塔里木盆地台盆区原油甾、萜烷浓度与热稳定性.pdf
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1、对塔里木盆地台盆区未遭受生物降解的 138 个原油样品进行甾、萜烷定量分析,展示原油甾、萜烷浓度随成熟度变化特征。C23三环萜烷/(C23三环萜烷+C30藿烷)值与甾、萜烷浓度图版显示各类甾、萜烷具有不同的热稳定性。依据热稳定性的差异将甾、萜烷分为 3 类:第 1 类包括 Tm、C29藿烷和 C30藿烷等五环三萜烷,随成熟度增高,这类化合物浓度降低较快,具有相对较低的热稳定性;第 2 类既包括 Ts、C29Ts 和 C30重排藿烷等五环三萜烷,也包括 C27和 C29规则甾烷各异构体,随成熟度增高,这类化合物浓度降低较慢,具有中等热稳定性;第 3 类包括 C27重排甾烷、C21甾烷和 C23三
2、环萜烷,随成熟度增高,这类化合物浓度先增高、后降低,降低速率低于前 2 类化合物,表明其热稳定性相对较高。在常用的甾、萜烷成熟度指标中,Ts/(Ts+Tm)、C29Ts/(C29Ts+C29藿烷)和 C30重排藿烷/(C30重排藿烷+C30藿烷)是基于第 1 类和第 2 类化合物之间的热稳定性差异;C27重排甾烷/(C27重排甾烷+C27规则甾烷)和 C21/(C21+C29)甾烷是基于第 2 类与第 3 类化合物之间的热稳定性差异;C23三环萜烷/(C23三环萜烷+C30藿烷)则是基于第 1 类与第 3 类化合物之间的热稳定性差异,具有更好的应用效果。关键词:塔中原油;塔北原油;甾、萜烷成熟
3、度指标;甾、萜烷浓度;油气充注 中图分类号:P618.13 文献标志码:A 文章编号:0379-1726(2023)02-0158-14 DOI:10.19700/j.0379-1726.2023.02.003 Concentrations and thermal stabilities of steranes and terpanes in crude oils from the cratonic regions of Tarim Basin ZHOU Chenxi1,2,YU Shuang1*,ZHANG Haizu3,XIAO Zhongyao3,PAN Changchun1(1.Sta
4、te Key Laboratory of Organic Geochemistry,Guangzhou Institute of Geochemistry,China Academy of Sciences,Guangzhou 510640,Guangdong,China;2.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China;3.Research Institute of Exploration and Development,Tarim Oilfield Company,PetroChina,Korla 841000
5、,Xinjiang,China)Abstract:We quantitatively analyzed steranes and terpanes in 138 non biodegraded crude oil samples in the platform basin of Tarim Basin to determine how the sterane and terpane concentrations varied as crude oils matured.Crossplots of the ratio of C23 tricyclic terpane/(C23 tricyclic
6、 terpane+C30 hopane)versus the concentrations of steranes and terpanes showed that different sterane and terpane compounds have different thermal stabilities.According to the thermal stability,sterane and terpene compounds were divided into three groups.The first group includes pentacyclic triterpen
7、es such as Tm,C29 hopane,and C30 hopane.With increasing maturity,the concentrations of these compounds decreased rapidly and showed relatively low thermal stabilities.The second group includes some pentacyclic triterpanes such as Ts,C29Ts,and C30 diahopane,as well as isomers of C27 and C29 regular s
8、teranes.With increasing maturity,the concentrations of these compounds decreased slowly and showed moderate thermal stability.The third group includes C27 rearranged steranes,C21 sterane,and C23 tricyclic terpane.With increasing maturity,the concentrations of compounds in the third group first incre
9、ased and then decreased with 第 2 期 周晨曦等:塔里木盆地台盆区原油甾、萜烷浓度与热稳定性 159 Geochimica Vol.52 No.2 pp.158171 Mar.,2023 lower decreasing rates and higher thermal stabilities than those in the other two groups.Among the routine maturity parameters of steranes and terpanes,the ratios of Ts/(Ts+Tm),C29Ts/(C29Ts+C
10、29 hopane),and C30 diahopane/(C30 diahopane+C30 hopane)are based on differences in thermal stabilities between the first and second group compounds.The ratios of C27 rearranged sterane/(C27 rearranged steranes+C27 regular steranes),and C21/(C21+C29)steranes were based on differences in thermal stabi
11、lities between the second and third group compounds.The ratio of C23 tricyclic terpane/(C23 tricyclic terpane+C30 hopane)was based on the difference in thermal stabilities between the first and third groups,which may be more effective.Key words:Tazhong crude oil;Tabei crude oil;maturity parameter of
12、 sterane and terpane;concentration of sterane and terpane;oil and gas charge 0 引 言 塔里木盆地是中国重要产油气盆地,是国内唯一开采海相原油的盆地,也是国内原油产层最深的盆地(漆立新,2016;杨海军等,2020)。近年来,塔里木盆地台盆区的油气勘探持续取得重要进展(漆立新,2016;杨海军等,2020)。台盆区探明的海相原油储量超过 2109 t,海相天然气储量超过 500109 m3(Zhu et al.,2019)。塔里木盆地经历多期构造运动和多期油气成藏过程(Xiao et al.,1996;贾承造和魏国齐
13、,2002;Zhu et al.,2019;Zhou et al.,2021)。根据分子地球化学指标,台盆区海相原油的成熟度处在生油早期阶段(镜质组反射率 Ro0.80%)至过成熟阶段(Ro2.0%)(Chen et al.,1996;Zhang et al.,2005;Li et al.,2018)。然而,对于来自多期充注的原油,不同的分子指标指示的成熟度范围差别较大,例如甲基菲指数(MPI1)、甲基二苯并噻吩比值(MDR)和甲基金刚烷指数(MDI)指示的成熟度分别相当于 Ro为0.66%0.97%、1.11%1.64%和 0.89%1.74%(Zhang et al.,2005)。有效地评
14、价塔里木盆地台盆区海相原油的成熟度和油气充注过程具有重要理论和应用意义。常用饱和烃生物标志化合物指标可分为 2 类:一类指标指示的成熟度范围较窄,例如 C313522S/(22S+22R)藿烷和C2920S/(20S+20R)甾烷分别在生油门限之前和生油早期达到平衡值(Seifert and Moldowan,1978;Mackenzie,1984);另一类指标指示的成熟度范围较宽,可指示整个生油窗的成熟度,如 C23三环萜烷/(C23三环萜烷+C30藿烷)和 Ts/(Ts+Tm)(Seifert and Moldowan,1978;Mackenzie,1984;Graas,1990)。生物标
15、志化合物成熟度指标(比值)取决于某一类生物标志化合物相对于另一类生物标志化合物的生成与分解速率,而生物标志化合物的浓度则取决于某一类生物标志化合物相对于原油主体成分生成与分解速率。已有一些文献报道了烃源岩中的生物标志化合物浓度和比值随成熟度或埋藏深度的变化特征(Requejo,1994;Dzou et al.,1995;Farrimond et al.,1998;Fang et al.,2019)。烃源岩中生物标志化合物的浓度与比值受沉积环境和岩相的变化影响较大(Moldowan et al.,1986;Farrimond et al.,1998;Peters et al.,2005;Fang
16、 et al.,2019)。相对于烃源岩,从油藏中采集的原油样品为大范围烃源岩所生原油的一部分,受烃源岩沉积环境和岩相变化的影响较小。然而,油藏中的原油可能是不同烃源岩或同一烃源岩在不同生油阶段所生原油混合的产物。特别是多期原油充注的油气藏,原油的混合效应对生物标志化合物的浓度和比值有重要影响。饱和烃中的生物标志化合物为多环烷烃,相对于原油主体成分正构烷烃和芳烃组分热稳定性低。随着成熟度增高,饱和烃生物标志化合物的浓度具有降低的趋势,成熟度高的原油生物标志化合物浓度低于成熟度低的原油(Farrimond et al.,1998;Wilhelms and Larter,2004;Peters e
17、t al.,2005)。当 2 类不同成熟度的原油等比例混合,混合原油中的生物标志化合物浓度和比值介于2类原油之间,但比值更接近于成熟度低、生物标志化合物浓度高的原油(Wilhelms and Larter,2004)。烃源岩抽提物的浓度不能代表烃源岩中油的浓度,特别是在高成熟阶段,以轻组分为主,很容易挥发。因此,在生油窗内,生物标志化合物的浓度随成熟度的变化趋势并不清晰。此外,很少有文献报道原油样品中生物标志化合物浓度随成熟度的变化特征。Zhou et al.(2021)曾应用 C2920S/(20S+20R)甾烷与 C2920R 和 20S 甾烷浓度、C29/(+)甾烷与 C29(20S+
18、20R)和 C29(20S+20R)甾烷浓度、C23三环萜烷/(C23三环萜烷+C30藿烷)与 C23三环萜烷和 C30 藿烷浓度以及 Ts/(Ts+Tm)与 Tm 和 Ts浓度等图版,揭示了在塔里木盆地台盆区原油样品中,这几个生物标志化合物浓度随成熟度增高的变化趋势 160 2023 年 Geochimica Vol.52 No.2 pp.158171 Mar.,2023 和原油多期充注与混合特征。由于 C2920S/(20S+20R)和/(+)甾烷值指示的成熟度范围太窄,而C23三环萜烷/(C23三环萜烷+C30藿烷)与 Ts/(Ts+Tm)值指示的原油成熟度差异较大,以上图版更多反映了原
19、油多期充注、混合对甾、萜烷浓度的影响,而没有真实反映原油中各甾、萜烷浓度随成熟度增高的变化速率和热稳定性差异(Zhou et al.,2021)。本研究选用同一生物标志化合物比值作为原油统一的成熟度指标,应用该指标与各主要甾、萜烷浓度相关关系图版,展示这些甾、萜烷的浓度随成熟度变化特征和热稳定性差异。1 样品和实验 1.1 样 品 在塔里木盆地塔北隆起及其南斜坡和塔中隆起及其北斜坡选取 138个未遭受生物降解的原油样品进行生物标志化合物定量分析,其中有 16 个选自塔中隆起及其北斜坡的油样生物标志化合物浓度低于检测限(Zhou et al.,2021)。在表 1 中仅列出了生物标志化合物浓度高
20、于检测限的油样,采样位置见图 1。表 1 甾、萜烷成熟参数与浓度 Table 1 Maturity parameters and concentrations of steranes and terpanes 序号 样号 层位 井深(m)1*2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 塔北原油 1 YueM2O O2y 71537203 0.740.2248 0.471491690.34118 232 0.26 1494242 YueM4O O2y 71967274 0.860.3026 0.3356 1120.31120 270 0.22 1103893 YueM5O O 722772
21、94 0.910.295 0.8226 6 0.5439 33 0.57 77 58 4 YueM5-1O O 0.970.301 0.5612 9 0.4236 49 0.54 64 55 5 YueM5-3O O2y 72227292 0.970.372 0.519 9 0.3935 54 0.59 65 46 6 Yue102O O 72497313 0.860.3136 0.5911680 0.34124 238 0.27 1453857 Yue701O O2y 72437334 0.960.392 0.5211 10 0.3940 62 0.52 65 60 8 YueM9O O1-
22、2y 72287600 1.00-BD-BDBD0.3872 116 0.47 1111289 JY2O O2y 70377103 0.670.1116 0.3163 1410.3187 197 0.26 95 27810 JY5HO O 70437255 0.620.1136 0.291333210.25158 472 0.19 14159911 XK6CO O 66696848 0.550.0813 0.4478 1010.3548 89 0.41 88 12512 XK8-9O O 66606835 0.640.109 0.3542 80 0.3055 128 0.35 78 14213
23、 XK9005O O 67386921 0.440.1230 0.3067 1580.3050 115 0.28 66 16714 RP1CO O3l 66296988 0.670.0912 0.3959 92 0.4267 94 0.42 11015415 RP1-1O O3l 68546935 0.790.167 0.2614 41 0.3328 58 0.53 84 74 16 RP1101O O 67566985 0.510.0613 0.2865 1710.2853 137 0.28 69 17917 RP3-1O O1y 69667066 0.540.1018 0.3975 120
24、0.3868 109 0.39 94 14818 RP301O1 O 70067069 0.760.1618 0.5710578 0.44103 131 0.49 19220219 RP301O2 O 69497003 0.750.158 0.4540 49 0.3055 130 0.38 72 11920 RP3001O O 0.560.078 0.3240 85 0.2537 112 0.36 49 88 21 RP3012-1O O 70457085 0.760.1312 0.3657 1000.35107 200 0.39 14723022 RP3013O O 70127135 0.5
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