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广州地化所在金刚烷类化合物指标影响因素及地质应用方面取得系列进展

2019-04-16 广州地球化学研究所
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  由于高过成熟阶段生物标志物指标的失效或缺失使深部油气地球化学研究面临诸多挑战。金刚烷类化合物因其具有似金刚石结构而得名,其化学性质稳定,具有较强的热稳定性和抗降解性,在高过成熟油气中含量丰富。在传统生标失效的情况下,探索金刚烷类化合物的指标的深入应用显得尤为重要。然而现有的金刚烷指标在实际油气藏中的应用效果并不如人们所期望的好,远没有发挥出应有的作用。中国科学院广州地球化学研究所研究员熊永强课题组博士后蒋文敏和副研究员李芸在前人研究基础上,结合课题组前期在金刚烷研究中取得的成果,综合分析了各类金刚烷指标的适用范围,并在塔里木和准噶尔盆地开展了应用研究,取得了系列进展:

  (1)揭示影响金刚烷指标变化的主控因素

  热成熟作用:金刚烷指标归纳起来主要有三类,即金刚烷绝对浓度、金刚烷浓度比值和金刚烷异构化比值,热成熟作用是各类指标的主要影响因素之一:a)烃源岩/原油中金刚烷绝对浓度整体上随成熟度的升高而升高,可以用来初步判断烃源岩/原油所处的成熟阶段。但是,在未熟/低熟阶段,烃源岩/原油中金刚烷形成于成岩作用阶段,不受热成熟作用影响;b)金刚烷浓度比值指标根据单、双金刚烷生成速率的可能存在差异。在生油窗期间,即干酪根/可溶沥青裂解形成金刚烷阶段,金刚烷浓度比值指标随成熟度升高而增大;c)金刚烷异构化指标根据不同异构体的热稳定性差异构建。当热演化进入到金刚烷的裂解阶段(原油裂解晚期),异构化指标才随成熟度呈现有规律的变化。

  通过以上对各类金刚烷指标构建原理和演化特征的研究,建立了基于金刚烷的成熟度指标体系:低熟阶段(金刚烷绝对浓度低),传统生标更适合作为成熟度指标(而此阶段金刚烷浓度比值指标和异构化比值指标可以用于烃源判识);金刚烷浓度比值指标适用于生油窗范围成熟度的判识(异构化比值指标此时适用于烃源判识);金刚烷异构化比值指标适用于原油裂解晚期成熟度的判识。

  有机质类型:除了热作用,有机质类型可能是决定金刚烷含量和组成的另一主要因素。课题组针对三种不同类型干酪根(I、IIA和III型)开展的热演化模拟实验表明:不同类型干酪根产金刚烷能力有差别(III型金刚烷产率最低,与I型和IIA型相比,相差约5倍);金刚烷浓度比值指标在1.0 ~ 1.5%EasyRo范围内随成熟度升高而增大,虽然可以指示成熟度相对高低,但是受有机质类型影响明显;金刚烷异构化比值指标在相对较高的成熟阶段(EasyRo >1.3%)与热演化程度呈正相关关系,且受有机质类型影响不大,是比较理想的成熟度指标(图1)。

  (2)金刚烷指标在塔里木盆地的实际应用

  塔中地区油源判识:研究人员构建了三组金刚烷类化合物浓度比值指标(图2)和四组异构化指标图版(图3),发现浓度比值图版可以很好地区分不同来源的凝析油(图2);而正常原油和重油在异构化指标图版上被很好地区分开(图3)。再结合生物标志化合物特征和前人研究基础,认为GroupⅠ的原油主要来源于中-上奥陶统烃源岩,GroupⅡ的原油主要来自于寒武-下奥陶统烃源岩,作为对照组的塔北地区的GroupⅢ的原油来自于侏罗系或三叠系的湖湘烃源岩。

  塔中地区原油成熟度评价:金刚烷浓度比值指标和异构化指标分别能在一个较低和较高的成熟度范围反映成熟度的相对高低。Group II和III的原油的异构化指标变化不大,分布较为集中(图3),说明相对于Group I,Group II和III的原油成熟度较低,而浓度比值(图2)能很清楚地区分Group II和III组内原油的相对成熟度高低(箭头所指方向代表成熟度增高方向);异构化指标图版可以区分成熟度相对较高的Group I的原油的成熟度相对高低(图3)。

  (3)金刚烷指标在准噶尔盆地的实际应用

  提出原油成熟度初判图版:结合原油API值变化趋势以及生标参数,提出了基于金刚烷类化合物绝对浓度的原油成熟度初步判识图版(图4)。低熟阶段:单金刚烷<100 ppm、双金刚烷<5 ppm,即图4所示A区;成熟阶段:单金刚烷100~1000 ppm、双金刚烷 5~50 ppm,即图4所示B区;高熟阶段:单金刚烷>1000 ppm、双金刚烷>50 ppm,即图4所示C区。

  判断准噶尔盆地不同类型原油成熟度:根据前面提到的成熟度初判图版,认为准噶尔盆地腹部的原油为处于成熟阶段的正常原油;来自东部克拉美丽地区以及盆地南缘的原油多为处于高熟阶段的凝析油。在此初判的基础之上,再根据金刚烷浓度比值指标判断准噶尔盆地腹部正常原油成熟度从南到北逐渐降低;根据金刚烷异构化比值指标判断来自盆地东部克拉美丽地区的原油成熟度自西向东逐渐降低,而来自盆地南缘的原油中部地区成熟度高于西部。

  判断准噶尔盆地西北缘油气来源:根据成熟度初判模版,准噶尔盆地西北缘原油处于低熟到成熟阶段,因此,可以利用金刚烷浓度比值指标来区分其来源(图5)。结合原油生标信息,判断分布在乌夏地区的Group I原油来自下二叠统风城组烃源岩(P1f);分布在克百地区的Group II原油来自中二叠统下乌尔禾组烃源岩(P2w);分布在玛湖凹陷的Group III原油来自埋藏更深的风城组(P1f)或佳木河组(P1j)。

  以上研究获得国家自然科学基金(No. 41773034, 41372138, 4172115, 41303032, 41503044)、国家油气专项(No. 2011ZX05008-002-32)、中科院青年创新促进会(No. 2018386)以及有机地球化学国家重点实验室自主研究课题(No. SKLOG2016-A02)的资助。相关成果发表在AAPG BulletinMarine and Petroleum Geology 以及Organic Geochemistry 杂志上。

  相关论文信息:

  1. Jiang W.M., Li Y.*, Xiong Y.Q.. Source and thermal maturity of crude oils in the Junggar Basin in northwest China determined from the concentration and distribution of diamondoids. Organic Geochemistry 2019, 128: 148-160.

  2. Jiang W.M., Li Y.*, Xiong Y.Q.. The effect of organic matter type on formation and evolution of diamondoids. Marine and Petroleum Geology, 2018, 89: 714-720.

  3. Li, Y.; Xiong, Y.Q. *; Liang, Q.Y.; Fang, C.C.; Chen, Y.; Wang, X.T.; Liao, Z.W.; Peng, P.A.. The application of diamondoid indices in the Tarim oils. AAPG Bulletin 2018, 102, 267-291.

 

图1 金刚烷异构化比值指标随热演化程度(EasyRo%)的变化情况

 

图2 塔中地区不同原油中金刚烷浓度比值指标分布情况

 

图3 塔中地区不同原油中金刚烷异构化比值指标分布情况

 

  图4 (a)准噶尔盆地原油中单、双金刚烷类化合物绝对浓度分布情况;(b)准噶尔盆地原油中金刚烷类化合物绝对浓度与API的变化关系

 

图5 准噶尔盆地西北缘基于金刚烷浓度比值指标的油-油对比结果

打印 责任编辑:叶瑞优

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