勘探中的油藏地球化学研究论文范文

1福山凹地质背景

福山凹陷位于海南岛以北，琼州海峡以南，是北部湾盆地典型的中、新生代断陷盆地之一。凹陷西北侧以临高断裂为界，上升盘为临高凸起，南面为海南隆起，东南侧以长流断裂与云龙凸起相隔（图1）。凹陷总体呈北断南超、南北分带的构造格局，主要次级构造单元包括北部断阶带，中部断槽带（皇桐次凹、白莲次凹、海口次凹），中部构造带（博厚－朝阳、美台、永安背斜、花场次凸、白莲和金凤构造等），最南部为一斜坡［26］。福山凹陷主要成盆期发生了3期构造运动，即神狐、珠琼和南海运动［26－28］。这3期运动分别控制了渐新统长流组（E1c）、流沙港组（E2l）和涠洲组（E3w）沉积。流沙港组主要为湖相沉积，沉积建造以砂砾岩和泥岩为主；长流组和涠洲组则以河流相和冲积扇沉积为主。目前在流沙港一段、二段、三段和涠洲组都有油气发现，但以流沙港组三段为主。主要的烃源岩为流沙港组暗色泥岩，有机质丰度高，有机质类型为Ⅱ到Ⅲ型，有机质热演化程度也较高，位于皇桐次凹和白莲次凹的流二段和流三段烃源岩埋深大都超过了成烃门限深度，具有良好的生烃条件［29－30］。福山凹陷油气勘探始于1958年左右，曾四上三下，几易其主［26］。1985年以前大规模勘探会战阶段钻探的38口福字号井，只在其中5口井获得油流，其中位于博厚构造带的F23、F28、F29井到达工业油流标准，找到博厚涠洲组小油藏，位于南部斜坡带的大部分井都没有油气发现（图1）。1985—1988年中外合作勘探开发阶段，共钻探6口井，在金凤构造带的金凤1（Jf1）和金凤南1（Jfn1）井获得油气流，发现金凤小油藏，之后油气勘探工作一度陷入停顿。直到1993年，由南方石油勘探开发有限责任公司自主作业经营以后，相继找到花场、美台、白莲3个油气田和金风、朝阳、永安等含油构造，储量和产量逐年上升。目前已建成了一个年产能力超过30万吨油气当量的海南油气生产基地。

2福山凹陷油气特征

福山凹陷目前已发现的油气藏主要分布在花场次凸和白莲构造带。在美台、金凤、博厚—朝阳等构造带也有油气发现。福山凹陷原油主要是低密度、低黏度、中—低凝固点、低含硫量、中—低含蜡量的典型陆相成因轻质油、凝析油或正常黑油，具有类似于中国东部断陷湖盆陆相成因原油的基本地球化学特征，但也表现出其特殊性。（1）原油以轻质油、凝析油为主，油质轻，密度最低可至0．76g•cm－1。（2）原油中甾萜类生物标志化合物浓度很低，常规的色谱－质谱分析中，部分原油样品的饱和烃质量色谱图信噪比低，部分生物标志化合物很难准确鉴定和峰面积积分，影响了部分相关地球化学参数的精度［16］。（3）非烃含量低，最低只有0．61％，咔唑类含氮化合物浓度低，咔唑类含氮化合物的示踪效果不理想［16，19］。（4）天然气藏中普遍含有CO2气，部分气藏CO2气含量可高达98％。已有研究成果表明，福山凹陷CO2气主要为火山－幔源成因，高含CO2气的分布与古近系火山岩的分布密切相关［31］。

3早期的油藏地球化学研究

在勘探初期，福山凹陷基础石油地质研究工作开展得不多，油藏地球化学研究则更少。笔者所在的项目组曾从2004年到2011年连续对福山凹陷开展了有关油气成因、成藏方面的地球化学研究工作。自20世纪90年代中期福山凹陷由南方石油勘探开发有限责任公司自主钻探和生产以后，于1999年首先在花场次凸取得突破，发现了花场油气田。但石油地质和油气地球化学研究方面还有许多问题有待解决：一是潜在烃源灶的方位问题。花场次凸北东方向紧邻白莲次凹，西边紧邻皇桐次凹（图1），根据地震资料和地质认识，认为这两个洼陷都具有一定的生烃能力，都是潜在的烃源灶。那么花场油气田已发现的油气主要来自哪个烃源灶，抑或二者都有贡献？二是下一步油气勘探方向问题，是往南部斜坡扩展，往花场凸起东面的花东和白莲构造带铺开，还是顺着花场凸起往位于其北东方向的白莲次凹方向，靠海的地区钻探；或者是紧邻花场凸起西部，向皇桐次凹方向钻探？同时，由于缺乏有效的烃源岩样品，源岩层位不清楚。大部分钻井都位于花场凸起构造高部位，没有钻遇有效的烃源岩样品。早期钻探的福字号井也大都位于构造凸起部位或者斜坡地带，完钻井深浅，缺乏或者没有钻遇有效的烃源岩，加之取心少，很难开展油－源对比研究工作。因而非常有必要开展油藏地球化学研究工作。针对福山凹陷原油的特殊性，我们探索了新的油气运移方向和示踪指标。油气运移方向和充注途径地球化学示踪的前提条件是原油样品属于同一族群。原油地球化学分析结果表明，福山凹陷原油具有相同的分子地球化学特征，如高的姥鲛烷／植烷比值、高的奥利烷和重排藿烷含量、相近的C27－C28－C29规则甾烷组成和二苯并噻吩－二苯并呋喃－芴（“三芴”系列）组成等特征等，属于同一族群，来自同一烃源层［16，19，30］，因而可以利用原油样品化学组成的变化特征，示踪油气运移的方向和充注途径。由于福山凹陷原油甾萜类生物标志化合物浓度低，非烃和咔唑类含氮化合物含量低，常规的地球化学指标示踪效果不理想。而二苯并噻吩类含硫多环芳烃化合物具有化学结构和性质稳定、含量高等特点而广泛存在于不同成因和类型的石油中，而且一些常用的指标如4－／1－甲基二苯并噻吩（MDR）、2，4－／1，4－二甲基二苯并噻吩（2，4－／1，4－DMDBT）等指标兼具备表征有机质成熟度以及油气运移的属性［17－18］，因此本文选取该指标进行示踪研究。图2是基于2004年年底以前福山凹陷花场油气田已发现井原油样品的地球化学分析资料，绘制的福山凹陷花场油气田2，4－／1，4－DMDBT等值线图。从图2可以看出，位于花场次凸最北面的H7井原油具有最高的参数值，为4．42，从H7井往花场次凸，参数逐渐降低，到H4－1和H6井附近，降低到1．20左右，2，4－／1，4－DMDBT等值线图指示的油气运移方向为：油气从白莲次凹沿北东—南西方向往花场次凸充注成藏，逆着油气运移方向即可追溯潜在烃源灶的方位，即花场次凸已发现的油气主要来自位于其北东方向的白莲次凹，其西侧的皇桐次凹对花场次凸已发现的油气贡献不大。根据油藏地球化学示踪结果，在2005年为油田提出下一步有利勘探方向：（1）位于花场次凸以东的花东和白莲构造带（图3），由于紧邻白莲次凹烃源灶，是油气有利的运移和充注指向区，可优选构造和圈闭条件有利的目标进行钻探。（2）沿花场次凸往白莲次凹的上游方向的流沙港组一段，是有利的勘探区带。该地区位于潜在烃源灶和花场次凸已发现油气藏之间，位于油气运移路径上的圈闭将是有利的油气成藏部位。由于流沙港组三段砂体向白莲次凹方向越来越不发育，储层物性变差，而流沙港组一段还发育一定的砂体，储层物性也优于流沙港组三段，因而流沙港组一段应是潜在的有利勘探层位。（3）对于花场次凸以南的南部斜坡带，应采取稳步推进的策略，根据已发现油气的情况及资源丰度，逐渐往南勘探。勘探范围取决于白莲次凹烃源灶的生油气强度，供烃能力以及油气运移和保存条件等。从油气运移方向和充注途径示踪结果分析，花场次凸已发现石油来自皇桐次凹的贡献较小，因此在未弄清皇桐次凹生油气能力之前，花场次凸向皇桐次凹方向暂时不宜进行大规模钻探。

4最新的油藏地球化学研究结果

根据早期油藏地球化学研究预测的有利勘探目标区，在福山凹陷相继发现白莲油气田和花东油气田，在花场次凸北东方向流沙港组一段也取得重要的油气发现（图3）。福山油田快速增储上产，油气产量由2004年的5万吨油气当量增至2012年的36万吨油气当量。图3是福山凹陷主要发现井的分布情况，除了在花场次凸继续有部分钻井有油气发现以外，主要在花东和白莲地区成果钻获一批工业油气流井。图4是根据2010年福山凹陷已发现井的原油地球化学分析资料，绘制的2，4－／1，4－DMDBT等值线图，从等值线图变化趋势指示的油气运移方向看，花场次凸虽然新增加了H7－3、H8－1X、H2－5、H2－6等井的资料，但油气运移方向与2004年（图2）基本一致。在图2的基础上，图4增加了花东和白莲油气田的资料，2，4－／1，4－DMDBT参数值所指示的油气运移方向证实前期油藏地球化学对白莲地区油气运移方向的预测，即白莲次凹往南的花东和白莲地区是有利勘探区，白莲油气田油藏地球化学示踪结果也指示该地区原油主要来自白莲次凹烃源灶，油气从白莲次凹由北往南充注成藏（图4）。①在数据点较多的情况下，可得到精度较高的等值线图，多条等值线在某个方向上系统地向前突出弯曲，各条等值线的拐点构成的轨迹，即可示踪石油运移的主要方向和充注的优势运移路径。从图4可以看出，2，4－／1，4－DMDBT等值线图指示了3个主要的优势运移通道，一是沿H7—H1—H3—H4井区一线，二是沿Hd1—Hd2—H5井区一线，三是沿L4—L8—L9井区一线。单井石油的产量也显示，沿着这3个主要的方向，油气产量明显较高（图4），所以下一步的油气勘探最有利的目标应该是沿优势运移路径向白莲次凹的上游方向。从参数值来看，目前已钻探的H4－3井具有最低的2，4－／1，4－DMD－BT参数值（1．08），但该井的产量已很低（4．7m3／d），如果以此参数值作为花场和白莲油气田的原油的下限值，根据参数值变化趋势，白莲构造和花场次凸向南的勘探工作不应该大踏步地向南推进，只能稳步向南发展，L13井（图4）的失利即为一个例证。

5结论

油藏地球化学研究可示踪油气运移方向、优势运移路径，追溯烃源灶位置及预测“卫星”油藏方位，从而在油气勘探领域发挥了直接指导作用。早期以咔唑类含氮化合物为主的示踪标志物在油气运移方向示踪研究中得到了成功的应用，近年来与二苯并噻吩类含硫多环芳烃和二苯并呋喃类含氧多环芳烃化合物相关的指标被证实是有效的示踪指标，并逐渐得到推广应用。“基于地球化学－地球物理测井学的油气运移层段研究和有效输导层预测技术，则是油藏地球化学的最新发展方向，将会极大地推动油藏地球化学在直接指导油气勘探实践中发挥更大的作用。”南海北部边缘北部湾盆地福山凹陷早期的油藏地球化学研究结果揭示了位于凹陷中部构造带的花场次凸的石油主要来自其北东向，靠海方向的白莲次凹烃源灶，油气运移方向为北东－南西向，往花场次凸充注成藏，预测位于花场次凸东部的花东和白莲构造带及凸起往白莲次凹的上游方向有利圈闭是最有利的勘探目标区。该认识得到油气勘探发现和后期的油藏地球化学研究结果的证实。2，4－／1，4二甲基二苯并噻吩等值线图变化趋势确定了福山凹陷花场和白莲地区油气运移的3条优势运移路径，并得到单井试油产量数据的印证，预测沿优势运移路径往白莲次凹烃源灶上游方向的地区是有利的勘探目标区。感谢南方石油勘探开发有限责任公司在样品和资料收集中提供的帮助，中国石油大学（北京）地球化学实验室朱雷、师生宝完成了原油样品的地球化学分析。

作者：李美俊王铁冠单位：中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室中国石油大学（北京）地球科学学院