略论天然气甲烷碳同位素的累积效应

对于天然气充注历史和累积效应大体相同的气藏,通常可以建立天然气甲烷碳同位素（δ１３Ｃ１）与其成熟度（源岩）的关系模式。“多阶连续成藏”在古老沉积盆地中是常见现象,其天然气是不同地质阶段生成的不同成熟度气态烃的累积。在气源岩母质和成熟作用基本一致的情况下,保存条件越好,气藏中累积的早期生成的低成熟度天然气（低阶组分）越多,其δ１３Ｃ１值越轻;反之,保存条件越差,低阶组分损失越多,或聚气时期既晚又短,则其天然气的δ１３Ｃ１值越重。例如塔里木盆地克拉通区的气藏都以寒武系和奥陶系为主要气源岩,塔中地区保存条件最好（为连续聚气区）,塔北轮南和塔西南玛扎塔格地区保存条件差得多（为阶段聚气区）,前者天然气的δ１３Ｃ１值比后者要轻４‰～２０‰。天然气累积效应与母质继承效应、热演化分馏效应一样,是控制其δ１３Ｃ１值轻重的重要因素,在使用该参数估计天然气及其气源岩的成熟度时,必须考虑累积效应。图４表１参３（梁大新摘）     

在线碳同位素系列分析在油气勘探中的应用

本刊在上一期报道了“石油轻烃单体和正构烷烃系列的碳同位素分析与研究”项目,4月8日在京通过专家评审会评审的简短消息,现对该项目具体内容再做如下介绍: 由长庆油田研究院首次引进的Finigan MAT公司GC/C/MS在线碳同位素分析仪,能够从色谱量级的试样中检测单分子的碳同位素,从而获得石油、天然气及岩石中可溶有机质的碳同位素“指纹”信息。该项资料对于油气源对比、油气生成机制及稳定同位素地球化学研究具有重要的实用价值和理论意义。     

碳同位素在笔架岭构造天然气研究中的应用

从区内天然气碳同位素特征分析入手,结合气源岩有机质类型及演化规律,对天然气的特征和类型进行了探讨.研究认为,区内存在东三段、沙一、二段和沙三段3套气源岩,区内天然气为热解气,属于油型气和煤型气的混合型.指出了区内甲烷同系物δ13C值随烷烃分子中碳数增加出现局部逆转是不同源岩生成天然气相混合造成的.     

论乙烷碳同位素在天然气成因类型研究中的应用

本文利用加水热压模拟实验的方法研究了碳酸盐岩、泥岩、油页岩和煤热解气中乙烷碳同位素随成熟度的演化规律,发现腐泥型热解气和腐殖型热解气的乙烷同位素具有明显的母质继承性,其分布具有明显的区别。即腐泥型热解气的乙烷碳同位素小于-29‰,而腐殖型热解气的乙烷碳同位素大干-29‰;从我国天然气乙烷碳同位素的统计结果看也有这-规律。因此,无论从模拟实验的范果,还是从实际统计的结果均说明以乙烷碳同位素-29‰可以作为区分腐泥型天然气和腐殖型天然气成因类型的标准。笔者应用这一标准研究了塔里木盆地天然气的成因类型,取得了良好的效果。      

煤成气甲烷碳同位素特征

煤成气有煤系气和煤层瓦斯两种,各有其化学组成及甲烷碳同位素特征。煤层瓦斯因与CO_2之间的碳同位素交换或因生物作用而富含~(12)C。煤系气主要来自煤系中分散的有机质,较瓦斯富含~(13)C。甲烷碳同位素的研究对煤成气的分类、成因及资源评价均有重要意义。     

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。     

油气化探在天然气勘探中的应用

油气化探技术以检测烃类气体为主的直接方法,具有快速、有效、成本低的优势,在天然气勘探中可发挥积极的作用.通过研究典型气藏上方化探特征与异常规律,提出了适合天然气勘探的化探指标和方法,并以四川新场气田为例,对天然气藏化探异常形成机理进行了探讨,证实了油气化探技术在天然气勘探中的应用是有效的.      

四川盆地天然气的碳同位素特征

四川盆地发育10多个产气层系、6套主要气源岩。文中研究了不同地区不同产层的碳同位素组成特征。大多数气样的δ¹³C具有正碳同位素系列(δ¹³C₁<δ¹³C₂<δ¹³C₃<δ¹³C₄),显示出有机成因特征。一些样品中甲乙烷碳同位素倒转(δ¹³C₁>δ¹³C₂)可能是由于不同源岩或不同成熟度的气混合的结果。盆地中相同成熟度油型气的δ¹³C比煤成气的轻。CO₂的δ¹³C也具有生物成因的特征。     

天然气稳定碳同位素比值数学模拟

根据理论和实验资料,提出了一种新的烃气稳定碳同位素比值数学模拟方法.动力学模型采用了一系列平行的一级天然气生成反应,发生同位素交换的与未发生同位素交换的化学键相对裂解率用方程式表示为k*/k=(A*f/Af)exp(-△Ea/RT)式中R为气体常量,T为温度.利用量子化学计算估计不同简单分子均裂键裂解的熵(A*f/Af)和焓(△Ea)条件.例如,我们获得短链正构烷烃(≤C6)失去甲基官能团的平均△Ea为42.0 cal/mol,平均A*f/Af为1.021.甲烷的生成存在明显差异,预测在200℃的沉积盆地条件下短链正构烷烃产生13CH4的速率比产生12CH4的速率慢2.4%,但在500℃的实验室加热条件下仅慢0.7%.就其它分子均裂键裂解所进行的类似计算也显示了相似的结果(除少数例外),△Ea值介于0～60 cal/mol之间,A*f/Af值介于1.00～1.04之间.大量数据处理结果揭示(1)在△Ea值和化学键裂解能之间存在弱的波型曲线关系;(2)在△Ea值和A*f/Af值之间存在明显的正相关性.这些发现的重要意义在于可以采用适当的动力学模型阐明在恒温密闭系统条件下正十八烷生成甲烷的化学和同位素数据.根据特殊温度史,校正后的模型可以提供与油型干酪根和原油裂解有关的甲烷碳同位素组成、总甲烷生成量和甲烷产率间的定量关系.不同甲烷源岩动力学反应的明显变化,必须根据特殊研究区域的实验室数据来对这些模型进行应用并充分校准.根据这种方法,天然气碳同位素数据不但可以用于估计沉积盆地中生气的时间,而且可以用于评价形成有效聚集的源岩成熟度,以及恢复圈闭充填史.     

源岩热解气态烃的碳同位素特征及其在气源对比中的应用

人工热演化生成的气态烃的δ¹³C 值同地质体中天然气的δ¹³C 值一样,可以反映源岩母质类型与热演化水平。本文根据8个源岩样的生气模拟实验结果归纳了气态烃产率、碳同位素组成与源岩有机质类型及成熟度间的关系,进而利用源岩热解气态烃与天然气样的δ¹³C 值探索了塔里木与南松辽盆地的气源岩。     

天然气运移物理模拟实验及其组分分异与碳同位素分馏特征

天然气运移物理模拟实验结果表明,天然气在运移过程中将发生组成的色层效应和分馏现象.天然气中甲烷等轻组分的渗透运移速度较大,粘土矿物对天然气中重烃组分具有较强的束缚能力,而且在不同输导层中正构烷烃和异构烷烃的运移速率存在着明显差别.实验结果还表明,运移可以造成天然气烃类气体碳同位素的分馏,特别是天然气中甲烷碳同位素对运移条件及过程较为敏感.     

稳定碳同位素在油气地球化学中的应用及存在的问题

随着现代分析测试技术的提高,碳同位素在油气地球化学中的应用也越来越广泛。总结了碳同位素在油气地球化学中的应用,这些应用包括:用碳同位素研究来鉴别原油的生成环境和母质类型,对天然气进行成因分类和鉴别,判断天然气的成熟度,进行油气源对比,讨论油气的次生变化,研究油气运移,研究天然气的混合情况和油藏地球化学。探讨了碳同位素在油气地球化学应用研究中存在的和应注意的问题     

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在以往研究及近期所获新的地质地化资料的基础上,重点对CO2成因及气源进行了较深入系统的研究,进一步剖析和确证了莺歌海盆地浅层气藏富CO2气的壳源型无机成因和极少量的壳幔过渡型混合成因,且这种富CO2气的成因类型完全不同于中国东部及东南亚地区的火山幔源成因的CO2气,富CO2气的气源主要来自沉积巨的上新－中新统海相含钙砂泥岩,琼东南盆地天然气中CO2多属壳源型无机成因和壳源型有机－无机混合成因这两种类型。     

莺琼盆地天然气中CO_2的成因及气源综合判识

在以往研究及近期所获新的地质地化资料的基础上 ,重点对CO2 成因及气源进行了较深入系统的研究 ,进一步剖析和确证了莺歌海盆地浅层气藏富CO2 气的壳源型无机成因和极少量的壳幔过渡型混合成因 ,且这种富CO2 气的成因类型完全不同于中国东部及东南亚地区的火山幔源成因的CO2 气。富CO2 气的气源主要来自沉积巨厚的上新—中新统海相含钙砂泥岩。琼东南盆地天然气中CO2 多属壳源型无机成因和壳源型有机—无机混合成因这两种类型     

天然气在复杂气藏内渗流问题的新模型及应用

针对形成不同流体区域的气藏、有边水气藏、岩性尖灭气藏及井底存在污染或改善的气藏等情况,建立了考虑井筒相态重分布的复杂气藏的渗流新模型,求出了３种典型外边界条件下的气藏拟压力分布解析解,并绘出了井底压降曲线。给出的气藏无量纲压力表达式及压降曲线,还可适用于凝析气井及井筒带积液的气井。结合实例分析给出了本理论在油田开发中的应用。     

天然气采掘成本指数自然递增律及其运用

文章排除影响成本变化的非自然因素,明确提出平均成本是采出程度的函数。经过分析,得出天然气成本在科技和管理因素不变的“自然”情况下递增的结论,揭示了油气采掘业的基本生产经营规律。通过对不同函数形式的比选,参照最常用的产量自然递减模式,建议采用指数函数来描述该“自然递增”规律。平均成本“自然指数递增律”为正确认识和对待天然气采掘业成本的变化提供了理论依据,为企业如何采取措施降低成本指出了可行的途径。     

开放体系中天然气稳定碳同位素反应动力学研究

在开放、变温热解实验中，对烃源岩样品进行了在线特定化合物^13C／^12C稳定同位素分析；在实验数据分析的基础上，利用平行一级反应模型和Arrehenius方程得出反应动力学参数。结果表明，同位素反应动力学结合区域热演化史能有效地解释天然气生成、聚集过程中同位素组成变化的特征，描述在地质系统天然气生成过程中的同位素效应。