源儲(chǔ)一體烴源巖精確評(píng)價(jià)
——以準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組為例

李二庭，王 劍，李 際，何 丹，高秀偉，劉翠敏，王海靜

(1.新疆礫巖油藏實(shí)驗(yàn)室，新疆 克拉瑪依 834000；2.中國(guó)石油 新疆油田分公司 實(shí)驗(yàn)檢測(cè)研究院，新疆 克拉瑪依 834000)

準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組整體為咸化湖細(xì)粒沉積，分布范圍廣、厚度大，為吉木薩爾凹陷最主要的一套烴源巖[1-5]。2010年以來，該區(qū)在蘆草溝組獲得重大突破，吉23等多口井在該組相繼獲得工業(yè)油流，展示了頁巖油勘探的良好前景。由于頁巖油氣不同于常規(guī)油氣特性，在勘探生產(chǎn)中面臨著許多問題亟待解決。蘆草溝組地層源儲(chǔ)一體，砂泥交互分布或緊密接觸，烴源巖生成的油氣大量吸附在干酪根有機(jī)質(zhì)孔和鄰近致密儲(chǔ)層中，導(dǎo)致所取巖心樣品中有明顯的原油浸染現(xiàn)象。受運(yùn)移有機(jī)質(zhì)烴類的影響，泥巖、粉砂巖及白云巖分析測(cè)定的有機(jī)碳含量、熱解生烴潛量值均較真實(shí)值偏高，按照烴源巖評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[6]，屬于好生油巖范圍。烴源巖中粉砂巖類有機(jī)質(zhì)豐度低，將其評(píng)價(jià)為好生油巖明顯與地質(zhì)事實(shí)不相符。如何進(jìn)行源儲(chǔ)一體烴源巖真實(shí)生烴潛力評(píng)價(jià)？在對(duì)吉174井蘆草溝組烴源巖熱解分析中發(fā)現(xiàn)Tmax值隨埋深增大并非增大，而是出現(xiàn)減小的異?，F(xiàn)象[7]。如何準(zhǔn)確評(píng)價(jià)源儲(chǔ)一體烴源巖成熟演化階段？前人對(duì)烴源巖熱解分析參數(shù)異常原因也進(jìn)行過相關(guān)研究[8-11]，認(rèn)為可溶有機(jī)質(zhì)、干酪根的顯微組分類型、礦物吸附、火成巖侵入、稱樣量等均可造成熱解參數(shù)異常，但未對(duì)源儲(chǔ)一體烴源巖進(jìn)行相關(guān)研究。

本文在前人研究的基礎(chǔ)上，通過對(duì)源儲(chǔ)一體烴源巖進(jìn)行氯仿抽提前處理，對(duì)比發(fā)現(xiàn)運(yùn)移烴類對(duì)烴源巖分析結(jié)果的影響，細(xì)分巖性準(zhǔn)確評(píng)價(jià)了吉木薩爾凹陷蘆草溝組源儲(chǔ)一體烴源巖的生烴潛力，確定了主力烴源巖。

1 實(shí)驗(yàn)與樣品

選取吉木薩爾凹陷吉251井、吉303井、吉305井巖心樣品(圖1，表1)，巖性主要包括白云巖、白云質(zhì)泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r、泥巖和泥質(zhì)粉砂巖；采用氯仿抽提法去除巖石中的可溶有機(jī)質(zhì)，對(duì)比抽提前、后巖石熱解參數(shù)的變化。具體實(shí)驗(yàn)方法如下：(1)將巖石樣品粉碎后，過100目篩；(2)對(duì)篩后樣品進(jìn)行氯仿瀝青“A”抽提分析；(3)將抽提后的樣品晾干，利用XH-C型旋渦混合器將樣品混合3 min以上，進(jìn)行有機(jī)碳和熱解分析，樣品混勻前與混勻后的巖石熱解參數(shù)符合《巖石熱解分析:GB/T 18602—2012》標(biāo)準(zhǔn)中相對(duì)雙差與偏差要求。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷采樣井位分布Fig.1 Sampling wells in Jimsar Sag, Junggar Basin

表1 準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組烴源巖樣品信息Table 1 Characteristics of source rocks in Lucaotou Formation, Jimsar Sag, Junggar Basin

2 結(jié)果與討論

2.1 可溶有機(jī)質(zhì)對(duì)烴源巖有機(jī)碳測(cè)定的影響

烴源巖有機(jī)碳是評(píng)價(jià)烴源巖生烴潛力的一項(xiàng)重要指標(biāo)[12-13]。通過對(duì)吉木薩爾凹陷蘆草溝組源儲(chǔ)一體烴源巖抽提前、后有機(jī)碳差值分析，發(fā)現(xiàn)抽提后巖石有機(jī)碳值均發(fā)生降低(表1和圖2a)，說明可溶有機(jī)質(zhì)會(huì)導(dǎo)致烴源巖有機(jī)碳值偏高，不能代表烴源巖有機(jī)碳真實(shí)值。且隨著烴源巖氯仿瀝青“A”含量增大，抽提前、后有機(jī)碳差值呈線性增大(圖2b)。樣品可溶氯仿瀝青“A”含量為0.026 7‰～2.452 2‰，抽提前、后有機(jī)碳差值為0.03%～1.88%(表1)，對(duì)于被可溶有機(jī)質(zhì)浸染的烴源巖，應(yīng)先采用氯仿抽提去除烴源巖樣品中的可溶有機(jī)質(zhì)，然后再進(jìn)行有機(jī)碳分析，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.2 可溶有機(jī)質(zhì)對(duì)烴源巖熱解參數(shù)S1和S2的影響

烴源巖熱解參數(shù)S1、S2是評(píng)價(jià)烴源巖生烴潛力的重要指標(biāo)[14-15]。通過樣品抽提前、后熱解參數(shù)S1、S2值的對(duì)比可以看出，烴源巖中可溶有機(jī)質(zhì)一部分進(jìn)入S1，另一部分進(jìn)入S2，導(dǎo)致測(cè)定的S1、S2值均偏大。采用氯仿抽提后，熱解分析中烴源巖游離烴S1值接近于零(圖3a)，熱解烴S2也明顯下降(圖3b)。這是因?yàn)樵诔Ｒ?guī)熱解分析條件下，可溶烴重質(zhì)組分在熱解烴S2分析起始溫度300 ℃時(shí)未熱蒸發(fā)，進(jìn)入熱解烴S2中，導(dǎo)致S2值增大，因此抽提后S2值也隨之降低。抽提前蘆草溝組烴源巖生烴潛量S1+S2值大于6 mg/g的樣品占總數(shù)的84%，抽提后大于6 mg/g的樣品所占百分比下降到56%。抽提后S1+S2值小于6 mg/g的樣品比例增加，說明可溶有機(jī)質(zhì)會(huì)造成烴源巖生烴潛力評(píng)價(jià)偏高。對(duì)含油烴源巖進(jìn)行抽提處理再測(cè)定熱解值，對(duì)真實(shí)準(zhǔn)確評(píng)價(jià)烴源巖生烴潛力至關(guān)重要。

2.3 可溶有機(jī)質(zhì)對(duì)烴源巖熱解參數(shù)Tmax的影響

烴源巖熱解參數(shù)Tmax是表征烴源巖成熟度的重要參數(shù)[16-17]，是烴源巖熱解參數(shù)S2峰峰頂溫度、烴源巖熱解烴生烴速率最大時(shí)的溫度，因此，Tmax與熱解峰密切相關(guān)?？扇苡袡C(jī)質(zhì)的混入使S2值增大，影響了烴源巖Tmax值的測(cè)定。

圖2 準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組烴源巖有機(jī)碳抽提前、后特征Fig.2 Organic carbon content changes before and after chloroform extraction of source rocks in Lucaotou Formation, Jimsar Sag, Junggar Basin

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組烴源巖抽提前、后S1和S2值特征Fig.3 S1 and S2 changes before and after chloroform extraction of source rocks in Lucaotou Formation, Jimsar Sag, Junggar Basin

通過實(shí)驗(yàn)分析可以看出，抽提后烴源巖Tmax值明顯增大(圖4a)，且抽提前、后烴源巖Tmax差值隨著可溶有機(jī)質(zhì)含量增加呈2種不同增大趨勢(shì)變化(圖4b)。一條趨勢(shì)為抽提前、后烴源巖Tmax差值隨著可溶有機(jī)質(zhì)含量增加而緩慢增加；另一條趨勢(shì)為抽提前、后烴源巖Tmax差值隨著可溶有機(jī)質(zhì)含量增加而急速增加，說明可溶有機(jī)質(zhì)組成不同對(duì)Tmax值影響不同。但總體而言，大多數(shù)樣品在氯仿瀝青“A”小于1‰時(shí)，Tmax值變化范圍小于2 ℃，在誤差允許范圍內(nèi)；當(dāng)氯仿瀝青“A”大于1‰時(shí)，Tmax值變化范圍為1～11 ℃，多數(shù)樣品Tmax變化大于2 ℃(圖4b)。因此，當(dāng)氯仿瀝青“A”大于1‰時(shí)，有必要對(duì)烴源巖進(jìn)行抽提，然后再進(jìn)行熱解分析，以取得準(zhǔn)確的Tmax值。

為進(jìn)一步研究不同性質(zhì)可溶有機(jī)質(zhì)對(duì)烴源巖熱解Tmax值的影響，進(jìn)行了熱解模擬實(shí)驗(yàn)。選取蘆草溝組烴源巖以及兩類輕重比不同的氯仿瀝青“A”為實(shí)驗(yàn)樣品，稱取50 mg左右烴源巖，分別向烴源巖中加入不同質(zhì)量的氯仿瀝青“A”，并進(jìn)行熱模擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)比不同性質(zhì)的氯仿瀝青“A”對(duì)烴源巖Tmax的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2和圖5。

本次實(shí)驗(yàn)選用的氯仿瀝青“A”樣品有兩類：一類組分較重，飽和烴含量為51.49%，芳烴含量為17.86%，非烴含量為26.79%，瀝青質(zhì)含量為3.87%；另一類組分較輕，飽和烴含量為74.77%，芳烴含量為10.33%，非烴含量為13.37%，瀝青質(zhì)含量為2.13%。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果(表2)可以看出，輕重組分不同的可溶氯仿瀝青“A”對(duì)烴源巖Tmax值的影響幅度不同，加入相同質(zhì)量的氯仿瀝青“A”，氯仿瀝青“A”的重質(zhì)組分含量越高，S2峰越大，Tmax值越小。吉木薩爾凹陷蘆草溝組源儲(chǔ)一體烴源巖非均質(zhì)性較強(qiáng)，不同井位、不同深度烴源巖氯仿瀝青“A”中輕重組分差異大，從熱解模擬實(shí)驗(yàn)也可以看出，重組分含量高的氯仿瀝青“A”對(duì)烴源巖Tmax值影響較大。因此，圖4b中，隨著氯仿瀝青“A”含量增加，Tmax值呈現(xiàn)2種趨勢(shì)。針對(duì)源儲(chǔ)一體烴源巖進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，一定要重視可溶烴類對(duì)熱解參數(shù)的影響。

圖4 準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組烴源巖抽提前、后Tmax特征Fig.4 Tmax changes before and after chloroform extraction of source rocks in Lucaotou Formation, Jimsar Sag, Junggar Basin

表2 氯仿瀝青“A”含量對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組烴源巖熱解參數(shù)Tmax的影響Table 2 Influence of chloroform bitumen “A” content on Tmax of source rocks in Lucaotou Formation, Jimsar Sag, Junggar Basin

圖5 準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組 烴源巖Tmax值與不同性質(zhì)氯仿瀝青“A”含量的關(guān)系Fig.5 Relationship between chloroform bitumen “A” content of different properties and Tmax of source rocks in Lucaotou Formation, Jimsar Sag, Junggar Basin

2.4 可溶有機(jī)質(zhì)對(duì)氫指數(shù)的影響

烴源巖氫指數(shù)(IH)是評(píng)價(jià)有機(jī)質(zhì)類型的重要參數(shù)[18]。通過對(duì)比烴源巖抽提前、后的氫指數(shù)值可以看出，抽提后氫指數(shù)普遍降低(圖6a)，即巖石中含有可溶有機(jī)質(zhì)會(huì)導(dǎo)致氫指數(shù)增大，從而影響有機(jī)質(zhì)類型的評(píng)價(jià)結(jié)果；烴源巖中可溶有機(jī)質(zhì)含量越大，烴源巖抽提前、后的氫指數(shù)差值也越大，為0～170 mg/g(圖6b)。因此，對(duì)于可溶有機(jī)質(zhì)含量高的烴源巖樣品，首先要進(jìn)行抽提去除可溶有機(jī)質(zhì)，再進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)分析，以確保烴源巖氫指數(shù)的準(zhǔn)確性。

在烴源巖評(píng)價(jià)中，正常情況下均會(huì)含有一定的S1。前人研究[19]認(rèn)為，區(qū)分烴源巖S1受外來運(yùn)移烴影響的關(guān)鍵指標(biāo)是S1/w(TOC)，其界限值為150 mg/g，大于150 mg/g則表明受外來運(yùn)移烴影響。從圖7可以看出，當(dāng)S1/w(TOC)>150 mg/g時(shí)，運(yùn)移烴對(duì)烴源巖各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)影響極大，抽提前、后TOC值變化為32.90%～63.95%，S2值變化為49.86%～77.10%，Tmax差值變化為3～11 ℃，IH值變化為15.08%～44.62%；當(dāng)S1/w(TOC)<150 mg/g時(shí)，烴源巖各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)基本不受運(yùn)移烴影響，抽提前、后烴源巖各項(xiàng)指標(biāo)變化不大， TOC值變化為1.87%～12.10%，S2值變化為0～12.90%，Tmax差值變化基本小于1 ℃，IH值變化0～7.23%?？傊?，對(duì)于烴源巖來說，當(dāng)S1/w(TOC)>150 mg/g時(shí)，需要進(jìn)行抽提后再進(jìn)行烴源巖評(píng)價(jià)；當(dāng)S1/w(TOC)<150 mg/g時(shí)，對(duì)烴源巖評(píng)價(jià)前無需進(jìn)行抽提處理。

2.5 分巖性評(píng)價(jià)源儲(chǔ)一體烴源巖

吉木薩爾凹陷蘆草溝組地層巖性復(fù)雜，巖性主要為泥巖類、白云巖類、粉砂巖類和少量灰?guī)r、凝灰?guī)r[20-22]。泥巖類包括砂質(zhì)泥巖、云質(zhì)泥巖、灰質(zhì)泥巖和泥巖；白云巖類包括粒屑云巖、泥晶云巖和粉晶云巖；粉砂巖類包括泥質(zhì)粉砂巖、云質(zhì)粉砂巖、灰質(zhì)粉砂巖和粉細(xì)砂巖。通過對(duì)不同巖性烴源巖進(jìn)行抽提后，進(jìn)行生烴潛力精細(xì)評(píng)價(jià)。

從不同巖性烴源巖分析結(jié)果看(圖8)，泥巖類樣品有機(jī)質(zhì)豐度最高，TOC值最高可達(dá)15.51%，均值為3.83%，大于1%的樣品占86%；生烴潛量(S1+S2)最高可達(dá)176.65 mg/g，平均17.95 mg/g，大于6 mg/g的樣品占66%；氯仿瀝青“A”均值為0.273 8%。白云巖類烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度要低于泥巖類，其TOC最高可達(dá)12.27%，均值為2.64%，TOC值大于1%的樣品占76%；S1+S2為0.26～87.96 mg/g，平均11.70 mg/g，其中S1+S2大于6 mg/g的樣品占43%，總體屬于中等—好的烴源巖?；?guī)r類烴源巖分布很少，從分析結(jié)果看，其TOC平均為2.40%，S1+S2平均為10.33 mg/g，氯仿瀝青“A”均值為0.234 9%，屬于中等—好的烴源巖。粉砂巖類總體有機(jī)質(zhì)豐度低，TOC為0.08%～1.88%，平均0.75%；S1+S2平均值為1.33 mg/g，主要為差的烴源巖，其中，泥質(zhì)粉砂巖類有機(jī)質(zhì)豐度要偏高一些。凝灰?guī)r分布較少，僅6塊樣品，TOC僅為0.09%～0.27%，S1+S2為0.03～0.15 mg/g，為非烴源巖。

圖6 準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組烴源巖抽提前、后氫指數(shù)特征Fig.6 Hydrocarbon index changes before and after chloroform extraction of source rocks in Lucaotou Formation, Jimsar Sag, Junggar Basin

圖7 準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組烴源巖抽提前、后評(píng)價(jià)參數(shù)變化與S1/w(TOC)的關(guān)系Fig.7 Evaluation parameters vs. S1/w(TOC) before and after chloroform extraction of source rocks in Lucaotou Formation, Jimsar Sag, Junggar Basin

圖8 準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組烴源巖有機(jī)碳與生烴潛量柱狀圖Fig.8 Histograms of organic carbon content and hydrocarbon generation potential of source rocks in Lucaotou Formation, Jimsar Sag, Junggar Basin

根據(jù)蘆草溝組烴源巖樣品IH-Tmax圖(圖9)可以看出，烴源巖母質(zhì)類型總體偏好，但不同巖性非均質(zhì)性強(qiáng)，源巖有機(jī)質(zhì)類型變化范圍大。泥巖類和白云巖類型最好，有機(jī)質(zhì)類型以I型、Ⅱ1型為主，少量Ⅱ2型，個(gè)別為Ⅲ型；灰?guī)r類有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1型為主，少量I型；粉砂巖類有機(jī)質(zhì)類型偏差，主要為Ⅱ2型和Ⅲ型。

吉木薩爾凹陷西深東淺，蘆草溝組從東到西埋深逐漸變深，而隨著埋深的增加，其有機(jī)質(zhì)的熱演化程度逐漸增大。目前取到的蘆草溝組烴源巖主要分布在東部地區(qū)，樣品熱解最高峰溫Tmax值為428～459 ℃，主體為440～455 ℃，有機(jī)質(zhì)熱演化程度達(dá)到低熟—中高成熟，并且在平面上大部分地區(qū)處于成熟演化階段，已經(jīng)開始進(jìn)入大量生排烴階段。而在西部洼陷區(qū)，蘆草溝組的埋深更大，其有機(jī)質(zhì)的熱演化程度應(yīng)該更高。

圖9 準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組烴源巖類型Fig.9 Source rock types of Lucaogou Formation in Jimsar Sag, Junggar Basin

3 結(jié)論

(1)吉木薩爾凹陷蘆草溝組源儲(chǔ)一體烴源巖中富含可溶有機(jī)質(zhì)，會(huì)造成有機(jī)碳、熱解生烴潛量、氫指數(shù)較真實(shí)值偏高，成熟度Tmax值降低。通過抽提去除可溶有機(jī)質(zhì)后，得到的有機(jī)碳豐度、S1、S2、氫指數(shù)及Tmax值更符合實(shí)際。

(2)吉木薩爾凹陷蘆草溝組泥巖類和白云巖類有機(jī)質(zhì)豐度最高，生烴潛力大，以Ⅰ型、Ⅱ1型為主，是蘆草溝組的主力烴源巖，且已達(dá)到成熟、大量生排烴階段，具有巨大的勘探潛力。