渤海灣盆地6000m深油氣成因及勘探潛力

馬 鵬，孫菲菲，李 林，王 權，王 靜

（1.中國石油新疆油田分公司，新疆克拉瑪依834000；2.中國石油華北油田分公司，河北任丘062552）

渤海灣盆地6000m深油氣成因及勘探潛力

馬 鵬*1，孫菲菲2，李 林1，王 權2，王 靜2

（1.中國石油新疆油田分公司，新疆克拉瑪依834000；2.中國石油華北油田分公司，河北任丘062552）

渤海灣盆地霸縣凹陷牛東1井在6000m深度的潛山發現了高產輕質油和天然氣，井底溫度達到201℃，油氣當量超過1000t/d，揭示了深層油氣勘探潛力巨大。但是對于該油氣成因存在不同的認識，有人認為是潛山油藏在新近紀快速埋藏過程中原油受到高溫而裂解形成輕質油和天然氣，有人認為是深層高成熟烴源巖生成的輕質油和天然氣再充注成藏的。分別采取與牛東1井油氣相關的成熟度較低的烴源巖樣品和原油樣品，進行生烴熱模擬實驗，得到了不同成熟度的油氣產物，并且通過分析對比原油和天然氣中共同存在的8個輕烴地球化學參數，發現霸縣凹陷深層油氣是源自高成熟烴源巖，不是潛山內原油裂解形成的。在成因研究的基礎上對深層的勘探前景進行預測。

霸縣凹陷；油氣成因；烴源巖熱解氣；原油裂解氣

霸縣凹陷經過幾十年勘探，發現的60%油氣儲量主要分布在埋藏深度小于3000m的第三系儲層中[1]。在凹陷東北的蘇橋-文安地區4000m以下的石炭—二疊系發現一些油氣藏（圖1），其油氣源已經被確認為石炭二疊煤系烴源巖[2]。該烴源巖分布范圍如圖1所示，在新近紀埋藏到3500m以下時發生了再次生烴[3]，并且生成的烴類為高成熟輕質油和天然氣，這些油氣可以單獨充注成藏，也可以與沙河街組烴源巖生成的油氣混合充注成藏[4]。由此可見，蘇橋—文安地區石炭—二疊系油氣的分布受煤系烴源巖分布及其二次生烴控制，其油氣成因問題基本解決，本文不再進行討論。

2011年在6000m深的前寒武（霧迷山組）潛山發現高產油氣藏（牛東1井5671～6027m的前寒武系潛山儲層試油，獲得日產輕質油642.9m3、天然氣56×104m3），這是渤海灣盆地目前發現的深度最大、儲層溫度最高的（201℃）油氣藏。除此之外，先前兩年完鉆的興隆1井和文安1井在沙四段發現巖性油氣藏、文古3井發現了寒武系府君山組潛山內幕油藏（圖1），揭示了霸縣凹陷深層高溫條件下具有良好的油氣形成和勘探潛力。但是，深層油氣成因問題已成為盆地進一步勘探的主要問題。

1 成因問題的提出

前人已經證實霸縣凹陷深層油氣主要源自沙四段烴源巖[5]，為什么還要開展油氣成因研究呢？因為沙四段烴源巖大約在沙一段沉積期開始生成成熟度較低的油氣，那么與沙四段接觸的潛山及沙四段內部的圈閉在同期可能就得到油氣充注而成藏；明化鎮組沉積期沙四段烴源巖大部分進入高成熟階段，生成的輕質油和天然氣會再次充注已有的油氣藏。這樣就是說，霸縣凹陷深層油氣有2種成因：（1）早期形成的油藏（即“古油藏”）在新近紀深埋期受到高溫（如牛東1井油藏溫度達到201℃）裂解形成的輕質油和天然氣[6-7]；（2）新近紀以來高成熟的沙四段烴源巖生成的輕質油和天然氣充注形成的油氣藏[8-9]。這兩種成因會帶來兩種不同的勘探思路[10-13]：按照前一種成因，就應當先找“古油藏”，考察有沒有裂解氣形成和保存條件，再考慮勘探部署；按照第二種成因，只要尋找沙四段烴源巖能夠充注油氣的圈閉就行。顯而易見，第一種成因的油氣資源潛力較小，因為“古油藏”的數量可能有限；第二種成因的油氣資源潛力相當大。因此需要開展深層油氣成因的研究。

2 油氣成因研究方法

采集霸縣凹陷成熟度較低的沙四段烴源巖和已經證實源自沙四段烴源巖的低成熟原油（表1），利用生烴模擬裝置進行高溫高壓條件下油氣生成模擬實驗，分別分析烴源巖和原油在高成熟條件下降解的油氣組成和性質，分析對比原油和天然氣中共同存在的8個輕烴地球化學參數，判別牛東1井油氣是烴源巖高溫熱解成因，還是原油高溫裂解成因。

圖1 霸縣凹陷深層油氣分布圖

2.1 實驗裝置和流程

表1 樣品基本數據

實驗裝置主要由兩部分組成：高溫高壓熱模擬系統和色譜分析系統。高溫高壓熱模擬系統由8個高壓釜、1個高溫加熱爐、1套加壓系統、1套真空系統和1套氣體收集系統組成[14-16]。溫控系統設計了恒溫和程序升溫2種升溫模式，升溫速率有5℃/h、10℃/h、20℃/h、40℃/h、60℃/h、80℃/h和180℃/h，連續工作實際溫度漂移≤±5℃。最高溫度可達800℃，可承受的最大壓力為100MPa。色譜分析系統包括兩臺色譜儀：（1）天然氣組分分析：柱系統為HP-PLOT Al2O3柱（?0.53mm× 50m）、PORAPAK Q柱（?3.175mm×1.83m）和碳分子篩柱（?3.175mm×1.525m），采用雙閥切換系統，可以分析出C1-C8的烴類和CO2氣體。（2）原油分析：色譜柱為HP-5毛細柱（30m×320um×0.25mm），能分析出C10-C40之間的組分。另外，實驗裝置還包括AS系列超聲波抽提裝置、族組分分離裝置、LA310S型電子分析天平（精度1/1000）、ⅠKA A11basic分析用研磨機等。具體實驗流程如下：

取烴源巖樣品粉碎至80目，采用精度為1/1000的分析天平準確稱量10～50g后裝入高壓釜。待連接好管線后反復抽真空，并用氮氣置換后抽真空，保證排凈釜內空氣后充入0.1MPa氮氣（以保證取氣時釜內外壓力平衡及消除釜內的死體積，使得取氣量準確），關閉好高壓釜閥門。先以180℃的升溫速率全功率加熱至200℃以后，以40℃/h開始程序升溫。每組實驗的設定溫度點分別為Ro=1.5%的520℃、Ro=1.8%的560℃、Ro=2.1%的600℃、Ro=2.5%的630℃。到達設定溫度點后恒溫1h，然后取出高壓釜。待釜冷卻至室溫，采用排飽和食鹽水法取氣，并計量氣體量。取完氣體后，及時采用氣相色譜儀對模擬氣體進行氣體組分分析，以防止苯和CO2等組分大量溶于水。對殘渣樣品進行超聲抽提定量液態產物，進行族組分分離后，使用HP-5890A型色譜分析儀進行飽和烴色譜分析。原油裂解模擬實驗的方案與烴源巖熱解相似，最后收集生成的氣體，并同樣需要進行飽和烴氣相色譜分析。最后對牛東1井的油樣進行飽和烴色譜分析。

2.2 實驗結果分析

牛東1井井口分離器油樣含有較多的低碳數烴類（nC10以前）及輕烴組分，主峰碳為nC8，油質較輕；實驗室油樣含有較多的高碳數烴類，低碳數烴類及輕烴組分相對少一些，主峰碳為nC11,油質相對重一些，但是2次樣品的輕烴分布具有相似特征，顯示原油具有相似性。原油正、異構烷烴分布峰型呈前峰型，Pr/Ph為1.31，Pr/nC17和Ph/nC18相對較小，分別為0.10和0.07，一方面顯示原油具有較高的成熟度，另一方面顯示源巖的沉積環境水體咸度不大，原油當中長鏈烷烴（C20以前）明顯少于短鏈烷烴（圖2）。

圖2 牛東1井全油色譜分析

研究證實烴源巖熱解氣和原油裂解氣的輕烴組成存在較為明顯的差別[17]。因此選擇氣態烴和輕質油中輕烴組分具有地球化學成因意義的正構烷烴、環烷烴及芳烴組成參數，如CC5、nC6、nC5、MCC5、CC6、MCC5、MCC6、nC7、甲苯、苯、DMCC5，具體化合物名稱見表2，實驗研究發現，烴源巖熱解氣的（CC5、nC5、MCC5、MCC6、苯、DMCC5）低于原油裂解氣，而它們的nC6、MCC5、MCC5、nC7、甲苯參數差別較小（表3）。牛東1井的輕烴參數跟烴源巖熱解氣比較接近。

表2 牛東1井原油中不同化合物簡式說明表

2.3 牛東1井油氣為沙四段高成熟烴源巖熱解氣

通過熱模擬實驗結果分析發現，烴源巖熱解氣和原油裂解氣在輕烴產率上存在差異。為了得到更明顯的鑒別標志，選用ln（CC5/nC6）、ln（CC5/nC5）、甲苯/苯、（MCC5+CC6）/nC6、CC6/nC5、（CC5+MCC5+CC6）/（nC5+ nC6）、DMCC5/CC5、（MCC5+CC6+MCC6）/（nC6+nC7）等8個參數，用這些參數作了4個散點圖，發現原油裂解產物與烴源巖熱解產物在4個圖上具有明顯的分區現象（圖3），說明在高成熟條件下，原油裂解氣和烴源巖熱解氣是可以鑒別的。

表3 熱模擬實驗產率數據分析表（單位：mL/g TOC）

圖3 烴源巖熱解和原油裂解產物輕烴參數的差異性

將前人研究證實的烴源巖熱解成因的和原油裂解成因的相應數據（塔里木盆地輪南地區、滿東—英吉蘇地區[18]、東營凹陷民豐地區[19-20]投到該圖上，發現所得結果與前人研究成果相當吻合（圖4），表明本文模擬實驗及圖3是正確的。將牛東1井的原油輕烴和天然氣相應數據投到圖4上，發現牛東1井的數據點落在烴源巖熱解氣的區域內，說明該油氣是烴源巖熱解成因的。

牛東1井天然氣的特征明顯位于烴源巖熱解氣的區域內，因此認為，牛東1井油氣為沙四段烴源巖熱解成因。

3 深層勘探潛力

沙四段烴源巖構成了深層主力油氣源，利用BASⅠMS盆地模擬系統對其進行生烴潛力評價，估算出沙四段生油量為33.35×108t、生氣量為3.66×1012m3。目前，深層勘探程度很低，只有牛東1井、文安1井和文古3井發現工業油氣流，由此可見霸縣深層勘探潛力很大[21]。

霸縣凹陷陡坡帶發育牛東、興隆1東、岔89等霧迷山組潛山，緩坡帶發育下古生界及前寒武潛山，凹陷北部二臺階潛山，它們均可能成為沙四段烴源巖的充注對象。此外，沙河街組以及下伏孔店組構造—巖性圈閉也重要的成藏對象。加強深層的地震等勘探部署，有望取得更大的突破。

4 結論

（1）通過烴源巖和原油生烴熱模擬實驗證實牛東1潛山油氣是沙四段高成熟烴源巖熱解成因，否認了油氣是早期油藏裂解形成的。

圖4 烴源巖熱解氣和原油裂解氣的鑒別及其應用

（2）沙四段烴源巖厚度大、有機質類型較好，熱演化程度高，生成輕質油和天然氣的潛力很大，但目前勘探程度低。加強深層地震勘探，有望取得更大突破。

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TE132

A

1004-5716（2015）04-0030-05

2014-04-05

2014-04-22

馬鵬（1986-），男（回族），甘肅定西人，助理工程師，現從事油氣勘探方面的研究工作。