多参数综合判识凝析油成熟度——以东海盆地某构造带凝析油为例

唐友军　(长江大学油气资源与环境研究所；长江大学地球环境与水资源学院，湖北 武汉 430100)

李梦茹，高梦莲，马晓峰,魏民，文影，张坤(长江大学地球环境与水资源学院，湖北 武汉 430100)

多参数综合判识凝析油成熟度——以东海盆地某构造带凝析油为例

唐友军(长江大学油气资源与环境研究所；长江大学地球环境与水资源学院，湖北 武汉 430100)

李梦茹，高梦莲，马晓峰,魏民，文影，张坤(长江大学地球环境与水资源学院，湖北 武汉 430100)

[摘要]成熟度是表征原油成因类型的重要地球化学指标,因此选择有效的评价参数显得很重要。利用多种衡量成熟度的化学参数(新藿烷、正庚烷与异庚烷、原油生成温度、烷基二苯并噻吩类化合物以及金刚烷类化合物),对东海盆地某构造带凝析油成熟度进行综合分析,认为金刚烷类化合物参数对于研究区成熟度的判识最为有效,最终折算出镜质体反射率大致介于0.90%~1.35%,属于成熟-高成熟原油。而轻烃参数由于研究区蒸发分馏现象严重,导致其值偏低而造成成熟度偏低的假象;烷基二苯并噻吩类化合物可能受到热力作用影响而导致结果略低于金刚烷类化合物参数。

[关键词]凝析油;成熟度;轻烃参数;烷基二苯并噻吩;金刚烷

对于正常的原油，蕴含较高丰度的生物标志化合物，其成熟度的确定并不困难，如利用甾烷的异构化参数识别原油成熟度是较为成熟的手段。但相对于热演化程度较高的凝析油，生物标志化合物异构化指标已达平衡或裂解消失，原油成熟度厘定就变得非常困难。所以笔者以前人总结的多种成熟度参数为依据，以东海盆地某构造带凝析油为剖析对象，旨在通过对多种成熟度参数的综合研究，找出有效识别凝析油成熟度的指标，为准确认识原油成因类型奠定基础。

研究区位于东海陆架盆地东部凹陷的北部，是北北东向展布的狭长型新生代沉积凹陷，面积约4.6×104km2,为典型的煤系地层，母源有机质类型以腐殖型为主[1]，该区以产出天然气、凝析油为主。

1样品与试验

10件凝析油样品采自东海盆地某构造带。气相色谱试验使用的是Agilent 6890NGC型色谱仪，对原油进行全烃馏分的分析。检测条件：色谱柱为HP-PONA(50m×0.25mm×0.5μm)，氢火焰检测器温度为280℃。升温程序：初温35℃，恒温10min；以0.5℃/min速率升温至60℃；再以2.0℃/min 升至200℃；后以升温速率4℃/min 升至280℃；载气为氮气，柱流速为1.0mL/min，分流比100∶1。

2凝析油成熟度参数特征

2.1　正庚烷与异庚烷

Thompson[2,3]于1975年发现原油随着油气成熟度的增加，烷基化程度也会增加，从而提出利用正庚烷值((正庚烷×100%)/(环己烷+2-甲基己烷+1,1二甲基环戊烷+2,3二甲基戊烷+3-甲基己烷+1，顺，3-二甲基环戊烷+1，反，3-二甲基环戊烷+1，反，2-二甲基环戊烷+3-乙基戊烷+2,2,4-三甲基戊烷+正庚烷+甲基环己烷))和异庚烷值((2-甲基己烷+3-甲基己烷)/(1,顺，3-二甲基环戊烷+1，反，3-二甲基环戊烷+1，反，2-二甲基环戊烷))来区分原油的成熟度。在此基础上，程克明等[4]在1987年通过采集中、新生界陆相原油和凝析油样品，分析其中的轻烃组成特征，认为二者之间存在指数关系。

笔者对研究区样品进行C7轻烃分析，谱图特征见图1。通过计算绘制了正庚烷值和异庚烷值的关系图(图2)，多数样品正庚烷值<20%，异庚烷值<1.0，属于低成熟原油，少数落在正常原油范围，其结果可能与研究区域主要产出凝析油和天然气的事实不符。事实上，根据王培荣等[5]研究发现，很多地区的原油因受到次生蚀变(如蒸发分馏)和混源作用的影响，其正庚烷值和异庚烷值都呈现下降的趋势，并且其变化程度会随着次生蚀变和混源程度强弱的不同而有所差异，从而导致原油会出现“较轻”组分成熟度不高的假象。基于此，希望单一地用该种方法来准确判别原油成熟度是欠妥的。

图1　研究区典型凝析油样品中轻烃化合物分布图(A2样品)

图2　研究区正庚烷值和异庚烷值关系图

2.2　原油生成温度

原油从烃源岩排出，然后运移至储层的埋藏深度称为原油生成深度，其对应的地温称为原油生成温度。

Mango[6]发现2,3-二甲基戊烷(2,3-DMP)和2,4-二甲基戊烷(2,4-DMP)的对数值与原油生成温度之间存在线性关系。Bement等[7]通过对不同盆地的不同轻烃资料分析，推导出了计算原油最大生成温度tmax的方法:

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

经计算，研究区10件凝析油样品原油生成温度分布在119.4～129.8℃范围内，折算出镜质体反射率(Ro，c1)分布在0.79%～0.92%，整体表现为成熟原油(表1)。

2.3　新藿烷成熟度参数

笔者通过样品分析数据，计算得出新藿烷成熟度参数[8,9]Ts/(Ts+Tm)偏低(0.15～0.47)，可能是因为该区主要为煤系地层，而煤层有机质中Tm含量较高，所以导致Ts/(Ts+Tm)偏低。因此Ts/(Ts+Tm)不适合作为研究区成熟度参数指标。

2.4　烷基二苯并噻吩类化合物参数

笔者在研究区10件原油样品的质量色谱图中，均检测到了甲基二苯并噻吩和二甲基二苯并噻吩系列化合物，并根据上述成熟度参数的定义，通过K1、K2分别计算出研究区Ro，c2为0.80%～1.17%，Ro，c3为0.91%～1.37%，整体表现为成熟-高熟原油(表1)。

表1　研究区各类成熟度参数及计算出的镜质体反射率

注：Ro，c1=(0.0123tmax- 0.6764)×100%；Ro，c2=(0.14K1+ 0.57)×100%； Ro，c3=(0.35K2+ 0.46)×100%；

2.5　金刚烷成熟度参数

金刚烷类化合物是原油中一种小分子，热稳定性好，笼型的结构类似于金刚烷的烃类化合物，存在于原油的饱和烃馏分中，它一般是多环烃类在高温热力作用下聚合反应的产物。由于很多地区原油热演化程度较高，生物标志化合物等参数在热力作用下遭到破坏，原油成熟度的厘定变得非常困难，而金刚烷类化合物在地质演化过程中性质极其稳定，一旦形成不易受到热降解和生物降解的破坏，也一般不受沉积环境以及有机质输入的影响。因此金刚烷类化合物在地质研究领域有着广泛的应用，如原油成熟度的确定，油气裂解程度的分析，母源有机质类型的判断，及生物降解和油源对比等[12]。

目前，由于取代基团性质、数量以及位置的不同，已经发现的金刚烷类化合物有数十种，当前研究较多的主要是单金刚烷、双金刚烷和三金刚烷系列化合物。研究发现，烷基取代的位置很大程度上决定了金刚烷化合物的稳定性:甲基位于“桥碳” 位置的1-甲基单金刚烷(1-MD)和4-甲基双金刚烷(4-MD), 比相应的甲基位于季碳的金刚烷化合物热稳定性高。因此，甲基金刚烷化合物的热稳定性关系为： 1-MA>2-甲基单金刚烷(2-MA)； 4-MD >1-MA 和3-甲基双金刚烷(3-MD)[12]，所以，研究金刚烷类化合物在热力作用过程中异构体构型的转变可以为原油成熟度的研究提供一定的信息。基于此，陈军红等[13]通过对塔里木、鄂尔多斯和莺琼盆地等地的多个原油、凝析油及生油岩样品的分析，提出了2项金刚烷类化合物的指标来评价原油和凝析油的热成熟度，即甲基单金刚烷成熟度指数IMA和甲基双金刚烷成熟度指数IMD。并且发现上述2项指标在原油和生油岩热演化历史中均呈现规律的变化，即随着热力作用的增加，2项指标值也在增加。基于此，陈军红等[13]随后建立了IMD和镜质体反射率的对应关系(表1)。

笔者通过对样品的分析，检测出的金刚烷类化合物谱图特征见图3，并且根据样品数据利用上述关系式，计算出Ro，c4为1.01%～1.63%。

图3　研究区金刚烷类化合物谱图(A2样品)

3结果与讨论

通过各种成熟度参数显示，轻烃类参数由于研究区存在严重的蒸发分馏现象，使残余油中的轻烃含量下降，导致原油会出现“较轻”组分成熟度不高的假象。烷基二苯并噻吩类化合物参数所计算的Ro，c2为0.80%～1.17%，金刚烷参数所计算的Ro，c4为1.01%～1.63%。文献资料显示，上述2类化合物在地质演化过程中都具有良好的稳定性,二者成熟度范围存在的微小差异，可能是由于在地质热演化过程中，烷基二苯并噻吩类化合物受到热力作用影响导致结果略低于金刚烷类化合物参数。但上述2个参数研究结果均显示研究区原油属于成熟-高成熟阶段，以凝析油为主。因此，综合折算出镜质体反射率为0.90%～1.35%可能更接近于真实的原油热演化程度。

本文属长江大学2014年大学生创新创业计划项目(2014003)产出论文。

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[编辑]邓磊

[引著格式]唐友军，李梦茹，高梦莲，等.多参数综合判识凝析油成熟度[J].长江大学学报(自科版) ,2015,12(26):1~4.

[中图分类号]TE122.1

[文献标志码]A

[文章编号]1673-1409(2015)26-0001-04

通信作者：

[作者简介]唐友军(1975-)，男，副教授，博士生，现从事地球化学方面的教学与科研工作；李梦茹，543198496@qq.com。

[收稿日期]2015-05-02