準噶爾盆地車排子地區(qū)原油油源分析

李二庭, 靳 軍, 米巨磊, 何 丹, 王 明, 李 際, 馬萬云, 王海靜

準噶爾盆地車排子地區(qū)原油油源分析

李二庭1,2*, 靳 軍1,2, 米巨磊1,2, 何 丹1,2, 王 明1,2, 李 際1,2, 馬萬云1,2, 王海靜1,2

(1. 中國石油 新疆油田分公司實驗檢測研究院, 新疆 克拉瑪依 834000; 2. 中國石油礫巖油氣藏勘探開發(fā)重點實驗室, 新疆 克拉瑪依 834000)

車排子地區(qū)緊鄰沙灣凹陷和四棵樹凹陷, 油源條件優(yōu)越, 具有多層系含油特點, 前人對該區(qū)原油油源認識存在較大分歧。本次研究在研究區(qū)原油生物標志物分析基礎上, 結合金剛烷異構化指標和正構烷烴單體碳同位素分布, 對車排子地區(qū)原油油源進行了分析。結果表明, 車排子地區(qū)存在3類原油: (1) Ⅰ類原油為新近系沙灣組輕質油, 表現(xiàn)為侏羅系來源特征, Pr/Ph比值大于2.0, 原油碳同位素值偏重,13C值大于?28.0‰, 姥鮫烷(Pr)、植烷(Ph)和三環(huán)萜烷含量較低, Pr/C17和Ph/C18比值小于0.3, 不含β-胡蘿卜烷, 三環(huán)萜烷/藿烷比值分布在0.08～0.18之間, C24四環(huán)萜烷/C26三環(huán)萜烷比值分布在1.61～3.81之間, ααα20R規(guī)則甾烷具有C27和C29規(guī)則甾烷優(yōu)勢, 呈C27>C28C28

油源對比; 單體烴碳同位素; 金剛烷; 生物標志物; 車排子地區(qū)

0 引 言

車排子地區(qū)位于準噶爾盆地西北緣南段, 東臨沙灣凹陷, 東南以紅車斷裂帶為界與中拐凸起相接, 北臨扎伊爾山, 南臨四棵樹凹陷及伊林黑比爾根山。該地區(qū)緊鄰生烴凹陷, 其中, 沙灣凹陷發(fā)育中二疊統(tǒng)下烏爾禾組與下侏羅統(tǒng)八道灣組兩套主要烴源巖, 中二疊統(tǒng)下烏爾禾組為一套淺湖-半深湖相暗色泥巖, 厚度達150～200m 以上, 達到成熟-高成熟演化階段, 四棵樹凹陷發(fā)育下侏羅統(tǒng)八道灣組烴源巖, 是一套湖沼相含煤沉積建造, 厚度達200m以上, 已進入生烴門限[1], 造成車排子地區(qū)長期處于油氣運移的有利承接區(qū), 石油地質條件較為優(yōu)越。目前勘探成果顯示, 車排子地區(qū)具有多層系含油特點, 自上而下主要分布在新近系沙灣組(N1s)、白堊系吐谷魯群組(K1tg)、侏羅系八道灣組(J1b)、二疊系烏爾禾組(P3w)、二疊系佳木河組(P1j)及石炭系(C), 原油類型多樣, 包含稠油、正常油和輕質油。2005年排2井在新近系沙灣組(N1s)獲得高產工業(yè)油氣流, 由于其油氣藏埋深小(約1000m), 勘探效益高, 在該區(qū)開啟了勘探熱潮。前人對車排子凸起的原油油源已進行了較多研究, 但在認識上存在較大分歧, 如車排子新近系輕質原油來源主要有: 侏羅系來源[2–3], 以侏羅系來源為主、有其他層系油氣混入[4–5], 以二疊系來源為主、混入其他層系來源[6–7], 以及二疊系來源[8]等4種觀點, 車排子新近系油砂及其他層位原油主要來自二疊系烴源[9–11]。

前人的油源分析主要依據(jù)原油生物標志物參數(shù)進行對比研究, 但生物標志物受成熟度、烴源巖影響較大。原油中生物標志物通常含量低, 不同成熟度原油的生物標志物含量相差幾倍甚至幾十倍[12], 極少量低熟油的混入就足以造成高熟原油生物標志物的分布發(fā)生改變, 導致油源誤判。金剛烷化合物具有穩(wěn)定的類金剛石結構, 性質非常穩(wěn)定, 具有強的熱穩(wěn)定性和抗微生物降解能力[13], 不僅在高熟輕質原油及烴源巖成熟度評價上具有很好的應用[14], 還可以應用于原油類型劃分[15]。另外, 單體分子的穩(wěn)定碳同位素分析技術在油-源精細對比方面作用更加顯著。尤其是單體正構烷烴的碳同位素分析, 可對不同來源油中碳同位素分布特征進行有效的對比研究, 為油-油及油-源對比提供了一個有效的方法[16–18]。針對車排子原油來源的爭議, 本次研究擬在研究該區(qū)原油生物標志物參數(shù)的基礎上, 結合金剛烷指標和正構烷烴單體碳同位素特征, 探討研究工區(qū)原油來源。

1 實驗部分

1.1 樣品

根據(jù)前人研究, 本次研究從車排子選取了3類原油, Ⅰ類原油為車排子新近系沙灣組(N1s)輕質油, Ⅱ類原油為白堊系到石炭系儲層原油, Ⅲ類原油為來自沙灣組(N1s)的稠油, 原油樣品分布見圖1。同時選取了典型二疊系風城組(風南4、烏42)、下烏爾禾組(瑪湖1)、侏羅系(卡11)和白堊系(霍101)來源的原油進行對比, 樣品信息見表1。

1.2 實驗分析

原油中生物標志物分析采用Thermal Scientific ISQ 7000質譜儀, 配置 Trace 3000色譜儀。色譜柱為DB-5MS柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm), 柱溫條件為: 初始溫度80 ℃, 保留2 min, 以3 ℃/min速率升溫至300 ℃, 保留15min。

原油中金剛烷化合物的定量采用內標定量法, 13種金剛烷標準樣品購自挪威Chiron公司, 分析儀器為Waters公司Quattro Micro型氣相色譜-質譜-質譜聯(lián)用儀。氣相色譜系統(tǒng)采用AS 3000自動進樣器, 進樣量為1μL, 色譜柱為DB-1柱(50 m×0.32 mm× 0.52 μm)。升溫程序為: 初始溫度50 ℃, 保留5 min, 以15 ℃/min升溫至80 ℃, 再以2.5 ℃/min升溫至250 ℃, 最后以15 ℃/min升溫至300 ℃, 保留10 min。載氣為He, 流量為1.5 mL/min, 電子轟擊電離源(EI)電壓為70 eV, 傳輸管線和離子源的溫度分別為300 ℃和250 ℃, 燈絲發(fā)射電流為25 μA, 溶劑接收延遲時間為12 min。

原油在進行正構烷烴單體碳同位素分析前, 首先進行柱色譜分離獲得飽和烴, 然后采用尿素絡合進一步分離獲得正構烷烴組分。單體正構烷烴碳同位素分析采用Agilent 6890-Isoprime型色譜-同位素比值質譜(GC-IRMS)聯(lián)用儀, 色譜柱為 HP-5MS柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)。柱溫條件為: 初始溫度80 ℃, 恒溫1.5 min, 以20 ℃/min 速率升溫至130 ℃,然后再以4 ℃/min速率升溫至290 ℃, 恒溫15min。碳同位素校正標樣購于印第安納大學, 由10個不同碳數(shù)的正構烷烴混合標樣(C12～C35)組成, 平行樣碳同位素測定結果的偏差均小于0.5‰。

圖1 車排子地區(qū)原油井位分布圖

表1 車排子地區(qū)原油物性及族組分參數(shù)

注: “/”表示無相關數(shù)據(jù)。

2 結果與討論

2.1 車排子地區(qū)原油物性及族組分特征

車排子地區(qū)3類原油物性及族組分特征具有一定的差異。Ⅰ類沙灣組輕質油, 其原油碳同位素值較重,13C值大于?27.91‰, 密度分布在0.8174～ 0.8531 g/cm3之間; 飽和烴與芳烴的含量在94.39%～ 97.10%之間, 含蠟量較高, 在9.4%～11.4%之間; Ⅱ類原油分布范圍廣泛, 分布于白堊系至石炭系儲層, 原油碳同位素值略輕,13C值小于?28.98‰, 輕質油到稠油均有分布, 密度在0.8351～0.9104 g/cm3之間, 飽和烴與芳烴的含量在82.05%～96.94%之間, 含蠟量在0.67%～13.65%之間; Ⅲ類沙灣組重質油, 受到嚴重生物降解作用, 密度大于0.9548 g/cm3, 原油碳同位素值較輕,13C值小于?30.18‰, 飽和烴與芳烴的含量在78.73%～88.41%之間, 基本不含蠟。

2.2 車排子地區(qū)原油生物標志物特征

車排子地區(qū)3類原油生物標志物特征見圖2、圖3和表2。從分析結果看, 車排子地區(qū)Ⅰ類沙灣組輕質油Pr/Ph比值較大, 在2.00～2.56之間, , Pr、Ph和三環(huán)萜烷含量較低, Pr/C17比值在0.21～0.27之間, Ph/C18比值在0.10左右, 表現(xiàn)出氧化沉積環(huán)境[19], 基本不含β-胡蘿卜烷, 三環(huán)萜烷/藿烷比值在0.08～0.18之間, C24四環(huán)萜烷含量遠高于C26三環(huán)萜烷, C24四環(huán)萜烷/C26三環(huán)萜烷比值在1.61～3.81之間, 指示陸源有機質貢獻[19], ααα20RC27、ααα20RC28和ααα20RC29規(guī)則甾烷具有ααα20RC27、ααα20RC29規(guī)則甾烷優(yōu)勢, 呈C27>C28

圖2 車排子地區(qū)原油生物標志物參數(shù)

車排子地區(qū)Ⅱ類原油生物標志物特征與Ⅰ類原油差異明顯, Pr/Ph比值較小, 在0.96～1.31之間, Pr、Ph和三環(huán)萜烷含量相對較高, Pr/C17比值在0.42～0.63之間, Ph/C18比值在0.40～0.55之間, 表現(xiàn)出偏還原沉積環(huán)境, 具有中等含量的β-胡蘿卜烷, 三環(huán)萜烷/藿烷比值分布在0.32～1.20之間, C24四環(huán)萜烷含量低于C26三環(huán)萜烷, C24四環(huán)萜烷/C26三環(huán)萜烷比值在0.25～0.77之間, ααα20RC27、ααα20RC28和ααα20RC29規(guī)則甾烷具有ααα20RC29規(guī)則甾烷優(yōu)勢, 呈C27

車排子地區(qū)Ⅲ類原油生物標志物特征介于Ⅰ類和Ⅱ類原油之間, 受生物降解作用, 鏈烷烴基本消失殆盡, 原油碳同位素值偏輕,13C值分布在?30.2‰～ ?31.4‰之間, 三環(huán)萜烷含量較高, 三環(huán)萜烷/藿烷比值在0.87～1.32之間, C24四環(huán)萜烷含量高于C26三環(huán)萜烷, C24四環(huán)萜烷/C26三環(huán)萜烷比值在1.25～1.51之間, ααα20RC27、ααα20RC28和ααα20RC29規(guī)則甾烷具有ααα20RC27和ααα20RC29規(guī)則甾烷優(yōu)勢, 呈C27>C28

2.3 車排子地區(qū)原油金剛烷特征

車排子地區(qū)原油中金剛烷類化合物含量不高, 分布相對集中, 單金剛烷類化合物總含量介于300～ 1200 μg/g之間, 雙金剛烷類化合物總含量介于20～ 70 μg/g之間。其中, Ⅰ類輕質原油單金剛烷類化合物總含量為500～1200 μg/g, 而Ⅱ類原油為300～500 μg/g,其含量與盆地腹部二疊系原油金剛烷類化合物含量大致相當[15]。為了得到更加確定的油源對比結果, 構建了一系列金剛烷類參數(shù)指標(圖4和表3), 來進一步判斷車排子地區(qū)原油的油源。

圖3 車排子地區(qū)原油飽和烴色譜質量色譜圖

Fig.3 Mass chromatogram of saturated hydrocarbons in oils from the Chepaizi area

表2 車排子地區(qū)原油生物標志物特征參數(shù)

注: “/”表示無相關數(shù)據(jù), 1–Pr/Ph比值; 2–Pr/C17比值; 3–Ph/C18比值; 4–C24四環(huán)萜烷/C26三環(huán)萜烷比值; 5–三環(huán)萜烷/藿烷; 6–ααα20RC27/ααα20RC28規(guī)則甾烷; 7–ααα20RC28/ααα20RC29規(guī)則甾烷; 8–αααC29S/(S+R )規(guī)則甾烷比值; 9–αββC29(S+R )/∑C29規(guī)則甾烷比值。

金剛烷異構化指標能夠有效判斷輕質油的成熟度和來源[21–23], 如Jiang.[22]運用金剛烷異構化指標實現(xiàn)了瑪湖凹陷原油成因分析。從本實驗分析結果可以看出, Ⅰ類原油金剛烷異構化指標與侏羅系來源的原油非常接近,MA值在 0.30～0.38之間,EA值在 0.29～0.31之間,DMA-1值在 0.45～0.49之間,DMA-2值在 0.28～0.29之間,TMA-1值在 0.23～0.26之間,TMA-2值在 0.32～0.38之間; Ⅱ類原油與二疊系來源的原油較為相似,MA值在 0.49～0.53之間,EA值在 0.25～0.31之間,DMA-1值在 0.51～0.53之間,DMA-2值在 0.35～0.37之間,TMA-1值在 0.27～0.28之間,TMA-2值在 0.42～0.44之間。結合原油生物標志物參數(shù)和金剛烷指標, 可以確定Ⅰ類輕質油主要來自侏羅系烴源巖, Ⅱ類原油主要來自二疊系下烏爾禾組烴源巖。

2.4 車排子地區(qū)原油正構烷烴單體碳同位素特征

從原油正構烷烴單體碳同位素分布特征可以看出, 不同來源原油正構烷烴單體碳同位素分布曲線具有明顯的區(qū)別(見圖5)。Ⅰ類輕質油在C14～C31范圍內正構烷烴單體碳同位素主要介于?29.8‰ ～ ?25.9‰之間, 隨碳數(shù)增加正構烷烴碳同位素值逐漸降低, 分布曲線呈“下降”型分布, 與來自侏羅系烴源巖原油的正構烷烴碳同位素組成相似; Ⅱ類原油在C14～C31范圍內正構烷烴單體碳同位素主要介于?32.5‰ ～ ?28.51‰之間, 隨碳數(shù)增加正構烷烴碳同位素值呈先降低后增加的趨勢, 在C25時碳同位素值達到最低, 分布曲線呈“山谷”型分布, 與來自二疊系下烏爾禾組烴源巖原油的正構烷烴碳同位素組成基本一致; Ⅲ類原油由于受嚴重的生物降解作用, 正構烷烴含量極低, 以排606井為例, 通過分離富集原油中微量的正構烷烴進行碳同位素分析, 發(fā)現(xiàn)該井原油在C14～C31范圍內正構烷烴單體碳同位素主要介于?30.7‰ ～ ?27.4‰之間, 隨碳數(shù)增加正構烷烴碳同位素值逐漸降低, 分布曲線呈“下降”型分布, 與來自侏羅系烴源巖原油的正構烷烴碳同位素組成相似, 說明Ⅲ類原油具有兩期原油充注, 一期為二疊系來源充注, 遭受嚴重的生物降解, 二期以侏羅系來源充注為主, 同樣遭受較為嚴重的生物降解, 原油中殘存微量的正構烷烴。

圖4 車排子地區(qū)原油中金剛烷類化合物異構化指標相關圖

Fig.4 Correlations between the isomerization index values of adamantane compounds in oils from the Chepaizi area

表3 車排子地區(qū)原油金剛烷異構化指標

(續(xù)表3)

注:MA=1-甲基單金剛烷/(1-甲基單金剛烷+2-甲基單金剛烷);EA=1-乙基單金剛烷/(1-乙基單金剛烷+2-乙基單金剛烷);DMA-1=1, 3-二甲基單金剛烷/(1, 3-二甲基單金剛烷+1, 2-二甲基單金剛烷);DMA-2=1, 3-二甲基單金剛烷/(1, 3-二甲基單金剛烷+1, 4-二甲基單金剛烷);TMA-1=1, 3, 5-三甲基單金剛烷/(1, 3, 5-三甲基單金剛烷+1, 3, 4-三甲基單金剛烷);TMA-2=1, 3, 5-三甲基單金剛烷/(1, 3, 5-三甲基單金剛烷+1, 3, 6-三甲基單金剛烷)。

圖5 車排子地區(qū)原油正構烷烴單體碳同位素分布特征

Fig.5 Compound-specific carbon isotope distribution curve of n-alkane in oils from the Chepaizi area

3 結 論

(1) 研究區(qū)Ⅰ類原油分布于新近系沙灣組輕質油, 全油碳同位素值偏重, 大于?28.0‰, 生物標志物參數(shù)與典型侏羅系來源原油具有一定差異, 結合金剛烷特征和正構烷烴單體碳同位素分布特征, 金剛烷異構化指標MA值在 0.30～0.38之間,DMA-1值在 0.45～0.49之間, 正構烷烴單體碳同位素分布曲線呈“下降”型, 隨碳數(shù)增加正構烷烴碳同位素值逐漸降低, 表現(xiàn)為侏羅系來源特征。

(2) 研究區(qū)Ⅱ類原油分布于白堊系到石炭系, 原油碳同位素值偏輕, 基本小于?30.0‰, 生物標志物參數(shù)與典型二疊系來源原油較為一致, 金剛烷異構化指標MA值在 0.49～0.53之間,DMA-1值在 0.51～0.53之間, 正構烷烴單體碳同位素分布曲線呈“山谷”型, 隨碳數(shù)增加, 正構烷烴碳同位素值呈先降低后增加的趨勢, 表現(xiàn)為二疊系下烏爾禾組來源特征。

(3) 研究區(qū)Ⅲ類原油分布于新近系沙灣組生物降解稠油, 生物標志物特征介于Ⅰ類和Ⅱ類原油之間, 原油碳同位素值偏輕, 基本小于?30.0‰, 正構烷烴單體碳同位素分布曲線呈“下降”型分布, 表明其來源為二疊系和侏羅系混源。

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Analysis of crude oil sources in the Chepaizi area, Junggar Basin

LI Er-ting1,2*, JIN Jun1,2, MI Ju-lei1,2, HE Dan1,2, WANG Ming1,2, LI Ji1,2, MA Wan-yun1,2and WANG Hai-jing1,2

1. Research Institute of Experiment and Testing, Xinjiang Oilfield Company, PetroChina, Karamay 834000, China; 2. Key Laboratory of Conglomerate Reservoir Exploration and Development, CNPC, Karamay 834000, China

The Chepaizi area is adjacent to the Shawan Sag and Sikeshu Sag. It has superior oil source conditions and is characterized by multi-layered oil-bearing characteristics. However, previous studies have not clearly defined the crude oil source in this area. Based on analysis of crude oil biomarkers in the study area, this study combined the isomerization index of adamantane and the compound-specific carbon isotope distribution of-alkane to analyze crude oil sources in the Chepaizi area. The results showed that there are three types of crude oil in the Chepaizi area. (1) Type Ⅰ crude oils are light oils distributed in the Neogene Shawan Formation, which are characterized by Jurassic origin, a Pr/Ph of greater than 2.0, heavy crude oil carbon isotope values,13C values greater than ?28.0‰, low Pr, Ph, and tricyclic terpene contents, and Pr/C17and Ph/C18values of less than 0.3. Type I crude oils do not contain β-carotane, have tricyclic terpene/heptane ratios of 0.08 to 0.18, and have C24tetracyclic terpene/C26tricyclic terpene ratios of 1.61 to 3.81. ααα20R regular sterane has the advantage of C27sterane and C29sterane, showing a distribution of C27>C28C28

oil source correlation; compound-specific carbon isotope; diamondoid; biomarker; Chepaizi area

P595

A

0379-1726(2021)05-0492-11

10.19700/j.0379-1726.2021.05.005

2020-01-20;

2020-03-05;

2020-03-11

新疆維吾爾自治區(qū)重點實驗室開放課題(2017D04023)

李二庭(1988–), 男, 高級工程師, 地球化學專業(yè)。

通訊作者(Corresponding author): LI Er-ting, E-mail: lierting@petrochina.com.cn; Tel: +86-990-6237273