天然气运移轻烃地球化学示踪——以鄂尔多斯盆地东胜气田为例

基于天然气中轻烃化合物组成分析和区域性对比,结合组分和甲烷碳同位素组成特征,揭示轻烃地球化学特征对鄂尔多斯盆地东胜气田上古生界天然气运移和水溶及逸散等示踪作用,探讨运移作用对特定轻烃指标的关联效应。研究表明：(1)东胜气田二叠系下石盒子组天然气C_5-7异构烷烃含量高于正构烷烃,C_6-7轻烃组成呈链烷烃优势分布且芳香烃含量明显偏低(小于4.0%),C₇轻烃主体呈甲基环己烷优势分布,整体表现出煤成气特征且受到了水溶等作用影响;(2)东胜气田天然气经历了自南向北的游离相运移,并在充注后发生不同程度的水溶作用,其中泊尔江海子断裂以北什股壕地区天然气在聚集后具有明显的散失;(3)长距离的游离相运移导致天然气C₇轻烃中甲基环己烷相对含量和甲苯/正庚烷值降低、正庚烷/甲基环己烷值和庚烷值增大,水溶作用导致轻烃异庚烷值增大,天然气散失导致什股壕地区天然气中C_5-7正构烷烃相对异构烷烃含量增加。     

塔里木盆地库车坳陷大宛齐—大北地区原油轻烃特征及地球化学意义

大宛齐—大北地区是塔里木盆地库车坳陷的重要油气勘探区,区域内原油以轻质油为主,其轻烃地球化学特征研究薄弱。采用气相色谱对大宛齐—大北地区的原油轻烃化合物进行分析和地球化学特征研究。研究区原油中C_4—C_7化合物组成特征和甲基环己烷指数均表明其为腐殖型母质来源的陆相油;Mango轻烃参数K1基本符合轻烃稳态催化动力学成因模式,其成因具有较好的一致性;庚烷值和异庚烷值显示其成熟度较高,根据原油形成温度与成熟度相互关系推测其母源成熟度R_O值约为0.8%~0.93%;轻烃的芳香度指数及链烷烃指数相关性和C_7轻烃蚀变参数相关性分析认为,原油轻烃不仅遭受了生物降解蚀变,还经历了蒸发分馏和水洗作用。研究结果对确定原油母源、成熟度及次生蚀变具有重要意义。     

柴达木盆地北缘南八仙油气藏的蒸发分馏作用

对南八仙油气藏E₃¹与N₂²—N₁油层油气地球化学特征和油源的关系进行了分析,根据油气分异作用与其组成变化的相互关系研究了该油气藏的蒸发分馏作用,并从地质构造背景和油气及其烃源岩地化特征方面探讨了其成因机制.研究结果表明,虽然南八仙油气藏E₃¹与N₂²—N₁两层系的原油对比表明两者是同源,但它们在轻烃组成和正构烷烃系列分布上存在显著差异.E₃¹原油轻烃中正烷烃含量很少,而芳烃化合物含量异常高,其正烷烃摩尔分数对数曲线为折点在nC₁₀的折线,表明其经历了强烈的蒸发分馏作用.而N₂²—N₁原油轻烃中正烷烃占优势,高碳数化合物较少,说明该层原油是从E₃¹油气层通过蒸发分馏作用向上运移而来.该含油气构造带的断裂系统和高成熟的油气及其煤系烃源岩是导致蒸发分馏作用的主控因素     

板桥凹陷原油轻烃地球化学特征

黄骅坳陷板桥凹陷原油轻烃整体表现为富链烷烃、贫芳烃和环烷烃含量相对较高的特征。C₇和C₆轻烃参数一致指示原油母源有明显高等植物有机质的输入,母质类型为混合型。庚烷值和异庚烷值较高,原油生成温度在108.7~129.8℃之间,说明原油主要为成熟阶段的产物。Mango参数K₁值大致在1.0附近,符合轻烃稳态催化理论;K₂值较高,源岩具有淡水湖相沉积的特点。碳环优势指数六环优势明显,指示出陆相原油的特点。根据轻烃参数特征可将研究区原油分为:来源于典型混合型有机母源的正常成熟原油、生物降解型原油以及来源于偏腐泥型母质的特殊成因原油3种类型。     

塔中4石炭系油藏原油轻烃地球化学特征及其控制因素

从轻烃分子及其稳定碳同位素组成两方面刻画了塔中4石炭系油藏原油轻烃地球化学特征,同时结合高分子量烃类生物标志化合物指标初步厘定了蒸发分馏、水溶分馏、有机质熟化、热蚀变等次生作用对石炭系原油的影响程度,并探讨了其地质意义。石炭系不同油组（CI、CII、CIII）原油轻烃地球化学特征显示,CI 和CII-CIII可分别视为两个相互独立的成藏体系。CI原油主要是早期形成的低熟原油,该类原油轻烃富含正构烷烃,贫环烷烃和芳烃,链烷烃/环烷烃比值偏高,稳定碳同位素组成富含¹²C,高分子量芳烃成熟度指标偏低;CI原油保存相对较好,可能只遭受了程度较弱的水溶分馏等次生改造。CII与CIII原油大多是晚期形成的高熟原油,这类原油轻烃富含轻质环烷烃和芳烃,贫正构烷烃,链烷烃/环烷烃比值偏低,稳定碳同位素组成富含¹³C,高分子量芳烃成熟度指标偏高;热蚀变和蒸发分馏次生作用对CII与CIII原油轻烃地球化学特征有重要影响,不同期次及成因原油在CII与CIII油组内相互混合的现象也较为普遍;CII与CIII部分遭受热蚀变改造的原油可能是寒武系-下奥陶统古油藏内的原油热裂解后通过断层运移到石炭系聚集成藏,原油热裂解对该区晚期天然气形成可能具有重要意义。     

西湖凹陷平湖斜坡带原油轻烃地球化学特征

通过对西湖凹陷平湖斜坡带的12个原油样品中轻烃分布及组成特征进行分析,结果表明:原油的轻烃馏分组成中甲苯、甲基环己烷指数高,石蜡指数低;原油发生蒸发分馏作用其程度大体相当于Thompson的5~7次充注观察值;C7化合物组成特征和甲基环己烷指数均指示原油母质来源于腐殖型有机质;Mango轻烃参数K1基本符合轻烃稳定态催化动力学轻烃成因模式;轻烃组分中的庚烷和异庚烷指数因蒸发分馏作用而出现成熟度偏低的假象,原油形成温度在124~131℃之间。     

C4-C8轻烃在原油地球化学研究中的应用——以塔里木盆地大宛齐油田凝析油为例

全油样品的GC分析表明,塔里木盆地大宛齐油田不同层位的81个原油样品富含轻烃组分,且部分样品遭受了不同程度的微生物降解。以C₄-C₈轻烃地球化学参数为工具,对原油成熟度和次生蚀变等方面进行地球化学研究。轻烃成熟度参数表明,原油的折算R_c在0.9%左右,处于成熟阶段。对遭受生物降解作用的原油分析发现,随着生物降解作用的增强,其Mango轻烃参数K₁值减小,K₂值明显增大,甲基环己烷指数增大,甲基环戊烷较乙基环戊烷更容易遭受生物降解,表明单烷基环戊烷中烷基取代基越大的烃类越难遭受生物降解作用。结合轻烃参数指示的原油成熟度和母质来源,推测研究区原油为次生凝析油。通过轻烃参数对比研究发现,大宛齐油田凝析油轻烃参数特征与大北和其南部地区正常原油相似。依据塔里木盆地大宛齐油田的地质背景和原油成藏模式可知,研究区原油是大北和南部地区两类原油通过深大断裂运移到大宛齐浅部,通过蒸发分馏作用聚集成藏。      

致密砂岩气藏油气轻烃特征及其地质意义——以四川盆地西北部须家河组气藏为例

四川盆地西北部上三叠统须家河组天然气、凝析油样品的C₇及C₅-C₇轻烃分布显示出油气主要来源于富含腐殖型干酪根的煤系泥岩与煤岩,该区油气样品的K₁值平均为1.04,整体相关性较好;K₂值差异较大,相关系数也较低,母体-子体比值梓潼凹陷须家河组呈现出较强的离散型。利用庚烷值、异庚烷值及MANGO稳态催化动力学等方法计算表明,天然气处于成熟-高成熟演化阶段,明显低于该区烃源岩实测成熟度及天然气δ13C₁值计算的成熟度。梓潼凹陷须家河组凝析油及天然气轻烃星状指纹图分析显示,同一构造不同层位、同一层位不同构造油气可对比性较差,表明该区油气藏内部砂体之间的连通性较差,油气成藏以近源短距离运聚为主。由于该区储层早期已达致密演化阶段,从而导致在封闭-半封闭的地质环境中,天然气受不同热演化阶段天然气的累积效应影响,而凝析油受到同源不同期的天然气多次气侵而产生“蒸发分馏”效应影响,导致部分轻烃参数在应用过程中出现偏差。      

挥发作用对C5—C8轻烃指标的影响：模拟实验证据

C₅—C₈轻烃指标在石油勘探开发中扮演着重要角色,然而其易挥发的自然属性导致C₅—C₈轻烃指标在实际应用过程中存在诸多不确定性。本研究利用塔中地区奥陶系海相凝析油在实验室内进行了原油挥发模拟实验,基于实验结果遴选和构建了受挥发作用影响较小的系列轻烃指标,具有较强的实用性。模拟实验结果显示挥发作用对C₅—C₈轻烃指标的影响程度受轻烃分子量和分子构型共同控制。nC₅—nC₈正构烷烃挥发量随正构烷烃碳数增加而逐步降低,不同分子构型C₇化合物挥发量由高到低依次为：C₇-支链烷烃>nC₇>甲基环己烷>甲苯,二甲基环戊烷挥发量则大体相当。正（异）构烷烃与环烷烃比值和挥发速率相近的相同分子构型轻烃比值受挥发作用影响相对较小。原油挥发过程中,残留液态原油内C₆—C₈轻烃单体稳定碳同位素组成随挥发量增加逐步富集¹³C,nC₆—nC₈正构烷烃稳定碳同位素组成变化程度随碳数增加逐渐降低。当C₆—C₈轻烃挥发量小于70% 时,C₆—C₈轻烃稳定碳同位素组成变化不大,当其挥发量大于70% 时,正构烷烃、异构烷烃和芳烃稳定碳同位素组成均产生1.0‰ 以上的较大变动,环烷烃稳定碳同位素组成则变化不大。受挥发作用影响较小的轻烃指标即正（异）构烷烃与环烷烃比值和环烷烃稳定碳同位素组成在塔中地区原油成熟度标定和原油类型划分方面取得了较为理想的应用效果,展现了良好的实用性和应用前景。     

鄂尔多斯盆地大牛地气田上古生界致密气轻烃地球化学特征

大牛地气田是鄂尔多斯盆地典型致密砂岩大气田之一。为了更深入了解该区天然气的成因和来源,揭示天然气运移相态,对大牛地气田上古生界致密气开展了轻烃地球化学特征分析。研究表明,该区上古生界致密气C_5-7轻烃组成具有异构烷烃优势分布,C_6-7轻烃组成中芳烃含量整体偏低(<10%),甚至未检出芳烃,C₇轻烃组成具有甲基环己烷优势分布特征,甲基环己烷相对含量均超过50%。上二叠统下石盒子组天然气K₁值、K₂值均与二叠系山西组和石炭系太原组天然气一致,而δ¹³C₁值则与山西组天然气一致,与太原组天然气有明显不同。与山西组天然气相比,下石盒子组天然气整体具有偏低的苯/正己烷、苯/环己烷和甲苯/正庚烷比值,以及明显偏高的正庚烷/甲基环己烷比值。轻烃地球化学特征及烷烃气碳氢同位素组成综合表明,大牛地气田上古生界天然气为典型煤成气,其中山西组和太原组天然气均为原地自生自储,而下石盒子组天然气为下伏山西组烃源岩生成的天然气经历了游离相垂向运移聚集形成,...     

松辽盆地南部梨树断陷天然气轻烃地球化学研究

对松辽盆地南部梨树断陷八屋、孤家子、后五家户、皮家等油气田天然气样品的C₆-C₇轻烃化合物首次开展了系统的地球化学对比研究,结合天然气碳同位素组成特征,认为研究区天然气样品普遍贫芳香烃,绝大多数样品C₆-C₇饱和烃具链烷烃优势,尤以正构烷烃含量最高,环烷烃含量相对较低,表明该区天然气的母质类型主要为腐泥型;研究区Mango轻烃稳态动力学常数K₁基本保持恒定,来自湖相烃源岩的C₇轻烃中三环优势(3PR)大于五环优势(5PR)和六环优势(6PR),与Mango的结论一致。庚烷值、异庚烷值多较高,寓示该区天然气主要为高熟-过熟的裂解气,与该区天然气甲烷碳同位素组成普遍偏重相吻合。     

冀中地区凝析油、轻质油油源的判别

本文依据凝析油、轻质油和生油岩、煤的轻烃分析及Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类干酪根和煤的热解气相色谱分析资料,进行了油/油、油/岩对比。对比结果表明,苏桥—文安地区石炭-二叠系和奥陶系的凝析油、轻质油中芳烃和环烷烃含量高,正构烷烃相对含量低,石蜡指数和庚烷值低,甲苯与正庚烷比值大于1.0,与煤系有机质特征相似,主要来自石炭-二叠纪煤系地层。根据庚烷值及饱和烃碳同位素推断,它们的生成和排出期为R_o=0.80—1.20％。其它地区的凝析油、轻质油轻烃组成特征与此相反,与下第三系Ⅰ、Ⅱ类生油母质特征相似,主要来自下第三系成熟度较高的生油岩。     

两种裂解气中轻烃组成差异性及其应用

为了寻找干酪根和原油裂解气识别指标，对两种裂解气中轻烃各化合物开展了深入的对比研究。热模拟实验表明干酪根裂解气和原油裂解气轻烃组成存在差异，在C₇轻烃组成中，原油裂解气中甲基环己烷/正庚烷和(2-甲基己烷+3-甲基己烷)/正己烷均明显高于干酪根裂解气；通过对海相典型原油裂解气和干酪根裂解气的轻烃组成对比研究进一步证实了两种裂解气在轻烃组成上存在差异，原油裂解气中甲基环己烷/正庚烷一般大于1.0，(2-甲基己烷+3-甲基己烷)/正己烷一般大于0.5,而干酪根裂解气则反之。塔里木盆地满东－英吉苏地区天然气轻烃组成具有环烷烃和异构烷烃含量高的分布特征，应用上述指标对该区天然气成气过程进行判识，结果表明满东－英吉苏地区天然气主要为原油裂解气。     

吐哈盆地原油轻烃地球化学特征

通过对吐哈盆地23个原油样品进行轻烃组分、Mango参数和成熟度等研究,认识到原油富含环烷烃,直链烷烃含量低,以陆源有机质为主;甲基环己烷指标(MCH-I)指示出原油的干酪根类型为Ⅲ型;N61/N51值和(N61+N51)/(P2+P3+N2)值等不同结构类型轻烃化合物的比值显示原油属于陆相油;C7化合物组成中甲基环己烷>50%,二甲基环戊烷<9%,正庚烷<40%,是煤成油和混源油的特征;根据石蜡指数和庚烷值认为吐哈盆地原油属正常原油,原油生成时最大温度介于91.16～102.22℃之间.     

金湖凹陷原油轻烃的地球化学特征及意义

对金湖凹陷40个原油样品进行轻烃组分、Mango参数和成熟度等研究。甲基环己烷指数指示出该凹陷原油的干酪根类型为Ⅰ-Ⅱ型;C₅轻烃特征显示有机质来源既有腐泥型也有腐殖型;Mango轻烃参数K₁值基本符合轻烃稳态催化动力学轻烃成因模式,暗示着该凹陷原油有着相似的沉积环境;C₅-C₇轻烃三环优势大于五环和六环优势,表明该地区原油主要来源于湖相沉积环境的烃源岩;原油轻烃组分中的庚烷值和异庚烷指数都较低,原油成熟度低,原油形成温度在120~128℃之间。为进一步认识金湖凹陷原油和烃源岩的地球化学特征提供科学依据。     

轻烃星图在石油勘探中的应用

利用轻烃Ｃ６、Ｃ７化合物编制两种星图。一种是轻烃蚀变星图，用来研究原油由于水洗作用、生物降解作用和蒸发分馏作用等次生蚀变作用对轻烃化合物组成的影响；另一种是轻烃对比星图，用来进行原油之间的地球化学参数对比研究。应用这两种星图对塔里木盆地同一口井和同一个油气田的凝析油与原油之间进行了对比研究，同时探讨了同一个构造中相同成因原油之间的次生蚀变作用，收到了较好的效果。图３表２参１２（梁大新摘）     

东海陆架盆地西湖凹陷原油“气洗”地球化学特征及成因

“气洗”是油气藏后期改造的重要营力之一,在东海陆架盆地西湖凹陷曾发生过大规模气洗作用,但现有研究仅限于描述阶段,并未对原油的“气洗”地球化学特征展开系统研究。通过对西湖凹陷平湖斜坡带和天台反转带原油进行地球化学分析,结果表明：原油的甾烷、萜烷指纹特征及碳同位素特征相似,显示出具有相同母源的特征,均为成熟原油,但不同原油的物性特征、轻烃、正构烷烃及金刚烷分布特征存在较大差异,通过计算原油的石蜡度、芳香度和正构烷烃损失量及对金刚烷系列化合物进行定量分析,认为气洗作用应是造成该差异的主要原因,并非生物降解或热裂解。为进一步厘清原油的气洗作用过程及成因,探讨了原油气洗作用的主控因素,并结合油气藏地质和地球化学资料进行了综合分析。结果表明：①平湖斜坡带北部原油主要为强烈蒸发分馏后的残余油,晚期可能被东部横向运移而来的高熟天然气混入,使原油中部分轻烃和金刚烷化合物含量升高;②平湖斜坡带南部主要受运移分馏作用影响,浅层聚集次生凝析油,分馏后的残余油在深层形成轻质油和蜡质油藏;③天台反转带原油主要为“气洗”晚期阶段形成的次生凝析油,其残余油目前尚未发现,暗指其深部储层或许具有一定规模的轻质、蜡质油藏。     

塔中82井区原油的特征及成因

通过对塔中I号坡折带塔中82井区原油进行地球化学分析（包括分子筛合除去正构烷烃分析）来探讨其特征和成因,结果表明：原油族组成中饱和烃占绝对优势,而饱和烃中以低碳数正构烷烃为主,C _21-/C ₂₂₊ 值达1.4~5.4,生物标志物的含量极低;甾烷C₂₇-C₂₈-C₂₉呈“V”字型分布,重排甾烷的含量较高;萜烷中三环萜的含量较高而五环萜含量极低,且三环萜以C₂₀或C₂₃为主峰;芳烃中三芳甾烷的含量很低,三芴系列化合物中硫芴含量较高;原油碳同位素较轻,其饱和烃的碳同位素值δ¹³C<-32.8‰（这些特征有别于塔东2井的寒武系原油）;原油的成熟度R_O值为0.8%左右。推断塔中82井区的原油可能并非是有机质在高成熟阶段生成的凝析油,而是中等成熟的中-上奥陶统源岩生成的正常原油在成藏后由于寒武系天然气的注入,发生了蒸发分馏作用并运移至目前的储层中再次成藏。     

四川盆地天然气轻烃组成特征及其应用

对采自四川盆地二叠系茅口组、长兴组和三叠系飞仙关组、嘉陵江组、雷口坡组、须家河组以及侏罗系59个天然气样品的C5-C7轻烃化合物进行了对比研究,指出这些天然气的轻烃主要有3方面的作用：①反映母质类型,川西南部须家河组天然气富含环烷烃和芳烃,川中-川南地区须家河组天然气富含环烷烃,表明这些天然气的母质类型主要为腐殖型;②反映运移相态及水洗作用,川中-川南地区须家河组天然气芳烃分别与正己烷、环己烷、正庚烷参数的比值与其伴生凝析油的相近,主要以游离相运移,而天然气轻烃组成具高链烷烃、低芳烃的特点,主要原因是天然气在运移成藏过程中芳烃受到水洗作用的影响;③反映原油裂解气特征,二叠系茅口组-中三叠统雷口坡组以海相腐泥型为主的天然气轻烃富含甲基环烷烃,是原油裂解气的一种标志。      

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盐城凹陷发现了中等规模的天然气藏，与天然气伴生还有少量凝析油，目前对天然气成因还有争议。天然气甲烷含量高、重烃含量低、干燥系数高。天然气碳同位素呈正碳分布，δ^13C1介于－37．7‰～-38.1‰。结合地质背景，认为天然气为混源气，主体为油型裂解气，海相古生界烃源岩可能是其主力气源岩。凝析油碳同位素为－28．8‰～-30.5‰，全油色谱中含有一定的长链正构烷烃，Pr/Ph为1．56，三环萜烷含量高，C29Ts、C30重排藿烷含量高，重排甾烷含量高，C29甾烷＞C27甾烷＞C28甾烷。石蜡指数、庚烷值表明凝析油为高成熟凝析油，C29甾烷20S／（20S＋20R）值表明其为成熟原油，凝析油为不同成熟度油气混合物，主体来源于泰州组烃源岩。凝析油的形成与蒸发分馏作用密不可分。烃类主要充注时间为6Ma-15Ma。天然气成藏为“古生新储”模式。