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有机地球化学方法示踪石油运移的研究进展.pdf

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    有机 地球化学 方法 石油 研究进展
    资源描述:
    第3 3 卷第5 期 2 0 1 6 年5 月 吉林化 工 学院学报 J O U R N A LO FJ I L I NI N S T n l J T EO FC H E M I C A LT E C H N O L O G Y V 0 1 3 3N O 5 M a y 2 0 1 6 文章编号:1 0 0 7 2 8 5 3 ( 2 0 1 6 ) 0 5 0 0 0 1 0 4 有机地球化学方法示踪石油运移的研究进展 郭佳1 2 ,牛博1 3 ( 1 中铁资源集团有限公司,北京1 0 0 0 3 9 ;2 中国石油大学地球科学学院,北京1 0 2 2 4 9 ;3 中国国际工程咨询公司, 北京1 0 0 0 4 4 ) 摘要:石油运移方向的正确分析对于圈闭预测及油田的勘探开发具有重要意义目前,示踪石油运移的 有机地球化学研究多基于发生趋势变化的示踪指标的分析系统总结和分析现有各种示踪油气运移的 有机地球化学指标和应用方法( 饱和烃、芳香烃、含氮化合物、含氧杂环芳烃化合物) 随着理论的深化和 技术方法的完善,示踪石油运移的有机地球化学方法将会在石油勘探领域发挥更大的作用 关键词:有机地球化学方法;示踪;石油运移;进展 中图分类号:P5 9 3文献标志码:A D O I :1 0 1 6 0 3 9 j c n k i c n 2 2 - 1 2 4 9 2 0 1 6 0 5 0 0 1 油气运移是石油地质学的重要内容,是贯穿 整个成藏过程的纽带,油气运移路径和方向的识 别对于确认有利富集区至关重要但是油气运移 在地质历史过程中留下的痕迹很少,在实验室又 很难进行模拟研究,因此示踪油气运移过程长期 以来是石油地质学研究的难点十九世纪末,国外 地质学家首先提出和描述了油气运移,但由于 缺乏有效的研究手段,油气运移研究进展缓慢;二 十世纪以来,国内外学者逐渐完善了油气运移和 聚集的水动力学说,并提出了多种可能的运移模 式旧6 J 8 0 年代至今,伴随着有机地球化学研究方 法和手段的发展,示踪油气运移的研究得到了拓 展有机地球化学方法示踪石油运移已是当前国 际地学界研究的前沿和热点之一,通过地球化学 手段追溯石油活动的过程,对恢复油气成藏历史 具有重要意义 1 有机地球化学示踪研究进展 1 1 饱和烃 1 1 1 正构烷烃 正构烷烃系列是在未遭到生物降解情况下,原 油中主要的组成部分,平均约占原油总量的1 5 2 0 J 烃源岩中正构烷烃的组成通常可以反映 母质的来源,低分子量正构烷烃主要反映低等水 生生物来源,而以C :,C ,为主峰的高分子量正 构烷烃主要反映高等植物来源旧1 ;正构烷烃还可 用于确定沉积环境,海相沉积环境的油页岩所含 正构烷烃具有低碳数优势,陆相沉积环境的油页 岩所含的正构烷烃具有高碳数优势,具有强还原 性的咸水湖相沉积环境的生油岩具有正构烷烃系 列的偶碳数优势一1 由于油气在运移过程中会发生“地质色层” 效应,正构烷烃中相对短链、小分子量化合物较之 长链、大分子量的n c :。和n C :。易于运移,并顺着运 移方向相对地富集叭1 1J 李广之等提出可利用轻 烃异构比值i C 。f l n C 。和i C ,n C ,分析油气运移的 方向o l O ;吕修祥等认为( n C ;。+ n C ;:) ( n c :。+ n C :。) 会顺着原油运移方向增大,在实际石油示踪 应用中,当井的n c ;,n C ;2 比值随深度变浅而增 大,可以说明石油由深到浅发生垂向运移1 。 1 1 2 萜烷类化合物 萜烷类化合物可以提供原油的热演化信息、 成熟度参数等,因此可作为示踪石油运移的生物 标志物原油中检测到的萜烷一般有二环倍半萜 烷、三环二萜烷、四环二萜烷、长链三环萜烷、长链 四环萜烷、五环三萜烷和四萜烷等,其中三环萜烷 和五环三萜烷最为丰富和重要三环萜烷碳数分 布较宽,为c ,c m 以c :。为主峰碳;五环三萜烷 相对丰度最高,碳数分布范围为C :,C 3 5 【1 2 在 大量的萜烷系列化合物参数中,C 凹T s ( C :,T s + 收稿日期:2 0 1 6 0 5 0 5 基金项目:国家油气重大专项资助( 2 0 11 2 x 0 5 0 0 6 0 0 1 ) 作者简介:郭佳( 1 9 8 5 一) ,女,辽宁沈阳人,中铁资源集团有限公司工程师,博士,主要从事固体矿床勘查、油气成藏 机理研究 万方数据 吉林化工学院学报 2 0 1 6 矩 1 70 【C :。降藿烷) 、T s ( T s + T m ) 和三环萜 烷 三环萜烷“7 “崔烷1 等参数常用于示踪石油运移 和充注过程1 I 在实际石油示踪应用中,上述参 数比值均随着运移距离的增加而减小因此,可通 过对井在不同深度的储层抽提原油,分析其成熟 度参数,通过这些参数在不同层系的变化趋势,说 明石油在输导通道中的运移方向 1 2 芳烃化合物 芳烃化合物是原油中含量仅次于饱和烃的重 要有机族组分,原油中芳烃质量分数一般为1 5 5 近年来,芳烃馏分中的生物标志化合物研究 取得了较大进展,已可应用在油源对比、识别沉积 环境、示踪油气运移等方面o1 3 - 1 4 由于芳烃类化合 物的组成和结构会随着成熟度的改变而发生变 化,因此可利用芳烃化合物之间的比值反映成熟 度的变化王铁冠等认为烷基二苯并噻吩类参数 4 - M D B T 1 一M D B T ( M D B T 为甲基二苯并噻吩) , D M D B T 2 ,4 一D M D B T 1 ,4 - D M D B T ( D M D B T 为二甲 基二苯并噻吩) 和4 ,6 - D M D B T 1 ,4 D M D B T 可以 作为示踪石油充注方向与途径的分子参数,且上 述参数均随着运移距离的增加具有减少的 趋势1 5 1 1 3 含氮化合物 从1 9 世纪初开始,科学家就开展了对石油中 的含氮化合物的研究0 1 6 3 1 9 2 8 年旨在分离和调查 石油中有机含氮化合物的2 0 号A P I 研究计划使 吡啶和喹啉等碱性化合物得以发现川,随后的 5 2 号计划查明了石油中具有吡啶、吡咯结构的杂 环含氮化合物系列8 I 在近几十年的研究下,随 着含氮化合物分离、分析方法的进步,利用气相色 谱氮磷检测器、探针质谱仪、气相色谱质谱仪等 检测含氮化合物的分布,认为含氮化合物具有显 著的油气运移分流效应,可作为油气示踪的 指标1 9 瑚1 含氮化合物是原油及烃源岩中的一种非烃组 分,其含量一般占原油的0 1 2 0 目前,利用 含氮化合物的分馏作用已成为研究石油运移的一 种重要手段因为,石油在运移过程中,其中具有 极性的含氮化合物与围岩表面相互作用,导致其 浓度逐渐降低,不同异构体之间的丰度比值会有 差异因此,可以通过测定含氮化合物在地层中的 含量,利用它们之间的比值来确定原油的运移 方向 国内学者刘洛夫等最先就中性咔唑类化合物 在油气运移中的应用进行探讨,研究了塔里木盆 地群4 井和群5 井原油中咔唑类化合物的分布, 检测到咔唑及一系列烷基咔唑,证明了咔唑类化 合物在油气运移方面的应用价值悼1 | 李素梅、王 铁冠等分析了塔里木盆地轮南海相、松辽盆地新 站淡水湖湘等地区的原油中吡咯类化合物的丰度 与分布特征,认为其受控于多种地球化学因素、运 移分馏作用、沉积环境等旧2 | 李素梅、刘洛夫等通 过对比分析柴达木盆地尕斯库勒油田盐湖相低成 熟度的原油样品和塔里木盆地轮南地区正常成熟 度原油样品,认为不同类型原油烃类化合物所含 的毗咯类化合物分布特征较相似,母源、成熟度等 非运移因素对毗咯类化合物的干扰小于烃类,毗 咯类化合物作为油气运移示踪剂有独特优势旧3 | 前人根据大量具有代表性的原油样品的研 究旧1 。川,认为含氮化合物总量丰度随埋藏深度的 加大而增大,1 ,8 一D M C A 1 ,7 - D M C A 和1 ,8 一 D M C A 2 ,7 一D M C A 等参数比值随埋藏深度的减小 而增大,由此可示踪油气是否发生垂向运移;在侧 向运移方面,证实含氮化合物的总量随运移距离 的增加而减少,1 ,8 一D M C A 1 ,7 - D M C A 和1 ,8 一 D M C A 2 ,7 - D M C A 等参数比值随运移距离的增加 而增大,由此可判断油气的侧向运移过程蒋有录 等通过对濮卫地区原油分馏效应的参数的研究, 总结出:随着石油运移距离的增加,咔唑系列相 对于苯并咔唑系列富集;对于咔唑类分子,随着 运移距离的增加,屏蔽型异构体相对富集;随着 运移距离的增加,二甲基咔唑中屏蔽型的1 ,8 二 甲基咔唑相对于2 ,4 二甲基等其他裸露型二甲 基咔唑明显富集1 1 4 含氧杂环芳烃化合物 二苯并呋喃及其烷基取代系列( D B F s ) 是原 油及沉积有机质中一种重要的含氧杂环芳烃化合 物,二苯并呋喃及其烷基取代系列近年来广泛应 用于油源对比旧孓27 | 在石油运移的过程中,二苯并 呋喃的相对含量和总量变化会受到热成熟度和地 色层分馏效应影响,因此可作为油藏充注的示踪 标志物,可指示油气充注的方向1 在进行二苯并呋喃及其烷基取代系列的分析 前需要先开展原油样品的前处理,通常按照常规 分析流程,首先脱去原油沥青质,然后做组分分 离,分离出饱和烃、芳烃馏组分,以备色谱一质谱 ( G C M S ) 分析使用分析前加入定量的氘代二苯 并呋喃和9 一苯基咔唑作为内标物,进行化合物的 绝对定量由此可知,二苯并呋喃化合物的示踪参 数较为简单易得,因此可以在油藏地球化学研究 中得到更多的应用 通常二苯并呋喃及其烷基取代系列的分析的 万方数据 第5 期郭佳,等:有机地球化学方法示踪石油运移的研究进展 结果可用于判断沉积环境和进行油源对比旧争3 0o ; 二苯并呋喃类化物的总量可以作为示踪油藏充注 途径的运移参数由于海相和陆相原油中,二苯并 呋喃的总量远高于咔唑类含氮化合物,因此认为 二苯并呋喃类化合物的示踪效果更好尤其在非 烃含量极低的轻质油和凝析油藏中,二苯并呋喃 的示踪效果更理想 2有机地球化学示踪研究的发展 趋向 2 1 新的示踪标志物的发现 随着有机质组成剖析手段的不断发展,未来 的有机地球化学示踪研究将继续向未知的分子领 域发展,探寻更多的高分子化合物,不断寻求更有 效的生物标志化合物利用具有超高分辨能力的 离子回旋共振质谱仪( F r I C R M S ) 等先进仪器从 原油所含的复杂的混合物中分离原子组成,结合 地质研究,以此发现新的应用于分析有机质成熟 度、油源对比、示踪油气运移的生物标志物 2 2 先进分析手段的结合 有机地球化学的示踪研究的发展离不开先进 的分析手段,近年来国内外由于实验技术的进一 步提高与精确,地球化学示踪技术在油气运移的 研究上将会产生突飞猛进的发展 不同期次油藏形成过程的精细化分析已成为 未来石油地质研究的一个新的热点,因此亟需有 机地球化学手段示踪不同期次油气运移过程如 单体油气包裹体有机成分分析技术等就对示踪不 同期次油气运移的过程具有重要意义近年来,油 气包裹体组成的色谱一质谱成分分析技术一直以 群体包裹体分析为主,无法提供多期油气成藏的 信息而现在单体油气激光剥蚀在线成分分析方 法已突破了技术瓶颈,可实现对单个烃类包裹体 进行选择性分析,从而检测到单期次油气的化 合物 单体包裹体有机地球化学成分分析的关键技 术在于打开油气包裹体,使其中的油气在不改变 成分的情况下释放出来其中,澳大利亚有机质激 光显微热解技术可利用红外或可见连续激光,使 有机成分裂解,从而得到含烯烃的分子信息1 。; 瑞典采用离子枪与T O F S I M S 的联机分析单包裹 体成分2 i 目前我国的中国石油化工股份有限公 司石油勘探开发研究院自主研发了单体包裹体激 光剥蚀在线色谱质谱成分分析仪,可利用激光打 开单个烃类包裹体,实现对单个包裹体的C 。- C ,。 的成分分析,当油气包裹体中正构烷烃n C ,- n c :。分布完整且n c 。,
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