)造位置上主要分布在庫車坳陷南部斜坡帶、西部烏什凹陷和東部依奇克里克沖斷帶上。隨著原油含蠟量的增加,原油中飽和烴含量降低,芳烴和非烴含量增加,主峰碳數(shù)、原油的粘度和凝點都呈增加的趨勢。

2) 庫車坳陷三疊系、侏羅系烴源巖有機顯微組分組成決定了高蠟?zāi)鲇秃洼p質(zhì)油的形成。烴源巖有機顯微組分以鏡質(zhì)組為主,惰質(zhì)組次之,殼質(zhì)組以孢子體和角質(zhì)體為主。高蠟油部分是由殼質(zhì)組中的孢子體、角質(zhì)體和腐泥組中的藻類體生成,凝析油和輕質(zhì)油部分是由鏡質(zhì)組生成。殼質(zhì)組、腐泥組中的藻類體和鏡質(zhì)組三者是庫車坳陷高蠟?zāi)鲇秃洼p質(zhì)油形成的物質(zhì)基礎(chǔ),三者具有相當(dāng)?shù)幕罨苡质菐燔囒晗莞呦災(zāi)鲇秃洼p質(zhì)油形成的化學(xué)條件。

3) 庫車坳陷原油含蠟量主要受3個因素的控制:原油成熟度、油氣藏類型、氣洗作用和原油運移作用。其中原油成熟度是最主要的控制因素,油氣藏類型為次要的控制因素,氣洗作用和原油運移作用對庫車坳陷原油含蠟量的影響最小。