柴达木盆地狮子沟油田油气运移地球化学特征.pdf
4 4 石油天然气学报 江汉石 油学院学报 2 0 0 8 年 1 0 月第3 o 卷第5 期 J o u r n a l o f Oi l a n d G a s T e c h n o l o g y J . J P I O c t . 2 0 0 8 V o 1 . 3 0 N o . 5 柴达木 盆地狮 子沟油 田油气运移地球化学特征 l冻 炼 长江大学化学与环境工程学院, 湖 北荆州4 3 4 0 2 3 张敬文 ,陈 鹤 ,张春 明 长江大学地球化学系, 湖北荆州4 3 4 0 2 3 [ 摘要]利用咔唑类化合物作为油气运移示踪剂,探讨柴达 木盆地狮子 沟油田的油 气运 移与运 聚特 征。生 物标志物的组成显示狮子沟上第三系原油均具 高伽马蜡 烷含量和低 姥鲛 烷与植烷 比值 .暗示其单 一盐湖 相源岩特征。原 油样 品均检 出丰富的咔唑类化合 物,其总浓度 在油 区范 围内呈现 规律 性 的变化 从东 南 至西北依次降低 ;咔唑类运 移参数也呈现相似 的变化规律 。这 些规律 性的 变化预示 了该油 田原油 的运 移 与聚集特征,这 一特 征也得到 了原油成熟度 规律性交化的佐证 。 [ 关键词]咔唑类化合物、生物标志物、油气运秽、狮子沟油田、柴达木盆地 [ 中图分类号]TE l 2 2 . 1 2 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 0 8 O 5 0 0 4 4一 O 4 随着分离和测试手段的不断提高,咔唑类含氮化合物的地球化学研究业已取得 了长足进展[ 1 ] ,并 成功应用予示踪油气运移与聚集口 ] 。近期研究显示,除原油运移分馏作用外 ,原油 中咔唑类化合物的 分布特征受多种因素影响 热演化程度[ 5 ] ,沉积环境[ s - z o ] ,甚至生物降解[ 1 妇等。因此 ,在应用咔唑 类含氮化合物分布示踪油气运移时 ,应全面考察影响原油中咔唑类化合物的各种因素。不过 ,在大多数 情况下 ,原油的运移分馏作用是控制咔唑类化合物分布的主要因素之一[ 1 。 . 1 2 ] 。笔者 以狮子海油田上第 三系 N 原油为主要研究对象 ,通过剖析原油生物标志物组成 ,特别是 咔唑类含氮化合物的组成及 分布特征,拟揭示其非均质性在油藏空间上的变化规律 ,探索油气运移与聚集特征 。 1 样品与试验 狮子沟油田位于柴达木盆地西部南区的茫崖坳陷亚区,毗邻阿尔金斜坡,是狮子沟一 油砂 山背斜构 造带上的一个三级构造,为一顶部宽缓的短轴箱状背斜 。 ;主要为岩性一 构造油藏。原油样品取 自油田 上第三系油藏 N ,基本覆盖了整个含油区域。 原油中有机含氮化合物的分离是采用两步分离法实现的[ 1 ] 。中性含氮化合物的 GC / MS分析在 HP 6 8 9 0 5 9 7 3色谱一 质谱仪上完成 。色谱柱为 HP - 5弹性石英毛细管柱 3 0 m0 . 2 5 ram0 . 2 5 m ,载气 为氦 。程序程序初温 5 O ℃,恒温 5 mi n ;以 8 ℃/ mi n速率升至 2 0 0 ℃,再 以4 ℃/ mi n升至 3 2 0 ℃。采用 多离子检测。二甲基咔唑的定性分析参见文献 [ 1 4 3 。主要的试验结果列于表 1 。 表 1 狮 子沟油 田上 第三系原油基本地球化学参数 井号 井段/ m 层位 a b c d e f g h i N t 0 . 8 6 0 . 2 9 0 . 7 6 I . I 1 0. 5 2 1 O . 4 4 0 . 5 7 0 . 7 7 0 . 4 5 N1 0 . 9 4 0. 3 3 O . 8 4 1 . 4 1 0 . 4 3 1 0 . 9 7 0 . 5 4 0 . 8 3 0 . 5 5 N1 0 . 9 3 0 . 3 2 0 . 9 O 1 . 4 2 0. 41 7 . 4 3 0 . 5 5 0 . 8 Z 0 . 5 5 Nl 0 . 9 0 0. 3 0 0 . 9 6 I . 6 4 0 . 3 9 8 . 9 5 0 . 5 8 0 . 7 8 0 . 5 O N1 0 . 8 8 0. 2 7 0 . 8 7 I . 4 4 0. 3 6 2 . 8 8 0 . 6 2 0 . 9 4 0 . 5 8 Nl 0 . 8 7 O. 2 6 0 . 8 7 1 . 4 5 0 . 3 4 2 . 9 8 0 . 6 1 0 . 9 1 0 . 6 O 狮中 2 4 狮中 1 9 狮中 2 X1 狮中 3 0 狮中 9 狮中 1 1 1 2 8 9 ~ 1 2 8 9 . 8 1 2 8 3 ~ 1 41 1 . 7 1 4 2 0 1 4 4 1 . 7 l 1 5 9 ~ 1 3 8 8 . 2 1 5 4 2 . 4~ 1 5 7 3 . 1 1 3 9 2 . 5~ 1 4 3 0 . 1 [ 注]a 为C P I 2 0 3 0 I b 为 P r / P h ,c 为伽马蜡烷/ C s o 藿烷;d 为C s s / C s 4 藿烷l e 为甾烷C z 9 s / s RI f 为含氮化合物总浓度, g g 一 ;g为 1 。8 - / 1 ,5 - 二 甲基咔唑 ,h为 1 ,8 - / 2 ,4 --}i 为 1 .3 一 / 2 ,4 - 二 甲基咔哩 。 ● [ 收稿日期]2 0 0 8 0 3 1 2 C 作者简介]陈炼 1 9 8 1 - ,女,2 0 0 2 年大学毕业 , 讲师,现从事有机地球化学的教学与科研工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 0卷第 5期 陈炼等 柴达木盆地狮子沟油田油气运移地球化学特征 2 结果与讨论 2 . 1 生物标 志化合物 的组成 前 人对柴 西南区原 油的地 球化 学特征 业 已有较 详细 报道 l l “ ] ,笔 者 观察 到相 似 的结果 。在 此 ,笔 者对 狮子沟上 第三系原 油生 物标志 物组成 最典 型分布 特征简述 如下 。①原油 样 品具有 丰富 的正构烷烃分 布 ,看不 出微 生物降 解 的迹 象 。在 C 。 。 ~C 。 。 范 围 内呈现 出明 显 的偶碳 优 势 ,C P 1 值 分 布 于 0 . 8 6 ~0 . 9 4 之 问 ,预示一 厌氧一 还原 的油 源环境 。② 另一典 型的特 征是 类异 戊二 烯 烷 烃分 布 呈现 强植 烷 优 势 ,异 常 低 P r / P h ,且 比值 变化不大 O . 2 6 ~O . 3 3 , 同样预 示其 源 岩形 成 于强 还原 沉 积环 境 。③ 在萜 烷 的分 布 中 ,所有样 品均表现 出升藿 烷 的 “ 翘 尾 巴” 分布 模 式 C 。 。 藿烷 丰 度 比 C 。 高 ,C 。 。 / c 。 藿烷 比值 分布 在 1 . 1 l ~1 . 6 4之间。④所有样品均检出相当高的伽马蜡烷含量,伽马蜡烷/ c 。 。 藿烷的比值分布于 0 . 7 6 ~ 0 . 9 6之间 ,预示 源岩沉 积水体 的分层 性【 1 。 及 强还原 高盐度特 征[ 1 。 上述生物标志物组成特征 ,同样预示狮子沟原油源于典型的盐湖相沉积环境L l l 7 j 。此外,生物标 志物组成在狮子沟油 田中的变化不大 表 1 ,预示其原油属于同一成因类型 ,可能源于同一油灶。 2 . 2 咔唑类化合 物 G C / MS分析表明,狮子沟原油中含有丰富的咔唑类系列化合物。图 1 展示原油样品典型咔唑类化 合物的分布特征。总体来看 ,分子量相对较低 的化合物 咔唑、c 。 一 咔唑 、c 一 咔唑的相对丰度较高; 而分子量相对较高的 C 一 咔唑、C 一 咔唑的丰度相对较低。在甲基咔唑的分布中,1 一 甲基咔唑常具最高相 对 丰度 ,而 3 一 甲基咔 唑常显最 低 相对 丰 度 。在 C 。 一 咔 唑 的分布 中 ,屏蔽 型 的 1 ,8 一 二 甲基 咔唑 常具 较高 相对丰度;部分屏蔽型化合物的丰度一般均较高,但 1 ,3 一 、1 ,6 一 二 甲基咔唑常具较低丰度 ;全裸型异 构体常表现出相对较低的相对丰度 ,尤其是具有相邻甲基取代的化合物 2 ,3 一 、3 ,4 一 二甲基咔唑丰 度常 具相对最 低值 。 图 1 咔唑类化合物的质量色谱图 2 . 3 咔唑类化 合物 的分布 与油气 运移 含有氮原子杂环的咔唑类分子具有较强的极性,通过氮原子上键合的氢原子与地层 中的有机质或粘 土矿物上的负电性原子 如氧原子构成氢键 ,使得部分咔唑类分子滞留于输导层或储层中,从而在油 气运移途中出现咔唑类的地色层分馏效应L 1 ] 。随运移距离的增加 ,咔唑类运移分馏效应主要表现为以下 2个方面 ①含氮化合物的绝对浓度逐渐降低 ;②屏蔽型异构体 如 1 ,8 一 二 甲基 咔唑相对富集,暴 露型异构体 如 2 ,4 一 、2 ,6 一 二甲基咔唑等相对减少。 从表 1 可以看出,咔唑类化合物总浓度具有明显规律性的变化。位于油 田东南边的狮中 1 9井、狮 中 2 4井原油中咔唑类化合物 总浓度相对最高,分别为 1 O . 9 7 、1 0 . 4 4 / , g / g 。位于油 田中部的狮中 3 O井 和狮中 2 X 1井原油样品中咔唑类化合物总浓度相对有所降低 ,分别为 8 . 9 5 、7 . 4 3 / g / g 。而位油田西边 的狮中 9 井和狮 1 1 井原油样品则表现出相对最低浓度 ,分别为 2 . 8 8 、2 . 9 8 g / g 。由此 以看出,整个油 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 如 ∞ ∞ ∞ ∞ 1 l I 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油天然气学报 江汉 石油学院 学报 2 0 0 8 年 1 0 月 田咔唑类化合物总浓度的变化是从东向 西具依次降低的变化趋势 图 2 ,这一 变化 趋 势 预 示 了其 油 气 运 移 与 聚 集 特 征 。 有关咔唑类化合物运移参数在油 区 范围内也显示 出相 似 的 变化 趋势 表 1 。参 数 1 ,8 - / 2 ,4 一 二 甲基 咔唑 、I , 8 - / 1 ,5 - -- 甲基 咔 唑 、以 及 1 ,3 - / 2 ,4 一 二 甲基 咔唑 于油 田东 南 区的 狮 中 2 4井 、 狮 中 1 1井 原 油 样 品呈 现 出较 低 值 ,位 于油 田西 部 的狮 中 1 1井 和 狮 中 9井 原 油样品则具有相对较高值 ,而位于中间 的狮 中 3 O和狮 中 2 X l井 原油 一 般具 有 不太明显的中间值特征 表 1 。总体来 看 ,上述参数在油区范围内从东 向西呈 图 2 狮 子沟油 田上第三 系油藏油气运移 与聚集特征 现出逐渐增大的趋势。这一趋势性的变化特征与上述咔唑类化合物总量所表征的运移方向完全一致,再 次证明了狮子沟油田上第三系油藏原油的运移指向为从东南至西北 图 2 。 此外 ,原油成熟度参数 甾烷 C z 。 s / s R在油藏空间也呈现出明显规律性的变化 表 1 。位于油 田东南区的狮中 2 4井和狮中 l 9井原油成熟度较高 O . 4 3 ~O . 5 2 ;位于西北区的狮中 1 l 井和狮 中 9 井 原油成熟度相对较低 0 . 3 4 ~O . 3 6 ;而位于油田中部的狮中 3 O井和狮中 2 X1井原油成熟度参数值居 中 O . 3 9 “ - 0 . 4 1 。原油成熟度的这一 由东南至西北的梯度变化特征 ,与咔唑类分布特征具有 良好 的对 应性,这从另一角度佐证了对上述有关咔唑类化合物对油气运移与聚集的指示 图 2 。 3 结 语 生物标志物分布特征的相似性 ,表明狮子沟油田上第三系油藏的原油属同一成 因类型 ,预示其油源 单一 。原油中咔唑类化合物的总浓度及相关运移参数在油区范围内规律性的变化 ,预示狮子沟油田上第 三系原油总体具有从东向西的运聚特征 ,同时也暗示其油源位于该油田的东面,有助于油源的追踪。原 油成熟度在油区范围内的规律性的变化 ,与咔唑类化合物分布特征变化具有颇佳的一致性 ,这进一步证 实了咔唑类化合物对狮子沟油 田原油运聚的指示 。 [ 参考文献] 1 1 3 L i M,L a r t e r S R ,S t o d d a r t D .e t a 1 . F r a c t io n a t i o n o f p y r r o l i c n i t r o g e n c o m p o u n d s i n p e t r o l e u md u r i n g m i g r a t i o n , d e r i v a t i o n o f mig r a t i o n - r e l a t e d g e o c h e mi c a l p a r a me t e r s[ J ].T h e Ge o c h e mi s t i y o f R e s e r v o i r s ,1 9 9 5 , 8 6 l 1 O 3 ~1 2 3 . [ 2 ]L a t t e r S R,B o wl e r B F J ,L i M,e t a 1 .Mo l e c u l a r i n d i c a t o r s o f s e c o n d a r y o i l mi g r a t i o n d i s t a n c e[ J ] .Na t u r e ,1 9 9 6 ,3 8 3 l 5 9 3 5 9 7 . [ 3 ]王铁冠 ,李素梅,张爱云 等 .利用原油含氮化合物研究油气运移 [ 刀 .石油大学学报 自然科 学版 ,2 0 0 0 ,2 4 4 t 8 3 8 6 . [ 4 ]刘洛夫 .塔里木盆地群 4井原油吡咯类含 氮化合 物地球化学研究 [ J ].沉积学报 。1 9 9 7 ,1 5 2 1 8 4 1 8 7 . [ 5 ]C / e g g H。Wi l k e s H,Ol d e n b u r g T,e t a 1 .I n fl u e n c e o f ma t u r i t y o n c a r b a z o l e a n d b e n z o c a r b a z o l e d i s t r i b u t i o n s ’i n c r u d e o i l s a n d s o u r c e r o c k s fr o m t h e S o n d a d e C a mp e c h e[ J ].Or g a n i c G e o c h e mi s t r y ,1 9 9 8 ,2 9 1 ~3 I 1 8 3 1 9 4 . [ 6 ]Ha r r i s o n E , T e l n a e s N。Wi l h e l m s A.e t a 1 .Ma t u r i t y c o n t r o l s o n c a r b a z o l e d i s t r i b u t i o n s i n c o a l s a n d s o u r c e r o c k s . I n P o s t e r S e s s i o n s f r o m t h e 1 8 t h I n t e r n a t i o n a l Me e t i n g o n O r g a n i c G e o c h e mi s t r y[ J ].Ma a s t r i c h t , S e p t e mb e r 1 9 9 7 . 2 2 2 6 . [ 7 ]Ho r s fi e l d B,C l e g g H,Wi l k e s H,e t a 1 .Ma t u r i t y c o n t r o l o f c a r b a z o l e d i s t r i b u t i o n i n p e t r o l e u m s y s t e ms口].Na t u r ws s e n s c h a f t e n , 1 9 9 8, 8 5t 2 3 3 ~ 2 3 7 . E 8 ]C l e g g H,Wi l k e s H,Ho r s f i e l d 13 .C a r b a z o l e d i s t r i b u t i o n s i n c a r b o n a t e a n d c l a s t i c s o u r c e r o c k s[ J ].G e o c h imi c a e t C o s mo c h i mi ca A c t a , 1 9 9 7,6 1 2 4 l 5 3 3 55 3 4 5 . 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 O卷第 5 期 陈炼等 柴达木盆地狮子沟油 田油气运移地球化学 特征 4 7 r 9 ]Ba kr M M Y . W il k e s H . Thc inf l u e n e e o f f a c i e s a nd d e p o s i t i o n a l e n v i r o n me n t o n t h e o c c u r r e n c e a n d d i s t r i b ut i o n o f c a r b a z o l e s a n d b c n z o c a r h a z o l e s i n c r u d e o i l s a c a s e s t u d y f r o m t h e Gu l f o f S u e z ,E g y p t[ J ].Or g a n i c Ge o c h e mi s t r y ,2 0 0 2 ,3 3 5 5 6 l ~5 8 0 . [ 1 0 ]B e n n e t t B ,L a g e r A,R u s s e l l C A,e l a 1 .Hy d r o p y r o l y s i s o f a l g a e , b a c t e r i a , a r c h a e a a n d l a k e s e d i me n t s ; i n s i g h t s i n t o t h e o r ig in o f n i t r o g e n c o mp o u n d s i n p e t r o l e u m[ J ].Or g a n i c Ge o c h e mi s t r y ,2 0 0 4 ,3 5 1 1 ~1 2 1 4 2 7 1 4 3 9 . [ 1 1 ]Z h a n g C,Me t B,L a r t e r S,e t “ f .E f f e c t s o f b i o d e g r a d a t i o n o n t h e d i s t r i b u t i o n o f a l k y l c a r b a z o l e s i n c r u d e o i l s[ J ].C h i n e s e J o u r n a l of Ge o c h e mi s t r y, 2 0 0 2 , 21 2 1 4 0 ~ 1 4 6 . r 1 2 1 L i M。F o wl e r M G,Ob e r n l a j c r M, t Ⅱ .Ge o c h e mi c a l c h a r a c t e r i s a t i o n o f Mi d d l e D e v o n i a n o i l s i n Nw Al b e r t a ,C a n a d a p o s s i b l e s o u r c e a n d ma t u r i t y e f f e c t o n p y r r o l i c n i t r o g e n c o mp o u n d s[ J ].Or g a n i c Ge o c h e mi s t r y ,1 9 9 9 ,3 0 9 ;1 0 3 9 ~1 0 5 7 . [ 1 3 ]漆亚玲 ,汪立群,彭德华 等 .柴达木盆地西部第三系天然气成 因类型分布预测 [ 刀 .沉积学报 ,2 0 0 6 ,2 4 6 9 1 0 ~9 1 6 . [ 1 4 ]B o wl e r B,L a t e r S,Cl e g g H,e t a 1 .Di n 1 e t h y l c a r b a z o l e s i n c r u d e o il s C o mme n t o n l i q u id c h r 0 ma t o g r a p h ic s e p a r a t i o n s c h e me s f o r p y r r o l e a n d p y r id i n e n i t r o g e n a r o ma t i c h e t e r o c y c l e f r a c t i o n s f r o m c r u d e o i l s s u i t a b l e f o r r a p i d c h a r a c t e r i z a t io n o f g e o c h e mi c a l s a mp l e s [ J ]. An a l y t i c a l Ch e mi s t r y,1 9 9 7, 6 9 3 1 Z 8 ~ 3 1 2 9 . [ 1 8 3 S i n n i n g h e Da ms t 8 J ,Ke n i g F,Ko o p ma n s M P,e t a t .E v i d e n c e f o r g a mma c e r a n e a s a n i n d i c a t o r o f wa t e r c o l u mn s t r a t i f i c a t i o n[ 】 ]. Ge o c h i n fic a e t Co s mo c h i mi c a Ae t a 。 1 99 5, 5 9 9 1 8 9 5 ~ 1 9 0 0 . [ 1 9 ]F u j ,S h e n g G,Xu J ,e t a 1 .Ap p l i c a t i o n o f b i o l o g i c a l ma r k e r s i n t h e a s s e s s me n t o f p a l e o e n v l r o n me n t s o f Ch i n e s e n o n ma r i n e s e d i me n t s[ J ].Or g a n i c Ge o c h e mi s t r y ,1 9 9 0 ,1 6 4 ~6 7 6 9 ~7 7 9 . [ I 7 3 Ha n s o n A D.R i t t s B D,Z i n n i k e r D.e t a 1 .Up p e r Ol i g o e e n e l a c u s t r i n e s o u r c e r o c k s a n d p e t r o l e u m s y s t e ms o f t h e n o r t h e r n Qa i d a m b a s i n ,n o r t h w e s t Ch i n a[ J ].Ame r i c a n As s o c i a t i o n o f P e t r o l e u m Ge o l o g i s t s B u l l e t i n ,2 0 0 1 ,8 5 4 l 6 0 1 ~6 1 9 . [ 1 8 ]朱扬睨 .苏爱 国 .柴达木盆地题部第三 系成水湖相原油地球化学特征特征 [ J ].地质科学 ,2 0 0 4 ,3 9 4 4 7 5 ~4 8 5 . [ 1 9 ]Z h u Y,We n g H,S u A,e t a l 。Ge o c h e mi c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f Te r t i a r y s a l i n e l a c u s t r i n e o il s i n t h e We s t e r n Qa id a m B a s i n ,n o r t h we s t C h i n a[ J ].Ap p l i e d Ge o c h e mi s t r y ,2 0 0 5 ,2 0 1 O ;1 8 7 5 ~1 8 8 9 . [ 编辑] 深谷 上 接 第 4 3页 特别值得注意的是 ,油气藏孔隙度下限值其实是一个随埋深 、地层压力 、圈闭闭合高度 气柱高 度 、流体性质 界面张力变化而改变的参数,笔者所给出的参数值对油气勘探具有相当的指导意义, 但不宜将此标准绝对化 。图 3揭示东部凹陷油气藏储层总体符合笔者计算结果 ,但 同时也存在着在计算 结果之外 油层孔隙度小于 l 0 ,气层孔隙度小于 5 聚集 的油气。 [ 参考文献] [ 1 ]董红 .基于测井资料评价辽河油 田东部 凹陷煤层 [ 刀 .中国煤层气 ,2 0 0 7 ,4 4 3 9 ~4 2 . [ 2 ]李军 ,张超 漠,唐小梅 等 .核磁共振资料在碳 酸盐岩储层评价中的应用 [ J ].江汉石油学 院学报 ,2 0 0 4 ,2 6 I 4 8 ~5 0 . [ 3 ]宋子齐 ,程国建 ,杨立雷 等 .利用测井资料精细评价特地渗透储层 的方法 [ J ].石油实验地质 ,2 0 0 6 ,2 8 6 5 9 5 ~5 9 9 . [ 4 3 Mc P h e r s o n J G,S h a n mu g a m G,Mo i o l a R J .F a n d e l t a s a n d b r a i d d e l t a s v a r i e t ie s o f c o a r s e - g r a i n e d d e l t a s[ J ].G e o 1.S o c .Ame r . Bu l 1 .1 9 8 7, 9 9 3 3 31 ~ 3 4 0 . 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