原油裂解气与干酪根裂解气差异实验研究

对取自渤海湾盆地东营凹陷的一块湖相未成熟I型烃源岩,应用分步裂解生烃、抽提与族组分分离、配分的实验方法,获得了同一母质来源的合成油(S-油)和似干酪根(P-干酪根)样品.应用黄金管限定体系,对2个样品进行生烃热模拟实验,测定2类热解气体的成分与碳同位素值.研究结果表明,2类气体性质明显不同.与P-干酪根相比,S-油裂解气具有以下特点:在裂解早期阶段,C₂-C₅重烃含量高,湿度大;C₁-C₃气体碳同位素轻,两者差值最大可达10‰(C₁),14‰(C₂)和9‰(C₃);(δ13C₂-δ13C₃)值较大,受成熟度影响大.在实验条件下获得的(δ13C₂-δ13C₃)-δ13C₁和(δ13C₂-δ13 C₃)-ln(C₂/C₃)图解能有效区分这2类裂解气.本研究成果为地质条件下原油裂解气与干酪根裂解气的判别提供了理论指南.      

四川盆地页岩气地球化学特征及资源潜力

页岩气是绿色低碳清洁的非常规天然气资源。我国页岩气资源丰富,加快页岩气勘探开发,对于改善中国能源结构、实现中国“2030年碳达峰、2060年碳中和”目标具有重要现实意义。四川盆地奥陶系五峰组—志留系龙马溪组是当前中国页岩气勘探开发的重点层系。通过对四川盆地威远、长宁、昭通、涪陵及威荣等地区五峰组—龙马溪组页岩气实验分析,系统分析了五峰组—龙马溪组页岩气地球化学特征,探讨了页岩气成因、碳氢同位素倒转原因及页岩气来源,展望了盆地页岩气资源勘探前景。结果表明：①五峰组—龙马溪组页岩气为典型干气,碳氢同位素均呈负序列分布,长宁、昭通与涪陵地区烷烃气碳同位素组成相对威远、威荣地区更重、具有更高热演化程度,稀有气体为典型壳源成因。②五峰组—龙马溪组页岩气为高—过成熟阶段热成因油型气,主要为原油裂解气和干酪根裂解气的混合气,烷烃气碳氢同位素倒转主要由高—过成熟阶段原油裂解气与干酪根裂解气的混合、高演化阶段地层水与甲烷交换作用等原因造成。③五峰组—龙马溪组页岩气的甲烷碳同位素值与下志留统龙马溪组泥岩干酪根碳同位素值较为匹配,符合碳同位素分馏规律δ¹³C_干酪根>δ¹³C_油>δ¹³C_烷烃气。④四川盆地海相、海陆过渡相和陆相页岩气资源总量约为41. 5×10¹² m³,资源前景广阔。     

四川盆地海相页岩气碳同位素特征及指示意义

为明确四川盆地页岩气碳同位素特征及地质意义,采用气相测谱等分析手段,对涪陵、长宁、彭水、威远地区页岩气样品进行分析。结果表明:研究区页岩气成分以甲烷为主,含量为96.10%～99.40%,乙烷、丙烷等含量低;非烃气体中以N₂与CO₂为主;含有微量氦气,含量为0.01%～0.03%,CO₂的碳同位素含量为-12.5‰～8.9‰,表明CO₂的来源包含有机成因与无机成因。目前四川盆地页岩气田均发现碳同位素倒转排序(δ¹³C₃<δ¹³C₂<δ¹³C₁),其机理主要为不同来源的烃类气体混合、气体与矿物反应、烷烃的解吸/扩散过程的分馏作用。页岩气碳同位素倒转程度与页岩层系的封闭性密切相关,因为页岩层系的自封闭性直接影响气体排烃及天然气扩散程度。此外,页岩气产量与倒转程度有良好正相关性,表明页岩气碳同位素特征对页岩气产量预测、保存条件与富集规律评价有重要指示作用。研究结果对四川盆地海相页岩气深入勘探具有一定指导意义。     

黔北地区安页1井下志留统松坎组天然气成因

黔北安页1井是四川盆地外围获得重大油气突破的页岩气井,该井下志留统松坎组具有较好的油气资源潜力。为了对该区出气地层（松坎组）天然气的成因进行深入研究,我们将该区下志留统松坎组与下志留统石牛栏组以示区分,并对松坎组展开了地球化学、气体组分和气体同位素等一系列实验。实验结果表明：该区松坎组特殊岩性组合条件下的TOC均值为0.16%,R_o分布在2.75%~2.92%,均值为2.95%,干酪根类型以Ⅱ₁型为主;松坎组气体烃类组分主要以甲烷为主（96%以上）,含少量的乙烷、丙烷及其它烃类气体。研究区松坎组天然气干燥系数明显小于五峰-龙马溪组页岩气干燥系数,同时研究区新滩组的CO₂含量明显高于上覆松坎组和下伏五峰-龙马溪组的CO₂含量。松坎组气体同位素δ¹³C₁值在-33.2‰~-33.9‰,均值为-33.5‰;δ¹³C₂值在-36.5‰~-37.0‰,均值为-36.8‰;δD_CH4值在-145.8‰~-156.6‰,均值为-150.0‰;该组干酪根碳同位素值在-32.9‰~-32.6‰,均值为-32.75‰。结合CO₂示踪天然气运移理论、天然气干燥系数以及气源对比特征,说明安页1井松坎组地层中的天然气主要来源于本层泥页岩热裂解生成的页岩气。     

四川盆地五峰组-龙马溪组页岩气成因与碳同位素倒转机制--来自热模拟实验的认识

四川盆地上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组是国内目前唯一实现页岩气商业性开发的层系,但目前对页岩气成因仍有一定分歧,主要原因是缺乏直接的实验证据。通过对国内外上奥陶统-下志留统低、中成熟度页岩和笔石开展黄金管生烃热模拟实验研究发现:(1)五峰组-龙马溪组页岩气主体以浮游藻类等富氢、富脂质有机质生成的油进一步滞留裂解为主,笔石生油能力较差,高-过成熟演化阶段有一定的生气能力,最高可达浮游藻类等富氢、富脂质有机质生气能力的20%左右;(2)五峰组-龙马溪组页岩下部层位由于富集浮游藻类、疑源类等富氢、富脂质有机质等生烃能力更强的有机质,从生气量上就优于上部以笔石为主的层位,这是下部为商业性页岩气层的一个重要原因;(3)单纯的热演化分馏、原油裂解气和干酪根裂解气的混合未造成烃气碳同位素倒转,地层抬升作用、地层水、矿物、金属等对页岩气中烃类的后期改造可能是造成页岩气同位素倒转的重要原因,碳同位素倒转可能更多体现了页岩气后期保存过程的影响。     

准噶尔盆地彩南地区天然气干燥系数异常高原因分析

为明确准噶尔盆地彩南地区天然气干燥系数普遍偏高的原因，厘清天然气运移成藏规律，开展了天然气组分和碳同位素、储层中岩石矿物组成、方解石全岩碳氧同位素分析以及实验室烃类氧化模拟实验。该区侏罗系天然气以甲烷为主，干燥系数普遍大于0.95,δ¹³C₁值基本大于-32‰,C₇轻烃中以甲基环己烷占优势，甲基环己烷指数大于50%,指示来源于高—过成熟石炭系烃源岩。从天然气运移判识指标ln(C₁/C₂)与δ¹³C₁-δ¹³C₂图版来看，从彩47井区—彩31井区—彩003井，ln(C₁/C₂)值逐渐增大，但δ¹³C₁-δ¹³C₂值并未呈现变小或变大趋势，说明运移或成熟度并不是研究区天然气组分与碳同位素变化的主控因素。烃类热氧化模拟实验显示，油气中醇类在125℃时会被MnO     

碳同位素组成异常的天然气成因探讨——以辽河坳陷东部凹陷为例

天然气碳、氢同位素组成特征是判识天然气成因类型、进行气源对比、确定天然气成熟度等的有效地球化学手段.研究认为,甲烷的碳同位素组成主要受源岩母质类型和热演化的影响,乙烷、丙烷等重烃的碳同位素组成主要取决于源岩有机质的碳同位素组成,同时也明显受热演化程度的影响.在辽河坳陷发现一类碳同位素组成异常的天然气,分布于辽河坳陷东部凹陷南部地区,其甲烷的碳同位素δ13C₁值为-44‰～-40‰,乙烷δ13C₂值为-13‰～-6.6‰,丙烷δ13C₃值为-6.1‰～+3.3‰.该类天然气的乙、丙烷异常富集重碳同位素,到目前为止,在天然气藏中还是首次发现.根据地球化学资料和地质背景分析认为,该天然气应该属于无机气和有机气的混合气体.      

中扬子地区五峰组—龙马溪组页岩气储层及含气性特征

中扬子地区是中国南方重要含油气区域之一,五峰组—龙马溪组泥页岩在中扬子地区广泛发育,且湘鄂西地区钻遇五峰组—龙马溪组泥页岩的钻井中具有良好的天然气显示。在北美页岩气成功商业开采和我国积极寻找页岩气有利区并争取取得页岩气勘探突破的背景下,现阶段开展页岩气储层和含气性特征等基础研究对指导我国页岩气勘探开发具有重要的现实意义。以中扬子地区深水海相沉积的五峰组—龙马溪组泥页岩为研究对象,在野外剖面和岩心观察的基础上,通过岩石薄片鉴定、矿物含量分析、扫描电镜、物性分析、有机地球化学分析和现场解析等手段,剖析了五峰组—龙马溪组泥页岩的岩相、矿物学特征、储集空间类型和含气性特征。结果表明研究区五峰组—龙马溪组页岩层系主要由泥页岩、硅质泥页岩、笔石泥页岩、炭质泥页岩和粉砂质泥页岩等岩相组成;矿物成分以石英矿物和黏土矿物为主;识别出基质孔、有机质孔、溶蚀孔和微裂缝4种储集空间类型;游离气量和吸附气量范围分别为0.09～0.17m³/t和0.20～0.84m³/t,控制其大小的分别为总孔隙度和有机碳含量,总含气量范围为0.29～1.01m³/t。根据页岩气界定标准认为五峰组—龙马溪组页岩气有利区位于恩施—彭水一带,估算其地质资源     

中扬子宜昌地区下寒武统水井沱组页岩气地球化学特征及其成因

中扬子宜昌地区下寒武统水井沱组页岩钻遇良好的页岩气显示,区内宜页1井水井沱组页岩经水力压裂后获得了高产工业气流,是四川盆地外下寒武统页岩气新的勘探区。采集压裂产气段的9个页岩气样品,测试气体组分、碳和氢同位素组成以及He同位素组成,分析水井沱组页岩气地球化学特征并探讨了页岩气成因。研究表明,页岩气组成中甲烷含量为87.17%~92.75%,乙烷含量为0.83%~0.94%,含微量的丙烷,页岩气干燥系数为0.99,为典型干气;非烃气体中氮气含量稍高,平均为7.73%,二氧化碳平均含量低于1%,不含H₂S。甲烷碳同位素值为-33.8‰~-33.1‰,乙烷碳同位素值为-39.2‰~-36.0‰,丙烷碳同位素值为-39.4‰~-38.5‰,二氧化碳的碳同位素值为-16.8‰~-14.6‰。甲烷氢同位素值为-133.8‰~-128.5‰,乙烷氢同位素值为-168.0‰~-146.1‰。气态烃稳定同位素分布具有δ¹³C₁ > δ¹³C₂ > δ¹³C₃和δD_CH4 > δD_C2H6的倒转特征。He同位素R/R_a为0.04~0.08,表明He为典型的壳源成因。综合页岩气分子组成和比值、碳氢同位素倒转分布以及页岩现今处于过成熟热演化阶段等特征,认为宜昌地区下寒武统页岩气为油型气,具有二次裂解成因的特点,且与四川盆地筇竹寺组页岩气具有相似的特征。     

鄂尔多斯盆地杭锦旗地区上古生界天然气成因及来源

鄂尔多斯盆地杭锦旗地区上古生界天然气化学组成、稳定碳氢同位素等综合分析结果表明,该区天然气以烃类气体为主,干燥系数介于0.80~0.94,表现为湿气特征;δ13C₁和δ13C₂值分别为-36.2‰~-31.7‰和-27.8‰~-23.3‰,δD_CH4值为-199‰~-172‰,烷烃气碳、氢同位素总体呈现正序特征,属于有机成因气。天然气成因鉴别和气-源对比表明,该区上古生界天然气主体属于煤成气,来自太原组-山西组煤系烃源岩,但泊尔江海子断裂南北两侧天然气的来源存在差异性,南侧十里加汗区带天然气来自原地的太原组-山西组高成熟烃源岩;而北侧什股壕区带天然气则主要由断裂以南十里加汗等地区运移而来,且后期遭受一定程度的破坏而发生逸散。      

塔里木盆地顺北油田油气来源研究

基于塔里木盆地顺北地区原油和天然气样品的地球化学特征分析,研究了顺北地区奥陶系中下统油气来源。通过饱和烃色谱及饱和烃、芳烃色谱—质谱、全油及族组分碳同位素检测,发现原油样品中C23三环萜烷占优势,伽马蜡烷含量低,C27-C28-C29ααα20R规则甾烷表现为不规则的"V"字形分布,规则甾烷相对重排甾烷含量高,原油碳同位素偏轻,与柯坪露头及孔探1井等下寒武统烃源岩有很好的亲缘性;天然气δ13C1值为-50.7‰^-44.7‰,天然气δ13C2值为-36.1‰^-33.1‰,干燥系数为0.520~0.883,为原油伴生气,油气同源,判断顺北油田油气主要来源于下寒武统烃源岩。通过已钻井岩相、沉积相和全盆地地震相资料,预测下寒武统烃源岩在塔里木盆地广泛分布,厚度在30 m左右,有机碳含量高,生烃潜力大,具有长期生烃、多期供烃的特点,能提供充足的油气资源,是塔里木盆地台盆区最主要的烃源岩。     

四川盆地陆相天然气成因类型划分与对比

对四川盆地天然气轻烃指纹、碳氢同位素、稀有气体同位素等进行了系统研究。天然气碳同位素δ13C1—δ13C2关系的分区和分层对比研究显示天然气受母质类型、成熟度及运移等多种因素影响。轻烃指纹表明川西坳陷天然气以腐殖型来源为主,川中、川南及川东地区天然气既有腐殖型也有腐泥型来源,天然气明显具有油型气特征。川西坳陷中段须二段天然气碳同位素δ13C1较高,而部分碳同位素δ13C2位于-28‰以下显示了其油型气和高成熟度特征,研究区其它样品分布区间相对集中,均表现为典型的煤型气特征。四川盆地海、陆相天然气可以利用δ13C2—δD1很好区分,氢同位素δD1=-140‰和碳同位素δ13C2=-28‰可将四川盆地海相和陆相天然气进行区分。稀有气体同位素表明天然气基本上为壳源成因,无幔源稀有气体的加入。     

煤成大、中型气田天然气的碳同位素特征

本文根据我国典型大、中型气田的283组碳同位素数据,通过煤成气与油型气的对比,探讨了我国大、中型煤成气田烷烃气的基本特征。研究结果表明,烷烃气碳同位素具有以下特征:甲烷及其同系物随碳分子数的增加,δ13C频率区间值展布缩小,主频率值变重;④煤成气与油型气相比,具有低的δ13C₁ 主频率峰值,高的δ13C₂值;㈣Δ(δ13C₂-δ13C₁)与δ13C₁ 呈负相关关系;煤成气碳同位素系列只有两种形式,即正碳同位素系列和同位素倒转系列;5烷烃气碳同位素系列特征取决于显微组分、演化程度和成藏机制。      

鄂尔多斯盆地致密砂岩气及伴生氦气形成演化特征

鄂尔多斯盆地孕育了中国最大的超大型致密砂岩大气区及目前中国最大的特大型富/含氦气田——东胜气田,也是中国首例特大型致密砂岩富/含氦气田。运用流体包裹体地球化学方法,对比分析流体包裹体气体与现今气藏中天然气组分和同位素差异,揭示了古今天然气地球化学与成藏演化过程及氦气地球化学特征。结果表明,现今气田主要以烃类气体为主,甲烷含量多数为90％~95％;现今气田中天然气δ¹³C₁、δ¹³C₂、δ¹³C₃、δ¹³C₄值分别为-36.5‰~-28.7‰、-25.3‰~-22.1‰、-27.0‰~-21.8‰、-25.6‰~-20.7‰。气层流体包裹体中δ¹³C₁、δ¹³C₂、δ¹³C₃值分布区间分别为-42.6‰~-24.6‰、-32.7‰~-18.0‰、-27.6‰~-15.1‰。流体包裹体中烷烃气与非烃气含量变化区间范围较大,主要为气源岩干酪根热降解气。流体包裹体中的烃类气,包含3个阶段捕获的天然气：①浅埋藏过程中,较低成熟烃源岩生成的轻碳同位素天然气;②最大深埋阶段,较高成熟源岩生烃排出的重碳同位素天然气;③抬升阶段,先期聚集的天然气次生调整捕获的轻碳同位素天然气。综合研究认为,上古生界煤系致密砂岩气,在天然气大规模生成、排放和充注过程中,运移方向以垂向运移为主,兼有侧向运移;进入致密砂岩后的二次运移及后期次生调整阶段,具有由南向北、由西向东短距离运移的总体趋势。致密砂岩气田中普遍含氦,总体资源规模巨大,位居中国多个盆地之首。鄂尔多斯盆地氦气为典型壳源成因,呈现弥散式分布、局部富集,氦气分布和富集受古老富U、Th元素基底岩系和深大断裂复合控制。     

四川盆地涪陵气田焦石坝区块上部气层地质特征分析及有利区优选

以四川盆地涪陵页岩气田焦石坝区块上部气层为研究对象,在对上部气层岩相、地化、孔隙、含气性等页岩品质特征研究的基础上,分别建立了上部气层含气性、可压性评价标准,指出焦石坝区块上部气层以Ⅱ类气层为主,⑧小层含气性最优。优选页岩烃源品质、含气性、构造变形强度、裂缝、埋深5大类8项指标,建立焦石坝上部气层开发选区评价体系,将焦石坝区块上部气层划分为4个区,其中焦页A井区最有利,评价井效果好,可作为焦石坝区块上部气层开发有利区。此外,研究揭示有机质丰度、孔隙度和保存条件是影响焦石坝区块上部气层页岩气富集的主要因素,埋深与地应力和天然裂缝发育程度是上部气层气井高产的主控因素。      

涪陵焦石坝地区页岩气水平井压裂改造实践与认识

水平井缝网压裂技术的应用大幅提高了涪陵焦石坝地区试验井组产量,促进了我国页岩气商业开发。在分析区块页岩储层构造及地质特征基础上,通过岩石力学参数测试和岩石矿物组分分析,评价了储层岩石脆性及其可压性。根据焦石坝地区五峰组-龙马溪组含气泥页岩段页岩有机质类型好、含气量高、脆性指数高的特点,以“复杂缝网+支撑主缝”为改造主体思路,增大页岩储层的改造体积为目标,优选了压裂材料,优化了压裂设计及配套工艺,确定了试验井组压裂改造工艺技术方法,形成了适用于涪陵焦石坝地区的页岩气水平井分段压裂改造技术。经过26口井的现场实施,效果显著,压裂井均获得了较高产能,平均单井无阻流量10.1×10⁴~155.8×10⁴ m³/d,证实了以“复杂缝网+支撑主缝”为改造主体的页岩气水平井分段压裂技术的有效性,为我国页岩气压裂改造积累了经验。     

基于岩石热解参数图版的烃源岩内部排烃效率计算方法

排烃效率是研究排烃作用的关键地质参数,准确计算烃源岩排烃效率对常规和非常规油气资源评价都有重要意义。在原始生烃潜力恢复法基础上,介绍了一种热解图版法。该方法是利用氢指数与最大热解峰温关系划分有机质类型的经典图版,将有机质类型分界线和成熟度趋势线均匀插值网格化,然后将样品的氢指数和最大热解峰温数据投点于图版中,沿着类型线向左追踪至与R_o为0.2%的成熟度线交点作为生烃指数的原始值,从而计算出排烃效率。通过南襄盆地泌阳凹陷泌页1井66个烃源岩实测数据,研究了排烃效率与烃源岩有机质丰度、类型、成熟度（ATM）特性以及页岩油富集程度的关系。结果表明,与人为赋值法相比,热解图版法获得的排烃效率与有机质ATM特性更具规律性,与页岩油富集程度的吻合度较高,而且计算过程与结果不会出现负值和排烃效率大于100%的现象。该方法计算的烃源岩内部排烃效率合理可行,可作为原始生烃潜力恢复法计算排烃效率的补充。