塔里木盆地海相油藏具有高热稳定性的地球化学条件探讨

塔里木盆地在埋深超过8000 m、油藏经历200℃以上高温改造仍然发现液态烃类流体稳定存在,目前勘探工作正在面向深层-超深层拓展,塔里木盆地海相原油具有的高热稳定性来自其较好的保存条件。本文总结了近年来塔里木盆地海相油藏研究进展,结合宏观地质背景演化,主要从微观过程入手探讨塔里木盆地海相油藏热稳定性的地球化学特征。认为宏观上塔里木盆地目前的低地温梯度有利于油藏的稳定保存;而油藏储层中普遍缺乏氧化性矿物,石膏类等含硫矿物也贫乏,使得油藏储层中的烃-水-岩相互作用(包括热化学硫酸盐还原反应)发生的程度有限;同时,塔里木盆地海相油藏中地层水广泛发育、分布复杂,这对油藏中的液态烃类,特别是大分子烃类的热裂解具有抑制作用,从而有利于油藏的稳定保存。有必要进一步开展针对塔里木盆地海相原油热稳定性的微观地球化学特征探讨,特别是烃-水-岩相互作用中有利于原油烃类流体稳定保存的物理化学机理分析,研究成果将有助于深化塔里木盆地深层-超深层油气藏的勘探研究工作。     

我国不同原油裂解成气动力学研究

提供了我国海相、湖相原油的黄金管裂解成气热模拟实验数据和裂解成气的动力学参数。对比分析典型样品裂解生气特征、升温速率与温度对油裂解成气的影响表明:我国海相、湖相原油裂解成气门限温度、消亡温度差异不大,但与国外样品差异明显;源内和源外原油裂解成气过程差别明显,源内原油热稳定性弱于源外原油热稳定性,在油裂解气评价中应该考虑排烃效率的影响;温度是原油裂解的主要控制因素,温度高于180℃时,原油裂解过程主要在10 Ma内完成,且液态烃消亡温度要高于200℃。本次研究的实验结果、动力学参数及相关结论可供盆地模拟和油藏勘探工作采用和借鉴。     

原油裂解对油包裹体均一温度和捕获压力的影响及其地质意义

通过原油裂解动力学和石油包裹体热动力学模拟方法系统阐述了地质条件下原油裂解过程对油包裹体均一温度及捕获压力的影响.结果表明:初始裂解阶段(T_R＜13%,T＜160 ℃),油包裹体均一温度随原油裂解呈增大趋势,捕获压力呈减小趋势;随着裂解程度增大(T_R＜24%,T＜190 ℃),油包裹体均一温度随原油裂解呈减小趋势,捕获压力呈增大趋势,但此阶段油包裹体均一温度仍高于初始捕获时均一温度,捕获压力仍小于初始捕获压力;此后,随着原油裂解程度不断增大,油包裹体均一温度持续减小甚至到负值,捕获压力则持续增大甚至超过静岩压力.封闭条件下低程度的原油裂解(T＜160 ℃,T_R＜13%)只会形成常压或者低压;而较高程度的原油裂解(T_R＞40%)才会形成超压,甚至超过上覆静岩压力(T_R＞70%).深部原油裂解气勘探中要特别注意地层温度位于160~190 ℃范围内的常压到低压油气藏,而地层温度高于190 ℃原油裂解气勘探应以找超压-超高压油气藏为主.      

不同赋存态油裂解条件及油裂解型气源灶的正演和反演研究

油裂解型气源灶是一种特殊的气源灶,是优质生烃母质在成气过程中派生出的.烃源岩生成的油主要有3种赋存形式源内分散状液态烃、源外分散状液态烃和源外富集型液态烃.3种赋存状态液态烃的数量及分配比例受内因和外因多种因素控制,就排油率而言,有机碳含量分别为0.67%、0.62%和10.6%的泥岩、灰岩和油页岩,最大排油率分别为45%、55%和80%.原油与不同介质配样的生气动力学实验表明,不同介质条件下甲烷的生成活化能分布有差异,碳酸盐岩对油裂解条件影响最大,可大大降低其活化能,导致原油裂解热学条件降低,体现为油裂解温度的降低;泥岩次之,砂岩影响最小.碳酸盐岩、泥岩和砂岩对油的催化裂解作用依次减弱,不同介质条件下主生气期对应的Ro值纯原油1.5%～3.8%;碳酸盐岩中的分散原油1.2%～3.2%;泥岩中的分散原油1.3%～3.4%;砂岩中的分散原油1.4%～3.6%.油裂解型气源灶是一种中间体,可以直观看到的是原生气源灶和由此形成的气藏,而对油裂解型气源灶的赋存形式、分布范围、成气数量和储量规模等问题,只能通过正演和反演的研究去确定且相互映证.正演研究以塔里木盆地中下寒武统为例,原始生油量2 232.24×108t,剩余油量806.21×108t,油裂解气量106.95×1012m3.反演研究以川东北飞仙关组白云岩中油裂解气为例,圈定的古油藏面积约735 km2,古油藏原油数量45×108t,油裂解气量及油裂解气资源量分别为2.72×1012 m3和1.36×1012 m3.     

不同赋存状态油裂解条件及油裂解型气源灶的正演和反演研究

油裂解型气源灶是一种特殊的气源灶,是优质生烃母质在成气过程中派生出的。烃源岩生成的油主要有3种赋存形式:源内分散状液态烃、源外分散状液态烃和源外富集型液态烃。3种赋存状态液态烃的数量及分配比例受内因和外因多种因素控制,就排油率而言,有机碳含量分别为0.67%、0.62%和10.6%的泥岩、灰岩和油页岩,最大排油率分别为45%、55%和80%。原油与不同介质配样的生气动力学实验表明,不同介质条件下甲烷的生成活化能分布有差异,碳酸盐岩对油裂解条件影响最大,可大大降低其活化能,导致原油裂解热学条件降低,体现为油裂解温度的降低;泥岩次之,砂岩影响最小。碳酸盐岩、泥岩和砂岩对油的催化裂解作用依次减弱,不同介质条件下主生气期对应的Ro值:纯原油1.5%～3.8%;碳酸盐岩中的分散原油1.2%～3.2%;泥岩中的分散原油1.3%～3.4%;砂岩中的分散原油1.4%～3.6%。油裂解型气源灶是一种中间体,可以直观看到的是原生气源灶和由此形成的气藏,而对油裂解型气源灶的赋存形式、分布范围、成气数量和储量规模等问题,只能通过正演和反演的研究去确定且相互映证。正演研究以塔里木盆地中下寒武统为例,原始生油量2232.24×108t,剩余油量806.21×108t,油裂解气量106.95×1012m3。反演研究以川东北飞仙关组白云岩中油裂解气为例,圈定的古油藏面积约735km2,古油藏原油数量45×108t,油裂解气量及油裂解气资源量分别为2.72×1012m3和1.36×1012m3。     

矿物对原油裂解影响的实验研究

在限定体系下（密封金管）,对原油、原油＋蒙脱石和原油＋方解石进行了裂解产气模拟实验。结果表明,原油＋蒙脱石裂解的甲烷和总气态烃（C1-C5）产率在大多数实验温度点与纯原油裂解基本相同,只有在高温度点才相对偏高,反映了蒙脱石对原油裂解的催化效应。原油＋方解石裂解的甲烷和总气态烃的产率则在大多数实验温度点比纯原油裂解相对偏低,并且在高温度点明显偏低,表明方解石对原油裂解具有抑制作用。纯原油和原油＋方解石裂解气态烃产物中异构烷烃和烯烃的相对含量基本相同,而原油＋蒙脱石裂解气态烃产物中异构烷烃和烯烃的含量则明显偏高。依据2℃／h和20℃／h两个升温速率甲烷和总气态烃产率,应用美国Lawrence Liverinore国家实验室开发的Kinetics软件模拟了纯原油、原油＋蒙脱石和原油＋方解石裂解生成甲烷和总气态烃的动力学参数,推算了在地质条件下原油裂解主要阶段的温度范围。     

塔里木盆地海相原油热裂解的阶段性特征及其意义

塔里木盆地台盆区深层油气勘探不断取得突破,原油热稳定性及其裂解特征已成为制约塔里木盆地深层下一步油气勘探与评价的瓶颈之一。本研究选择塔河地区未遭受明显次生改造原油,采用黄金管封闭体系热压模拟实验,在恒压、程序升温条件下,系统分析不同热演化阶段原油热裂解产物与残余物的分子组成。结果表明,随着热演化程度的增加,伴随着原油热裂解程度增加引起的化合物裂解、环化、芳构化作用,气体和液态烃产率呈现显著的阶段性变化,并显示不同的分子地球化学特征,据此分为3个阶段:(1)初始裂解期(Easy R_o<1.2%),与原始油样比较,残留产物全烃色谱特征未发生显著变化;(2)主裂解期(1.2%o<3.8%),又以Easy R_o=2.0%为界分为快速裂解阶段和缓慢裂解阶段,残留产物中正构烷烃含量逐渐降低,同时伴随低环数芳烃化合物含量的逐渐增加,而稠环芳烃含量的逐渐增加则与低环数芳烃含量逐渐减少相对应;(3)裂解末期(3.8%o<4.5%),以高含量稠环芳烃的富集为标志...     

塔里木盆地顺北地区深部油藏轻烃地球化学特征及其指示意义

深部高温高压环境下原油的成因类型判识一直是深部油气勘探评价中的关键问题之一。塔里木盆地顺北地区7300～8000m埋深奥陶系鹰山组以及一间房组轻质油藏的发现为研究其成因提供了一个很好的契机。本研究以原油轻烃及其分子稳定碳同位素地球化学组成为基础,系统探讨了塔里木盆地顺北地区深层原油成因特征。研究结果表明,顺北深层原油热演化程度高,为轻质油-凝析油阶段成烃产物。通过与邻区典型油藏热裂解成因原油对比,揭示顺北深层原油总体未受或经历轻微热改造影响,但不同井区存在一定差异性。顺北1井区(SB1井区)、顺北2井(SB2井)和顺北5井区(SB5井区)原油属于正常干酪根热降解成烃产物,未受显著热改造作用影响;顺北3井(SB3井)原油可能受轻微热改造作用影响;顺北7井(SB7井)原油高的姥植比、甲基环己烷重碳同位素、低的芳构化特征,指示可能具有特殊的成烃来源或成藏改造过程。     

稠油热采过程中粘土矿物变化特征研究——以金家油田沙一段为例

金家油田沙一段稠油油藏储层粘土含量高且具膨胀性,导致储层强水敏性,制约油藏热采开发,因此需要明确高温条件下粘土矿物热变特征,为开发提供指导。经差热和热重、高压釜高温实验后样品晶间距、溶质分析、X射线衍射、扫描电镜和含油薄片等分析表明:在100~200℃的温度条件下,蒙脱石脱表层吸附水,晶间距仍较大,膨胀性较强,此种情况,容易堵塞孔喉,导致物性变差,阻碍原油溢出使得剩余油饱和度较高;200~300℃温度条件下,蒙脱石脱去B位层间水,晶间距变小,膨胀性减弱,再加上高温对矿物溶蚀,改善孔喉连通性,使储层物性变好,原油容易溢出,剩余油饱和度降低。     

贵州丹寨古油藏形成及演化的流体包裹体证据

为探讨丹寨古油藏的形成条件和热演化历史,本文对两种产状的烃类包裹体进行了显微观察和测温研究。结果表明,丹寨古油藏经历了原油充注阶段、原油高温裂解成气阶段和地壳抬升气藏剥蚀破坏阶段。在原油早期充注阶段,捕获于方解石、石英溶孔充填物中的包裹体有气液H2O包裹体、液相烃包裹体和气液烃包裹体,其均一温度为105.8~167.3℃,盐度为13.0%~22.6%NaCleq,密度为1.00~1.12g/cm3,代表原油运移充注期低温、中盐度、高密度油田流体特征。在原油高温裂解成气阶段,溶孔充填矿物中早期捕获的烃类包裹体发生变化或被破坏,包裹体中油裂解气泄露而沥青残留,形成沥青包裹体;封存完好的包裹体变为含沥青的气相烃包裹体。燕山期地壳抬升气藏剥蚀破坏阶段,形成方解石、石英构造裂隙充填物,其中的包裹体类型有沥青包裹体、气相烃包裹体和气液H2O包裹体,均一温度为147.7~245.8℃,盐度多为2.6%~8.7%NaCleq,密度为0.85~1.00g/cm3,反映了油藏破坏期中低温、低盐度、中密度气田流体与地下水的混合流体特征。     

正构二十四烷裂解成气碳同位素动力学模拟及其地质意义

以甲烷的量子化模型及正构二十四烷(n C24)金管限定体系裂解成气实验为基础,从理论上进一步论述了量子化模型应用于重烃气体（乙烷和丙烷）碳同位素动力学模拟的适应性,计算了甲烷、乙烷及丙烷生烃动力学与碳同位素动力学参数, 重点探讨了δ13C2与δ13C3变化的主控因素。研究结果表明, n C24裂解生成的气态烃碳同位素与早期报道的n C18、n C25及原油裂解生成的气态烃碳同位素具有可比性,可应用于地质条件下解释原油裂解气的某些地球化学特征。n C24生烃地质模型表明,其在150～160℃是稳定的,主要裂解温度介于180～200℃之间,与目前所报道的原油裂解地质模型吻合。随热解程度的增加,δ13C2与δ13C3体现了比δ13C1更明显的变化。气藏充注历史控制的同位素累积效应对天然气碳同位素有很大的影响,与累积聚集气相比,阶段聚集气的δ13C变重,并在更大程度上影响了演化曲线的分异。在此基础上,应用n C24裂解成气碳同位素分馏地质模型探讨了塔里木盆地某些油气藏天然气碳同位素值变化的原因。     

塔里木盆地北部奥陶系超深层液态烃演化与保存机制:来自模拟实验的证据

塔里木盆地北部寒武系—奥陶系超深层发现一批油藏和挥发性油藏，拓展了石油(液态烃)勘探的深度下限和规模增储领域。深层、超深层跨越多个构造期，经历了复杂的构造、埋藏和热演化历史，油气成藏有其特殊性，超深层油气藏的形成与保持机制仍需深入探讨。前人在重点层系埋藏热演化史、油气成藏定年、含烃包裹体和原油稳定性等方面开展了研究，但超深储层中烃类与矿物基质、地层水的相互作用对油气演化和保存的影响作用还需深化研究。本文以塔里木盆地顺托果勒地区奥陶系埋藏-热演化史和古压力变化为约束条件，开展油藏演化系列模拟实验，在逼近地下储层油气赋存状态、上覆压力、地层流体性质和压力条件下，重建了烃类热演化过程。结果表明，温度是原油裂解的主动力，油藏经历的最高古地温及持续时间是控制现今油气相态的决定性因素，而在VR_o<2.0%时，地层水、灰岩储层介质环境等延缓了原油的裂解，有利于油藏的保存。对顺托果勒地区早期充注原油的保存能力进行了初步评价，早期充注原油在顺北地区保存指数为67%～100%,顺南地区为17%～50%,推测顺北地区液态烃大量消亡的深度下限在10 000 m左右。     

塔里木盆地顺北地区奥陶系超深层油藏蚀变作用及保存

塔里木盆地顺北地区超深层垂深为7 200~7 863.6 m的奥陶系一间房-鹰山组储层中发现了挥发油藏和轻质油藏，油藏赋存深度下限不断突破传统认识.使用地球化学方法研究了顺北地区不同断裂带油气藏的地球化学特征及蚀变作用.顺北地区不同断裂带原油均具有轻碳同位素特征，C₂₃三环萜烷/C₂₁三环萜烷>1，C₂₈甾烷含量低的特点，三芴系列组成中具有较高含量的二苯并噻吩含量，表明与塔河原油具有相似的母源.（C₂₁+C₂₂）甾烷/（C₂₇~C₂₉）甾烷、C₂₇重排/C₂₇规则甾烷、甲基菲指数和二苯并噻吩系列成熟度表明顺北地区原油成熟度呈现1号断裂带（含分支断裂）≈3号断裂带>次级断裂带>5号断裂带>7号断裂的特征，原油成熟度受控于油藏初始静温.顺北地区奥陶系天然气均为湿气，天然气甲烷碳同位素分布范围为-50.7‰~-44.7‰，不同断裂带天然气成熟度的差异与不同断裂带原油成熟度的分布规律相似.顺北地区原油（4+3）甲基双金刚烷含量较低，分布范围为9.25~36.44 μg/g，指示原油裂解程度较低.原油中均可检测出完整系列的低聚硫代金刚烷，含量分布范围为0.76~18.88 μg/g，表明原油硫酸盐热化学还原作用（TSR）弱，顺北地区天然气为湿气及甲烷碳同位素轻表明油气藏未遭受气侵作用.地温研究表明顺北地区地温梯度低，为2.12℃/100 m，埋深8 000 m的地层目前仅为160~170℃，地质历史时期，奥陶系地温未超过170℃，未达到原油大量裂解温度的门限.顺北地区奥陶系长期的低地温加之油气藏蚀变作用弱，是顺北地区奥陶系保持挥发油相的关键.      

原油热模拟实验中重排藿烷类变化特征及其意义

通过对TZ62井原油进行热模拟实验,探讨热演化程度对原油中重排藿烷类化合物形成分布的影响及其地球化学意义。实验发现：在400～500 ℃阶段,随着热演化程度的增加,原油中高碳数微晶蜡类长链化合物热裂解和原油中的沥青质热降解作用对重排藿烷的形成具有贡献作用。在500～550 ℃对应的原油裂解高峰阶段,藿烷类化合物浓度明显降低,且17α(H)-藿烷比重排藿烷类化合物具有更快的热裂解速率。在温度为550～600 ℃阶段,较高的热演化程度对17α(H)-藿烷甲基重排作用形成重排藿烷具有贡献作用。重排藿烷参数(17α(H)-重排藿烷/17α(H)-藿烷、Ts/Tm)在400～500 ℃变化较弱,几乎不受热演化程度的影响;在500～550 ℃的原油裂解高峰阶段,逐渐增大;在550～600 ℃发生反转,逐渐减小。重排藿烷参数可作为高成熟阶段原油成熟度判识的有效参数,其有效应用范围是生油窗晚期至原油裂解高峰期。     

原油裂解成气反应机理、介质影响因素与判识评价

原油裂解成气是近年来天然气勘探领域重大的理论进展之一,其直接关系到勘探工作的决策和部署.对原油裂解气的裂解反应机理、介质影响因素与判识评价进行了较为详细的总结和评述,认为常用的原油热裂解一级动力学模拟模型可能不适合于地质温度条件下特别稳定的重烃气体;地质温度条件下原油加氢裂解的重要性可能被忽视;疏导体系及储层条件下的重烃反应损耗也是形成实际天然气藏的重要途径之一;目前的判识评价指标尚不能从本质上反映原油裂解气与干酪根裂解气的差异.     

塔里木盆地哈得逊油田东河砂岩油藏原油特征和倾斜油-水界面成因初探

塔里木盆地哈得逊油田东河砂岩油藏内部存在着由北向南原油密度等物性呈现规律变化的特征.西北部的"重质油"（密度>0.34 g/cm³）与中-南部的"轻质油"（密度<0.34g/cm³）来源于同一套烃源岩,但原油族组成、原油成份等方面的特征存在着较大的差别.东河砂岩油藏的原油可能不是直接来自于烃源岩,而是来源于古油藏,原油物性的差异是晚喜马拉雅运动导致晚海西期形成的古油藏发生调整并在运移过程中造成的成份分异等原因所致.哈得逊鼻隆构造高点至今仍在迁移,东河砂岩油藏正处于充注、调整之中,导致了其油-气-水界面的大幅度倾斜.     

一个典型的寒武系油藏:塔里木盆地塔中62井油藏成因分析

塔里木盆地志留系沥青砂岩广泛发育,主要原因是来源于寒武系的原油在进入志留系储层后区域性的抬升剥蚀使油藏遭到严重破坏,但到目前为止,究竟是寒武系烃源岩还是中上奥陶统烃源岩或是两者都对现今的志留系沥青砂岩中的有机质有贡献还不清楚.对塔中62井原油的化学组成和油源的分析表明,其甾萜类组成具有寒武系烃源岩的组成特征,反映该油藏原油主要来源于寒武系.另一方面,塔中62井砂岩透镜体被泥岩圈闭,油藏具有较好的保存条件,且后期中上奥陶统生成的烃类难以充注进入油藏.塔中62井志留系油藏破坏作用较弱、保存较好,是塔里木盆地在志留系发现的第一例来源于寒武系的油藏.     

古油藏及其对天然气藏的控制作用研究进展

综述了古油藏的相关概念、发展历史与进程,古油藏研究进展表现在早期的古油藏的发现与证实,中期的储层固体沥青-成藏成矿流体关系研究,晚期的古油藏与现今气藏研究3个方面;刻画了古油藏研究今后的重点,主要包括未有钻井资料地区古油藏规模的确定、古油藏成藏—金属成矿耦合动力学机制、古油藏成藏—破坏过程的动态恢复,以及古油藏研究方法的系统化与信息化等方面的研究。同时,探讨了古油藏对现今天然气藏的控制作用:古油藏原油是优质气源岩,沥青质是天然气藏的良好封堵层;油藏原油裂解时圈闭开放度与现今气藏成藏率成正比;油藏与现今气藏在位置上的继承性更加有利于裂解气藏的保存。     

定量表征原油裂解程度的模拟实验研究

原油裂解程度反映了原油在地质体中经历高演化阶段后向天然气转变的程度。定量表征原油裂解程度．可为原油裂解气资源量的评价提供重要依据。本文在模拟实验研究的基础上,综合分析讨论了原油热裂解过程中化学组分的变化特征,包括化合物组成和浓度的变化,这些变化特征是原油裂解程度量化描述的基础。因此,可建立模拟实验过程中原油裂解程度与变化特征参数之间的定量关系,将这种定量关系应用于塔里木盆地台盆区海相原油研究,从而为研究区海相原油裂解程度的研究提供一种参考方法和标准。     

塔里木盆地原油高压条件下裂解成气的化学动力学模型及其意义

针对塔里木盆地油藏保存深度明显大于其它沉积盆地的实际情况,本文设计进行了可以模拟塔里木盆地高压条件的油裂解成气实验.不同压力条件下的实验产物特征和产率表明,压力的确对油裂解成气过程有明显影响.由带压条件下的实验数据所建立和标定的化学动力学模型显示,轻质油较正常油成气的活化能高.与由非高压条件下油裂解成气实验所得化学动力学参数相比,高压条件下油裂解成气的加权平均活化能明显偏高.从而定量证明了高压对油裂解成气进程的抑制作用及含杂原子较少的轻质油更难裂解成气的实质。