從有機質生烴角度分析北大港構造帶東翼深層天然氣勘探潛力

路俊剛,陳世加,肖敦清,張紀智,文彥春

(1.西南石油大學資源與環境學院,四川成都 610500; 2.大港油田集團有限責任公司勘探開發研究院,天津300280)

從有機質生烴角度分析北大港構造帶東翼深層天然氣勘探潛力

路俊剛1,陳世加1,肖敦清2,張紀智1,文彥春1

(1.西南石油大學資源與環境學院,四川成都 610500; 2.大港油田集團有限責任公司勘探開發研究院,天津300280)

北大港構造帶東翼緊鄰歧口凹陷,是歧口凹陷油氣運移的有利指向區.岐口凹陷有機質類型主要為腐泥型,埋深大,演化程度高,凹陷中心沙三段烴源巖成熟度達到2.5%,已到高—過成熟階段,應有大量的高熟天然氣和原油裂解氣生成.北大港構造帶東翼目前發現的油氣都是成熟階段的產物,后期高—過成熟階段的產物沒有運移到中淺層.分析烴源巖特征、油氣成熟度、天然氣類型及構造特征.結果表明:烴源巖成熟階段生成的原油在構造深層聚集,后因斷裂溝通,一部分運移到淺層成藏,另一部分繼續在深部儲集物性較好的構造和砂體中富集,隨演化程度不斷加深,原油裂解成氣.

北大港構造帶;深層天然氣;烴源巖;有機質生烴;原油裂解氣

0 引言

目前,北大港構造帶東翼已發現馬東、馬西、港東、白水頭、唐家河等油氣田,主要集中在中淺層(小于3500m),深層(大于3500m)勘探程度較低[1].深層勘探成本較高,具有較大風險,且因埋深大,演化程度高,根據生烴理論,主要以天然氣勘探為主.天然氣既可來源于干酪根的降解氣,也可來源于原油的裂解氣[2].對于腐泥型有機質,原油裂解氣量占天然氣總生成量的70%～80%,只有少量天然氣來源于干酪根的裂解氣[3-4].

北大港構造帶東翼緊鄰歧口凹陷,是油氣運移的有利指向區.歧口凹陷有機質類型較好,屬于典型的以生油為主的腐泥型有機質;隨演化程度增加,這種腐泥型有機質天然氣的產生數量及天然氣的演化階段關系到整個區域的勘探前景.

以有機質生烴理論為基礎,以油氣“分段捕獲”原理[5]為指導,分析歧口凹陷烴源巖有機質類型、豐度、成熟度及北大港構造帶東翼油氣地化特征,并結合構造、儲層等石油地質特征,認為北大港構造帶東翼深層天然氣源充足,勘探應以高—過成熟階段生成的原油裂解氣為主要目標.

1 烴源巖特征

歧口凹陷位于黃驊坳陷的中央(見圖1),是第三紀以來長期繼承發育的大凹陷,各層系有機質豐度都很高(見表1),屬于好烴源巖.有機質類型總體較好(見表1),主要為Ⅱ1-Ⅰ型.

圖1 歧口凹陷地理位置

表1 歧口凹陷各層有機質豐度、類型參數

盆地模擬結果顯示,凹陷中心埋深大,最大可達8km,深層烴源巖成熟度(Ro)達到2.5%,已到高—過成熟階段(見圖2),有大量的凝析油氣和干氣生成,原油也可裂解成氣.這是后期深層斷裂封閉或受高壓影響后期產物未向上運移,只能在深部聚集.

2 油氣成熟度

2.1 天然氣

歧口凹陷周緣北大港構造帶東翼的天然氣甲烷體積分數較低,重烴體積分數較高,干燥因數較低,小于0.90(見表2).甲烷碳同位素較輕,來自凹陷邊緣較差類型有機質的白水頭、唐家河和港東地區的天然氣主要為低成熟的腐殖型氣;來自較好類型有機質的馬東和馬西地區天然氣主要屬于成熟階段的腐泥型氣(見表3).目前歧口凹陷周緣沒有發現高—過成熟階段的天然氣,表明深層高—過成熟階段的產物沒有運移到中淺層,還在深部聚集.

表2 北大港構造帶東翼天然氣組分體積分數

圖2 歧口凹陷深層烴源巖成熟度等值線

表3 北大港構造帶天然氣碳同位素數據

2.2 原油

ThompsonKFM[6]對凝析油烷基化進行定量分析,提出用庚烷值和異庚烷值研究原油與凝析油的成因及原油成熟度分類,庚烷值、異庚烷值越大,原油成熟度越高.本區原油輕烴庚烷值為19.19～31.07、異庚烷值為0.81～2.07,根據文獻[6]提出的分類標準,屬于低成熟—成熟階段的產物.

3 天然氣類型判識

BeharE等進行封閉體系下的熱解實驗[7].結果表明:低溫和短時間模擬條件導致干酪根初次裂解;較高溫度和較長時間模擬條件導致已生成石油和天然氣重烴二次裂解.根據實驗,天然氣組分C2/C3值在干酪根初次裂解和烴類二次裂解過程中有著截然不同的變化趨勢.在初次裂解中C2/C3值基本不變,甚至減小,但在二次裂解中C2/C3值迅速增大;C1/C2值在初次裂解中逐漸增大,在二次裂解中基本不變. JamesAT[8-9]指出,生成氣體的Δδ13C2-3‰值(乙烷碳同位素與丙烷碳同位素之差)隨著成熟度的增大而趨向于0.PrinzhoferA等[10]通過Δδ13C2-3‰與ln(C2/ C3)關系,驗證不同地區天然氣的成因,并指出干酪根初次裂解產生的天然氣在Δδ13C2-3‰(y軸)與ln(C2/ C3)(x軸)關系圖中呈近乎垂直分布,由原油二次裂解產生的天然氣在圖中呈近水平展布(見圖3).這種現象的原因是干酪根裂解氣的碳同位素分餾范圍較寬,Δδ13C2-3‰變化較大;原油裂解氣的碳同位素分餾范圍較窄,乙烷、丙烷碳同位素差值變化較小[11-12].

歧口凹陷周緣天然氣樣品點群分布與圖版中干酪根裂解氣基本一致(見圖3),說明目前在歧口凹陷周緣發現的天然氣是干酪根裂解氣,不是原油裂解氣.

圖3 干酪根裂解氣和原油裂解氣的區分

4 深層地質條件

如果深層不存在較好的構造和儲層條件,那么深層烴源巖成熟階段生成的原油在深部不會聚集成藏,到高—過成熟階段時沒有足夠烴類來裂解成氣.因此,深部具有較好的構造和儲層條件是后期原油裂解氣勘探的主要地質條件.

歧口凹陷深層發育較完整的低幅度同沉積背斜構造,且存在連續砂體分布(見圖4和圖5).歧口凹陷存在4個次生孔隙發育帶,分別為2400～2600,2900～3200,3700～4000,4500～4800m.其中,在3 700～4000m深度段孔隙度最大為25%,平均為14%;部分地區在4000m以下孔隙度可達15%～20%.因此,歧口凹陷深層存在有利構造和物性較好的砂體,成熟階段生成的油可以在深部聚集,這為后期高—過成熟階段原油裂解成氣提供烴類保障.由于存在斷層和高壓封隔[13-14],后期生成的原油裂解氣也可以在深層聚集成藏.

5 勘探前景

歧口凹陷深層烴源巖有機質類型較好,為Ⅱ1-Ⅰ型,在成熟階段以生油為主,成熟度達到2.5%(見圖2),具備原油裂解生氣的條件.北大港構造帶深層有較好的構造和砂體分布,一方面,可以較好地保存成熟階段生成的、沒有運移到淺層的原油;另一方面,隨演化程度的增加,得到較好保存的原油裂解成氣.再加上沙一中亞段區域性泥巖蓋層和沙二段高壓層的阻擋作用[13-14],使其可以在深層砂體中富集成藏.對于腐泥型源巖,天然氣勘探的主力是原油裂解氣(占天然氣總生氣量的70%～80%).歧口凹陷深層具有豐富的氣源、良好的儲層及優越的圈閉條件,所以深層具有很大的勘探潛力.

圖4 歧口凹陷深層沙三段古構造等值線圖(單位:m)

圖5 歧口凹陷深層有利砂體分布狀況

6 結論

(1)歧口凹陷烴源巖有機質類型主要為腐泥型,在高—過成熟階段原油裂解氣占烴源巖總生氣量的70%～80%,是歧口凹陷深層天然氣勘探的主要氣源.

(2)歧口凹陷深層源巖成熟度達到高—過成熟階段,如沙三段達到2.5%,應該有大量高成熟油氣及原油裂解氣生成,但是目前中淺層發現的油氣是成熟階段的產物,未發現高成熟油氣及原油裂解氣.這是后期深層斷裂封閉或受高壓影響后期產物未向上運移,只能在深部聚集.因此,深部勘探潛力巨大.

(3)深層沙三段發育不同大小、成因的砂體,構造較完整,源巖在成熟階段生成的油氣一部分沿斷裂運移到中淺層聚集成藏,另一部分進入深層砂體及構造形成巖性油氣藏及構造油氣藏,晚期油藏中的原油大量裂解成氣在深部形成氣藏.

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Analysis of deep gas exploration potential in the eastpartof Beidagang formation on the basis of the hydrocarbon-generating theory/ 2010 ,34( 4) :40 - 44

LU Jun-gang1,CHEN Shi-jia1,XIAO Dun-qing2,ZHANG Ji-zhi1,WENYan-chun1
(1.SouthwestPetroleum I nstitute , Cheng du , S ichuan 610500 , Chi na; 2. Dagang Petroleum Exploration and DevelopmentInstitute , Dagang , Tianjin 300280 , China)

The eastof Beidagang structure beltis the mostfavorable exploration area of oil and gas fromthe Qikou sag. In Qikou sag , the main type of the kerogen is from Ⅰto Ⅱ1 . The Ro of the Es3 in thesag has reached 2. 5 %, which reached to high or pastmatured stage of kerogen and should have muchpast-matured gas produced. By analyzing the features of source rock , oil , gas and structure , itis pointedoutthatthe oil and gas found in the reservoir s near to the sag is matured p roducts , no high or pastmatured oil-gas has been found so far , the reason is thatthe blocking of the faultand the high pressuredseal limited the migration of the high-pastmatured oil and gas from the deep to the shallow. The goodsand and strap have been found in the deep of the sag , so the oil produced during oil generation peak canbe accumulated in them , and cracked to gas in the high-pastmatured stage.

Beidagang structure belt; deep-seated gas ; source rock ; hydrocarbon generating ; oil crackedgas

book=4,ebook=324

TE122

A

1000-1891(2010)04-0040-05

2010-03-19;審稿人:張云峰;編輯:任志平,張兆虹

國家“973”重大基礎研究項目(2006CB202305);四川省重點學科項目(SZD0414)

路俊剛(1980-),男,博士,講師,主要從事石油天然氣地質與地球化學方面的研究.