汪家屯气田天然气源追索新方法

本根据碳同位素分馏理论，建立了气态烃（C1-C3）的碳同位素差值与分馏反应温度的关系，提出了利用气态烃的碳同位素差值追索气源的方法，并对汪家屯气田的天然气气源进行了追索，与实际较吻合。     

TSR对气态烃组分及碳同位素组成的影响——高温高压模拟实验的证据

选用高含硫原油、Ⅱ型干酪根、Ⅲ型干酪根以及硫酸镁作为反应物,设计了3组共6个反应体系,以对比发生硫酸盐热还原作用(TSR)与否对烃类组分及碳同位素的影响。模拟实验利用黄金管—高压釜限定系统完成,6个反应体系具有完全相同的反应温度和压力,反应结果具有可对比性。模拟实验结果证实:①TSR反应导致气态产物中H₂S和CO₂含量的明显增加;②TSR反应导致气态天然气组分变干,即碳数越多的气态烃越容易发生TSR反应,甲烷很难作为反应物参与TSR反应;③TSR反应导致气态烃碳同位素变重,而CO₂碳同位素变轻;④TSR导致甲烷碳同位素变重最多,乙烷、丙烷碳同位素变重相对较小,即δ13C₂与δ13C₁差值变小。TSR反应导致的天然气组分及碳同位素的变化影响了油气源对比的经验公式及判断指标,因此在高含硫天然气区进行气源对比时应考虑TSR的影响。      

天然气组分及其碳同位素扩散分馏作用模拟实验研究

为了探讨扩散引起的天然气组分及其碳同位素的分馏效应与岩石物性之间的关系,建立了相应的扩散分馏作用地质模式。通过自行设计的天然气成藏物理模拟仪,选择了不同物性的岩芯及其组合进行了天然气组分及其碳同位素扩散分馏作用模拟实验。实验研究结果表明:岩石的孔隙度和渗透率越低,扩散运移引起的分馏效应越明显;乙烷以上的重烃碳同位素几乎不发生分馏作用,但其组分组成仍存在一定程度的分馏现象。利用天然气组分及其碳同位素的上述变化规律,可以追踪天然气的运移路径,也可用于气源对比研究。     

天然气的成熟度

利用气态烃的碳同位素差值(δ~(13)Cn-δC_1)可直接确定天然气的成熟度,然后利用它与储层及邻层中有机质成熟度的对比,可识别原生气及外源气。本方法改进了 James 的方法,一是成熟度由 LOM 改为 R_0表征,二是用同位素逆转现象建立过成熟期指标,并从此法探索川南 Tc 及川西 Jc 的气源。     

柴达木盆地天然气气源对比

为了确定柴达木盆地不同地区的气源岩，在天然气组分、天然气甲烷至戊烷碳同位素、天然气轻烃组分与天然气轻烃碳同位素分析的基础上，挑选合适的气源对比指标，进行了天然气气源对比。分析总结出2套有效的气源对比指标：一套为盆地级气源对比指标，包括：甲烷碳同位素与甲乙烷碳同位素差交汇关系、天然气乙烷碳同位素与C₂⁺交汇关系、天然气轻烃组分与同位素交汇关系和天然气轻烃碳同位素交汇关系，用于鉴别柴东、柴北缘和柴西不同地区的天然气；另一套为精细级气源对比指标，包括：天然气轻烃庚烷值和天然气轻烃指纹特征，主要用于鉴别柴西或柴北缘不同层位的天然气。根据辨识出的天然气性质，结合气源岩的特征和分布，确定出的气岩对比结果为：柴西北部新近系天然气的主要烃源岩为N₂¹，柴西北部古近系烃源岩为N₁，柴西南部新近系烃源岩为E₃²，柴西南部古近系烃源岩为E₃¹，柴北缘天然气主要烃源岩为J_1＋2，柴东天然气主要烃源岩为Q_1＋2。     

吐哈盆地烃源岩分子碳同位素地球化学判识

烃源岩中残余烃单体分子系列碳同位素分析技术在油气勘探研究中发挥了巨大的作用，通过对吐哈盆地四套主力烃源岩中残余烃单体分子系列碳同位素分馏模式的探讨，特别是对煤系地层中煤岩与煤系泥岩残余烃单体分子系列碳同位素分馏模式差异原因的分析，认为煤系泥岩和煤岩由于沉积环境、母源输入的差异，煤系泥岩更富含腐泥组分导致其单体分子系列碳同位素相对富^12C，为煤成烃油源对比提供了技术保证。     

有机质碳同位素的成熟分馏作用及地质意义

本文以各种热模拟实验产物的稳定碳同位素分析为基础,对有机质热演化产物的油、油族组份。气态烃、残渣的稳定碳同位素动力分馏机制进行探讨。同时提出区分低演化凝析油(煤系产物)与高成熟凝析油(原油裂解产物)的新方法,为识别天然气成因类型提供了新的途径。      

煤生烃过程中成熟度引起的碳同位素分馏效应

通过半封闭体系下的生排烃热模拟实验研究了3种煤在不同热解温度下的碳同位素分馏效应。研究结果表明,煤的有机质类型不同,成熟度造成的热解烃的碳同位素分馏效应也有差别,腐植煤的热解烃基于成熟度的碳同位素分馏效应大,而煤本身的碳同位素值随成熟度的变化不大。在较高成熟度时,二次裂解的概率大大增加,导致热解烃尤其是残留烃的正构烷烃单体碳同位素组成明显变重。同一烃源岩在不同温度下的热解烃正构烷烃单体的碳同位素组成曲线具有很大的相似性,说明在油源对比中正构烷烃单体碳同位素值曲线的形状和其数值一样都是重要的对比依据。      

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。     

塔里木盆地库车坳陷烃源岩热模拟实验中甲烷碳同位素的二阶分馏

选用塔里木盆地库车坳陷三叠系和侏罗系的煤、黑色泥岩及碳质泥岩等样品进行了260~540℃之间的生烃热模拟实验,模拟温阶为40℃,并对产物中天然气的碳同位素和实验后的固态产物的镜质体反射率进行了测定,得到了模拟气态烃产物中甲烷的碳同位素与模拟产物成熟度Ro的关系。实验表明,在烃源岩由未成熟到过成熟的演化过程中,甲烷碳同位素存在二阶分馏,在未熟到成熟(Ro<1.5%)阶段,甲烷碳同位素随温度(成熟度)的增加由重变轻,而在成熟到过熟阶段,甲烷碳同位素随温度(成熟度)的增加由轻变重,在这2个演化阶段甲烷碳同位素与Ro均呈线性相关。      

甲烷碳同位素在天然气勘探中的应用

本文只讨论以烃类组分为主的热成因天然气中甲烷碳同位素的问题。用于天然气勘探的甲烷碳同位素方法包括两个方面的内容:一是测定勘探区内表层沉积物和探井岩心(或岩屑)的吸附甲烷的碳同位素异常变化以及气显示中甲烷碳同位素组成特征,用以指导勘探;二是对已发现的天然气藏测定其甲烷碳同位素,提供有关成因、类型、成熟度、运移、次生变化等多方面的信息,以便对天然气进行综合评价。甲烷碳同位素组成、天然气组分、源岩有机质类型和成熟度等是目前天然气勘探中广泛使用并且行之有效的地球化学指标。本文除用实例讨论了前人提出的由温度和母质类型决定的甲烷碳同位素组成特征之外,还根据碳同位素分馏理论提出用同源的甲烷与原油以及甲烷与干酪根的碳同位素差值作为天然气类型及成熟度的指标,并对煤层甲烷碳同位素数据的应用提出了自己的见解。     

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运用自行设计的天然气运移物理模拟装置，研究天然气在运移过程中所发生的组分分异和碳同位素分馏特征，目的是了解天然气在不同疏导层运移过程中所发生的组分及同位素变化规律。实验结果表明，天然气在运移过程中发生了比较明显的成分色层效应和碳同位素分馏现象，粘土矿物对天然气中重烃组分具有较强的束缚能力，甲烷碳同位素对运移条件及过程较为敏感。本项模拟实验对进一步认识天然气运移过程中组分和碳同位素变化机理具有重要意义。     

应用碳同位素动力学模拟评价天然气的成因

简要介绍天然气形成过程中碳同位素分馏的理论基础、动力学参数模拟计算、碳同位素动力学模拟应用于天然气评价等方面的最新成果。揭露了几个值得注意的问题:天然气碳同位素特征不仅受母源、成熟度的影响,而且与运聚条件、沉积盆地增温速率有关;累积聚集气与阶段聚集气在碳同位素特征存在明显差别;碳同位素分馏动力学模型在不同盆地会存在差异,不仅取决于气源条件,还与聚集历史、沉积-构造史有关。我国天然气藏成因复杂,具有多期、多源的特点,对这类天然气的成因研究与评价提供了新思路。     

成藏后天然气组分与同位素的分馏效应研究

天然气成藏后会发生扩散、溶解逸失、微生物降解和高温裂解等作用,这些作用会使天然气组分、同位素发生分馏。其中扩散分馏取决于不同分子的半径与不同方向上的浓度梯度,溶解分馏则受控于分子大小与水合能力,这2种分馏作用常使藏内小分子烷烃含量减少、同位素组成变重;微生物对天然气的降解受温压条件控制,并且不同细菌对烃类具有不同嗜好性,常使天然气重烃含量减少、同位素组成变重;热裂解作用可使天然气组成变干、同位素组成变重。认为通过化学反应动力学可以分析藏内天然气分馏作用的条件及其定量过程,恢复成藏初期天然气特征,并有助于混源气判别、资源散失量估算等。     

陕甘宁盆地中部气田奥陶系天然气的成因及运移

根据实验和实际资料提出了“以乙烷碳同位素为主区分生气母质,以甲烷碳同位素为主研究侧向─扩散性运移”的指标使用原则.总结出陕甘宁盆地中部气田奥陶系腐泥碳酸盐来源气具乙烷碳同位素相对偏负─乙烷等重烃含量低─硫化氢高的组合特征,石炭-二叠系煤系来源气呈相反组合.在定性判别和定量计算基础上,指出该气出奥陶系储集气是以奥陶系来源为主、兼有石炭系供给的二无混合气.奥陶系储层的石炭系源气主要分布在气田东部,与奥陶系顶古侵蚀沟关系密切.利用甲烷碳同位素资料将盆地中东部奥陶系天然气划分出四个运移场.同时讨论了古地貌、占岩溶、今构造面貌等对气源展布和天然气运移的控制作用.     

天然气地球化学数据的获取及应用

天然气地球化学研究已成为天然气藏勘探开发的重要基础工作。由于气源的混合性和天然气化学组成和同位素组成影响因素的多样性使得天然气藏的形成过程极为复杂 ,同时也给天然气地球化学研究带来了极大的困难和严格的要求 ,故而 ,获取精确的地球化学分析数据无论对科学研究还是对气藏的勘探开发来说都非常重要。不同成因的天然气类型和同一源岩不同演化阶段生成的天然气具有不同的化学组份和不同的稳定同位素特征。根据气体化学组份和稳定同位素特征可初步确定天然气的成因类型。在天然气类型确定后 ,利用天然气碳同位素与 Ro 之间的关系式可以确定天然气的成熟度。而系列碳同位素之间会存在差异 ,存在差异的原因可能是多种多样的。稀有气体可作为判识天然气来源的一个辅助指标 ,用此指标可鉴别天然气中是否有深部气体的混入。当确定天然气中无深部气体混入时 ,可利用4 0 Ar/ 36 Ar比值对烃源岩的年代做出初步的估算。应用地球化学参数在解释天然气形成特征时 ,必须结合实际地质背景进行     

天然气氢同位素分析及应用

气相色谱—高温裂解—质谱在线分析方法可用于测定天然气氢同位素组成.通过实验优选了质谱仪离子源参数和色谱工作条件,探讨了H₃+因子、色谱柱流速、涂碳等因素对分析结果的影响.参考标准气连续多次测定结果表明天然气氢同位素在线分析具有良好的重现性.应用该方法分析了四川盆地部分天然气样品.依据天然气单体氢同位素组成的差异,结合已知地质文献资料进一步验证了川西侏罗系浅层气藏为高成熟或过成熟陆相煤成气天然气藏,川东地区气藏甲烷氢同位素大于-135‰,明显重于川西地区,反映典型的海相成因天然气特征.      

浅层混源天然气判识的碳同位素地球化学分析

由于生物化学作用、热降解作用和构造活动等的共同影响,不同成因天然气易在含油气盆地浅层聚集在同一气藏内形成浅层混源天然气藏。论述了浅层原生天然气(生物成因气和低温热成因气)及浅层次生天然气(次生运移天然气和微生物改造天然气)的组分组成及碳同位素组成的分布特征,讨论了影响浅层混源天然气碳同位素组成的主要因素,分析了浅层混源天然气判识的地球化学指标。     

乌连戈伊气田形成机制及其启迪

西西伯利亚盆地是世界上最大的含油气盆地，其中乌连戈伊气田储量达10.2×10¹²m³。对于该气田的形成机制，迄今仍众说纷纭。该盆地北部地区95%的天然气都储集于白垩系波库尔组中，而当中的2/3又储于波库尔组顶部的赛诺曼阶。这些天然气的δ¹³C₁分布在－54‰~－46‰，其中在乌连戈伊气田δ¹³C₁集中在－49‰左右，它不应当属于纯生物气的范畴。基于该气田天然气的组成和碳同位素特征认为，该气田的天然气也不可能是生物气与下部热成因天然气混合的产物。塞诺曼阶天然气的分布与成熟度处于低演化阶段的波库尔组源岩在时空分布上有着极好的对应关系，前者的δ¹³C₁分布特征和波库尔组热演化指标R_o之间的关系与煤型气碳同位素二阶模式的低演化回归曲线吻合极好。因此，可以用腐殖型有机质在低演化阶段能规模性成气的机理合理解释该气田的成因。最后认为，乌连戈伊气田塞诺曼阶天然气属于低熟气的范畴。     

柯克亚油气田混合来源天然气的地球化学特征

柯克亚油气田是我国开发比较早的一个油气田,但由于受混源和其他因素的影响,对气源的认识众说纷纭。通过对天然气的地球化学特征的分析,并参照国内外关于甲烷、乙烷、丙烷碳同位素关系方面的资料,提出了如下看法:柯克亚天然气碳同位素相对较重,与塔里木盆地下古生界海相天然气的碳同位素组成区别较大;根据天然气40Ar/36Ar组成,柯克亚油气田的气源不是单一来源;柯克亚油气田绝大多数天然气的甲烷和乙烷碳同位素值关系符合Faber推断的 型有机质方程直线关系,说明有机质属于较好的有机质类型,或者是由原油裂解形成的天然气;除了K2井和K18井天然气成熟度较低以外,绝大多数天然气的成熟度大约在1.8%～2.2%之间,属于高过成熟气,但也混有一些成熟度在0.9%～1.2%的源岩形成的天然气;推测天然气主要来源于石炭系―二叠系源岩,而混有成熟度低的源岩形成的天然气则有可能来自侏罗系源岩。