輕烴參數(shù)在萊州灣凹陷油氣藏評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

韓明剛 譚忠健 李鴻儒 張志虎

(①中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司；②中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司)

0 引 言

隨著渤海灣盆地油氣勘探的深入，油氣藏類型多變、差異大，油氣藏成因及流體分布規(guī)律復(fù)雜，錄井油氣評(píng)價(jià)工作已經(jīng)進(jìn)入瓶頸期。輕烴是石油、天然氣中重要的組成部分，被認(rèn)為是干酪根和其他有機(jī)質(zhì)生烴演化過(guò)程中的“殘片”,它所包含的地球化學(xué)信息一直備受人們關(guān)注[1-5]，在油氣成因類型、油氣特征等研究中發(fā)揮著重要作用。油氣成藏與分布是烴類流體形成、運(yùn)移、富集一系列動(dòng)態(tài)過(guò)程在特定階段的結(jié)果，通過(guò)對(duì)油氣藏中烴類分子組成的剖析，可深入認(rèn)識(shí)不同油氣類型，從而揭示油氣的地球化學(xué)相特征，反演油氣成藏規(guī)律，有利于從源頭上突破復(fù)雜油氣藏評(píng)價(jià)的瓶頸。輕烴地球化學(xué)分析技術(shù)具有成本低和便捷快速的特點(diǎn)，卻較少在現(xiàn)場(chǎng)得到應(yīng)用。本文以萊州灣凹陷為例，探索輕烴參數(shù)在油氣儲(chǔ)層快速評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用，對(duì)于深入認(rèn)識(shí)萊州灣凹陷油氣形成與分布規(guī)律具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

萊州灣凹陷位于渤海南部海域，與濟(jì)陽(yáng)坳陷東營(yíng)凹陷和沾化凹陷相鄰，郯廬斷裂帶的分支斷層分別從其東、西兩側(cè)邊緣通過(guò)，東為魯東隆起區(qū)，南為濰北凸起，西為墾東凸起，北為萊北低凸起[6-7]。萊州灣在凹陷北區(qū)勘探發(fā)現(xiàn)多個(gè)含油氣構(gòu)造，主要包括KL 10-1、KL 10-2億噸級(jí)油田，以及KL 6-4、KL 12-2、KL 11-2等多個(gè)含油氣構(gòu)造，之后在占到凹陷面積近大部分的南部斜坡區(qū)KL 16-1構(gòu)造也相繼獲得重大突破，展現(xiàn)出良好的勘探前景。

2 Mango穩(wěn)態(tài)催化輕烴成因模式

Mango[8]通過(guò)對(duì)近2000個(gè)原油樣品的分析發(fā)現(xiàn)， 2MC6(2-甲基己烷)、3MC6(3-甲基己烷)、2,3DMC5(2，3-二甲基戊烷)和2，4DMC5(2，4-二甲基戊烷)這4個(gè)異庚烷，無(wú)論是絕對(duì)含量還是相對(duì)含量，其比值具有顯著的不變性，即(2MC6+2，3DMC5)/(3MC6+2，4DMC5)≈1，這個(gè)比值稱為K1。隨后，Mango又提出穩(wěn)態(tài)催化動(dòng)力學(xué)模式，來(lái)闡述原油中輕烴的有機(jī)成因，在這個(gè)模式中定義了P1=nC7(正庚烷),P2=2MC6+3MC6，P3=3EC5(3-乙基戊烷)+2,2DMC5+2,3DMC5+2,4DMC5+3,3DMC5+2,2,3TMC4(2,2,3-三甲基丁烷)，N2=1,1DMCYC5(1,1-二甲基環(huán)戊烷)+1,t3DMCYC5(1,反3-二甲基環(huán)戊烷)+1,c3DMCYC5(1,順3-二甲基環(huán)戊烷)。其中,P1、P2表示母體，N2和P3為最終產(chǎn)物。基于這個(gè)輕烴成因模式，進(jìn)一步推導(dǎo)出Mango輕烴參數(shù)K2，即K2=P3/(P2+N2),根據(jù)輕烴成因理論模式，同一類源巖在其整個(gè)生油窗范圍內(nèi)所生成的所有原油輕烴K2值都相對(duì)穩(wěn)定的存在[8-9]。通常,來(lái)源相近的原油，應(yīng)具有一致的K1值、K2值[5]。

3 萊州灣凹陷輕烴參數(shù)分布特征

3.1 樣品與數(shù)據(jù)

樣品取自萊州灣凹陷14口探井館陶組和沙河街組油藏井壁取心和鉆井取心共280個(gè)，其埋藏深度分布于926～2 984 m之間，數(shù)據(jù)來(lái)源于井場(chǎng)地球化學(xué)錄井輕烴氣相色譜分析，將巖心、井壁取心樣品加熱到80℃，使樣品中輕質(zhì)烴類(C1-C9)釋放出來(lái)，隨后進(jìn)行色譜檢測(cè)，獲得樣品的輕烴組成信息。

3.2 有機(jī)質(zhì)來(lái)源

由圖1可以明顯看出，在萊州灣凹陷中北區(qū)至萊北低凸起的KL 10-1井區(qū)(KL 10-1-A井、KL 10-1-B井)、KL 10-2井區(qū)(KL 10-2-A井)、KL 6-4井區(qū)(KL 6-4-A井)，樣品的Mango輕烴參數(shù)K1、K2值的變化范圍較小，呈現(xiàn)出同一族群的分布特征，而位于南區(qū)的KL 16-1井區(qū)(KL 16-1-A井-KL 16-1-H井)樣品K1、K2值分布范圍較大。位于南區(qū)和北區(qū)之間的KL 10-4井區(qū)(KL 10-4-A井)樣品則表現(xiàn)出過(guò)渡特征，部分樣品K1、K2值分布集中，另一部分K1、K2值分布分散，預(yù)示萊州灣凹陷北區(qū)和南區(qū)可能存在不同的有機(jī)質(zhì)來(lái)源。通過(guò)對(duì)樣品中生物標(biāo)志化合物的分析，能得出一致的結(jié)論。

圖1 萊州灣凹陷油氣藏K1值和K2值相關(guān)關(guān)系

圖2為萊州灣凹陷伽馬蠟烷/C31藿烷與C24-四環(huán)萜烷/C26-三環(huán)萜烷散點(diǎn)圖。圖中可見，萊州灣凹陷南區(qū)的分布特征與其他區(qū)域有明顯的不同，具有高伽馬蠟烷指數(shù)的樣品僅檢出于位于南區(qū)的KL 16-1-A井和KL 16-1-B井。從這2口井樣品來(lái)看(圖2圓點(diǎn)標(biāo)識(shí))，伽馬蠟烷/C31藿烷比值與C24-四環(huán)萜烷/C26-三環(huán)萜烷比值具有極佳的正相關(guān)性。高伽馬蠟烷常預(yù)示源巖沉積體系的高鹽度和強(qiáng)還原特點(diǎn)，而高C24-四環(huán)萜烷可能指示碳酸鹽巖或蒸發(fā)巖的沉積環(huán)境[10-12]。因此，認(rèn)為萊州灣凹陷南區(qū)應(yīng)該存在強(qiáng)還原環(huán)境可能為蒸發(fā)巖體系的油源供烴。

圖2 萊州灣凹陷伽馬蠟烷/C31藿烷與C24-四環(huán)萜烷/C26-三環(huán)萜烷相關(guān)圖

除了高豐度伽馬蠟烷的樣品外，圖2中還展示出參數(shù)C24-四環(huán)萜烷/C26-三環(huán)萜烷有較大的變化，且頗具規(guī)律性：萊州灣凹陷由南至北，由西至東，C24-四環(huán)萜烷/C26-三環(huán)萜烷總體上有增大的趨勢(shì)，凹陷中部的樣品則表現(xiàn)出一定的過(guò)渡特征。由此可見，萊州灣凹陷不同區(qū)域表現(xiàn)出明顯不同的有機(jī)質(zhì)特征。

3.3 原油特征

正庚烷值和異庚烷值常用于對(duì)輕烴次生變化的研究，Thompson K F M 通過(guò)研究表明[13-14]：埋藏過(guò)程中的最高溫度影響輕烴的組成特征與沉積巖，可以用作顯示原油成熟度的兩個(gè)參數(shù)，石蠟指數(shù)1(異庚烷值)及石蠟指數(shù)2(正庚烷值)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示原油被分成了4類[15]：

(1)正庚烷值范圍在18～22、異庚烷值范圍在0.8～1.2，排烴溫度范圍在138～149℃，原油在排烴高峰期生成，稱作石蠟基正常油。

(2)正庚烷值范圍在22～30時(shí)，稱作成熟原油。

(3)正庚烷值大于30時(shí)，稱作高熟原油。

(4)正庚烷值范圍在0～18、異庚烷值范圍在0～0.8時(shí)，稱作生物降解油。

盡管不同區(qū)塊的分類范圍有所不同，但大致趨勢(shì)是類似的，降解區(qū)內(nèi)正庚烷值和異庚烷值越小說(shuō)明降解越嚴(yán)重。

正庚烷值[15-17]= (正庚烷×100)/( 環(huán)己烷 +2-甲基己烷 +1,1-二甲基環(huán)戊烷 +2,3-二甲基戊烷 +3-甲基己烷+1,順3-二甲基環(huán)戊烷+1,反3-二甲基環(huán)戊烷 + 1,反,2-二甲基環(huán)戊烷 + 3-乙基戊烷 + 2,2,4-三甲基戊烷 +正庚烷+甲基環(huán)己烷)

異庚烷值[15-17]= (2-甲基己烷+3-甲基己烷)/(1,順3-+1,反3-+1,反2-)環(huán)戊烷

根據(jù)Thompson[15]的分類標(biāo)準(zhǔn)作出的萊州灣凹陷輕烴正庚烷和異庚烷散點(diǎn)圖(圖3)，凹陷總體呈現(xiàn)為正常石蠟-成熟原油特征，凹陷南區(qū)普遍遭受生物降解，凹陷北區(qū)受降解程度相對(duì)較弱。

圖3 萊州灣凹陷正庚烷值與異庚烷值散點(diǎn)圖

上文中提到的南區(qū)樣品K1、K2值分布范圍較大可能與其遭受生物降解有關(guān)，但同時(shí)也可以看到，南區(qū)和北區(qū)的K1、K2值以及正庚烷值和異庚烷值分布范圍還是有比較明顯的區(qū)分度。

3.4 油氣生成溫度

基于輕烴穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)成因模型，Mango[18]和Bement等[19]研究發(fā)現(xiàn)2，4-二甲基戊烷/2,3-二甲基戊烷比值是溫度的函數(shù)，與時(shí)間和干酪根類型無(wú)關(guān)，進(jìn)而提出了計(jì)算油氣生成時(shí)的最大溫度公式[20]：

T=140+15ln(2,4-DMP/2,3-DMP)

式中：T為最大生成溫度，℃；2,4-DMP為2,4-二甲基戊烷；2,3-DMP為2,3-二甲基戊烷。

該輕烴溫度參數(shù)受其他因素影響較小，由此推算萊州灣凹陷南區(qū)油氣生成溫度介于113～121℃，均值116℃，北區(qū)原油最大生成溫度介于113～135℃，均值121℃(表1)。為了便于油氣勘探研究和應(yīng)用,需轉(zhuǎn)換為常規(guī)的成熟度參數(shù)，利用最大埋深溫度與鏡質(zhì)體反射率之間的關(guān)系，將油氣生成溫度轉(zhuǎn)換成相當(dāng)?shù)溺R質(zhì)體反射率值(Ro)[20]，轉(zhuǎn)換公式如下：

Ro=0.012 3T-0.676 4

這種方法計(jì)算的成熟度受蒸發(fā)分餾作用影響較小，故具有參考價(jià)值。計(jì)算的萊州灣凹陷南區(qū)成熟度Ro分布在0.71%～0.83%、均值為0.76%，北區(qū)Ro分布在0.72%～0.98%、均值為0.82%，表明萊州灣凹陷原油普遍處于成熟階段，南區(qū)和北區(qū)沒有很明顯差別，只有KL 9-1和KL 6-4井區(qū)表現(xiàn)出相對(duì)較高的生成溫度和成熟度，如表1和圖4所示。

表1 萊州灣凹陷原油最大生成溫度和成熟度

4 結(jié) 論

(1)萊州灣凹陷中至北低凸起的Mango輕烴參數(shù)K1、K2值的分布較小，呈現(xiàn)出同一族群的分布特征，而南區(qū)樣品K1、K2值分布范圍較大，兩者分布區(qū)間有較好的區(qū)分度，預(yù)示萊州灣凹陷北區(qū)和南區(qū)存在不同的有機(jī)質(zhì)來(lái)源，生物標(biāo)志化合物分析得出一致的結(jié)論。

(2)輕烴正庚烷值和異庚烷值表明，凹陷區(qū)原油總體呈現(xiàn)為正常石蠟-成熟原油特征，凹陷南區(qū)普遍遭受生物降解，凹陷北區(qū)受生物降解程度相對(duì)較弱。

(3)通過(guò)輕烴預(yù)測(cè)的原油生成溫度也表明, 原油普遍處于成熟階段，南區(qū)和北區(qū)沒有很明顯差別。