(1.中國石化石油勘探開發研究院西北勘探研究中心，北京100083；
中國尤氏大學(北京)，北京102249)
順7井位於塔中I坡折帶的西北端，在英山組鉆遇凝析氣藏。對順7井天然氣和原油的組成、碳同位素、金剛烷和生物標準化合物的綜合研究表明，順7井天然氣碳同位素呈正序分布，δ 13c2
凝析氣藏；原油裂解；金剛烷；順7塔
關於地球化學和冷凝物成因的討論
中國西北地區塔中地區順7井
李菁菁1，2，王壹1，馬安來1，李慧麗1，張偉彪1
(1.中國石化勘探開發研究院，北京100083，
中國；2.中國石油大學，北京102249，中國)
摘要順7井是塔裏木盆地塔中ⅰ號斷坡折帶中下奧陶統營山組的凝析油和天然氣。天然氣組分的碳同位素分布顯示正常的碳同位素序列(即δ13c 1 <δ13c 2 <δ13c 3)，δ13c 2 <-28‰顯示天然氣為典型的油型氣。根據天然氣組分(C2/C3: 2.8，C2/iC4:11.39)和碳同位素性質(δ13 C1:-51.7‰)指出天然氣可能是原油裂解氣。凝析油飽和烴含量高，芳烴和非烴瀝青質含量低。順7井凝析油的碳同位素與TD-2井寒武系原油的碳同位素相似，表明順7井凝析油可能來自寒武系烴源巖。
關鍵詞凝析氣藏；石油裂解氣；金剛烴；順7井；塔中地區
塔中1號坡折帶位於塔裏木盆地卡爾塔克隆起北緣，呈北西-東南走向，東高西低的構造格局。它是塔裏木盆地重要的油氣構造單元[1，2]。沿坡折帶自東向西發現了塔中26、塔中62、塔中82、塔中86和塔中83油氣藏。油氣表現形式多樣，有常規黑油、高蠟油、輕油、凝析油、天然氣，以輕油和氣為主。目前認為塔中1號坡折帶奧陶系儲層在喜馬拉雅期受到氣侵，氣侵嚴重的儲層成為凝析氣藏，而未氣侵或氣侵較弱的儲層流體仍保留黑油特征[3]。
順7井位於塔中1號斷裂帶上盤的西北傾端(圖1)。2010年2月，在奧陶系英山組灰巖段進行裸眼酸壓試驗。到2011年4月5日，累計產油152m3，累計產氣近。在擬合計算得到的流體相圖上，油氣產層的地層壓力和溫度都位於地層流體臨界溫度的右側，因此順7井遇到了典型的凝析氣藏。相鄰的塔中45 ~ 86井區在奧陶系也取得了良好的油氣勘探成果，TZ86等在良裏塔格組鉆遇凝析氣藏[4]。
圖1塔中地區順7井位置圖
1天然氣的地球化學特征
1.1天然氣的組成特征
順7井天然氣主要為以甲烷組分為代表的烴類氣體，甲烷含量高，為82.50%，達到7.71%，幹燥系數低，為0.91，與相鄰凝析氣藏TZ86相似(表1)。與鐘1井奧陶系天然氣相比，順7井天然氣甲烷含量略低，重烴含量略高，幹燥系數較低。在天然氣分類標準中，甲烷含量大於95%、重烴含量小於1% ~ 4%、幹濕指數大於19的烴類氣體被劃分為幹氣。順7井的天然氣顯然屬於濕氣的範疇。
表1順7井及鄰井區天然氣組成
總體來看，塔中1號坡折帶奧陶系天然氣具有N2含量高、CO2含量普遍較低的特點[5]。N2含量最大值為18.4%(塔中241井)，最小值為0.93%(塔中72井)，主要分布在3% ~ 15%，平均值為6.87%。CO2主要含量為2% ~ 5%，只有塔中30井(13.45%)和塔中73井(17.5%)含量大於10%，最小值為0.283%(塔中24井)。順7井天然氣具有低N2、高CO2的特點，N2和CO2含量分別為0.54%和8.87%，與鄰井塔中86井和塔中1號坡折帶奧陶系天然氣組成不同。前人研究認為，天然氣的非烴組成特征在壹定程度上反映了油氣成藏機理[5]。順7井非烴組分特征表明其成藏機制可能與塔中86井不同。
1.2天然氣組分的碳同位素
順7井甲烷、乙烷和丙烷的碳同位素值分別為-51.7 ‰、-32.5 ‰和-28.2 ‰，呈δ13c 1 <δ13c 2 <δ13c 3的正序分布，為典型的有機天然氣。乙烷碳同位素對熱演化影響不大，受母質遺傳效應影響明顯。壹般認為δ13C2為-28 ‰，可以作為煤型氣和油型氣的分界點，即δ 13c2 >-28 ‰與氣煤型氣有關，δ 13c2
順7井天然氣的壹個顯著特點是甲烷碳同位素較輕，僅為-51.7 ‰，甲烷和乙烷碳同位素差異較大，δ 13c2-δ 13c1為-18 ‰。施塔爾、戴金星等。分別編制了北美、西歐和中國天然氣δ 13c1-Ro關系圖，得出了δ 13c1-RO關系回歸方程(表2)。雖然根據不同公式計算的RO值有壹定差異，但總體來看，都反映成熟度較低。雖然陸相有機樹脂在未成熟階段可以直接生成凝析油(Rogers，1979；Snowdon和Powell，1982)，但塔裏木盆地下古生界顯然不具備發育此類烴源巖的條件。在相鄰的45 ~ 86井區，甲烷的碳同位素也較低(圖2)，有學者提出了與未成熟生物氣混合的模式[6]，但從塔中地區的油氣藏地質特征來看，這壹觀點也難以成立。
除了甲烷的碳同位素指示天然氣的成熟度外，天然氣的組成特征也可以用來判斷成熟度。實驗模擬表明，當C2/C3小於2，C2/iC4小於10時，天然氣主要形成於Ro小於1.5% ~ 1.6%的成熟演化區間，原油未得到有效裂解，因此這些天然氣是正常的原油伴生氣。當C2/C3大於2，C2/iC4大於10時，這些天然氣可由原油的裂解過程或幹酪根的熱裂解形成。順7井天然氣組分的C2/C3值為2.8，C2/iC4為11.39，均表明順7井天然氣與原油無關，可能來自原油或幹酪根的裂解。
表2順7井甲烷碳同位素轉換烴源巖鏡質體反射率
圖2順7井系統天然氣組分1/n與δ13Cn的關系。
國內外學者的模擬實驗表明，天然氣的甲烷碳同位素組成δ13C1主要受熱演化程度的控制，隨著熱演化程度的增加，有變重的趨勢。因此，順7井天然氣來源排除了幹酪根裂解的可能。最新研究結果表明，塔裏木盆地高成熟天然氣除幹酪根裂解氣外，還可能來自分散的可溶性有機裂解氣和聚集的可溶性有機裂解氣(原油裂解氣)[7]。可溶性有機質聚集的熱解氣整體氣體成分較濕，甲烷碳同位素較輕，實驗模擬中最低甲烷碳同位素約為-50 ‰。具有分散的可溶性有機物的熱解氣體具有相對大的幹燥系數和相對重的甲烷碳同位素。劉等[7]認為，和田河氣田是典型的裂解氣，具有分散的可溶性有機質，其幹燥系數基本大於0.95，天然氣的δ13C1在-37.8‰~-34.9‰之間。綜合分析認為，順7井天然氣是原油裂解的結果。
甲烷及其同系物的碳同位素組成受碳碳鍵斷裂過程的動態分餾效應控制。同位素分餾不僅與成氣母質的演化程度有關，而且與加熱速率明顯相關。對於相同演化程度的有機質，快速加熱產生的氣體同位素分餾往往小於慢速加熱。最近的研究表明，在快速沈降條件下，天然氣與成藏過程中形成的母質之間的碳同位素分餾較小，而在緩慢沈降條件下，天然氣與母質之間的碳同位素分餾較大。順7井天然氣的δ13C1僅為-51 ‰，遠低於塔裏木下古生界兩套烴源巖的有機碳同位素，表明順7井天然氣是寒武系-中-下奧陶統有機質聚集成藏後長期熱演化生成的天然氣。
2原油的地球化學特征
2.1原油的物性和族組成
順7井TZ86原油為淡黃色，有強烈的硫化氫氣味，密度為0.7749 ~ 0.7983g/cm3 (20℃)，運動粘度為1.5 ~ 2.93mm2/s (30℃)，硫含量為0.11% ~ 0.65438。
順7井原油飽和烴含量高(> 85%)，芳烴含量低(< 10%)，非烴和瀝青質含量低(表3)，飽和芳烴比和非淋濾比高，表現出高成熟油的特征。與中國石化在Ka 1區塊突破的鐘1井原油相比，順7井飽和烴含量明顯高於鐘1井，而芳烴含量明顯低於鐘1井。
表3順7井和鐘1井原油族組成分析
*采用傳統的柱分離方法，輕組分丟失，閉合度小於70%。
圖3順7井原油氣相色譜圖。
2.2原油的色譜特征
順7井全油色譜圖見圖3，基線平直，無凸起，呈單峰和峰前分布。正構烷烴的豐度為180μg/mg。從色譜參數看，順7井奧陶系原油正構烷烴最高碳數為nC32，CPI為1.03，成熟原油為5.92，表明正構烷烴低碳數占優勢，說明原油成熟度較高。原油Pr/Ph值為1.16，顯示了弱石蠟的優勢。根據Peters建立的標準，Pr/Ph值在0.8 ~ 2.5範圍內，不能作為烴源巖沈積環境的確切指標。
2.3原油輕烴
庚烷值和異庚烷值是常用的輕烴成熟度參數。成熟原油的庚烷值和異庚烷值壹般分別在20% ~ 30%和2% ~ 3%的範圍內。高於或低於該值的原油被認為是高成熟原油或低成熟原油。但這兩個參數受到生物降解的制約，即生物降解油的輕烴成熟度參數往往較小。順7井原油的庚烷值在33%以上，異庚烷值為3.8%(圖4)，表明順7井原油屬於過成熟油的範疇。
圖4順7井原油庚烷值與異庚烷值的關系
Bement等人[8]利用5組不同時代烴源巖的C7輕烴數據和鏡質體反射率(Ro)作為地質溫度計，對4個不同構造類型盆地的2，4-/2，3-DMP輕烴組分的溫度參數進行了地質校正，計算了烴源巖的最高埋藏溫度，建立了烴源巖和2，4-/2，3-DMP輕烴組分的最高埋藏溫度。
基於Bement的研究工作，Mango [9]推導出了油層最高埋深溫度(T)與2，4-/2，3-DMP的函數方程，即
T(℃)=140+15×ln(2，4-/2，3-DMP).
利用Mango(1997)建立的上述函數方程，計算出順7井原油生成溫度為135℃。
2.4原油生物標誌物
甾萜烷生物標誌物組成方面(圖5)，由於順7井原油成熟度高，甾烷和藿烷系列基本裂解。在m/z 191的質譜圖中，藿烷系列只有C30和C29藿烷，C30藿烷的絕對含量只有4× 10-6，Tm化合物完全消失。表明原油成熟度約為1.3% [10]，三環萜烷分布不完全，僅可見C19、C20、C23三環萜烷，C19三環萜烷為主峰。甾烷系列只能檢測到C21孕烷和少量的C27重排甾烷，隱約可見C29規則甾烷。
與Ka 1區塊1井奧陶系原油相比，順7井原油與之差異較大。鐘1井原油生物標誌物絕對含量較高，C30藿烷絕對含量為137× 10-6，C28甾烷含量低，重排甾烷含量高，C29藿烷含量高。
2.5金剛烷化合物的特性
金剛烷化合物是壹類具有類金剛石結構的剛性高分子環狀碳氫化合物，是多環碳氫化合物在強路易斯酸催化下，在高溫熱[11]作用下聚合的產物。由於金剛烷具有獨特的分子結構，壹旦形成，性質極其穩定，具有很強的抗熱降解和生物降解能力。Dahl等人[12]用4-甲基金剛烷+3-甲基金剛烷的絕對含量和C29ααα20R甾烷的絕對含量來確定原油的裂解程度:未裂解的原油中生物標誌物含量較高，C29ααα20R甾烷壹般大於10× 10-6，4-甲基金剛烷+。當原油裂解程度為50%時，原油中生物標誌物含量很低，C29ααα20R甾烷趨於零，4-甲基金剛烷+3-甲基金剛烷含量增加到50× 10-6。當原油裂解度為85%時，4-甲基金剛烷+3-甲基金剛烷的含量進壹步增加，達到170× 10-6以上。
順7井凝析油富含金剛烷，3-甲基+4-甲基金剛烷含量可達73μg/g，幾乎檢測不到C29ααα20R甾烷。順7井原油中甲基金剛烷的含量遠高於塔河9區奧陶系凝析油和高蠟原油中的3-甲基+4-甲基金剛烷[13]。根據Dahl提出的原油裂解定量評價模板，順7井原油裂解程度約為70%。
圖5順7井和鐘1井原油M/Z 191和m/z 217質量色譜圖。
2.6原油組分的碳同位素
順7井原油最大的特點是原油碳同位素有偏差。全油、飽和烴、芳烴、非烴和瀝青質的碳同位素分別為-29.6 ‰、-30.3 ‰、-28 ‰、-29.6 ‰和-29.2 ‰(圖6)。這壹結果與塔裏木盆地公認的寒武系成因的TD2井原油和五路橋油苗級分的碳同位素值[14，15]相似，但與鐘1井原油的碳同位素值明顯不同，其碳同位素值分別為-33.22 ‰和-33.49。
圖6順7井和鐘1井原油組分碳同位素分布圖。
3結論
1)順7井下奧陶統鷹山組天然氣為濕氣，為有機成因的油型氣。其組分的碳同位素特征與塔中1號坡折帶TZ45 ~ 86井區奧陶系天然氣相似。根據天然氣的組成和同位素特征，順7井英山組的天然氣來源是原油裂解的產物。
2)順7井鷹山組原油的庚烷值和異庚烷值表明原油具有較高的成熟度。原油中金剛烷和生物標誌物的含量表明原油已被嚴重裂解，裂解程度在70%以上。由於原油成熟度高，無法通過生物標誌物判斷油氣來源。從原油和族組分的碳同位素值來看，順7井原油來自寒武系-中-下奧陶統烴源巖。
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