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油气混源现象在油气成藏过程中普遍存在,开展混源油研究(判识和混合比例确定)是油气成藏机理研究的前提,也是划分油气成藏动力系统的基础。在石油勘探过程中,如果对混源油的存在认识不清,则势必影响对有效烃源岩层位的确认和资源量的评价,甚至对勘探部署等产生误导。因此,混源油研究,尤其是混源油各油源贡献比例的定量研究,对油气勘探实践具有重要的现实意义。
针对目前混源油油源贡献比例确定方法中存在问题,并考虑到原油族组分特性,采用多组分烃类化合物为研究对象,通过任意调节端元油的混合比例,计算得到一系列模拟混合原油的烃类化合物分布曲线,用灰色关联分析法将它们与实验混合原油(或实际混源油)的烃类化合物分布曲线进行拟合,从而得出相对精确的混源油油源贡献比例。为此,本研究主要开展以下方面工作。
1、对混源油的分类进行了详细地探讨,认为油气混源可由油气成藏时期、烃源岩分布地区(凹陷)和层位三个主要因素决定。并将油气成藏分成8种情况:①单凹单源供油,单期成藏;②单凹单源供油,多期成藏;③单凹多源供油,单期成藏;④单凹多源供油,多期成藏;⑤多凹单源供油,单期成藏;⑥多凹单源供油,多期成藏;⑦多凹多源供油,单期成藏;⑧多凹多源供油,多期成藏。除第一种情况外,其余均为不同形式的混源成藏。同时,详细地介绍了目前几种混源油的判识方法。
2、通过实验,并结合前人研究资料,详细地说明选择烃类化合物作为混源油油源贡献比例研究的主要载体的原因,结合灰色关联分析方法,提出混源油油源贡献比例确定的新方法,并详细地介绍了这种计算方法的计算过程。通过二元混合和三元混合配比实验,验证上述计算方法的正确性。同时,对内蒙古达尔其油田(二元混合)和新疆彩南油田(三元混合)两个典型的混源油实例开展研究,通过实际原油样品实验和收集前人研究资料,对其中混源油的油源贡献比例进行计算,并对比前人研究结果,两者结果相近,进一步验证方法的正确性。
3、以泌阳凹陷为例,详细系统地开展未知地区的混源油研究。在对泌阳凹陷的烃源岩和原油充分认识的基础上,综合原油物性特征、饱和烃气相色谱特征和甾烷、萜烷等生物标志化合物特征,将泌阳凹陷原油划分为三大类(未熟-低熟油、正常原油和降解稠油),根据原油成熟度和遭受降解程度又可进一步细分为六类,即高熟正常油、成熟正常油、未熟-低熟正常油以及轻度降解低熟油、中度降解油和重度降解油。并对每一种类型的特征和分布情况进行了详细地研究。
4、在对泌阳凹陷原油系统研究的基础上,结合烃源岩地球化学特征开展了油源综合对比。由于凹陷内存在不同程度的生物降解油,有些地区原油降解非常严重,部分生物标志化合物受到破坏而导致地球化学参数失真。因此,针对生物降解原油与正常原油以及烃源岩之间的油源对比问题,经过研究,提出用C29藿烷替代C30藿烷,认为新伽马蜡烷指数(伽马蜡烷/2×C29藿烷)更能反映生物降解原油的母源水体环境。
5、在对泌阳凹陷油源有了清晰认识的基础上,开展油气混源现象的判识,提出适合本地区混源油判识的有效图版,即用C30伽马蜡烷/2×C29藿烷和2×C24四环萜烷/C26长链三环萜烷作为判识混源油图版。经过油源综合对比和判识,认为下二门地区具有油气混源现象,其中核二段原油不能完全独立成藏,而是与核三上段油源混合成藏。选择具有核二段典型特征的泌331(Eh2,1938.7m)烃源岩抽提物作为端元油A,而选择具有典型的核三上段油源特征的泌160(Eh3Ⅳ,2561.0~2577.0m)原油作为端元油B,并对核二段原油—泌188(Eh2,1778.0~1781.0m)混源油的油源贡献比例进行计算。结果表明,泌188原油的核二段油源贡献比例占35.0%,而核三上段油源贡献比例为65.0%。饱和烃碳同位素计算结果与饱和烃化合物计算结果最为接近,核二段油源贡献比例为31.8%。
本研究主要创新点体现在以下几个方面:
1、混源油油源贡献比例计算—首次采用多组分烃类化合物代表的特征曲线,用灰色关联分析法拟合理论计算的烃类特征曲线和实际混源油的烃类特征曲线,从而求得最佳混合比例。第一,体现在计算载体选择上,以烃类化合物为主的多组分含量分布曲线为研究对象,避免单一化合物,避免绝对定量分析;第二,体现在计算方法上,首次应用跨学科的灰色理论——灰色关联分析法,对烃类特征曲线进行拟合,以求得混合比例。既体现又学科交叉性,又避免复杂的数学计算,具有简单、方便和可行性。
2、混源油判识方——A.生物降解油的对比——针对泌阳凹陷北部斜坡带存在不同程度生物降解原油的特点(部分原油生物标志化合物受到降解影响),通过对国内其他地区259个正常原油和烃源岩C29藿烷与C30藿烷比值研究后,提出以新伽马蜡烷指数(C30伽马蜡烷/2×C29藿烷)替代伽马蜡烷指数(C30伽马蜡烷/C30藿烷)用于生物降解原油与正常原油之间的油源对比。B.混源油判识——在油源对比的基础上,提出适合本地区混源油判识的有效图版,即用C30伽马蜡烷/2×C29藿烷和2×C24四环萜烷/C26长链三环萜烷相关性图版对泌阳凹陷混源油进行判识。