随着近些年饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽沙一下亚段烃源岩层段岩心分析资料的积累和丰富,有必要对其生烃量进行定量评价。本文通过对饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽沙一下亚段(Es1 x)烃源岩岩心样品进行地化特征统计,以低成熟度的烃源岩样品进行高温热模拟实验为基础,利用化学动力学方法计算饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽沙一下亚段烃源岩生烃量。研究结果表明:饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽沙一下亚段烃源岩有机质丰度较高、类型主要为II 1-I型、处于低熟–成熟热演化阶段;其生烃门限大约为3000 m,约在3500 m开始大量生烃;该烃源岩以生油为主,生油、生气量分别为7.14 × 10 8 t和0.21 × 10 11 m 3,所能聚集的油、气资源量分别为(0.36~1.43) × 10 8 t和(0.001~0.004) × 10 11 m 3。 Because of the accumulation and wealth of the core analysis data from the lower part of first member (Es1 x) source rocks in Lixian Slope-Suning Subsag of Raoyang Sag in recent years, it’s ne-cessary to evaluate the hydrocarbon-generation amount of the Es1 x source rocks. The geochemical characteristics of core samples from the Es1 x source rocks in Lixian Slope-Suning Subsag of Raoyang Sag were analyzed. The hydrocarbon-generation amount of the Es1x source rock in Lixian Slope-Suning Subsag was calculated using the chemical kinetics, which is based on the high- temperature thermal simulation of low maturity source rock samples. The results show that: the Es1 x source rock in Lixian Slope-Suning Subsag is high richness of organic matter, good type (II 1-I), and the thermal evolution stage is from low-mature to mature. The threshold of hydrocarbon generation of them is about 3000 m, and beginning to quickly generate hydrocarbon at about 3500 m. The source rocks of Es1 x are mainly generated oil. The amounts of generated oil and gas are 7.14 × 10 8 t and 0.21 × 10 11 m 3. The oil and gas resource are (0.36 - 1.43) × 10 8 t and (0.001 - 0.004) × 10 11 m 3 from the Es1 x source rocks in Lixian Slope-Suning Subsag.
杨德相1,王权1,陈方文2*,卢双舫2
1中国石油华北油田公司勘探开发研究院,河北 任丘
2中国石油大学(华东)非常规油气与新能源研究院,山东 青岛
收稿日期:2016年12月2日;录用日期:2016年12月19日;发布日期:2016年12月22日
随着近些年饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽沙一下亚段烃源岩层段岩心分析资料的积累和丰富,有必要对其生烃量进行定量评价。本文通过对饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽沙一下亚段(Es1x)烃源岩岩心样品进行地化特征统计,以低成熟度的烃源岩样品进行高温热模拟实验为基础,利用化学动力学方法计算饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽沙一下亚段烃源岩生烃量。研究结果表明:饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽沙一下亚段烃源岩有机质丰度较高、类型主要为II1-I型、处于低熟–成熟热演化阶段;其生烃门限大约为3000 m,约在3500 m开始大量生烃;该烃源岩以生油为主,生油、生气量分别为7.14 × 108 t和0.21 × 1011 m3,所能聚集的油、气资源量分别为(0.36~1.43) × 108 t和(0.001~0.004) × 1011 m3。
关键词 :饶阳凹陷,蠡县斜坡–肃宁洼槽,沙一下亚段,烃源岩
饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽沙一下亚段(Es1x)包括下部“尾砂岩”和上部“特殊岩性段”等2部分。“特殊岩性段”主要沉积砂岩、泥岩、油页岩、生物碎屑灰岩、鲕粒灰岩、泥灰岩和白云岩等岩性,按照狭义和广义的定义都属于典型的“混积岩” [
蠡县斜坡–肃宁洼槽是冀中拗陷最为重要的勘探区域之一,位于富油的饶阳凹陷西部,属于西高东低、北东走向的继承性沉积缓坡–洼槽组合 [
图1. 饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽沙一下亚段勘探成果图
两大地貌单元,而斜坡东西方向,从凸起到洼陷则分为单斜区和平台–台坪区 [
研究区古近纪经历了2次大规模的湖进与湖退,一次为沙三段沉积早中期,另一次为沙一段沉积早期,即沙一下亚段沉积时期 [
对饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽内110口钻遇中沙一下亚段的探井和评价井共1819个样品点的地化特征进行统计(图2)。沙一下亚段烃源岩TOC值范围为0.08%~6.02%,数据点多大于0.6%,平均值为1.37%;
图2. 饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩有机质丰度分布直方图
产油潜量S1 + S2值范围为0.02~59.51 mg/g,数据点多大于2.00 mg/g,平均值为23.07 mg/g;氯仿沥青“A”含量为0.02%~1.66%,平均值为0.44%。按照黄第藩等 [
通过对饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽14口探井共24个Es1x烃源岩样品的有机元素分析数据进行统计,制作饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x有机质氢碳原子比和氧碳原子比H/C-O/C关系图(图3),确
图3. 饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩有机质H/C-O/C关系图
定饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩有机质类型主要为II1-I型。从有利于生油的角度上看,饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩类型较好。
镜质体反射率(Ro)是反映有机质成熟度最有效的参数。一般认为Ro < 0.5%对应未成熟阶段,0.5%~1.3%对应低熟–成熟阶段,1.3%~2.0%对应高成熟阶段,Ro > 2.0%对应过成熟阶段。对饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩的29口探井共97个样品点进行统计(图4),饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩有机质Ro值分布为0.36%~1.11%,均值为0.66%,基本处于低熟–成熟热演化阶段,少部分样品点分布于未成熟阶段。另外,H/C-O/C关系也显示饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩热演化程度处于低熟–成熟阶段(图3)。
为了利用化学动力学计算饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩有机质的成烃转化率,选取成熟度相对较低的高58井饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩样品(Ro = 0.44%)进行热解实验。热解实验在Rock-Eval-II型热解仪上进行,从200℃开始,分别以10℃/h、20℃/h和40℃/h的升温速率将样品加热至600℃,实时记录产油量、产气量与温度(时间)之间的关系。即可得到不同升温速率条件下各温度点的成油和成气转化率,以此数据进行化学动力学标定(图5),标定方法见文献 [
通过化学动力学标定,得到饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩有机质成油、成气转化率与深度的关系(图6)。根据成烃转化率与深度的关系,确定饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩生烃门限约为3000 m,约在3500 m进入生烃高峰。
图4. 饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩有机质镜质体反射率Ro与深度关系
虽然饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩处于未成熟至成熟演化阶段,但也生成并排出了一定数量的油气。目前实测的残余有机碳(TOC)不能反映烃源岩有机质的原始丰度,各项有机质性质指标所反映的有机质类型也有偏差。因此,进行生烃量计算时需要对有机质原始有机碳(TOC0)和原始氢指数(HI0)进行恢复。
依据化学动力学原理计算成烃转化率并恢复有机质原始有机碳和原始氢指数方法 [
以饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩原始有机碳等值线图、原始氢指数等值线图、烃源岩顶底埋深等值线图以及有机质成烃转化率、烃源岩密度随深度的变化规律等数据为基础,对饶阳凹陷蠡县
图5. 高58井Es1x烃源岩样品成油、成气转化率与温度及升温速率的关系
图6. 饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩成烃剖面
层位 | 残余氢指数 HI (mg/g) | 原始氢指数 HI0 (mg/g) | 氢指数恢复系数 HI0/HI | 残余有机碳 TOC (%) | 原始有机碳 TOC0 (%) | 有机碳恢复系数 TOC0/TOC |
---|---|---|---|---|---|---|
Es1x | 23.07 | 312.83 | 13.56 | 1.37 | 1.69 | 1.23 |
表1. 饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩平均原始氢指数和原始有机碳
斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩油气生成量进行定量计算。其中,原始有机碳等值线图、原始氢指数等值线
层位 | 总净生油量/108 t | 总生气量/1011 m3 | 油资源量/108 t (运聚系数5%~20%) | 气资源量/1011 m3 (运聚系数0.5%~2%) |
---|---|---|---|---|
Es1x | 7.14 | 0.21 | 0.36~1.43 | 0.001~0.004 |
表2. 饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩总生油气量
图和有机质成烃转化率随深度的变化规律是根据现有地化分析数据利用化学动力学计算得到;烃源岩顶底埋深等值线图为井震相结合的解释结果;烃源岩密度随深度的变化规律由实测样品点对密度测井曲线进行校正而得到。首先,将饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x地层按照200 m × 200 m × 1 m进行三维网格化;然后给每个网格单元赋予相应的烃源岩厚度、原始有机碳、原始氢指数和有机质成烃转化率;最后利用微积分方法将每个网格单元的油气生成量进行累加,即得到油气生成量。
按照现代油气成因机制,单位体积源岩生成油气量取决于有机质的丰度、类型和成熟度,每个网格单元的油气生成量计算方法为公式
利用微积分求取凹陷总油气生成量计算方法见公式
式中,S为网格单元面积,m2;ρ(z)为源岩密度,t/m3;F(z)为由化学动力学模型计算得到的成烃转化率,z0和z分别为烃源岩的最小和最大埋深,m;n为网格单元数目。
按照此方法计算饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩生油、生气量分别为7.14×108 t和0.21 × 1011 m3。饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩主要以生油为主,伴生少量天然气。参考前人研究结果 [
1) 饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽沙一下亚段烃源岩有机质丰度较高,类型主要为II1-I型,处于低熟–成熟热演化阶段。
2) 饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽沙一下亚段烃源岩的生烃门限大约为3000 m,约在3500 m开始大量生烃。
3) 利用化学动力学方法计算饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽Es1x烃源岩以生油为主,生油、生气量分别为7.14 × 108 t和0.21 × 1011 m3,所能聚集的油、气资源量分别为(0.36~1.43) × 108 t和(0.001~0.004) × 1011 m3。
国家自然科学基金项目(41302101, 41530315),国家留学基金资助(201606455008),山东省自然基金项目(ZR2016DL07)。
杨德相,王权,陈方文,卢双舫. 饶阳凹陷蠡县斜坡–肃宁洼槽沙一下亚段烃源岩特征 The Characteristics of Source Rock of Es1x in Lixian Slope-Suning Subsag of Raoyang Sag[J]. 地球科学前沿, 2016, 06(06): 450-458. http://dx.doi.org/10.12677/AG.2016.66047