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。     

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。     

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。     

川西坳陷新场气田上三叠统须五段天然气来源及启示

新场气田是川西坳陷目前发现的规模最大的陆相气田,须五段是该区天然气勘探的重点层系之一,但有关须五段天然气成因和来源的认识存在分歧。在对新场气田不同层位天然气进行组分、稳定碳氢同位素和轻烃化合物组成进行测试分析的基础上,开展天然气成因鉴别和气源对比。地球化学特征研究表明,新场气田须五段天然气主体为湿气,δ¹³C₁值介于-40.2‰~-33.5‰之间,δ¹³C₂值介于-27.3‰~-23.6‰之间,δD₁值介于-215‰~-179‰之间,烷烃气碳氢同位素组成均为正序系列;C₇组成具有明显的甲基环己烷优势分布,C_5-7组成则以异构烷烃和环烷烃为主。新场气田须五段天然气为煤成气,与雷口坡组和须二段分别表现为油型气和混合气的特征明显不同,而侏罗系和须四段天然气尽管同样表现出煤成气特征,但其成熟度普遍高于须五段天然气。受须家河组不同层段烃源岩母质类型相似等因素影响,气—岩轻烃指纹对比不具有排他性,不适用于新场气田陆相天然气的气源精细对比。新场须五段天然气主要来自须五段自身,而侏罗系天然气则主要来自须三段、须四段烃源岩。     

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。      

鄂尔多斯盆地大牛地气田上古生界储层特征

大牛地气田位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡北部,主要含气层位为上古生界石炭系太原组、二叠系山本组和下石盒子组。气田具有石炭系太原组障壁沙坝、二叠系山西组三角洲平原分流河道砂和下石盒子组河流相河道砂3套储集体,储集体为低孔、低渗、致密性储层;下石盒子组、山西组和太原组储层孔隙特征基本相同;下石盒子组和太原组储层孔隙结构相对较好,山西组储层孔隙结构相对较差;上古生界储层共划分为4类,下石盒子组和太原组Ⅰ、Ⅱ类储层较为发育,而山西组Ⅲ类储层较发育。     

鄂尔多斯盆地临兴地区上古生界天然气成因及来源

天然气成因及来源研究对天然气勘探开发具有重要作用,可以为天然气的运移成藏提供理论依据。通过对鄂尔多斯盆地临兴地区上古生界天然气组分、碳同位素、轻烃及烃源岩等特征进行综合分析研究,探讨该区上古生界天然气成因及来源。结果表明:临兴地区上古生界天然气组分含量以甲烷为主,重烃和非烃含量较低,主要属于干气;天然气δ^13C1值、δ^13C2值和δ^13C3值分别介于-45.6‰^-32.9‰、-28.9‰^-22.3‰和-26.2‰^-19.1‰之间,总体表现出正碳序列变化趋势,并且δ^13C1值均小于-30‰,具有典型的有机成因气特征。轻烃组成特征上具有一定的相似性,C7系列表现出甲基环己烷优势;C5-7系列主要表现出异构烷烃优势。该区上古生界天然气主要属于成熟煤成气,含有少量煤成气与油型气的混合气;石盒子组天然气藏主要是由山西组烃源岩生烃增压扩散运移至近源或远源储层内充注成藏;太原组天然气藏主要来自于太原组自身的烃源岩,在源岩内自生自储成藏。     

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。     

川东南官渡构造中侏罗统原油地球化学特征及油源

根据轻烃、饱和烃、芳烃和碳同位素的系统分析资料,全面剖析了川东南地区官渡构造中侏罗统原油的地球化学特征,并通过油源对比确定了其主力烃源层.研究结果表明,该原油的C₅—C₈轻烃中以正构烷烃占优势,异构和环烷烃相对较少,几乎不含苯和甲苯,正庚烷明显高于甲基环已烷;其Pr/Ph值较低(1.56),C₂₇—C₂₉甾烷呈"V"字型分布,伽马蜡烷较高,表征油源岩为较深湖相沉积,成油母质生源构成中水生生物占有较高比例;正烷烃系列分布轮廓线呈上凸状,且碳同位素随碳数增加呈变轻趋势,具有一般陆相原油的特征;经轻烃、生物标志物参数对比,认为该原油与本区的上三叠统须家河组沥青和天然气没有成因上的联系,其油源来自下侏罗统烃源层.      

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。     

天然气烃指纹分析在气藏地球化学描述中的应用

应用天然气烃指纹特征可以有效地分析新场气田侏罗系蓬莱镇组蓬一气藏气层连通性。在有利天然气聚集的井区或层段,一些与天然气聚集保存条件相关的烃指纹参数呈现较明显的规律性,如C_3-4/C_5-6、烷烃C_5-6/C_7-8、己烷/环己烷呈现明显的增高,正构烷烃/异构烷烃、环戊烷/环己烷类、异构单取代/异构多取代相对减小。新场气田蓬莱镇组蓬一气藏气层各项烃指纹参数在横向上变化较大,气层的连通性较差,应属构造岩性气藏。天然气各项烃指纹参数由浅到深呈现明显的变化规律,充分反映了天然气运移成藏过程中的色层效应及组分的分离过程,说明气藏在形成过程中,烃类系来自深层,以垂向运移为主,并预示着深部地层天然气成藏、保存条件逐渐变好,具有找到气藏的可能性。     

大牛地气田致密砂岩储层测井相类型研究

大牛地气田位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡北部,主要含气层位为上古生界石炭系太原组、二叠系山西组和下石盒子组,为致密砂岩储层。该区主要经历了晚石炭世海侵、早二叠世山西期海退形成的三角洲、下石盒子期河流发育的海–陆过渡沉积,形成的测井相类型多样,利用自然伽马曲线将该区储层划分为8种岩石相类型,明确了不同沉积体系储层及有利沉积相带;其中下石盒子组盒3、盒2、盒1段主要为辫状河流相沉积,有利相带为辫状河主河道,山西组山2、山1段为三角洲平原沉积,有利相带为分流河道,太原组太2段主要为障壁岛–泻湖沉积,有利微相为障壁砂坝。     

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。      

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     

四川盆地川西坳陷成都大气田致密砂岩气地球化学特征

川西坳陷是中国石化在四川盆地的重要探区之一,该区陆相致密砂岩气勘探近年来取得重要突破,发现了以上侏罗统致密砂岩为主力储层的成都大气田,但对其天然气来源及与邻区天然气特征差异的认识缺乏地球化学证据。天然气地球化学特征研究表明,成都大气田侏罗系致密砂岩气干燥系数（C₁/C_1?5）介于0.939~0.982之间,δ¹³C₁、δ¹³C₂和δD₁值分别介于-33.7‰~-30.7‰之间、-25.4‰~-22.3‰之间和-162‰~-153‰之间,烷烃气碳、氢同位素系列均表现出正序特征。碳氢同位素组成揭示了侏罗系致密气为典型煤成气。根据煤成气二阶段分馏模式计算所得R_O值与成都气田须家河组五段烃源岩实测R_O值一致,反映了侏罗系致密砂岩气主体来自须五段烃源岩。研究区下侏罗统白田坝组基本不发育有效烃源岩,对侏罗系气藏没有显著贡献。受气源及成藏过程的差异影响,川西坳陷不同气田侏罗系天然气具有不同的地球化学特征。     

大牛地上古生界天然气地化特征与气源追踪

天然气在运移过程中,其多种地化特征会发生规律变化.它们在垂向上的变化特征能反映出其在地层中的运移情况.通过研究大牛地气田上古生界天然气的成分、干燥系数及碳同位素等的纵向变化规律,同时结合该地区裂缝与地层压力的研究认为:大牛地上古生界天然气属于煤层气,且下部太原组、山西组是天然气向上运移的"起源".该区发育的裂缝为油气垂向运移的主要通道.     

煤成气轻烃组分和碳同位素分布特征与天然气勘探

采用烃源岩热模拟实验和轻烃单体烃碳同位素分析方法,对煤热解轻烃生成模式及煤系烃源岩热解轻烃碳同位素组成特征的研究表明,在成熟度 R_o 值为1.1%～1.7%时,煤热解轻烃大量生成;当 R_o 值大于1.7%时,以芳烃生成为主。煤热解轻烃中苯和甲苯碳同位素均较重,苯的碳同位素值平均为－22.2‰,甲苯的碳同位素值平均为－22.1‰,与母源有机质干酪根碳同位素值非常接近,具有良好的碳同位素继承效应。对塔里木、准噶尔、鄂尔多斯、四川和松辽等盆地煤成气轻烃组分和碳同位素分析表明,煤成气具有甲基环己烷分布优势,在甲基环己烷、二甲基环戊烷和正庚烷相对组成中,173个煤成气样品中有92%的样品甲基环己烷相对含量大于50%;煤成气轻烃中苯、甲苯、环己烷和甲基环己烷碳同位素重,碳同位素值平均分别为－20.9‰、－20.4‰、－21.9‰和－22.0‰。应用轻烃组成变化对苏里格煤成气大气田天然气运移方向进行的研究表明,在气藏形成时期,天然气运移方向为由南向北。     

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。      

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。     

鄂尔多斯盆地北部上古生界层序地层学特征

鄂尔多斯盆地北部是中国石油长庆油田公司天然气增储上产的重点地区。以高分辨率层序地层学理论和技术方法为指导,在对该区地表露头、钻井岩心、测井、地震资料综合研究的基础上,通过基准面旋回结构、叠加样式的沉积动力学分析,将该区上古生界太原组-下石盒子组划分为8个长期、17个中期和若干个短期旋回层序,并详细讨论了各期旋回层序特征。结果认为：基准面旋回层序的类型与储集砂体的发育有着密切的关系,最有利储集砂体通常出现在中、长期旋回层序的界面两侧,并以普遍发育A型和C₁ 型短期旋回层序结构为显著特征;其中以具备A₁型结构的短期旋回层序为最有利于储集砂岩发育的位置,是该区上古生界天然气勘探的主要目标。