塔中地区顺7井油气地球化学特征及意义

李婧婧^1，2 王 毅¹ 马安来¹ 李慧莉¹ 张卫彪¹

（1.中国石化石油勘探开发研究院西北勘探研究中心，北京 100083；

2.中国石油大学（北京），北京 102249）

摘 要 顺7井位于塔中Ⅰ号坡折带西北倾末端，在鹰山组钻遇凝析气藏。对顺7井天然气、原油的组成、碳同位素、金刚烷、生标化合物等综合研究表明：顺7井天然气组分碳同位素呈正序分布，且δ¹³C₂＜－28‰，表现出典型的油型气特征；天然气组分C₂/C₃值为2.8，C₂/iC₄为11.39，结合δ¹³C₁（－51.7‰）非常低的特征，判断凝析气是由原油热解生成的；原油以饱和烃组分为主，基本检测不到生标化合物，金刚烷和C₂₉ααα20R甾烷的含量表明顺7井原油的裂解程度达70％左右；综合原油及族组分碳同位素及塔中地区的石油地质情况，认为发生裂解的原油应来自寒武系—中下奥陶统烃源岩。

关键词 凝析气藏 原油裂解 金刚烷 顺7 塔中

A Discussion on Geochemistry and Origin of Condensates of

Well Shun－7 in Tazhong area，NW China

LI Jingjing^1，2，WANG Yi¹，MA Anlai¹，LI Huili¹，ZHANG Weibiao¹

（1.Exploration and Production Research Institute，SINOPEC，Beijing 100083，

China；2.China University of Petroleum，Beijing 102249，China）

Abstract Condensate oil and natural gas were obtained from Yingshan Formation of Lower －Middle Ordovician from well Shun－7 located in Tazhong－Ⅰ faulted slope break zone，Tarim Basin，NW China.The distribution of carbon isotopes of the gas components shows a normal carbon isotope sequence（i e.，δ¹³C₁＜δ¹³C₂＜δ¹³C₃）and δ¹³C₂＜－28‰shows the gas is typical oil－type gas.On the basis of the gas component（C₂/C₃： 2.8，C₂/iC₄：11.39）and carbon isotope properties（δ¹³ C₁：－51.7‰），it is pointed that the gas may is the crude oil cracking gas.The conden－sate oil features in high content of saturate hydrocarbon and low content of aromatic hydrocarbon and non－hydro－carbon asphaltene.The carbon isotope of the con－densate oil from well Shun－7 is similar to that of the Cambrian－sourced oil from well TD－2，indicating the condensate oil of well Shun－7 might originated from the Cambrian source rocks.

Key words condensate reservoir；oil cracking gas；diamondoid hydrocarbon；well Shun－7；Tazhong area

塔中Ⅰ号坡折带位于塔里木盆地卡塔克隆起北缘，呈北西－南东走向，具有东高西低的构造格局，是塔里木盆地重要的油气构造单元^［1，2］。沿坡折带自东向西已发现塔中26、塔中62、塔中82、塔中86、塔中83等井区油气藏，油气表现形式多样，包括常规黑油、高蜡油、轻质油、凝析油及天然气，以轻质油气为主。目前有研究认为，塔中Ⅰ号坡折带奥陶系油藏在喜马拉雅期发生气侵，气侵严重的油藏变成凝析气藏，未发生气侵或气侵较弱的油藏流体仍保留黑油特征^［3］。

顺7井位于塔中Ⅰ号断裂带上盘西北倾没端（图1），2010年12月在奥陶系鹰山组灰岩段裸眼酸压测试获油气流，截至2011年4月5日，累计产油152m³，累计产气近80×10⁴m³。在拟合计算得到的流体相态图上，油气产层的地层压力、温度，皆位于地层流体临界温度的右侧，因此顺7井钻遇的是典型的凝析气藏。与之相邻的塔中45～86井区也在奥陶系也取得较好的油气勘探成果，TZ86等在良里塔格组钻遇凝析气藏^［4］。

图1 塔中地区顺7井位置图

1 天然气地球化学特征

1.1 天然气组成特征

顺7井天然气以甲烷组分为代表的烃类气体为主，甲烷含量为82.50％， 含量较高，达7.71％，干燥系数较低，为0.91，与相邻的凝析气藏TZ86较相似（表1）。与中1井奥陶系天然气相比，顺7井天然气中甲烷含量略低，重烃 含量稍高，干燥系数较低。天然气划分标准中，将甲烷含量＞95％、 重烃含量不超过1％～4％、干湿指数大于19的烃类气体划分为干气。顺7井天然气显然属于湿气范畴。

表1 顺7井及相邻井区天然气组成

塔中Ⅰ号坡折带奥陶系天然气整体上具有N₂含量较高、CO₂含量普遍较低的特征^［5］。N₂含量最大值为18.4％（塔中241井），最小值为0.93％（塔中72井），主要分布在3％～15％，平均值为6.87％。CO₂含量主体在2％～5％，含量大于10％的只有塔中30井（13.45％）和塔中73井（17.5％），最小值为0.283％（塔中24井）。顺7井天然气具有低N₂、高CO₂的特征，N₂和CO₂含量分别为0.54％、8.87％，与相邻的塔中86井有一定的差别，与塔中Ⅰ号坡折带奥陶系天然气组成差别也较大。前人的研究认为，天然气的非烃组成特征在一定程度上反映了油气成藏机理^［5］。顺7井非烃组成特征说明，其成藏机理与塔中86井可能存在一定差异。

1.2 天然气组分碳同位素

顺7井天然气甲烷、乙烷、丙烷的碳同位素值分别为－51.7‰、－32.5‰、－28.2‰，呈δ¹³C₁＜δ¹³C₂＜δ¹³C₃的正序分布，表现为典型的有机成因天然气特征。乙烷的碳同位素受热演化影响较小，受母质继承效应明显，一般认为，δ¹³C₂为－28‰可以作为煤型气和油型气的分界点，即：δ¹³C₂＞－28‰与气体煤型气相关，δ¹³C₂＜－28‰与油型气相关。顺7井的δ¹³C₂低于－30‰，属于油型气。图2是塔中部分天然气烃类1/n与δ¹³C_n之间的关系，当天然气为单一来源时，二者呈线性关系，否则呈折线型。塔中Ⅰ号坡折带中部、西部天然气均表现为直线型，东部的天然气则表现为折线型。顺7井天然气碳同位素与碳原子倒数关系与塔中Ⅰ号坡折带中部、西部天然气特征相似，构成良好的线性关系，说明顺7井天然气来源单一，是相同母质在单一营力作用下的产物。

顺7井天然气的一个非常显著的特征是甲烷碳同位素轻，仅为－51.7‰，且甲烷、乙烷碳同位素差值大，δ¹³C₂－δ¹³C₁为－18‰。W.J.Stahl、戴金星等分别编制了北美、西欧和我国的天然气δ¹³C₁ －R_o关系图，得到油型气δ¹³C₁ －R_o关系回归方程（表2），根据不同公式推算得到的R_o值虽然有一定差别，但总体看来，均反映成熟度较低，属未成熟阶段。虽然在未成熟阶段陆相有机质树脂质可以直接生成凝析油（Rogers，1979；Snowdon和Powell，1982），但塔里木盆地下古生界显然不具备发育这种烃源岩条件。在相邻的45～86井区，甲烷碳同位素也较低（图2），有学者提出了低成熟生物气混入的模式^［6］，但从塔中地区油气藏地质特征来看，这种观点也很难成立。

除甲烷碳同位素指示气体的成熟度外，天然气组分特征也可用于判断成熟度。实验模拟证明，当天然气组分中C₂/C₃小于2，C₂/iC₄小于10时，天然气主要形成于R_o小于1.5％～1.6％的成熟演化范围，原油尚未发生有效的裂解作用，这些天然气为正常的原油伴生气；当C₂/C₃大于2，C₂/iC₄大于10时，这些天然气可通过原油的裂解过程形成，也可通过干酪根的热裂解作用生成。顺7井天然气组分C₂/C₃值为2.8，C₂/iC₄为11.39，均说明顺7井天然气不属于原油伴生气，可能来自原油或干酪根的裂解。

表2 顺7井甲烷碳同位素换算得到的烃源岩镜质体反射率

图2 顺7井系天然气组分1/n与δ¹³C_n之间的关系

国内外学者的模拟实验均表明，天然气的甲烷碳同位素组成δ¹³C₁主要受热演化程度控制，具有随着热演化程度增加逐渐变重的趋势。因此顺7井天然气来源排除了干酪根裂解的可能性。最新研究成果表明，除干酪根裂解气之外，塔里木盆地高成熟天然气还可能来自于分散可溶有机质裂解气和聚集可溶有机质裂解气（原油裂解气）^［7］。聚集可溶有机质裂解气总体气体组分偏湿、甲烷碳同位素偏轻，实验模拟甲烷碳同位素最低达－50‰左右；分散可溶有机质裂解气则相对干燥系数较大，甲烷碳同位素相对偏重。刘文汇^［7］等认为，和田河气田是典型的分散可溶有机质裂解气，其干燥系数基本大于0.95，天然气的δ¹³C₁介于－37.8‰～－34.9‰之间。综合分析认为，顺7井天然气是原油裂解的结果。

甲烷及其同系物碳同位素组成受C－C键断裂过程的动力学分馏效应控制，同位素分馏不仅与成气母质的演化程度有关，而且与受热速率明显相关，达到相同演化程度的有机质，快速升温成气的同位素分馏往往小于慢速升温过程。近期研究表明在快速沉降条件下成气、成藏时形成的天然气碳同位素与母质的同位素分馏小，而在缓慢沉降条件下天然气与母质碳同位素分馏大。顺7井天然气的δ¹³C₁仅为－51‰，远远低于塔里木下古生界两套烃源岩的有机碳同位素，说明顺7井的天然气是寒武系－中下奥陶统中的有机质在聚集成藏后，受长期的热演化作用裂解生成的气体。

2 原油地球化学特征

2.1 原油物理性质与族组成

顺7井原油呈淡黄色，有浓烈的硫化氢气味，密度介于0.7749～0.7983g/cm³（20℃），运动黏度为1.5～2.93mm²/s（30℃），含硫量为0.11％～0.17％，含蜡量为5.88％～9.15％，为低黏度、低硫、中含蜡量轻质油，与TZ86井区的原油较相似。

顺7井原油饱和烃含量高（＞85％），芳烃含量低（＜10％），非烃和沥青质含量低（表3），具有很高的饱芳比和非沥比值，表现出高成熟油特征。与中石化在卡1区块获得突破的中1井原油相比，顺7井原油的饱和烃含量明显高于中1井原油，而其芳烃的含量则明显低于中1井。

表3 顺7井和中1井原油族组成分析

*采用传统的柱分离方法，轻质组分损失，闭合度小于70％。

图3 顺7井原油全油气相色谱图

2.2 原油全油色谱特征

顺7井全油色谱如图3所示，谱图基线平直，无鼓包，呈单峰前峰型分布。正构烷烃丰度为180μg/mg。从色谱参数来看，顺7井奥陶系原油正构烷烃碳数最高达nC₃₂，CPI为1.03，为成熟原油， 为5.92，显示了以低碳数正构烷烃占优势的特点，表明原油的成熟度较高。原油的Pr/Ph值为1.16，显示出弱姥鲛烷优势，按Peters等建立的标准，Pr/Ph值在0.8～2.5范围内，不能作为烃源岩沉积环境的确切标志。

2.3 原油轻烃

庚烷值和异庚烷值是常用的轻烃成熟度参数。一般成熟原油的庚烷值和异庚烷值分别介于20％～30％和2％～3％区间，大于这一数值或低于这一数值的原油被认为是高成熟原油或低成熟原油。但是，这两项参数受生物降解作用的制约，即生物降解油的轻烃成熟度参数趋于偏小。顺7井原油的庚烷值在33％以上，异庚烷值为3.8％（图4），表明顺7井原油为过成熟油范畴。

图4 顺7井原油庚烷值和异庚烷值之间的关系

Bement等^［8］在4个不同构造类型盆地中，采用5套不同时代生油岩的C₇轻烃资料，利用镜质组反射率（R_o）作为地质温度计，对2，4－/2，3－DMP轻烃组分的温度参数进行了地质校正，求取生油层的最大埋深温度，建立了生油层最大埋深温度与2，4－/2，3－DMP的函数关系式，并得出该项轻烃温度参数不受盆地类型、热史（有效受热时间）、生油层时代、干酪根类型和岩性等因素影响的结论。

基于Bement的研究工作，Mango^［9］推导出生油层最大埋藏温度（T）与2，4－/2，3－DMP的函数方程，即

T（℃）＝140＋15×ln（2，4－/2，3－DMP）。

运用Mango（1997）建立的上述函数方程，计算得到顺7井原油生成温度为135℃。

2.4 原油生物标志物

在甾萜烷生物标志物组成上（图5），顺7井原油由于成熟度较高，甾烷、藿烷系列基本裂解，在m/z 191质量色谱图中藿烷系列仅存在C₃₀、C₂₉藿烷，C₃₀藿烷绝对含量仅为4×10^－6，Tm化合物完全消失，Ts/（Ts＋Tm）＝1，表明原油的成熟度在1.3％左右^［10］，三环萜烷系列分布不完整，仅可见C₁₉、C₂₀、C₂₃三环萜烷，且以C19三环萜烷为主峰。甾烷系列仅可检测出C₂₁孕甾烷及少量的C₂₇重排甾烷，C₂₉规则甾烷隐约可见。

与卡1区块中1井奥陶系原油相比，顺7井原油与之存在很大区别，中1井原油具有较高的生物标志物绝对含量，C₃₀藿烷绝对含量为137×10^－6，C₂₈甾烷含量低，重排甾烷含量高，C₂₉藿烷含量高，伽马蜡烷含量低，三环萜烷以C₂₃三环萜烷为主峰。

2.5 金刚烷类化合物特征

金刚烷化合物是具有类似金刚石结构的一类刚性聚合环状烃类化合物，是多环烃类化合物在高温热力作用下经强Lewis酸催化聚合反应的产物^［11］。由于金刚烷具独特的分子结构，一旦形成，性质极为稳定，具有很强的抗热降解能力和抗生物降解能力。Dahl等^［12］使用4－甲基双金刚烷＋3－甲基双金刚烷绝对含量和C₂₉ααα20R甾烷绝对含量来确定原油的裂解程度：未裂解原油中生物标志物含量较高，C₂₉ααα20R甾烷一般大于10×10^－6，4－甲基双金刚烷＋3－甲基双金刚烷含量一般小于10×10^－6，甚至小于5×10^－6；当原油裂解程度在50％时，原油中生物标志物含量很低，C₂₉ααα20R甾烷趋于零，4－甲基双金刚烷＋3－甲基双金刚烷含量增大，为50×10^－6；当原油裂解程度为85％时，4－甲基双金刚烷＋3－甲基双金刚烷含量进一步增大，可达到170×10^－6以上。

顺7井凝析油中富含双金刚烷，3－甲基＋4－甲基双金刚烷含量可达73μg/g，基本检测不出C₂₉ ααα20R甾烷。顺7井原油甲基双金刚烷含量远高于塔河九区奥陶系凝析油及高蜡原油中3－甲基＋4－甲基双金刚烷含量^［13］，根据Dahl等提出的原油裂解定量评价模版，顺7井原油的裂解程度在70％左右。

图5 顺7井与中1井原油m/z 191、m/z 217质量色谱图

2.6 原油组分碳同位素

顺7井原油最为重要的特征是原油碳同位素偏重，全油碳同位素、饱和烃、芳烃、非烃与沥青质稳定碳同位素分别为－29.6‰、－30.3‰、－28‰、－29.6‰、－29.2‰（图6）。这一结果与塔里木盆地公认的寒武系生源的TD2井原油、乌鲁桥油苗馏分碳同位素值分布在相近的范围^{［14，15］}，而与中1井原油碳同位素比值明显不同，中1井原油及组分碳同位素分别为－33.22‰、－33.49‰、－32.68‰、－30.46‰与－30.83‰。

图6 顺7井、中1井等原油组分碳同位素分布

3 结论

1）顺7井中下奥陶统鹰山组天然气为湿气，是有机成因的油型气。其组分碳同位素特征与塔中Ⅰ号坡折带的TZ45～86井区奥陶系天然气具有较强的相似性。根据天然气组成、同位素特征判断，顺7井鹰山组天然气来源为原油裂解的产物。

2）顺7井鹰山组原油的庚烷值和异庚烷值表明原油具有较高的成熟度。原油中双金刚烷和生物标志物的含量表明原油发生了严重的裂解，裂解程度达70％以上。由于原油成熟度较高，无法通过生物标志物判断油气来源，从原油及族组分的碳同位素值判断，顺7井原油来源于寒武系－中下奥陶统烃源岩。

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