有效烃源岩下限指标初探.pdf

第 25 卷增刊2003年 11 月石 油 实 验 地 质PETROLEUM GEOLOGY&EXPERIMENTVol.25,Sup.0Nov.,2003文章编号:1001-6112(2003)S0-0578-04有效烃源岩下限指标初探饶 丹,章平澜,邱蕴玉(中国石化 石油勘探开发研究院 无锡实验地质研究所,江苏 无锡 214151)摘要:有效烃源岩下限标准是大家长期争论的问题,各界学者在评价有效源岩时采用的有机碳下限标准各异。本文从有效烃源岩的概念、限制条件着手,从国内外油气勘探的发现入手,以大量国内外已发现油气田(藏)已知的有效烃源岩统计数据为依据,结合源岩成熟度参数,提出有效烃源岩评价标准是:灰岩有机碳含量0.3%;泥灰岩有机碳含量0.5%;泥岩有机碳含量1.0%;油源岩成熟度上限指标 Ro 1.5%;气源岩成熟度上限指标 Ro 4.0%。关键词:有效烃源岩;下限指标;统计数据;评价标准中图分类号:T E122.1 文献标识码:A1 有效烃源岩概念有效烃源岩是指经可靠油源对比所证实的能提供工业性油气聚集的烃源岩。将/充分的排驱效率0(从母岩的初次运移)与生烃效率同时并列为/有效烃源岩0的必要条件,特别强调源岩对油气成藏的贡献。我们将现今经油源对比已为各油气田(藏)所证实的烃源岩称为有效烃源岩,如我国东部下第三系沙河街组沙三下、沙四上(对应层位核桃园组核三段、阜宁组阜二、阜四段)有效烃源岩是胜利油田、中原油田、南阳油田及江苏油田众多油气藏陆相油气的主力供源层;将至今尚无油气田(藏)证实其有效性的有效烃源岩称之为潜在烃源岩,如东部老油区中生界(J-K,含局部 T3)潜在烃源岩、南华北诸盆地上古生界潜在烃源岩(C-P)等等。作为有效烃源岩,确定其有效性时,要点在于要强调其/生成和排出的烃类足以形成商业油气聚集0,这种强调是必需的,因为油气地质学是一门实践性很强的科学,所进行的研究应围绕油气藏的勘探与发现;若不强调/生成和排出的烃类足以形成商业油气聚集0,则所得到的烃源岩定义只具有理论意义,不具实用价值,因而有效烃源岩的评价应强调工业性。2 有效烃源岩评价标准有效烃源岩评价中的焦点是采用什么样的有机质丰度下限?它关系到什么样的岩石是有效的烃源岩?有效烃源层有多厚?有效烃源层的分布面积和体积有多大?早在 20 多年前 Jones(1978)就指出/使一个潜在母岩变为有效母岩必须之有机碳最低含量,并非是一个常数,它取决于许多其它变数而变化很大0 1,也即在理论上,不同盆地、不同沉积环境、不同有机质类型、不同成熟度的源岩应具有不同的有机质丰度下限,但在实际工作中,为操作方便,常采用统一的有机质丰度下限。为了保证足够的生烃量和充分的排驱效率,有效烃源岩必须具备相应的有机质丰度(及其类型、成熟度和有关的物理、化学条件)。对于有机碳的下限值,Jones 认为是 2.5%。主要依据世界上大多数重要油藏都产自总有机碳 2.5%(重量)的母岩,而且,其范围经常超过 10%。这里可举出很多实例,如北海北部基梅里迪安、阿尔及利亚志留系、加利福利亚上中新统、普拉德霍湾区的白垩系黑页岩、中央大陆的巴肯和伍德福德、西西伯利亚中生界等等0。Momper、McAuliffe、Barker 等学者 大多倾向于 1%这个 有机碳下 限值2-4。他们 指出含收稿日期:2003-06-16;修订日期:2003-09-09.基金项目:中国石油化工股份有限公司研究项目(P00002-03).作者简介:饶 丹(1966),女(汉族),四川乐至人,高级工程师,主要从事石油地质方面的研究工作.0.5%1%有机碳的潜在母岩,虽然也可生成一定数量的烃类,但这样的母岩往往不能形成有效的/自我排驱机制0$如有效的压开缝隙,/三度空间干酪根网0的形成,由孤立油滴合并形成的/烃孔隙中心网0等。潜在母岩中实际上只有其中一小部分才/真正参与充分排驱0,/也许大多数石油母岩系实际上是非生油岩0。我国大部分学者所提出的有机质丰度下限明显低于国际标准,认为碳酸盐烃源岩有机质丰度下限为 0.1%0.2%,现场勘探部门广泛采用的碳酸盐有机质丰度下限为 0.1%;而海相泥质烃源岩的有机质丰度下限为 0.5%,与陆相(湖相)泥质烃源岩相同。表 1 是国外一些典型勘探实例,能够形成商业油藏的碳酸盐岩烃源岩有机碳一般平均都在 0.5%以上,多数大于 1%,并且不论其平均值高低,都存在有机碳 2%的优质烃源岩,且作为有效碳酸盐岩烃源岩的岩石基本都为泥灰岩、泥质灰岩,纯碳酸盐岩的例子较少;英国的一家科研机构对世界上 250多个碳酸盐岩油田进行了系统研究,得出其油源都是有机碳含量0.5%的海相碎屑岩和富含泥质的、有机质丰度较高的碳酸盐岩生油层;而国外所发现的有机碳含量相对较低的例子是加德纳和布雷在对密执安盆地原油的研究中指出的,志留纪礁间纹层状碳酸盐岩(有机碳含量平均 0.3%)是志留纪塔礁内工业性石油聚集的主要油源。迄今没有发现有机碳在 0.2%左右的碳酸盐岩生成工业性油气田的实例 5。关于泥岩作为烃源岩,其评价标准目前在石油行业较为统一的是以有机碳含量 0.4%作为非生油岩与生油岩的界线,而对于其作为有效烃源岩的评价标准仍存在较大分歧,从0.4%、0.5%、0.7%、1.0%甚至更大,各家说法不一。表 2 是我国东部地区油气勘探实例统计,表中各凹陷下第三系已知有效烃源岩有机碳丰度平均值 90%以上都大于 1.0%,仅东濮凹陷沙三段及南阳凹陷核三段平均值分布在 0.81%0.87%之间,究其原因,是加权平均的结果。以东濮凹陷为例(表 3),下第三系主力生烃洼陷$濮城-前梨园主力生油岩 Es3+4有机碳丰度平均值在 1.0%左右,反映其有效源岩丰度主频率应该1.0%,仅次于前梨园洼陷的是海通集洼陷及观城洼陷,而东濮凹陷油气的分布最主要是围绕濮城-前梨园洼陷和柳屯-海通集洼陷,南何家-孟岗集洼陷、葛岗集洼陷因生油岩本身丰度低,平均值 0.60.2850商业油藏白云岩美国密执安盆地O24.231.3页岩、灰岩美国 Smackover走向带J32.520.050.4822商业油藏泥灰岩美国南佛罗里达盆地K1l2.30.262.3532商业油藏泥灰岩美国奥斯汀K17.360.051.73l01商业油藏含生物碎屑灰泥西班牙卡萨布兰卡E4.730.52.9342商业油藏泥灰岩俄罗斯东西伯利亚尤罗勃钦Z坳陷中 2.4 8.7商业油藏泥灰岩+泥岩哈萨克斯坦田吉兹C2-Pl1.2 4商业油藏泥灰岩美国密执安盆地奥尼安一斯西皮奥O20.5 1.5商业油藏石灰岩、泥岩据夏新宇等5(2000)#579#增刊 饶 丹,等:有效烃源岩下限指标初探 图 1 东濮凹陷油气分布与生油凹陷关系图(据中原油田)1.已发现油气田;2.盆地地边界;3.生油洼陷分界线;4.沙三)沙四上生油量等值线(108t/km2)Fig.1 Relationship between oil fields and hydrocarbon generating sags in Dongpu Depression表 2 中国东部下第三系生油凹陷有机质丰度比较表Table 2 Abandance of organic matters in Paleogenedepressions in eastern part of China凹陷名称层位C/%/A0/10-6总烃/10-6S1+S2/(kg/t)辽河断陷Es1-21.327482644.4Es3-41.951 1134475.9黄骅坳陷Ed1.107073732.8Es11.701 4597273.6Es21.701 53911282.2Es31.601 4279524.2Ek11.601 086535Ek13.202 6181 508骥中坳陷Es11.001 0638733.4Es2-31.101 0056842.8Es4-Ek10.901 2286671.6济阳坳陷Ed1.402 082292Es42.702 2861 017Es31.802 287879东濮凹陷Es11.018533492.9Es30.819385281.3泌阳Eh31.591 5361 453南阳Eh30.87601280表 3 东濮凹陷各洼陷 Es3+4主力生油层生油岩丰度统计表Table 3 Abandance of organic matters of main Es3+4source rocks in Dongpu Depression洼陷名称层位C/%/A0/%总烃/10-6濮城-前梨园Es3+40.96 1.071.10 0.174727 1 275柳屯-海通集Es3+40.81 0.900.07 0.098350 491葛岗集Es3+40.45 0.510.042 0.057206 259南何店-孟岗集Es3+40.44 0.480.037 0.040229 246观城Es3+41.06 1.160.078 0.134源岩的丰度、成熟度、厚度、展布面积并不相同,但对于丰度值,大量的统计数字表明,都存在一个共同的下限值,泥岩 1%、泥灰岩 0.5%、灰岩 0.3%。以此定为评价有效烃源岩的下限值,不仅能与国际接轨,并且能进一步证实国内已知含油气区有效烃源岩丰度值均能达到或大于此下限值的客观事实以外,将对油气未突破区的潜在烃源岩的有效性评价时,有一个在客观实践统计基础上的已知评价尺度。当把上述有效烃源岩的下限评价标准与前人惯用的生油岩传统分类/差0、/较好0、/好0、/最好0四类评价标准相比较时,不难发现,有效烃源岩的评价标准相当于前人评价标准中的/好0与/最好0两个级别,而/差0与/较好0两类则被剔除,被剔除的原因是在用岩屑系统录井的有机碳分析数据进行平均值统计,统计时存在/有效0与/无效0不分的现象,从而导致了资源量预测中的水分因素。评价有效烃源岩的另一个关键因素是有机质成熟度,据前人大量煤岩模拟实验的研究,Ro 2%时已不再新生烃气,基本已丧失生烃能力。因而烃源岩的有效性必须考虑成熟度因素,否则,变了质的烃源岩也会被计算进有效之列,从而影响对一个地区有效烃源岩的评价。根据模拟实验结果,油源岩生烃的 Ro下限值为1.5%。气源岩生烃的 Ro下限值为 4.0%。3 结论由于地质作用的不可逆现象,模拟实验6只可#580#石 油 实 验 地 质 第 25 卷 以近似地了解生烃过程,探索生烃机理,而具体的模拟参数不能作为确定有效烃源岩评价标准的下限值,因此,最合理的方法仍然是从油气勘探的发现入手,即以勘探实践为依据。根据国外大量油气勘探实例,结合我国塔里木盆地7、四川盆地、鄂尔多斯盆地 8以及渤海湾盆地的勘探实践,我们认为有效烃源岩的评价标准是:灰岩有机碳含量 0.3%;泥灰岩有机碳含量 0.5%;泥岩有机碳含量1.0%;油源岩成熟度上限指标 Ro 1.5%;气源岩成熟度上限指标 Ro 4.0%。参考文献:1 R W Jones,运移机理上的某些质量平衡和地质条件 A.琼斯,等.控制石油运移的物理及化学因素 C.北京:石油工业出版社,1984.1-22.2 J A Momper.根据地质和地球化学研究提出的石油运移的控制因素 A.琼斯,等.控制石油运移的物理及化学因素 C.北京:石油工业出版社,1984.23-58.3 C D McAuliffe.控制石油运移的化学和物理因素-着重烃在水中的溶解度 A.琼斯,等.控制石油运移的物理及化学因素 C.北京:石油工业出版社,1984.59-81.4 C Barker.初次运移-母岩中水-矿物-有机物相互作用的重要性 A.琼斯,等.控制石油运移的物理及化学因素 C.北京:石油工业出版社,1984.82-94.5 夏新宇,等.碳酸盐岩生烃与长庆气田气源 M .北京:石油工业出版社,2000.74-76.6 郝黎明,等.松辽盆地朝长地区未熟、低熟烃源岩排烃研究J.石油实验地质,2000,22(1):64-70.7 高志农.塔里木盆地巴楚隆起烃源岩特征及其油气源研究J.石油实验地质,2000,22(4):319-324.8 唐文连,等.鄂尔多斯盆地下古生界含气系统及勘探方向 J.石油实验地质,2000,22(1):28-34.DISCUSSION ON LOWER LIMIT OF CONTENT OF ORGANICMATTERS FOR EFFECTIVE SOURCE ROCKSRAO Dan,ZHANG Ping-lan,QIU Yun-yu(Wuxi Research Institute of Experimental Petroleum Geology,SINOPEC,Wuxi,Jiangsu 214151,China)Abstract:Standard of lower limit of content of organic matters for effective source rocks is a long standing prob-lem and different scholars give different answers when they are assessing effective source rocks.Based on theconcept and limited conditions of effective source rocks,the petroleum exploration practice,and statistatic dataof effective source rocks in known oilfields in the world,combining with maturing of source rocks,it was sug-gested that for effective source rocks,content of organic matters in limestone should be larger than 0.3%,0.5%in marls and 1.0%in mudstone,and maturity for oil Ro 1.5%and for gas Ro4.0%.Key words:effective source rock;lower limit;statistatic data;assessment standard#581#增刊 饶 丹,等:有效烃源岩下限指标初探