巴伦支海(Barents Sea)石油和凝析油的区域性石油演变趋势:研究油气运移机制和过程的一个线索

本文利用石油和凝析油在区域上的组分演变科学论证了该区域油气运移的机制和过程。文章基于有机地球化学数据,研究了油气运移和储层内部变化造成的影响、热成熟度评估和油气来源,发现地层隆起对油气发现具有重要的积极意义。

1 引言

通过本文的研究,我们发现,早期的蚀变过程对迄今为止在巴伦支海发现的大部分油藏系统都有影响。本文的重点是石油和凝析油气中的的轻质烃(LHC)成分,此外,形成时间较近的LHC的信息将增加我们对近期油气运移过程的认识。在这项研究中,我们有一个统一的常规油和凝析油数据库,目标是加强对该区域油系统的认识。本研究重点是,基于有机地球化学参数,研究油气运移和储层内部变化造成的影响、热成熟度评估和油气来源评估。

2 地质史

巴伦支海覆盖了大面积的陆架,该地区描述为镶嵌盆地、浅海台地、构造隆起、断裂带和底辟地区。它的主要构造元素见图1。

图1  (A)北极地区概况示意图。红色矩形内为本次研究的目标区域。(B)本次研究目标区域的俯瞰图以及其主要构造元素。测试样品是从由黑点表示的井位上获得的。

3 巴伦支海的石油系统

巴伦支海被认为是一个多源岩溢出型盆地。由于在不同的地层深度都有一些发现和烃类显示(图2),从而确定了古生代、三叠纪和晚侏罗世的石油系统,而其中有许多地层对未来的勘探工作都很重要。为此,NPD(挪威石油董事会)对我们本次研究区域范围内的几个石油层位进行了表征描述,具体内容见表1。

图2  地层层位图,图中显示了岩性、已探明或油潜力的烃源岩、储层和巴伦支海西南部构造的演化情况。B.=盆地;Fm.=地层。二叠纪,三叠纪,侏罗纪,白垩纪:E.=早期;M.=中期;L.=晚期。古近纪:E.=始新世;P.=古新世;O.=渐新世。新近纪:M.=中新世。

4 结果

4.2 变异标志

使用由Thompson(1987)和Halpern(1995)推荐的参数确定变异标志,分别如图3和图4所示。

图3 正庚烷/ 甲基环己烷与甲苯/ 正庚烷(芳香)的对比图

图4 C7- 石油转化玫瑰图(C7-OTSD)

4.3 热成熟度

Thompson(1987)用了两个指标,正庚烧和异庚烧值,将成熟度划分为三个不同的水平:正常、成熟和过熟。图5所示为Holba等人(1996)修改后的交汇图。样品A(7119/12-3)来自Bjarmeland地台的两个样品(AE1 AE2和[7222/11-1 T2]),和来自北角盆地的样品AB(7228/7-1)位于过成熟区。

图5 庚烷(H)与异庚烷(I)相关对比图

图6所示的两个成熟度分布图是修改自Chung等人(1998)的研究结果。两个图显示了相同的成熟度趋势,并与图5中所示结果的关联性较好。

图6 成熟度相关比值分布图

4.4 有机相

轻质烃(LHC)作为有机相和烃源岩指标的应用是有限的,但是它是推测样品之间成因关系的有用的工具。图7旨在突出根据Halpem参数确定的烃源岩的差异。

图7 C7 石油相关玫瑰图(C7-OCSD)

Thompson提出的庚烷和异庚烷值被用于确定源岩的干酪根类型(图8)。

图8 异庚烷(I)与庚烷(H)的对比关系图显示了不同的干酪根类型

4.5 GOR比值

图9所示为所选样品的气—油比值(GOR),代表两组样品,分别是低到中等GOR样品和高GOR凝析油样品。

图9 England 和Mackenzie(1989) 研究中油样的GOR 比值与油样深度对比图/ 相界线

5 讨论

5.1 相分馏,强制溢油机理和盖层属性

仅对哈默菲斯特盆地的油样的相分馏效果进行了记录。对于凝析油而言,高芳香值并不常见,因为凝析油一般是在低碳烷烃中富集,或者在芳香族化合物中富集的残余油中富集形成。图10显示了来自7120/6-1井的两个全油色谱图,其中一个样品来自凝析气顶部,另一个是来自下部的油藏内油样。可以看出,油样的轻质烃馏分己经耗尽,而在正C15+馏分中富集;而凝析气样品相反,其轻质烃馏分得到富集,但正C15+馏分己经耗尽。

图10 两个油样的全油色谱图

图11展示了哈默菲斯特盆地和其相邻区域中石油和凝析油的分布。对于哈默菲斯特盆地边缘部位的油样情况,我们觉得该圈闭的盖层物性起到了重要作用,其盖层确保了气体组分的泄露(图12),图9中显示的较低GOR值也支持这一解释。

图11 哈默菲斯特盆地油气分布图

图12 地层抬升对盖层物性和满溢机理的影响模型

5.2 长距离运移与混合

水溶性芳香族化合物甲苯的浓度低,说明油样经过了长距离的运移;南部盆地边缘的油样(井7120/12-2,7122/7.1,和7122/7-3)与低浓度的甲苯具有较好的相关性,这一点对前面在图4B和图12中讨论的油样的满溢过程是一个有利的支撑。

5.3 生物降解

发生生物降解最明显的样品是S(7122/7-1)和T1(7122/7-3),来自浅层Goliat圈闭。如图13所示,正构烷烃到nC15的含量降低,与图3和图4B中根据Thompson和Halpem参数得到的结果明显一致。

图13 Goliat 浅部储层油样的全油样色谱图

5.4 热成熟和有机相

图14所示为区域尺度的研究区成果汇总图以及以上讨论结果的简单概要。

图14 区域尺度的研究区成果汇总图(详细解释参见结论部分)

6 结论

通过研究巴伦支海西南区域的油样和凝析油样中的轻质烃组分,可以加强对该区域油气系统的认识。在哈默菲斯特盆地的多数井中发现的残余油表明,该区域存在明显的古石油形成过程。在含有膨胀气体柱的圈闭中,原油被挤压到泄漏点以下,导致原油二次运移进入上方的地层区域。多次出现原油满溢现象,最终导致运移网络的形成。尽管盆地边缘可能是一个吸引油气聚集的核心地带,但是主要的天然气和凝析油却集中出现在哈默菲斯特盆地的西部和中心区域。在盆地边缘的原油,如在Tomerose发现的油层和在M&s0y-Nysleppen断裂复杂构造带发现的油层,都经历了长距离的运移,其指示标志是储层中油样的水溶性芳香族化合物含量明显降低。进一步的研究发现,在Loppa高地区域,古生油与后来补充进来的原油发生了混合,意味着在该区域存在着活性气态运移。我们研究认为,Goliat和Tornerose油气探明区的油样中轻质烃组分是在地层抬升以后,大量的雨水经过构造性地层进入油气层后才发生生物降解的。对于哈默菲斯特盆地,从西部到东部,成熟度逐渐降低,说明该盆地的油气来源既有可能是成熟度较高的三叠纪地层的II-III型干酪根,还有可能是成熟度较低的侏罗纪地层的II-III型干酪根。由于这两个来源的差异不大,所以也不排除这两个来源相互混合的情况。研究指出,来自低成熟度、海相II型干酪根烃源岩的油气对Loppa高地的原油进行了驱替,并且为7222/6-1 S井所在的圈闭提供了油气供给。Goliat圈闭中,浅层位置和深层位置油样的成熟度和干酪根类型各不相同,这就意味着为二者供给油气的烃源岩来自不同的地质年代。来自三叠纪或古生代高度成熟的II-III型烃源岩在研究区域内的东部圈闭排出轻质烃组分。轻质烃的应用是分析石油系统演化过程、成熟度和有机相的一个有力工具。尽管如此,要想更好地认识巴伦支海的石油系统,需要将本文的研究结果与对介质和生物标志区化合物评价相结合。

李晓莹 译自:Benedikt Lerch, Dag Arild Karlsen, Tesfamariam Berhane Abay, Deirdre Duggan,Reinert Seland and Kristian Backer-Owe. Regional petroleum alteration trends in Barents Sea oils and condensates as a clue to migration regimes and processes. AAPG Bulletin February 2016, 100(2).(王艳红 审稿)

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