大牛地上古生界天然气地化特征与气源追踪-.pdf

2 0 1 1 年 第5 卷 第2 期 天 然 气 技 术 与 经 济 Na t u r a l Ga s Te c h n o l o g y a n d Ec o n o my Vo 1 ． 5． N O ． 2 Ap r ． 2 0 1 1 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／j ． i s s n ． 2 0 9 51 1 3 2 ． 2 0 1 1 ． 0 2 ． 0 0 7 大牛地上古生界天然气地化特征与气源追踪 王辛 周文 谢润成 李正健 1 ．“ 油气藏地质及开发工程”国家重点实验室 成都理工大学，四川成都6 1 0 0 5 9 ； 2 ． 成都理工大学能源学院，四川成都6 1 0 0 5 9 摘要 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。 关键词 上古生界地化特征天然气大牛地 中图分类号 T E l 1 2 ． 1 1 3 文献标识码A 文章编号2 0 9 5 1 1 3 2 2 0 1 1 0 2 0 0 2 7 0 4 0 引言 大牛地气 田位于内蒙古 自治区伊克 昭盟伊 金霍 洛旗 、乌审旗和陕西省榆林市交界处 。构造位 置位 于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡北部 r - 。该气 田储量规模 已跨人大型气 田行列 雎 。众所周 知 ，油气运移对油 气藏形成及破坏起 着决定性作用 ，所 以研究油气 运移 ，确定油气运移方 向，正确判断油气藏油气来 源 ，对圈闭的有效性 ，油气藏的形成和破坏 以及石 油 的勘探 、开发都有重要意义 一 。 目前 ，该 区域 天 然气运移方 向的研究仅局 限于地质分析 ，鲜有可靠 的地球化学指标对天然气 的运移提供具体 的证据 。 因此 ，有必要通过对大牛地气 田上古生界天然气成 分 、碳同位素等地球化学特征的纵 向变化研究 ，系 统探讨该地 区上古生界天然气地球化学特征 ，并简 述其油气来源 ，以指导油气勘探。 1 地质背景 鄂 尔多斯 盆地 为一 大型 多旋 回克拉 通沉 积盆 地 ，在太古代 、早 元古代形成的盆地基底之上 ，经 历 了中晚元古代坳拉谷 、早古生代克拉通浅海台 地 、晚古生代克拉通近海平原 、中生代内陆湖盆和 新生代周边断陷5 大沉积演化阶段。根据现今构造发 育特征 ，可将鄂尔多斯盆地划分为伊盟隆起 、西缘 掩 冲带 、天环坳 陷、伊陕斜坡 、晋西挠摺带 、渭北 隆起6 个构造单元。盆地总体构造形态表现为边部构 造发育 ，内部为一地层倾角平缓的西倾大单斜 。 本区晚古生代沉积是在稳定 的华北地块西部 的 基础上发育而成，其经历了障壁 一 泻湖、潮坪沉积 到河流 一 三角洲 一 湖泊沉积 的演变 。沉积物 由碳 酸盐岩 、煤层 、陆源碎屑的交互沉积过渡到陆源碎 屑沉积 。 该 区钻井揭露地层从第 四系到奥陶系上统马家 沟组 ，钻 井平均 揭露地 层厚度 3 0 0 0 m[5 1 。在三叠 系 、二叠 系 、石炭系 、奥 陶系上统马家沟组 中均见 油气显示 。位于层序下部的石炭系太原组 、二叠 系 山西组 的煤 层 、碳质 泥岩 、暗色泥 岩构成气 源 岩 ；太原组 、山西组 、下石盒子组的砂岩层构成主 要 的储层 ，孔隙度主要分布在 4％～1 O％ 之间 ，渗透 率主要分布在 0 ． 1 1 ． 2 m D之间 【 2 ；二叠系上统的上 石盒子组、石千峰组较为发育的大套泥质岩层构成 区域性 盖层 。气藏多为岩性尖灭圈闭，甚至呈砂岩 收稿 日期 2 0 1 1 0 1 0 4 修订 日期 2 0 1 1 0 3 0 3 本文系国家重大专项 “ 大牛地气田岩性圈闭成藏过程有效性评价及其成藏模式” N o ． 2 0 0 8 Z X 0 5 0 4 5 0 0 1 0 4 H Z的部分 研究内容。 作者简 介王辛 1 9 8 7 一 ，硕士研究生 ，主要研究方向为油气 田开发地质 。E - ma l i c h r i a n g e 1 1 2 6 一 m 天然气技术与经济 ／ 27 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第5 卷 王辛，等大牛地上古生界天然气地化特征与气源追踪 第2 期 “ 透镜体”圈闭[51 。 2 天然气地化特征及垂 向变化 2 ． 1 天然气组分特征及垂 向变化 在天然气运移中，如果存在扩散运移形式，那 么运移距离越长 ，甲烷 C H 含量就越高，高碳数烷 烃含量 就越 少 ，这种 现象 叫作 天然气 的 “ 色层 作 用” 。在大牛地气 田垂 向运移 的剖面上 图 1 ，随 着埋藏深度的变浅 即层位从下至上 ，C H 含量总体 上呈现增加 的趋势 ，其 中太原组 的 C H 含量要略大 于 山西组 ，可能是 由于太原组裂缝不发育的原 因 。 以大8 井为例 ，C H 含量由太 1 段的6 4 ．4 3 8 ％ 逐渐增 C H 4 C H 0 ％85 ％9 0 ％9 5 ％1 0 0 ％ 6 0 ％6 5 ％7 0 ％ 7 5 ％ 8 0 ％8 8 ％9 0 ％ 2 6 2 0 r 广盒3 段 i 26 4 0 ／盒 2 段 ／ 2 6 6 O ／ 盒 l 段 自2 6 8 0 ／ ／ 山2 段 2 7 0 0 ＼ 2 7 2 0 ＼ 山l 段 ＼ 2 7 4 0 太2 段 a ． 大 1 0井 2 7 6 0 b ． 大8井 目 加到山2 组的 8 4 ． 7 1 2％，主要反映出天然气的垂 向运 移特点。 氮气分子直径比乙烷和丙烷小得多 ，在岩石孔 喉中更易于扩散和运移 ，运移距离越长 ，氮富集越 多 ，因此在运移方向 ，N ／C 、N ／C ， 值增大 用 。大 牛地气 田上古生界各气层 的天然气 N ／C 、N ／C ， 值 基本按 由深至浅的顺序逐渐增大 图2 ，最上部的盒 3 段 、盒 2 段气层氮气最为富集 ，比值也最高，显示 出明显的纵向运移特征。 分层段编制 出C H 含量与天然气密度 的关 系图 图3 ，从 图3中可以看出，C H 天然气密度与含量 存 在 很 高 的 线 性 相 关 关 系 ，相 关 系 数 R 达 到 95 ％ 2 3 8 ⋯0 ％⋯ ⋯85 ⋯ ％ ⋯ C ⋯ Hi 旦 ⋯ ⋯ 9 5 ％ 。 5 0 盒3 段 j ／ 盒 2 段 2 4 0 0 1 ／ j ／ 盒 l 段 2 4 5 0 } ／ j j 山 2 段 2 5 00 ＼ 山 l段 i ＼ 太 2 段 2 5 5 c ． 大 6 6 - 3 太 段 图 1 天然气组分变化图 N ／C 图 2 天然气 N ／C 、N ／C 运移参数变化 图 0 ． 9 1 5 3 ，这反映出随着天然气密度的降低 ，C H 含量 增加 ，天然气成熟度越高 。分层段观察发现盒 3 段 、 盒 2 段 C H 含量相对较高 ，其天然气密度相对较低 。 通过对 8口井 2 7 个不 同层段气体样品天然气常规分 析数据的统计可 以看 出 ，大牛地气 田2 7 个样 品中 ， 28 ／ N a t u r a l G a s T e c h n o l o g y a n d E c o n o m y 2 3 6 o 2 3 30 d ． 大 7 0井 图3 分层段 C H 含量与天然气 密度图 总烃相 对含量 为 9 5 ． 0 9 0％～ 9 8 ． 7 4 0％；盒 2 3 气 藏 C H 平均 含量为 9 2 ． 5 0 6％，重烃组 分仅 占 2 ． 7 6 6％， 干湿系数为 2 ． 8 2 8 ，具有典型 的干气特征 ；盒 1 段 、 山 西 组 、 太 原 组 C H 平 均 含 量 为 8 4 ． 5 7 6％ ～ 段 段 瑟 登 殳 雠 觚 蝴 ％ ∞ ％ ％ ∞ ． 啪 2 伽 锄 枷 蝴 伽 喜 } 2 2 2 2 2 2 2 2 山 ／ 赵 孚 堇 季 ； 季 ；季 ； 咖啪鲫鲫啪瑚 彻 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第2 6 期 天然气技术与经济 勘探与开发 8 5 ． 7 2 5％，干湿系数为7 ． 0 5 4～1 3 ． 3 9 5 ，主要为湿气。 从以上数据得 出大牛地气 田太原组 一 山西组烃 源岩总体处于湿气演化阶段 ，在烃源岩不发育的下 石盒子组 ，特别是盒2 、盒 3 段 C H 含量 明显高于下 伏层 ，呈干气特征 ，符合天然气运移 的分异原理 。 说 明盒 2 、盒 3 段是 天然气经过二次 运移聚集成藏 的 2 ． 2 天然气干燥系数特征 天然气干燥系数是指 C H 与乙烷 c H 及其以上 更大的气体组分摩尔分数之和 的比值 ，它是天然气 组分变化中一个最敏感 的指标 。干燥 系数受重烃 的含量变化影响很大 ，重烃含量高则干燥 系数小 ， 重烃含量低则 干燥系数大 ，且其随着天然气的运移 距离增加而增大 。从天然气干燥 系数与深度关 系图 图4 可 以看到 ，在下石盒子组特别是盒 2 3 段 ，天 然气干燥系数 比其他层位 的都要 大 ，大多数集 中在 2 0～5 0 之间 ，而其他层位则普遍小于 3 5 。说明盒 2 3 段天然气演化程度相对于其它 5 段要高 ，与前面的 研究结果相符 。总体来看 ，上古生界天然气 干燥系 数的跨度并不大，说明上古生界天然气属于同一气源。 2 4 0 0 2 5 0 1 2 6 o O 2 7 0 0 磺 2 8 0 0 2 9 0 o 3 O x 】 干 燥系数 0 10 2 0 3 0 40 50 60 图 4 天然气 干燥 系数与深度关 系图 2 ． 3 天然气同位素特征 大牛地气 田上古生界 的碳 同位素总体上呈现出 6 ” c 6 ” C 一2 7 ． 5％o 的天然气为标准 的 煤 型气 。据此标准可以判断大牛地气 田上古生界 的天然气藏应为煤成气 即为腐殖气 。天然气碳 同 位素统计如表 1 所示。 表 1 天然气碳同位素统计表 油气的碳 同位素组成具有很强的母质继承性 ， 即来源于同一母质的油气，碳同位素组成具有相似 性与可比性。测试结果 图5 表明，研究区烷烃气8 ” C 值随碳数增加而增加，属正碳同位素系列，系同一 气源 ，即山西、太原组的煤系地层 。 3 气 源追踪 图5 天然气 同位素特征图 天然气的气源对 比主要是指根据某一天然气 的 地球化学特征 ，用各种参数 、多种途径去追溯该气 体在研究 区域可能的源岩层 。笔者从大牛地气 田 上古生界天然气 的各种地球化学特征人手 ，对大牛 地气 田上古生界天然气 的来源进行讨论 。研究该地 区天然气组分特征和同位素特征 ，总体反映出垂向 运移特征 ，并得 出上古生界 天然 气类 型为煤成气 。 表明该地区上 古生界气藏下部太原组 、山西组的煤 系地层是天然气向上运移的 “ 起源” ，上部天然气来 自下伏 地层 的向上运 移 。上 述结论 与裂缝研 究成 果 、地层压力研究成果是吻合的 [6 1 。即山西组 、太 原组气藏形成时间早于上部的盒 2 、盒 3 段气藏 ，在 一 定的时期 ，气藏丰度和气藏压力均较高 ，能够保 存 天然气 ，所 以气 体很少 向上部 运移 。破裂产 生 天然气技术与经济 ／ 29 ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ 0 2 4 6 8 O 2 4 6 8 0 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 4 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第5 卷 王辛，等大牛地上古生界天然气地化特征与气源追踪 第2 期 后，下部气藏中的天然气向上运移，导致盒3 段压力 系数 最高 ，压 力系数 沿地层 向下有逐 渐降低 的趋 势 ，形成 了上部的盒 2 3 段含气丰度大 、压力系数 高的气藏 。 另外 ，从前述天然气组分纵 向特征 可以看出 ， 上部的盒 2 3 地层天然气为下部 山西 、太原组烃源 层供烃 ，大牛地上古地层构造平缓 ，无明显断层发 育，主要的油气运移通道为山西组的天然裂缝。根 据裂缝充填物同位素测定，该天然裂缝应为燕山晚 幕 一 喜山早幕构造运动的产物。结合该地区埋藏史 曲线分析认为，奥陶、石炭、二叠的烃源岩基本上 从中三叠就开始生气 ，有效天然裂缝的形成期略晚 于该生烃期 [a l ，在时间上是匹配的。 4结论 通过对大牛地气 田上古生界各层段天然气中低 分子正构烷烃 、非烃 、碳 同位素组成及其物理性质 等参数进行 的综合研究 ，同时结合前人对该地区裂 缝与地层压力 的研究结果 ，表明大牛地气 田上古生 界石炭系和山西组煤系是主要烃源岩，油气通过区 域性裂缝沿太原组 、山西组 向上运移成藏 ，下石盒 子组气藏属于裂缝形成后下伏天然气再次运移聚集 形成的气藏 。 根据 地 区的地质背景来选择需要 的运移指标 ， 并结合其他多种方法来进行综合判断气源，为油气 的勘探及开发做好基础地质工作 。 参考文献 [ 1 ]长庆油田石油地质志编写组． 中国石油地质志 卷 l 2 [ M] ． 北京石油工业出版社，1 9 9 2 ． [ 2 ]郝蜀民，惠宽洋，李 良，等． 鄂尔多斯盆地大牛地大型低 渗气 田成藏特征及其勘探开发技术[ J ] ． 石油与天然气地 质 ，2 0 0 6 ，2 7 6 7 6 2 7 6 8 ． [ 3 ]陈荣书． 石油及天然气地质学[ M] ． 武汉中国地质大学 出版社，1 9 9 4 ． [ 4 ]张厚福，张万选． 石油地质学 2 版 [ M] ． 北京石油工业 出版社 ，1 9 8 9 ． [ 5 ]周文，张哨楠 ，李良，等． 鄂尔多斯塔巴庙地区上古气藏 特征及成藏机理[ J ] ． 成都理工大学学报 自然科学版 ， 2 0 0 4 ，3 1 6 6 0 6 6 1 0 ． [ 6 ]周文，张哨楠，李 良，等． 鄂尔多斯盆地塔巴庙地区上古 生界储层裂缝特征及分布评价[ J ] ． 矿物岩石 ，2 0 0 6 ，2 6 4 5 4 6 1 ． [ 7 ]傅宁，李友川，刘东，等． 东海平湖气田天然气运移地球 化学特征[ J ] ． 石油勘探与开发，2 0 0 5 ，3 2 5 3 4 3 7 ． [ 8 ]沈忠民，潘中亮，吕正祥，等． 川西坳陷中段须家河组天 然气地球化学特征与气源追踪 [ J ] ． 成都理工大学学报 自然科学版，2 0 0 9 ，3 6 3 2 2 6 2 3 0 ． 编辑 王富平 中亚天然气首次入川 据 悉，从 4月4日起 ，来 自数千公里外的 中亚土库 曼斯坦天然气，将经过乌兹别克斯坦和 哈 萨克斯坦 ，从 中国新疆的霍尔果斯 口岸进入西气东输二线，并通过忠武 忠县 一 武汉 输气 管线 以1 0 01 0 m3 ／d 的输送规模 ，源源不断地进入川渝地 区。输送里程将超过 1 0 0 0 0 k m，其 中境 内里程 为 8 0 0 0 k m。 早在 2 0 1 0 年 1 2 月 1 日，中国石油西南油气田公司就关闭了向湖北、湖南供应天然气的忠武 管线的 闸门，停止向外输送天然气。4 个月后 ，闸门再 次打 开，气流的方向正好相反 。 日均 1 0 0 1 0 m， 的稳定输入量使成渝两地十分突出的天然气供 需矛盾得 以缓解。据相关介绍 ，下一 步忠武管线樟树一 湘潭联络支线将连通，届时中亚天然气预计进入川渝的输气量可达到3 0 0 X 1 0 ／d 以上 。加上留在本地 区的 自产气量 ，每年四川至少将增加 7 ～8 X 1 0 m3 的天然气供 应 。 资料来源 博燃网 3O ／ N a t u r a l G a s T e c h n o l o g y a n d E c o n o my 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m