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黄骅坳陷埕海地区原油地球化学特征

时间:2016-10-27来源: 作者: 点击: 162次


  李洪香 刘庆新1 官全胜1 刘学超2 王莉1 林伶1  

1.中国石油大港油田公司,天津 300280 

2.中国石油东方地球物理公司 ,天津300280

摘要:对黄骅坳陷埕海地区张海油田和庄海油田的6个原油样品进行了GC-MS分析。庄海油田非/沥值较高,正构烷烃几乎全部消失,部分样品类异戊二烯烃消失,表明该原油遭受了中等—严重的生物降解作用。从藿烷和甾烷异构化参数来看,张海和庄海原油均属于低成熟原油。张海和庄海原油正构烷烃呈双峰型分布特征,Pr/Ph值为0.98~1.19伽马蜡烷/C31藿烷值分布于0.45~0.61,所不同的是,前者ααα-C27C28C29甾烷呈“L”型分布特征,后者呈“V”型,表明该原油形成于咸水环境,张海原油生源中水生生物的输入高于庄海原油。烷基环己烷的分布特征及∑C21-/∑C22+值可以用来判识有机质的母质类型,埕海原油烷基环己烷呈双峰型分布特征,∑C21-/∑C22+值介于水生藻类与吐哈煤和碳质泥岩之间,反映出埕海原油生源的混合输入特征。

关键词:低熟油;地球化学;埕海地区

The Geochemical Characteristics of Crude Oil in Chenghai Area of Huanghua Depression

Li Hongxiang1 Liu Qingxin1 Guan Quansheng1 Liu Xuechao2 Wang Li1 Lin Ling1

(1. Petrochina Dagang oilfield companyTianjing,300280;

2. BGP INC.,China National petroleum corporation,Tianjing,300280)

AbstractIn Chenghai area of Huanghua Depression, 6 crude oil samples from Zhanghai oilfield and Zhuanghai oilfield were analyzed by GC-MS. In Zhuanghai oilfield, the ratio of non-hydrocarbons and asphaltene is extremely higher. The n-alkanes almost disappear, as well as the isoprenoid, which indicate that the crude oils had suffered the medium to serious biodegredation degree. From the isomerization parameters of the hopane and sterane, the crude oils from Zhanghai and Zhuanghai oilfields belong to low-mature crude oils. The n-alkanes of the crude oils from those two oilfields present double peak distribution, the Pr/Ph ratio is from 0.98 to 1.19, the gammcerane/C31hopane ratio distribute between 0.45 and 0.61. However, the ααα-C27, ααα-C28 and ααα-C29 sterane of Zhanghai crude oils present “L” distribution characteristics, but the crude oils from Zhuanghai present “V” distribution, indicating that the crude oils formed in the saline environment. And the aquatic organism input of Zhanghai crude oils is more than Zhuanghai crude oils. The distribution of the alkyl cyclohexane and the ratio of C21-/C22+ could be used to identified the parent material of organisms. The alkyl cyclohexane of Chenghai crude oils present double peak distribution characteristics and the C21-/C22+ ratio is between the hydrobiontic algae and the coal or carbonaceous mudstones. All the above reflected that the parent material of the Chenghai crude oils included both aquatic organism input and terrigenous high plants input.

Key wordslow-mature crude oilsgeochemical characteristics Chenghai Area

 

1. 地质背景

黄骅坳陷埕海地区作为渤海和陆地的过渡带,蕴藏着丰富的油气资源,但同时也具有高投入、高风险的特点。埕海地区由张东断层、歧东断层和张北断层所夹持,紧邻歧口主凹和歧南次凹,来自埕宁隆起物源的辫状河三角洲前缘砂体厚度大、物性好,成藏条件极为有利。紧邻张东断层下降盘前期钻探的zhh10zhh20等井已发现油层并均获得油气流,但由于油层埋深相对较大,当时在海域又不能实施油层改造,未能获得理想产量。近年来,随着海域大型压裂改造技术的进步,大大提升了该区的勘探意义。特别是近年在关家堡-张东东-张东地区取得了突破性进展,相继发现了一批高产油气流井,预示着埕海地区具有良好的勘探前景。为此进行油源的精细对比,确定相应烃源岩生成原油的地球化学判识特征,从而为勘探部署提供决策的地球化学依据。

2. 样品及实验

2.1 样品分布及前处理

六个原油样分别采自zhh13-26L井、20-24L井、21-23L井、zhuangh8Em-H2井、8E3-H2井和8E5-H6,层位为第三纪上新世明化镇组。原油经正己烷沉淀沥青质后再经硅胶:氧化铝(3:1)柱色层分离,正己烷作洗脱剂得饱和烃馏分,二氯甲烷做洗脱剂得芳烃馏分和甲醇做洗脱剂得非烃馏分。溶剂完全挥发后准确称重得族组成数据。其中饱和烃和芳烃直接做GC/MS分析。

2.2 仪器条件

气相色谱-质谱联用仪由美国安捷伦科技公司生产。气相色谱仪-6890N,汽化室温度:260℃,弹性石英毛细柱:美国J&W HP-5 30×0.25×0.25 MS柱,程序升温:80℃起始以每分钟4℃升至290℃ 恒温30分钟。载气: 高纯氦 流量1.2ml/min. 线速度40cm/sec.。质谱仪-5973N四级杆台式质谱仪,离子源:EI源,离子源温度:230℃,电离能:70eV,接口温度:280℃。谱库:美国NIST02L

3. 结果与讨论

3.1 原油族组成特征

1显示张海3个原油样品的族组成相似,均以沥青质相对丰度最高为特征,表明这些原油的演化程度较低。较高的饱/芳比值显示它们的母源中有丰富的水生生物的输入,并且张海原油中水生生物的输入量明显大于庄海原油。原油遭受好氧菌厌氧菌较强烈的降解作用时沥青质含量迅速降低而非烃含量迅速升高孟仟祥2010,内部报告),因此非/沥比值可以作为判识原油和烃源岩有机质是否遭受过微生物降解的重要参数。庄海原油的非/沥比值明显高于张海原油,反映出庄海原油遭受过比张海原油更强烈的微生物降解过程相对丰度差异较大的芳烃馏分表明这两种原油母质类型上存在差异,庄海原油母源中的陆源母质输入丰度明显大于张海原油。

1  埕海地区原油柱色层族组成特征

井号

饱和烃

芳烃

非烃

沥青质

非烃/沥青质

饱和烃/芳烃

zhh13-25L

20.38

5.72

4.81

69.09

0.07

3.56

zhh20-24L

30.08

8.15

5.40

55.68

0.10

3.69

zhh21-23L

37.33

8.30

6.08

48.29

0.12

4.49

zhuangh8Em-H2

39.38

14.40

7.92

38.31

0.21

2.73

zhuangh8E3-H2

51.72

17.84

5.03

25.42

0.20

2.89

zhuangh8E5-H6

40.43

17.27

6.68

35.62

0.19

2.34

 

3.2 正构烷烃和类异戊二烯烷烃系列特征

从原油饱和烃总离子流(图1和表2看出,张海原油与庄海原油差异

 

1 埕海地区原油饱和烃总离子流图

大,后者正构烷烃几乎全被微生物降解,尤其zhuangh8Em-H2原油饱和烃中不仅正构烷烃完全被降解而且类异戊二烯烃也遭受一定程度的降解,根据划分标准,降解程度为中等—严重[1]

张海原油的正构烷烃呈双峰型分布(图1,显示为混有机质输入特征。碳数分布为nC13~nC38,主峰碳一般nC23nC22OEP值为1.11~1.13,反映了原油成熟度较低以及生源中有陆源有机质的贡献。姥植比Pr/Ph)可以反映原油的成烃古环境[2]张海原油Pr/Ph值为1.11~1.19,反映其成烃古环境为还原环境

庄海原油由于遭受了严重的生物降解,在饱和烃总离子流图中已检测不到正构烷烃,在原油的m/z 85质量色谱图中(图2)才可以看到正构烷烃的残留。正构烷烃呈明显的双峰型分布特征,碳数分布于nC15~nC38,主峰碳一般为nC25,反映了混合有机质输入特征。庄海原油的OEP值小于张海原油,接近于1,这可能是因为细菌优先降解了奇数碳正构烷烃。姥植比为0.98~1.03,表明庄海原油的成烃古环境水体明显比张海原油深。

 

2 埕海地区庄海原油饱和烃m/z 85质量色谱图

 

2 埕海地区原油饱和烃参数表

井号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Zhh 13-25L

nC22

1.11

1.11

0.07

0.81

0.58

0.61

0.11

0.34

38.52

31.11

30.37

Zhh 20-24L

nC23

1.12

1.14

0.06

0.86

0.58

0.58

0.12

0.37

39.76

30.31

29.92

Zhh 21-23L

nC23

1.13

1.19

0.06

0.94

0.58

0.50

0.14

0.37

38.46

31.14

30.40

zhuangh8Em-H2

降解

降解

降解

0.06

1.18

0.58

0.45

0.17

0.32

36.13

29.56

34.31

zhuangh8E3-H2

nC25

1.10

1.03

0.07

1.06

0.57

0.50

0.15

0.28

37.59

27.82

34.59

zhuangh8E5-H6

nC25

1.08

0.98

0.08

1.07

0.58

0.50

0.15

0.30

35.84

29.75

34.41

注:1.主峰碳;2. OEP=(nC25+6×nC27+nC29)/4×(nC26+nC28)3. Pr/Ph4. ∑三环萜烷/∑藿烷;5. Ts/Tm6. C31藿烷22S/(22S+22R)7. 伽马蜡烷/C31藿烷;8. ∑重排甾烷/∑甾烷9. ααα C29甾烷20S/(20S+20R)10. ααα-C27甾烷20S%=C27/(C27+C28+C29) ααα-20S甾烷×10011. ααα-C28甾烷20S%=C28/(C27+C28+C29) ααα-20S甾烷×10012. ααα-C29甾烷20S%=C29/(C27+C28+C29) ααα-20S甾烷×100

3.3 三环萜烷和藿烷系列特征

m/z 191质量色谱图(图3)和表2可以看出,埕海地区原油均呈低丰度三环萜烷和高丰度藿烷特征,三环萜烷/∑藿烷值分布在0.06~0.08之间,表明这些原油的生油母质类型成烃环境较为接近。三环萜烷的碳数分布为C19~C29,均以C23为主峰且呈倒“V”字型分布,表现为典型的湖湘混合有机质特征[1]

伽马蜡烷含量反映了水体盐度的变化,Mann[3]提出伽马蜡烷的丰富程度取决于氧化水平或者盐度,丰富的伽马蜡烷含量指示有机质沉积时的强还原超盐度环境。研究原油的伽马蜡烷/C31藿烷值分布在0.45~0.61之间,一般认为该值小于0.15为淡水环境,0.15~0.25为微咸水环境大于0.25则为咸水环境。结果表明研究原油的成烃环境水质为咸水环境,但庄海原油成烃环境水质盐度略低于张海原油。

生标参数C31藿烷22S/22S+22R对于评估未成熟到生油早期阶段的成熟度具有很高的专属性[1],几乎不受生物降解的影响[4, 5],一般而言,该参数的平衡值为0.57~0.62[1]。研究区原油C31藿烷22S/22S+22R值为0.57~0.58,表明该原油已经进入或者超过了生油早期阶段。

Ts/Tm是一个适用于成熟到高成熟热演化阶段的参数,研究区原油该0.81~1.18,指示其处于低成熟热演化阶段。庄海原油的Ts/Tm大于张海原油,这是因为前者经历过比后者更强烈的微生物作用过程,致使22,29,30-三降藿烷中的17αH异构体向更稳定的18αH异构体转化[6]

 

3 埕海地区原油藿烷系列(m/z 191)质量色谱图

3.3甾烷系列特征

张海原油和庄海原油的有机质类型有差异,张海原油ααα-20RC27C28C29甾烷呈明显的“L”分布特征,即以水生生物输入为主。庄海原油ααα-20RC27C28C29甾烷则呈不对称“V”分布特征,混合有机质输入为主

埕海地区原油的甾烷成熟度参数ααα-C29甾烷20S/20S+20R0.28-0.37Mackenize认为石油开始大量生产时的ααα-C29甾烷20S/20S+20R)比值为0.4SeifentMoldowan发现该比值的平衡值为0.52-0.55,平衡时对应Ro值一般为0.8%-0.9%[7, 8]。本次研究的原油ααα-C29甾烷20S/20S+20R)值均0.4,推断该原油为低成熟原油,并且庄海原油的成熟度略低于张海原油(表2)。

∑重排甾烷/∑甾烷比值主要受热演化程度和烃源岩粘土矿物含量的影响[1, 9]。如表2所示,张海原油的∑重排甾烷/∑甾烷值明显低于庄海原油,前者为0.11~0.14,后者为0.15~0.17。根据上述C29甾烷的成熟度参数得知,研究区原油处于低成熟阶段,且成熟度较为接近,热演化程度对重排甾烷的形成影响不大,因此张海原油和庄海原油∑重排甾烷/∑甾烷比值的差异主要是由其源岩中粘土矿物含量的差异引起的。张海原油烃源岩中粘土矿物含量明显低于庄海油田,且形成于还原性相对较强的环境中。

 

4 埕海地区原油甾烷系列(m/z 217)质量色谱图

3.4  烷基环己烷系列特征

烷基环己烷系列是原油和沉积有机质中普遍存在的生物标志化合物,但是对它的地球化学意义的研究仍很薄弱。本文通过对水生生物的南海藻类(鼠尾藻和条浒苔)和底栖物(依紫蛤)以及高等植物为主要母质的吐哈煤(质泥岩)的对比研究发现:烷基环己烷的分布特征及∑C21-/∑C22+值在不同母质类型的样品中有较大的差异,可以用来判识有机质母质类型。

属于水生生物的鼠尾藻条浒苔,以及底栖生物依紫蛤类脂物的烷基环己烷系列碳数分布于C19C37呈后单峰型,主峰碳均为C27呈现明显的奇碳优势特征(图5),并且∑C21-/∑C22+值异常低,如鼠尾藻该值为0.18,条浒苔为0.25,依紫蛤为0.16(表3这些特征均表明水生藻类和底栖物对烷基环己烷的贡献主要是C21以后高碳数部分。以高等植物为主要母质输入类型的吐哈盆地中侏罗统(J2x)煤和碳质泥岩的烷基环己烷系列碳数分布为C13C30,呈前单峰

3  埕海原油和不同类型有机质的烷基环己烷系列参数表

样品及井号

样品类型

碳数分布

分型特征

主峰

∑C21-∑C22+

zhh 13-25L

原油

C11-C38

双峰型

C15C28

0.77

zhh 20-24L

原油

C11-C38

双峰型

C15C28

0.77

zhh21-23L

原油

C11-C38

双峰型

C15C28

0.79

zhuangh 8Em-H2

原油

降解

降解

降解

降解

zhuangh 8E3-H2

原油

C11-C38

双峰型

C15C28

1.26

Zhuangh 8E5-H6

原油

C11-C38

双峰型

C15C28

1.08

鼠尾藻

藻类

C19-C37

后单峰型

C27

0.18

条浒苔

藻类

C19-C37

后单峰型

C27

0.25

依紫蛤

底栖生物

C19-C37

后单峰型

C27

0.16

吐哈大步2

J2x

C13-C30

前单峰型

C16

2.83

吐哈柯27

J2x

C14-C30

前单峰型

C17

2.52

吐哈杜1

质泥岩J2x

C13-C30

前单峰型

C15

4.74

型,主峰碳为C15~C17,无明显的奇偶优势(图5),∑C21-/∑C22+值很高,如吐哈大步2井煤该值为2.83,27井煤为2.52,1碳质泥岩4.74(表3,这些特征与水生生物烷基环己烷系列分布正好相反,表明高等植物对烷基环己烷的贡献主要是C21前的低碳数部分

m/z 82质量色谱图来看(图5),埕海地区原油烷基环己烷系列化合物碳

 

5 埕海地区原油和不同类型有机质的烷基环己烷系列(m/z 82)质量色谱图

数分布于C11~C38,呈双峰型分布特征,前峰群的主峰为C15,后峰群的主峰为C28∑C21-/∑C22+介于水生藻类和底栖生物与吐哈煤和碳质泥岩之间,为0.77~1.26(表3)。这些特征均反映出埕海原油的生源中既有陆源高等植物,又有低等水生生物,表现为混合有机质输入特征。所不同的是,张海原油烷基环己烷系列的前锋群和后峰群的峰高较为接近,而庄海原油烷基环己烷系列的前锋群的峰高明显高于后峰群,从参数上来看,张海原油的∑C21-/∑C22+明显低于庄海油田,前者为0.77~0.79,后者高达1.08~1.26。以上特征均表明张海原油生源中水生生物贡献要明显大于庄海原油,这与甾烷分布特征所反映出的结果是一致的。

4、结论

1)埕海地区原油母质类型以既有丰富的水生生物输入又有较丰富的陆源母质贡献的混源母质为特征,高等植物输入明显。张海原油水生生物的丰度明显大于庄海原油。原油的成烃古环境为弱氧化-弱还原的咸水浅湖相。

2张海原油经历过较轻的微生物作用过程,但庄海原油却遭受过强烈的生物降解,其正构烷烃几乎全遭降解,因而常规烷烃成熟度参数及母质类型参数均出现异常,甚至藿烷22位手性碳的RS转化已到达其终点值,已不能反映原油的真实成熟度。研究认为,庄海原油的强烈生物降解过程是其生油岩排出烃后的运移过程或储藏过程微生物异常发育对原油作用的结果。

 

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