汤原断陷天然气特征.pdf

2 0 1 4年 6月 第 3 3卷第 3期 大庆石油地质与开发 Pe t r o l e u m Ge o l o g y a n d Oi l f i e l d De v e l o p me n t i n Da q i n g J un e，2 01 4 Vo I _ 3 3 No ． 3 DoI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J , I S S N． 1 0 0 0 ． 3 7 5 4 ． 2 0 1 4 ． 0 3 ． 0 0 3 汤原 断陷天然气 特征 任 军虎 王世 辉 陈春 瑞金玮 大庆油田有 限责任公 司勘探开发研究院 ，黑龙江 大庆1 6 3 7 1 2 摘要从天然气组分、同位素分布、储层流体包裹体及 自生伊利石定年等方面分析了汤原断陷的天然气特征。 研究认为 断陷西部、中部以生物气和生物热催化过渡带气为主，断陷东部以油型气为主，同时存在非烃气， 断陷中部存在少量非烃气混入气、油型气 ，且有 2 12 I 井发现了生物乙烷气；含烃包裹体丰度较高，且西部高于 中部及东部；储集层流体包裹体盐水均一化温度分布呈双峰态，断陷可能经历了 2期油气充注，均一化温度值 东部高于中部及西部；储层 自生伊利石 K A r 同位素年龄为 1 4 ． 6～1 0 ． 5 Ma ，成藏时间为富锦组沉积时期。 关键词汤原断陷；天然气特征；碳同位素；生物乙烷；流体包裹体 中圈分类号T E 3 5 3 文献标识码A 文章编号 1 0 0 0 3 7 5 4 2 0 1 4O 3 ． 0 0 1 4 ． 0 6 CHARACTERI STI CS oF THE NATURAL GAS I N TANGYUAN FAULT DEPRES S I ON RE N J u n h u，WANG S h i h u i ，C HEN C h u n r u i ，J I N We i E x p l o r a t i o n a n d D e v e l o p m e n t R e s e a r c h I n s t i t u t e o f D a q i n g O i lfie l d C o m p a n y L t d ． ， Da q i n g 1 6 3 7 1 2， C h i n a Abs t r a c t F r o m t he v i e wp o i nt s o f t h e c o mpo s i t i o n s，i s o t o pe d i s t r i b u t i o n，r e s e r v o i r fl u i d i n c lms i o n s，K Ar d a t i n g o f t h e a u t h i g e n i c i l l i t e a n d S O o n，t h e c ha r a c t e ris t i c s o f t h e n a t u r a l g a s i n T a n gy u a n F a u l t De p r e s s i o n a r e a n a l y z e d． T h e s t u d y r e s u l t s s h o w t h a t t h e b i o g a s a n d b i o t h e r ma l c a t a l y t i c t r a n s i t i o n a l b e l t g a s h a v e a b s o l u t e l y p r e d o mi n a n c e i n t h e we s t a nd mi d d l e o f t h e d e p r e s s i o n，S O d o e s t h e o i l t y p e g a s i n t he e a s t ，a t t h e s a me t i me，n o n h y d r o c a r b o n g a s a l s o e x i s t s i n t h e e a s t ．Th e r e a r e t h e mi x e d g a s wi t h a s ma l l a mo u n t o f n o n h y d r o c a r b o n g a s a nd o i l t y p e i n t h e mi d d l e，a n d mo r e o v e r t he b i o g e ni c e t h a ne i s f o un d i n t wo we l l s ；t h e a b un d a n c e o f t h e h y d r o c a r b o n i n c l u s i o n i s g r e a t l y h i g h，a n d f u r t he r mo r e mo r e h i g h e r i n t h e we s t t h a n t h a t i n t h e mi d d l e a n d e a s t ；t h e d i s t rib u t i o n o f t h e flu i d i nc l u s i o n ho mo g e ni z a t i o n t e mp e r a t u r e s h o ws bi mo d a l s t a t e，t h i s me a n s t h a t t h e r e a r e t wo p ha s e s o f t h e o i l a n d g a s f i l l i ng f o r t h e d e p r e s s i o n，a nd t h e e a s t e r n u n i f o r m t e mpe r a t u r e i s h i g h e r t h a n t h a t i n t h e c e n t e r a n d we s t ；K Ar i s o t o p e a g e o f r e s e r v o i r a u t h i g e n i c i l l i t e i s 1 4． 6～1 0 ． 5 Ma，t h i s me a ns t h a t t h e t i me o f t h e h y dr o c a r b o n a c c umu l a t i o n b e l o n g s t o t h e s e d i m e n t a r y p e r i o d o f F u j i n F o r m a t i o n ． Ke y wo r ds n a t u r a l g a s c ha r a c t e ris t i c；c a r b o n i s o t o p e；b i o g e n i c e t h a n e；flu i d i n c l u s i o n；Ta n gy u a n Fa ul t De p r e s - s i o n 收稿 日期 2 0 1 3 0 8 ． 2 3 改回 日期 2 0 1 3 1 1 2 2 基金项目中国石油天然气股份有限公司重大专项 “ 大庆油田原油 4 0 0 0 x l O t 持续稳产关键技术研究” 2 0 1 1 E 一 1 2 0 4 。 作者简介任军虎 ，男 ，1 9 7 8年生，博士，工程师，从事油气勘探研究工作。 E m a i l r e n j u n h u p e t r o c h i n a ． c o n ． c n 第 3 3卷第 3期 任军虎等汤原断陷天然气特征 l 5 汤原断陷是大庆外 围盆地 中油气勘探程度较高 的地区 ，虽然天然气获得 了勘探突破 ，有多 口工业 气流井 ，但对天然气特征 、成 因、成藏规律等研究 比较少。从天然气特征分析出发 ，研究各 区带 的天 然气性质及气藏特征 ，指导下一步天然气勘探 。 1地 质概 况 汤 原 断 陷 位 于 黑 龙 江 省 鹤 岗 市 ， 面 积 3 3 2 0 k m ，区域构 造 上位 于依 舒地 堑最 北部 ， 为郯庐断裂带北延的一部分 ，是在佳木斯地块古老 基底上发育的中一新生代 断陷盆地。汤原断陷受东 边界大断裂控制 ，总体上具有东西分带 、南北分块 的特点 ，垂直于断 陷走 向，表现 为 “ 两 凹一 隆一 斜坡” 的构造格 局_ 1 j 。断陷 内主要 充填 古近 系、 中生界及元古 界 1 0 - 1 2 ] ， 其 中古近系是 油气勘探 主 要 目的层 ，由古新统乌云组 E W 、始新统新 安 村组 E X 及 达 连河 组 E ， d 、 渐 新 统 宝 泉 岭 组 E 2 d 及上部 的达 二段 E 2 d ，宝 泉岭组分为 下部 的宝一 段 E 3 b 及上部 的宝二段 E 3 b 。 断陷内主要发育扇三角洲 、半深湖 、湖底扇、滨浅 湖等沉积相。 目前有 5口工业气井 ，产层主要为达 连河组 ，气藏主要分布在中央隆起带上。 2天然气特征 2 ． 1组分特征 天然气形成过程复杂 ，其中原始有机质含量和 热演化程度是控制天然气组成特征的关键 因素。随 着热演化程度增 高，天然气组成呈现 干气 生物 化学阶段一 湿气 生油 阶段 一 干气 过成熟 阶段的规律性变化 ，各组分的碳 同位素则 随成 熟度增加而变重 。 汤原 断 陷 天 然气 ，相 对 密 度 为 0 ． 5 5～0 ． 8 2 表 1 ，根据天然气各组分的摩尔分数及 甲烷与总 烃组分的摩尔分数 比 C ／ x C 可 以 E ， b 组成 ，其 中达连 河组可分为下部 的达 一段 把天然气分为 2类。 表 1 汤原断 陷天然气 同位素及组分数据 Ta b l e 1 Da t a o f t h e i s o t o p e s a n d c o mp o n e n t s o f t h e n a t u r a l g a s i n Ta n g y u a n F a u l t De p r e s s i o n I 类 气体分布在盆地西部及 中部 ，甲烷 的摩 尔分 数 C 高 ， 为9 3 ． 4 7 ％ ～9 9 ． 3 4 ％ ， C ／ C 为 0 ． 9 9～1 ， 具有低熟气特征。个别井 如 j 1 井 在井深 1 0 2 1 ． 2 1 T I 处 c 为 8 0 ． 0 5 ％ ， 氮气摩 尔分数 N 高 ， 达 到 1 8 ． 4 3 ％ ， C ／ x C 为 0 ． 9 9 ； y 2井 1 0 2 4 ． 6～1 0 3 0 I n井段 N 较 高 ， 为 2 4 ． 6 4 ％ ～ 2 4 ． 8 ％ ， c ／ x C 1 为 1 ； j 2 0 1井在井 深 9 0 9 m处 C 为 5 ． 6 6 ％ ， 相对邻井 明显偏高 ， 但在深度 9 0 5 IT I 甲烷碳同位素 6 c 及乙烷碳 同位 素 c 2 分别为- 5 8 ． 2 8 ％ 0 及- 3 6 ． 2 2 ％ o ， 为生物气及 亚生物气， 而在深度 1 0 6 3 ． 4 IT I 处6 ”c 及 6 ”c 分 别为- 4 4 ． 6 6 ％ o 及- 2 5 ． 5 1 ％ o ， 具伴生气 的特征 ， 在井 深 9 0 9 m处 C 偏 高， 可 能为生物气 及亚生物 气 ， 并混有伴生气 。 Ⅱ类 气体主要分布在 盆地东部 t 1井新安村 组 ， C 较 I 类低 ， 为6 8 ． 3 ％ ～ 7 7 ． 1 1 ％ ， C ／ 1 6 大庆石油地质与开发 C 为 0 ． 7 3～0 ． 8 2 ， 表 现 为 油 型 气 特 征。x l 井 C 为 1 ． 3 6 ％ ， C O 为 9 7 ． 2 1 ％。一 般认 为 C O 小于 2 0 ％为有 机成 因 的， C O 大 于 6 0 ％者均为无机成 因 ， x 1井 C O ，气可能为无 机 气 。t c 1井 C 。 大于 9 5 ％ ， C ／ x C 约为 1 ， 重烃含量低 ， 样品深度较深 ， 为 2 0 8 6～2 1 2 0 1T I ， 具 有干气特征 。 2 ． 2同位素特征 天然气 同位素组成特征与成气母质类型及母质 的热演化程度有密切联系。甲烷碳 同位素既与母质 类型有关 ，又与热演化程度有关 ，但受热演化程度 影响较大 _ l J 。相对 于 甲烷 ，乙烷碳 同位素组 成 具有较强的稳定性 ，受热演化程度 的影响较小 ，主 要反映成烃母质类型。根据同位素组成特征可以有 效地划分有机质类型。 2 ． 2 ． 1甲、 乙烷碳 同位素特征 根据碳 同位素测试数据 ，汤原断陷气体可分为 2类 图 1 。 Cl ／‰ 图1汤原断 陷天然气6 C 与 C 关 系 Fi g ．1 R el a ti o n b e t we en 6 a C 1 a nd C 2 fo r t h e n at u r al g as i n T an g yu a n Fa ul t De p r es si o n I 类气体分布在盆地 中部及西部 ，除 j 2 0 1井 达一段 甲烷碳 同位素 ”C 为一 4 4 ． 6 6 ％ e ，乙烷碳 同 位素 6 C 为- 2 5 ． 5 1 ‰ ， 具有油型气特征外 ， 其余样 品 的 6 ” C 为 一5 2 ． 7 3 ％ 0～ 一6 1 ． 2 4 ％ 0 ， 6 C ， 为- 2 8 ． 8 5 ％ c ～ - 5 8 ． 2 ％ c ， 具有低熟气特征 。 Ⅱ类气体 主要分布在盆地东部 t 1井 的新安村 组 ，6 ” C ，为 一4 2 ． 5 7 ％ D一 一4 0 ． 8 2 ％ 。 ， ” C ， 为一 2 9 ． 5 7 ％ c 一 3 0 ． 6 2 ％ o ，表现 为油型气 特征 。x 1 井的 C ， 为 1 ． 3 6 ％ ， C O 达到 9 7 ． 2 1 ％， 为 C O 气 藏。普遍认为腐泥型天然气碳同位素值 比腐殖型天然气轻 ，尤其是 “C ， 值有较 明显 的区 别 。腐泥型气的 6 C ， 一般小于- 3 0 ％ c ，而腐殖型 气的 C 一般大 于- 2 8 ％ c 。 I I 类气体 ”C 值小 于一 2 9 ‰ ，位于腐殖 、腐泥型之间。 2 ． 2 ． 2单 烃碳 同位 素特征 天然气形成过程中碳同位素存在一定的分馏作 用 ，由于他 C 一 C键能低 于” C 一 。 C键 ，干酪根裂 解成烃的动力 同位素效应表现为在烃类 产物 中 c 相对富集 ，而反应物 中相对 富集 C，随成熟 度增 加 ，产物 中6 C不断增加 ，导致 同位素增重。 汤原断陷同位素倒转现象不明显 ，只是 h 1井 、 t c 2井部分样 品丙烷 与丁烷 同位 素倒转 ，即 C 大于 6 1 3 C ，这可能与细菌降解作用有关 。 3天然气成 因 3 ． 1天然气成因分类 应用戴金星的图版m ，根据汤原断陷 甲烷碳 同位素值 6 3 C 和 甲烷摩尔分 数与乙烷 、丙烷 摩尔分数之和的比值之间的相关性分析 ，汤原断陷 天然气可划分为 3种类型 图 2 。 -西部 ◆ 中部 E 东部 ◆● 一一 ＼ ＼ l J 、 ＼ I ．．．一 一． ／ D I ／ I ／ l b H／／ ▲ ／ ／ ／ C1 ／‰ A 一生物气 B 一生物气 亚生物气 C 一亚生物气 D 一原油伴生气 E 一油型裂解气 F I_f由 型裂解气 煤 型气 ； G--凝析油伴生气 煤型 H 一 煤型气 I -- 无机气 ； J 一 无机气 煤型气 图2汤原断陷天然气类型 Fi g． 2 Cl as s i fi c a ti o ns o f t he na t u ral g as t y p es i n Ta ng y ua n F a ul t De p res s i o n I 类 含气层存 在于宝泉岭组一新安村乌云 组 主要为达二段 ，天然气组成较干，主要分布 在 B区， C 1 ／ x C 2 c 为 1 0 0～1 0 0 0；甲 烷 碳 同 位 素 组 成 偏 轻 ，6 ” C 为 一5 2 ． 7 3 ％ 。 ～- 6 0 ． 8 5 ％ c ，比生物气 重 ，虽然 y 2井及 t e 2井 4 个数据位于 D区 ，但其与 B区位 于断陷中部 的数 据有相似 的构造背景 ，6 ” C 及 C 。 ／ x C C 值与 B区的数据都 比较接 近。徐永 昌 。 认 为 C 为- 5 5 ％ e ～- 4 3 ％ c 、乙烷 以上重烃的摩尔分 数为 0 ． 1 4 ％ ～2 ． 4 5 ％ 的天然气 可能为生物气及 生 物化学作用与热催化作用之间的过渡带气 ，这类气 体主要分布在盆地西部及 中部 ，可能与盆地中部及 西部埋藏浅有关 。 1 8 大庆石油地质与开发 两个区间 ，说明汤原断陷可能经历了 2期油气充注 成藏 图 6 。 1 4 O 1 2 0 1 0 0 赠 8 0 6 O 4 0 2 O O 样品 图5汤原断陷储层流体包裹体均一化温度平面分布 Fi g ． 5 Pl a n a r d i s t ri b ut i0 ns o f t he ho mog e ni z ed te mpe r at u r es fo r t he re s e rv oi r fl ui d i ncl usi o n i n T an g yu a n F aul t De p re s si o n 根据 t l 、t o 2等 7口井 ，达二段 、达一段、新 安村组 、乌云组 4个层段 ，1 0个油气藏 的砂岩储 层样品的自生伊利石 K ． A r 测年确定油气充注时间 表 2 结果表 明，测 定年龄为距今 1 4 ． 6 1 ． 2 ～ 1 0 ． 5 1 ． 2 Ma ，断陷东部 、中部及西部成藏 时间早晚差别 不大 ，均 为富锦组沉积 时期 ，与方 ＼ 料 U b D 7 O 8 O 9 0 1 0 0 1 1 O 1 2 0 1 3 0 1 4 0 均一 化温度／ ℃ 图6汤原断陷储层流体包裹体均一化温度频率分布 Fi g ． 6 F re q ue n cy d i s t ri b uti o ns o f t h e h o mo ge ni z e d t e mp e ra t ur es f o r t he r es e r voi r fl ui d i n cl us i o n i n Ta ngy u an Fa ul t De p re ss i o n 由于断陷西部地温梯度为 4 ． 1℃／ h m，中部为 4 ． 8℃／ h m，东部为 3 ． 8 2 2 ／ h m，包裹 体均一化温 度计 算 西 部 成 藏 深 度 最 浅 为 1 8 2 9 m，中 部 为 1 5 4 2 m，东部为 2 7 8 9 m。结 合盆地东部 t l井 的埋藏史可知 ，西部成藏时间为宝泉岭组末期 ，中 部为宝一段末期 ，东部为宝泉岭组末期 ，这与伊利 正 、伊通及渤海湾盆地充注时间相近 。 石 K A r 同位素年龄 比较接近 图 7 。 表 2 砂岩储层 自生矿物伊利石 K- A r同位素年龄 Ta bl e 2 K- Ar i s ot o pe a g i ng f or t h e a ut hi g e ni c i l l i t e s i n t he s ands t o ne r e s e r v oi r s 注 I 一伊利石 ；I s 一伊 蒙混 层 ；s 一 蒙皂 石 ；K 一高岭石 ；c 一绿泥石 ；c s 一绿蒙混层 。 第 3 3卷第 3期 任军虎等汤原断陷天然气特征 1 9 图7汤原断陷t l 井埋藏史 Fi g ． 7 B uri al hi st o r y o f We ll T an g 一1 i n Ta n gy u an F a ult D ep r es si o n 5结 论 1 断陷西部及 中部天然气 以生 物气及生物 化学作用与热催化作用之间的过渡带气为主，中部 局部地 区存在非烃气的混入及油型气 ，东部主要为 油型气 ，同时存在非烃气 ，断陷中部发现生物乙烷 的存在。 2 储层流体包裹 体类 型丰富 ，含 烃包裹体 丰度较高 ，且西部含 烃包裹体 丰度较东 部及 中部 高 ，包裹体盐水均一化温度呈双峰态分布 ，且东部 高于 中部及西部。 3 断陷总体经历 了 2期油气充 注，储层 自 生伊利石 K． A r 同位素年龄为 中新统富锦组 ，与方 正 、伊通及渤海湾盆地充注时间相近。 参考文献 [ 1 ]张宝政 ，刘玉海 ．佳木斯一 伊通断 裂带 的基本 特征及 其与 郯 庐断裂带的关系[ J ] ．长春 地 质学 院学 报 ，1 9 8 0，1 0 1 3 4 3 6 ． [ 2]许志琴 ．郯庐 裂谷系概述 [ c ]／ ／ 构造地质论丛 3 ．北京 地 质出版社 ，1 9 8 4 ． [ 3 ] 朱光 ，王道轩 ，刘 国生，等 ．郯庐 断裂带 的伸展 活动及 其 动 力学背景 [ J ]． 地质科学 ， 2 0 0 1 ，3 6 3 2 6 9 2 7 8 ． [ 4 ] 吴根耀 ，马力 ．“ 盆⋯ ‘ 山”耦合 和脱耦 进展 ，现 状和努 力 方 向 [ J ]．大地构造 与成 矿学 ， 2 0 0 4，2 8 1 8 1 9 7 ． [ 5]许浚远 ．依舒 地堑 新生 代构造 消化 [ J ]．地球 科学 ，1 9 9 7， 2 2 4 4 0 6 4 1 0 ． [ 6 ] 罗群 ，白新华 ．汤原断 陷断裂构 造 特征及其 对 油气成 藏 的控 制作用 [ J ]．长春科技大学学报 ，1 9 9 9 ，2 9 3 2 4 7 ． 2 4 8 ． [ 7 ] 尚育秋 ，钟延秋 ，张立 国 ．汤原 断 陷沉积演 化及 下第 三系 达 连河组沉积相 [ J ]． 大庆石油地质与开发，2 0 0 6 ， 2 5 6 3 O- 3 3 ． [ 8 ]杨建国 ，刘俊来 ，吴河 勇 ，等 ．黑龙江 东部汤 原断 陷构 造特 征 及 其 演 化[J] ． 大 庆 石 油 学 院 学 报 ， 2 0 0 7，3 1 1 1 9 - 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