珠江口盆地恩平凹陷CO2 成藏特征與成藏過程

張向濤, 彭光榮, 朱定偉, 吳 靜, 陳兆明, 許新明, 熊萬林

(中海石油(中國)有限公司 深圳分公司, 廣東 深圳 518000)

0 引 言

深海深層常規(guī)油氣、淺層天然氣水合物勘探是國民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場保障運行的重要支撐, 除此之外,一些非常規(guī)資源也得到高度重視(王霄飛等, 2014;姜素華等, 2019)。經(jīng)過40 多年的勘探, 在珠江口盆地東部陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了多個CO2氣藏或帶CO2氣頂?shù)挠筒?雷川等, 2017; 陳紅漢等, 2017), 但這些油氣藏主要集中在珠二坳陷, 珠一坳陷中發(fā)現(xiàn)較少。2016年, 在珠一坳陷西端恩平凹陷北部潛山披覆帶發(fā)現(xiàn)的A 油田中, 鉆遇14 層27.8 m 厚的CO2氣層和若干帶CO2氣頂?shù)挠蛯印８缓珻O2的層段是該地區(qū)主要的產(chǎn)油層位, 一方面, CO2占據(jù)了大量原油儲集空間; 另一方面, CO2可能驅(qū)替原油, 成為原油二次運移的動力, 促進(jìn)原油的長距離運移。因此, 對CO2分布范圍、成因、充注期次及對油氣成藏影響的研究對于油氣勘探具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

恩平凹陷位于珠江口盆地珠一坳陷西部, 是中海石油(中國)有限公司深圳分公司最西端的原油產(chǎn)地。恩平凹陷長軸總體呈NE-SW 走向, 面積約5000 km2,海水深度為80～100 m, 其西接陽江凹陷, 東臨西江凹陷, 南、北分別被番禺低隆起和海南隆起、恩西低凸起挾持(圖1)。恩平凹陷是前古近紀(jì)開始發(fā)育的負(fù)向構(gòu)造單元, 經(jīng)歷了三個構(gòu)造演化階段: 晚白堊世-早漸新世的斷陷階段、晚漸新世-中中新世的拗陷階段及晚中新世至今的新構(gòu)造運動階段(鐘志洪等,2014)。恩平凹陷可劃分為三個次級洼陷: 恩平17 洼、恩平12 洼和恩平18 洼, 其構(gòu)造格局受控洼斷層F1、F2和F3共同控制, 三個洼陷均為北斷南超的半地塹結(jié)構(gòu)。鉆井揭示, 恩平凹陷自下而上發(fā)育始新統(tǒng)文昌組和恩平組, 漸新統(tǒng)珠海組, 中新統(tǒng)珠江組、韓江組、粵海組, 上新統(tǒng)萬山組及第四系(劉志峰等, 2017),其中, 文昌組為主力生烴層系, 珠江組和韓江組是主要的成藏層系。

按照“位置相鄰、具有成因聯(lián)系和共同發(fā)展歷史”的二級構(gòu)造帶劃分原則, 恩平凹陷可劃分為: 北部潛山披覆構(gòu)造帶、中央斷裂帶、南部斷裂帶和番禺7 斷裂帶等四個二級構(gòu)造帶。早期的油氣發(fā)現(xiàn)主要集中在南部斷裂帶, 而其他構(gòu)造帶鉆探的多口探井中均未獲得商業(yè)突破。直到2016 年, 在北部潛山披覆構(gòu)造帶發(fā)現(xiàn)了A 油田(圖1), 該油田是恩平凹陷乃至整個珠江口盆地北部斷階帶發(fā)現(xiàn)的第一個油田,含油層系多, 證實了北部斷階帶良好的勘探潛力,此后陸續(xù)在A 油田以北發(fā)現(xiàn)了B、C 兩個油田(圖1)。

圖1 珠江口盆地恩平凹陷構(gòu)造單元劃分Fig.1 Tectonic units of the Enping Sag, Pearl River Mouth Basin

2 CO2 分布與成因特征

A 油田CO2氣藏主要富集在1 井區(qū), A1 井鉆遇15 層共計27.8 m 厚的 CO2氣藏(圖2), A2 井鉆遇1 層1.4 m 厚的CO2氣藏?？v向上, CO2氣藏主要分布在珠江組上段, 其次是珠海組, 其他層系和其他構(gòu)造高點未見CO2富集。

沉積盆地中的CO2可分為有機(jī)成因和無機(jī)成因兩大類。在CO2的成因分析上前人做了許多工作(魏喜等, 2005; 連承波等, 2007; 馬安來等, 2015), 主要是依據(jù)CO2的含量、δ13C、3He/4He 等參數(shù)進(jìn)行成因判別。目前普遍認(rèn)為無機(jī)成因CO2中δ13C 值較高,分布范圍在?8‰～+3‰之間; 有機(jī)成因CO2的δ13C值較低, 分布范圍在?30‰～?10‰之間(戴金星等,1995)。無機(jī)成因CO2中若He同位素<1.4×10?6(R/Ra<1),則為殼源型; 若He 同位素介于1.4×10?6～2.8×10?6(1

恩平凹陷A 油田通過鉆桿測試(DST)和模塊式地層動態(tài)測試(MDT)取得12 個流體樣, 其中, 10 個含CO2(表1), CO2含量普遍在92%以上, 最高達(dá)100%, 實測δ13C 為?8.735‰～?3.024‰, 為無機(jī)成因。從δ13C 與3He/4He 關(guān)系可見, A 油田3He/4He 介于5.75×10?6～8.16×10?6之間(表1, 圖3), 為典型的幔源火山型CO2。

珠江口盆地珠一坳陷東部惠州凹陷和陸豐凹陷中CO2與火山作用關(guān)系密切(王振峰等, 2004), 高CO2含量的井區(qū)周邊可見大量火山發(fā)育, 火山噴發(fā)伴生的CO2氣體在有利構(gòu)造中就近富集。但恩平凹陷A 油田周邊數(shù)十公里內(nèi)無火山發(fā)育, CO2含量從深到淺逐漸降低, 符合通過深大斷裂由深到淺運移的特征。位于A 油田南側(cè)的F4斷裂是在先存基底斷裂基礎(chǔ)上新生代持續(xù)活動的斷裂, 向下切入基底數(shù)千米, 向上斷至粵海組, 活動強(qiáng)度大, 具備將深層CO2輸導(dǎo)至淺層有利構(gòu)造的能力, 推測為A 油田的CO2氣源斷裂。

圖2 恩平凹陷北部潛山披覆帶油氣分布連井對比Fig.2 Co mparison of hydrocarbon distribution across drilling wells over the onla p zone of burie d-hills in the northern Enping Sag

表1 A 油田CO2 氣層參數(shù)統(tǒng)計Table 1 Statistic parameters of CO2 gas-bearing layers of Oilfield A

3 CO2 充注驅(qū)油與油氣成藏過程

恩平凹陷北部潛山披覆構(gòu)造帶CO2氣藏的發(fā)現(xiàn),一方面對原油儲量、采收率和生產(chǎn)設(shè)施具有不利影響, 另一方面也有積極的地質(zhì)意義。CO2是油氣二次運移的良好動力, 在一定地質(zhì)條件下CO2充注驅(qū)油是比較普遍的地質(zhì)現(xiàn)象, 較強(qiáng)的CO2充注驅(qū)油能增強(qiáng)油氣二次運移的動力, 利于油氣的長距離運移,也可能引起原來油氣藏中油氣的再分配或重新組合,形成新的油氣藏(高玉巧等, 2009), 進(jìn)而擴(kuò)大恩平凹陷乃至整個珠江口盆地北部斷階帶的勘探層系和勘探邊界, 具有重要的地質(zhì)意義。

3.1 CO 2 充注驅(qū)油及證據(jù)

恩平凹陷A 油田存在明顯的CO2充注驅(qū)油現(xiàn)象,主要有兩方面證據(jù): 一是 CO2氣層段的錄井熒光顯示異常豐富, 表明存在烴類充注過程; 二是原油正構(gòu)烷烴輕組分普遍存在損失, 具有典型的“氣洗”特征。

A 油田CO2氣藏的儲層中有大量錄井熒光顯示, 兩口鉆井15 層CO2中有11 層見錄井熒光顯示。此外, 儲層薄片粒間孔隙中有大量發(fā)藍(lán)色熒光油浸染現(xiàn)象(圖4), 均表明CO2氣藏的儲層存在烴類充注過程。

續(xù)表1:

圖3 恩平凹陷A 油田CO2 成因類型Fig.3 Diagram of ge netic types of CO2 in Oilfield A of the Enping Sag

圖4 恩平凹陷北部潛山披覆帶油氣包裹體特征Fig.4 Characteristics of oil inclusions from the onlap zone of buried-hills in the northern Enping Sag

CO2是一種易于達(dá)到超臨界狀態(tài)的氣體, 在超臨界狀態(tài)下CO2在原油中的溶解度比在純水中高30倍, 當(dāng)原油中溶有CO2時會使原油發(fā)生氣洗分餾作用(高玉巧等, 2009), 導(dǎo)致原油或儲層瀝青中低分子量烴類選擇性地溶解在CO2中, 并隨CO2向其他構(gòu)造或?qū)游恢羞\移(張枝煥等, 2006; 李威等, 2018)。一般未遭受次生改造的正常原油原始組分中正構(gòu)烷烴的摩爾含量與其碳原子數(shù)呈指數(shù)分布關(guān)系, 而發(fā)生氣洗分餾等次生改造作用的原油低分子量正構(gòu)烷烴往往偏移缺失。前人提出了正構(gòu)烷烴相對損失量的概念(李威等, 2018), 并將Q值作為定量描述氣洗作用強(qiáng)度的標(biāo)志。

式中Q為正構(gòu)烷烴相對損失率,MWn代表碳原子數(shù)為n的正構(gòu)烷烴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

珠江組原油的輕組分普遍存在損失, 且損失率Q高達(dá)14%(圖5), 具有典型的氣洗特征。這些均表明CO2充注晚于原油充注, 對原油具有一定改造作用。

3.2 兩種原油類型與三期油氣充注

高含量的C304-甲基甾烷是珠江口盆地東部始新統(tǒng)文昌組半深湖相烴源巖的典型特征化合物(陳希文等, 2016; 周剛等, 2018), 恩平凹陷A 油田原油中檢測到大量C304-甲基甾烷, 根據(jù)雙杜松烷含量的高低, 可將北部潛山披覆帶的原油細(xì)分為兩類(圖6):一是以高含量C304-甲基甾烷、高含量雙杜松烷為特征的半深湖+淺湖相原油(Ⅰ類原油); 二是以高含量C304-甲基甾烷、低含量雙杜松烷為特征的半深湖相原油(Ⅱ類原油), 另外還存在這兩類原油的混原油。

圖5 恩平凹陷北部潛山披覆帶A1 井原油正構(gòu)烷烴特征Fig.5 Characteristics of N-alkanes of crude oil from Well A1 over the onlap zone of buried-hills in the northern Enping Sag

圖6 恩平凹陷北部潛山披覆帶原油生物標(biāo)志化合物特征Fig.6 Characteristics of biomarkers over the onlap zone of buried-hills in the northern Enping Sag

基于流體包裹體樣品的檢測結(jié)果, A 油田原油表現(xiàn)為“兩期成藏”特征(圖7)。第一期原油成藏時間為13.8～9.1 Ma, 珠江組油藏(Ⅰ類原油)以該期成藏為主; 第二期原油成藏時間為3.9～0 Ma, 韓江組油藏以該期油藏為主(Ⅱ類原油)。此外還存在一期CO2充注, 時間為11.6～6.1 Ma, 介于兩期原油充注之間,時間上具備CO2驅(qū)替第一期原油的條件。

3.3 油氣成藏過程

恩平凹陷A 油田油層多, 且存在CO2充注驅(qū)油現(xiàn)象, 成藏過程復(fù)雜, 歸納起來為: 兩種原油類型、兩期原油充注、一期CO2驅(qū)油遠(yuǎn)藏。

13.8～9.1 Ma, 第一期原油充注, Ⅰ類原油首先沿深大斷裂F4垂向運移至新近系, 再沿構(gòu)造脊運移到A、B、C 構(gòu)造富集成藏(圖8a)。

11.6～6.1 Ma, CO2充注期, 幔源型CO2沿深大斷裂F4向A 構(gòu)造運移, 將珠江組油藏驅(qū)替至B 構(gòu)造的韓江組富集成藏, 并對原油發(fā)生“氣洗”作用, 使原油中低分子量烴類選擇性地溶解在CO2中, 并隨CO2運移至其他構(gòu)造或其他儲層中。CO2對Ⅰ類原油的驅(qū)替和改造作用由近至遠(yuǎn)、由下至上逐漸減弱,距氣源斷裂F4最近的A 構(gòu)造Ⅰ類原油占比僅剩7%,最遠(yuǎn)的C 構(gòu)造Ⅰ類原油占比83%, B 構(gòu)造次之, Ⅰ類原油占比49%。A 和B 構(gòu)造珠江組的Ⅰ類原油幾乎全被驅(qū)替, 韓江組則以Ⅰ類和Ⅱ類混源油為主; C 構(gòu)造由于距氣源斷裂最遠(yuǎn), CO2對Ⅰ類原油的驅(qū)替作用較弱, 以Ⅰ類和Ⅱ類混源油為主, 部分層段依然保留有Ⅰ類原油。

3.9～0 Ma, 第二期原油充注, Ⅱ類原油在A 構(gòu)造、B 構(gòu)造的韓江組、C 構(gòu)造的韓江組和珠江組富集, 與之前充注的Ⅰ類原油形成混源油(圖8b)。

圖7 恩平凹陷北部潛山披覆帶成藏期次特征Fig.7 Characteristics of different stages of reservoir accumulation over the onlap zone of buried-hills in the northern Enping Sag

圖8 恩平凹陷北部潛山披覆帶第一期原油充注層段分布(a)和第二期原油充注層段分布(b)Fig.8 Distribution of oil layers for first-stage accumulation (a) and for second-stage accumulation (b) over the onlap zone of buried-hills in the northern Enping Sag

4 結(jié) 論

珠江口盆地恩平凹陷北部潛山披覆帶首次發(fā)現(xiàn)規(guī)模富集的 CO2氣層, 但分布局限, 平面上主要分布在A 油田1 井區(qū), 縱向上主要分布在珠江組上段。本次研究表明: ①CO2為幔源火山成因,通過臨近的深大斷裂從地幔運移至淺層富集成藏;②A 油田具有“兩種原油類型、兩期原油充注、一期CO2驅(qū)油遠(yuǎn)藏”的油氣成藏過程, CO2充注驅(qū)油增強(qiáng)了油氣二次運移的動力, 促進(jìn)了油氣的長距離運移。據(jù)此, CO2氣層成藏規(guī)律和機(jī)制的研究擴(kuò)大到恩平凹陷乃至整個珠江口盆地北部斷階帶的勘探層系和勘探邊界, 對未來同類資源勘探具有重要的指導(dǎo)意義。