蓬萊20-2 油田原油地球化學(xué)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(guó)）有限公司天津分公司，天津 300452）

近年來(lái)，隨著我國(guó)海洋石油勘探水平的不斷提高，渤海海域范圍內(nèi)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了多個(gè)億噸級(jí)大油田，包括中國(guó)海上最大的油田——蓬萊19-3油田及國(guó)內(nèi)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(xiàn)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(cè)，緊鄰蓬萊19-3油田與蓬萊9-1油田，周邊被多個(gè)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(qū)地層由深至淺依次為基底的元古界、古近系東營(yíng)組、新近系館陶組和明化鎮(zhèn)組；已發(fā)現(xiàn)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(dǎo)致儲(chǔ)層橫向特征差異較大，油氣無(wú)法簡(jiǎn)單通過(guò)長(zhǎng)距離橫向運(yùn)移到達(dá)凸起區(qū)；與此同時(shí)，近南北向的郯廬走滑斷裂及相關(guān)派生斷層貫穿全區(qū)，斷層晚期活動(dòng)強(qiáng)烈，形成復(fù)雜斷塊構(gòu)造，按所處斷塊不同細(xì)分為A、B、C三個(gè)區(qū)（圖1b）[4-8]，蓬萊20-2油田油氣從周邊洼槽向凸起區(qū)總體呈現(xiàn)“立體階梯式”的運(yùn)移，不同斷塊油氣富集程度差異較大，同一斷塊內(nèi)油氣充注強(qiáng)度也存在著明顯差異。本文在大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，采用飽和烴色譜譜圖分析、飽和烴質(zhì)譜分 析及原油物性分析等多種實(shí)驗(yàn)手段，首次對(duì)渤海海域東部廟西南凸起地區(qū)原油地球化學(xué)特征及油源進(jìn)行了深入分析，對(duì)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(gè)原油樣品，兩個(gè)含油砂巖樣品，主要進(jìn)行原油物性分析、族組分、飽和烴氣相色譜、飽和烴質(zhì)譜及芳烴質(zhì)譜分析。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置

1 原油物理性質(zhì)

渤海海域已發(fā)現(xiàn)油田的原油物性差異較大，凝析油、輕質(zhì)油、中質(zhì)油及重質(zhì)稠油均有分布，且原油黏度和密度范圍變化大。前人研究認(rèn)為，原油性質(zhì)與油藏埋深直接相關(guān)，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(xué)組成的宏觀(guān)體現(xiàn)，綜合反映了油氣運(yùn)移、聚集、保存狀態(tài)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(qū)，C區(qū)主要為含油砂巖樣品，油藏埋深為1 123.8～1 321.5 m，20 ℃時(shí)原油相對(duì)密度為0.958 8～0.990 5 g/cm3，均值為0.974 0 g/cm3；50 ℃時(shí)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(diǎn)-7～11 ℃，整體表現(xiàn)為低含硫、低含蠟、低凝固點(diǎn)的特征，反映原油的生油巖母質(zhì)沉積時(shí)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(qū)原油酸值高達(dá)1.36～6.52 mgKOH/g，且與原油密度、黏度均存在較好的正相關(guān)關(guān)系，表明蓬萊20-2油田原油遭受過(guò)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(xué)特征

2.1 族組分特征

原油族組成可以客觀(guān)反映原油的烴類(lèi)組成和成因類(lèi)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(duì)應(yīng)關(guān)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(guān)。

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(huán)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(xiàn)飄移特征，輕組分損失，正構(gòu)烷烴及類(lèi)異戊二烯烷烴遭受不同程度的降解，降解等級(jí)約為5～6級(jí)，但萜烷系列及甾烷系列保存較好，其豐度甚至高于正構(gòu)烷烴系列，原油總體特征差別不大，說(shuō)明原油具有相似的生源母質(zhì)輸入；同時(shí)，A、B區(qū)表現(xiàn)出明顯的雙峰特征，說(shuō)明原油進(jìn)行了二次充注，油氣充注能力強(qiáng)；C區(qū)油砂抽提物顯示二次充注能力弱于A、B區(qū)。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(qiáng)還原環(huán)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(lèi)化合物

藿烷與甾烷類(lèi)化合物是沉積物中分布廣泛的復(fù)雜生物標(biāo)志化合物，其具有豐富的結(jié)構(gòu)和構(gòu)型變化，在反映真核生物與原核生物的相對(duì)輸入上具有中等程度的專(zhuān)屬性[17]，提供原油成熟度及生油母質(zhì)信息。A、B、C區(qū)原油（油砂）樣品既表現(xiàn)出相似性，也有一定的差異性（圖3），相似性表現(xiàn)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(guī)則的階梯狀降低趨勢(shì)，規(guī)則甾烷中C27甾烷＞C29甾烷＞C28甾烷，同時(shí)檢測(cè)出了較為豐富的4-甲基甾烷；差異性主要體現(xiàn)在：①A區(qū)PL20-2-a與PL20-2-e井原油樣品規(guī)則甾烷譜圖顯示呈不對(duì)稱(chēng)“V”型分布，B區(qū)規(guī)則甾烷呈“L”型分布，C區(qū)規(guī)則甾烷呈近似對(duì)稱(chēng)“V”型分布。②A區(qū)樣品成熟度中等，Ts≈Tm，甾烷異構(gòu)化程度中等，B區(qū)顯示成熟度較高，Ts明顯高于Tm，甾烷異構(gòu)化程度高，同時(shí)17α（H）-25-降藿烷含量較高，推測(cè)高成熟度與較強(qiáng)的生物降解作用有關(guān)，C區(qū)成熟度很低，表現(xiàn)出低熟油的生標(biāo)特征，Ts值低于Tm值，甾烷異構(gòu)化程度很低。③4-甲基甾烷峰型在A、B、C區(qū)也表現(xiàn)出較大差異性，A區(qū)主要為“平峰型”，B區(qū)為“前峰型”，C區(qū)則為“翹尾型”。

以上分析表明，蓬萊20-2油田三個(gè)斷塊構(gòu)造區(qū)原油地球化學(xué)特征總體分異度較低，但生物標(biāo)志物特征表現(xiàn)出較大差異，推測(cè)主要原因?yàn)樵痛紊兓?，為此，進(jìn)一步開(kāi)展詳細(xì)的油源對(duì)比分析。

3 油源分析

研究區(qū)具有獨(dú)特的油氣生儲(chǔ)蓋層及其空間配置，決定了油氣運(yùn)聚模式為橫向砂體與縱向斷層交織組成的“立體階梯式”運(yùn)移，油氣從洼槽區(qū)向聚集區(qū)呈現(xiàn)樹(shù)枝狀的運(yùn)移特征。同時(shí)，依據(jù)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(jīng)過(guò)排烴作用運(yùn)移到儲(chǔ)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(xué)組成和地球化學(xué)特征上存在一定的相似性，研究這些地球化學(xué)信息在烴源巖和油氣之間以及油-油間的匹配關(guān)系，結(jié)合地質(zhì)分析，進(jìn)而推斷其親緣關(guān)系。

研究區(qū)原油表現(xiàn)出甾烷形態(tài)完整，部分出現(xiàn)C25-降藿烷的特征（圖3），認(rèn)為其遭受中等強(qiáng)度的生物降解，降解等級(jí)5～6級(jí)，正構(gòu)烷烴、異構(gòu)烷烴和環(huán)烷烴大多被消耗掉，抗生物降解能力較強(qiáng)的甾烷及藿烷系列生物標(biāo)志化合物可用來(lái)進(jìn)行油源對(duì)比。

3.1 周邊洼陷原油生標(biāo)特征

結(jié)合前人研究，研究區(qū)周邊發(fā)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(qū)深部無(wú)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(duì)相應(yīng)凹陷的生物標(biāo)志化合物特征進(jìn)行標(biāo)定，其特征如圖4所示。三個(gè)方向來(lái)源的原油生物標(biāo)志化合物特征具有很好的區(qū)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(duì)比

蓬萊20-2油田及周邊原油（油砂）生物標(biāo)志化合物參數(shù)如表2、圖5、圖6所示，包含多種常用的對(duì)比參數(shù)及成熟度參數(shù)。其中，C19三環(huán)萜烷/C23三環(huán)萜烷（C19TT/C23TT）值為0.15～0.30，C24四環(huán)萜烷/C26三環(huán)萜烷（C24Te/C26TT）值為0.34～0.81，結(jié)合烴源巖特 征認(rèn)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(shù)作為一種在渤海灣盆地使用度較高且區(qū)分度較好的參數(shù)，在本區(qū)油源分析中也有較好的區(qū)分度，A區(qū)伽馬蠟烷指數(shù)（伽馬蠟烷/C30藿烷）均值為0.21，B區(qū)為0.29，C區(qū)為0.11，同時(shí)與研究區(qū)周緣三個(gè)凹陷具有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。A、B、C三個(gè)區(qū)原油（油砂）4-甲基甾烷含量及形態(tài)差異較為明顯；其中，B區(qū)原油及廟西北洼原油含量最低（0.14～0.17），形態(tài)為“前峰型”，C區(qū)主要來(lái)源于廟西南洼的原油4-甲基甾烷含量最高（0.35～0.51），A區(qū)該值為0.25～0.40，反映了三個(gè)方向不同油氣來(lái)源對(duì)蓬萊20-2油田的貢獻(xiàn)。

通過(guò)本次研究發(fā)現(xiàn)，以蓬萊20-2油田為代表的多洼陷多源巖供烴油田凸起區(qū)不同油源的原油，與對(duì)應(yīng)凹陷中已發(fā)現(xiàn)原油的成熟度也有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，原油成熟度的不同也可輔助用于多洼陷環(huán)繞供烴的油田區(qū)。研究區(qū)整體處于邊緣凹陷的構(gòu)造格局，對(duì)甾烷成熟度參數(shù)C29甾烷20S/（20S+20R） 和C29甾烷ββ/（αα+ββ） 進(jìn)行分析（表2），研究區(qū)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(fā)育部分低熟油，其中，以B區(qū)甾烷成熟度（C29甾烷ββ/（αα+ββ）=0.46）最高，這點(diǎn)與廟西北洼原油特征相似；而C區(qū)C29甾烷ββ/（αα+ββ）僅為0.27，與廟西南洼原油特征相似，均表現(xiàn)出典型的低熟特征；A區(qū)原油樣品甾烷成熟度則區(qū)間范圍較大，主要與廟西北洼原油特征相似?？傊?，A、B、C區(qū)生物標(biāo)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(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖4 研究區(qū)周邊凹陷原油生標(biāo)特征

表2 PL20-2油田及周邊原油（油砂）生物標(biāo)志物參數(shù)

圖5 4-甲基甾烷指數(shù)與伽馬蠟烷指數(shù)交會(huì)分析

圖6 C29甾烷成熟度交會(huì)分析

4 結(jié)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(diǎn)的“三高三低”特征，同時(shí)，沿斜坡帶遠(yuǎn)源長(zhǎng)距離的運(yùn)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(xiàn)漂移，具有雙峰特征，油氣二次充注能力強(qiáng)，姥植比較低，原油主要形成于微咸水-半咸水的還原-強(qiáng)還原環(huán)境中。

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