苏里格地区石盒子组天然气地球化学特征.pdf

石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 0 9 年2 月第3 1 卷 第l 期 J o u r n a l o f O i l a n d Ga s T e c h n o l o g y J ． J P I F e b ． 2 0 0 9 V o 1 ． 3 1 N 1 苏里格地区石盒子组天然气地球化学特征 李小娟 ，陈义才 ，王波，何逢阳， 刘新社 。段晓文 ，赵慧涛 ，韩会平 张 胜 成都理工大学， 四 川成都6 1 0 O 5 9 长庆油田分公司勘探开发研究院 ，陕西 西 安 7 1 0 0 2 1 [ 摘要]苏里格石盒子组天然气常规组成中烷烃气含量一般在 9 O 以上，其中甲烷含量 占绝对优势。天然 气干燥 系数 C 1 ／ C 变化范 围较大．在 5 1 4 0之 闻，并且 随深度 的增加 呈现升高 的趋势。二 氧化碳含 量普遍小于 3 。烷烃气碳同位 素具 有典型煤成气 的特征。但是部分 样品乙烷碳 同位素偏轻 ，有少数 出现 单项性碳 同位素倒转。根据煤成气碳 同位 素与镜 质体 公式，计算 出天然气 的成 熟度 明显低于 其 C - P源岩 的成 熟度。综合分析认为 ，苏里格地 区石盒子组天然气 组成 显示 出具 有 多期 成藏 的特征 ，成 熟早期 充注 的天然 气仍然具有较好 的保存。 [ 关键词]苏里格气田；石盒子组；煤成气；碳同位素 [ 中圈分类号]T E 1 2 2 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 0 9 0 1 0 1 8 4 0 4 苏里格地区位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡西部 ，西起 内蒙古 自治 区鄂托克前旗 ，东到陕西省靖边县 ， 北起 内蒙古 自治区鄂托克旗 ，南至陕西省吴旗县 ，勘探面积约 4 1 0 k m 。苏里格气 田从 1 9 9 9年被发 现以来，目前已基本明确了苏里格大气 田的轮廓，主力含气层段为二叠系下石盒子组盒 8段和山西组山 1段，在平面上显示为近南北向的条带状气藏[ 1 ] 。近年来勘探成果显示 ，储层中含气性广泛，显示出具 有 良好的勘探前景。为此 ，笔者应用石盒子组 4 2口井的常规组成及 4 2个样品的碳同位素资料，对气体 组成的变化特征进行了系统分析 ，以进一步揭示了该区天然气的成藏机理与气藏分布规律。 1 天然气的组分 1 ． 1 天然气 的烃 类组分 石盒子组中天然气以甲烷 占绝对优势 ，其次为乙烷 、丙烷，以及微量高碳数烷烃。其 中，甲烷含量 7 8 ％～9 8 ，平 均 值 9 3 ～9 4 ％；乙烷 含 量 0 ． 7 ～8 ％；平均 值 3 ～4 ；丙 烷含 量 0 ． 0 8 ％～ 2 ． 2 4 ％，平均值 O ． ． 6 ％～O ． 7 ；重烃含量 C 一般小于 1 O ，凝析油含量为低一 极低。 主力产层的盒 8段，烃类含量 9 5 ～9 9 ，平均值 9 6 ～9 8 ，目前 尚未发现非烃类组分异常高 的样品。甲烷化系数 8 8 ～9 9 ，平均值 9 3 ～9 6 9 ／ 6 ，反映了以 “ 干气”为主、“ 湿气”为辅的特征。 天然气 的干燥系数 C ／ c f与烃源岩的母 质类型和成熟度有关 。随着成熟度的增加 不包括未 熟、低熟阶段 ，天然气的干燥系数也逐渐增加。但对不同的母质类型，其变化情况不一样 。母质类型 越差天然气变干的时期越早 ；成熟度相同时，母质类型偏好的天然气其干燥系数偏低 ；而母质类型差的 天然气其干燥系数偏高；来源于相 同母质类型的天然气 ，随着成熟度的增加 ，干燥 系数增大。由苏里格 地区上古生界天然气的干燥系数与深度之间的关系 图 1 可见，随着深度的增加 ，干燥系数具有不断 升高的趋势 。表明天然气烃类组成主要受烃源岩的热演化程度控制，即现今烃源岩的埋藏深度大、热演 化程度高，与其对应的天然气干燥系数就相对增加。 1 ． 2 天然气的非烃类组分 苏里格石盒子组 中非 烃组 分 主要为 二氧化 碳 ，氮气 、氢气 、氦气 等 ，其 含 量极 低 ，一般 小于 [ 收稿日期]2 0 0 8 1 2 0 5 [ 作者简介]李小娟 ] 9 8 3一 ，女 ，2 0 0 7年大学毕业 ，硕士生 ，现主要从事天然气有机地球化学方面的研究工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 l 卷第 1期 李小娟等 苏里格地区石盒 子组天然气地球化学 特征 1 8 5 0 ． 1 ，未检测到硫化氢。绝大部 分样品二 氧化 碳含量 小 于 3 。天 然 气 中 二 氧化 碳 含 量 在纵 向上的 变化具有 规律性 ， 自下 而 上天 然气 中二 氧化碳 的 含量 有增 高趋 势 ，其 原 因 一 方面与下部 气层组含有一 定厚度灰 岩有 关 ，另一方面可能反映了天然气运移方式以 自下往上 的垂 向运 移为 主。 2 天然气的碳同位素特征 天然 气 的碳同位 素组 成 既与 源 岩母 质类 型有关 ，同时对有机质的热演化程度以及天 然气运聚方 式也有影 响。大量 研究 结果表 明，煤系有机 质相对 于腐泥 型有机 质常 富 集 C，煤总体的 艿 C在 一2 4 ％ 。 1 ‰之 间， 煤 系分 散有机 质的 “ C一般都 大于 一2 4 ‰ ～ -- 2 7 ％ 。 ，而腐泥型有 机质则 一般相 对 富集 C， 其 6 ”C多数小 于一2 8 ％ o [ 2 。 7 ] 。干 酪根 中的碳 同位素具有很强的遗传性，可以传递 给它们 所生成 的天 然气 ，特 别是 传 递 给天 然 气 中的 乙烷 。因此 ，乙烷 的碳 同位 素被 广 泛 应用于有机成因气 2大亚类 的划分 。有研究 ∈ ． 、 ‘ 、 - ． ‘ ’ 0 、 ’ ‘ ’ ‘ t ． ‘ ‘ ’ ’ ’ ‘ I 。 ． ． 。 ． 。 ． ． ‘ ． ． ． ’ ， ．． ． ’ ． ． ． 。 I l 『 1 ． ． 、 | { ． ． | 。 ． ． ．| ；l I 图 1天 然气 干 燥 系数 与 深 度 关 系 图 认为 ，以 艿 C 。 一2 8 ％ o 为分界点，可将天然气划分为煤型气和油型气，即 6 玎 C 2 -z 8 ％ 。 的天然气与煤 系有机质相关 ，6 。 C 6 C 。 和 6 C 。 6 “ C C 的单项性碳同位素倒转。根据戴金星 1 9 9 1 研究 ，形成碳同位素倒转的原因有 4种 ①有机烷烃气 和无机烷烃气相混合 ；②煤成气和油型气 的混合；③同型不同源气或同源不同期气的混合；④天然气的 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 8 6 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 0 9 年 2 月 某 种或某 些组 分被 细菌 氧化 。 由于鄂尔多斯盆地构造稳定 ，晚古生代 以来断裂和岩浆活动欠发育 ，且倒转的 2种 气组分 含量变化 正常 ，故原 因①、④ 被 排 除；苏 里格气 田位于杂色石盒子组煤 系中， 没有明显的油型气源 ，原因②也基本上不存 在 。因此可判 断 ，苏 里格 气 田发 生 的单 项 性 碳同位素倒转 ，可能是由煤系不 同源或 同源 不同期煤成气混合的结果 图 3 。 3 天然气碳同位素对比 3 ． 1 气一 气 对 比 苏里格地区煤成气与塔里木盆地库车坳 陷三叠系一 侏罗系、四川盆地川 中地 区上 三 叠统家河组典型煤成气有相同之处 ，又有所 区别 图 4 。苏里格地区天然气甲烷碳同位 素介于库车坳 陷三叠系一 侏罗 系和川 I 中地 区 上三叠统煤成气 的之间，但是分布范 围大 ， 这可能与它们源岩成熟度有关 。库车坳陷三 叠系一 侏罗系源岩 R 。为 1 ． 8 5 ～2 ． 2 ，川 中地 区上三叠统 的 兄 为 1 ． 1 ～1 ． 3 ，而 苏里格地区 C _ P的 Ro 一般为 1 ． 5 9 ， 6 ～1 ． 9 oA。 苏里格地区大部分样品天然气乙烷碳同位 素 与川中地区和库车坳 陷典型煤成气 的特征一 致，但是少数样品的乙烷碳 同位素偏轻 ，具 有油型气的特征 。 3 ． 2 气一 岩对 比 气源岩的排烃效率虽然 比较高，但是在 一 些微细孔隙或矿物与有机质表明总是吸附 有少量的气态烃。对 4 2个样 品源岩样 品 的 “ 密闭式热脱气”分析结果表明，苏里格地 区 C - P泥质烃源岩的吸附气碳 同位素比灰岩 的重，泥 岩 吸 附 气 的 甲 烷 碳 同 位 素 为 鋈 筮 e 谣 掣 匿 谨 图 3 天然气 同位素倒转分布圈 图 4 天然气同位素分布图 -- 2 9 ． 1 0 ％ 0 ～一3 5 ． 5 o ％ o ，乙烷 碳 同位 素 为 一 1 8 ． 6 o ％ o ～ 一2 2 ． 8 o ％ o ；灰 岩 吸 附气 的 甲烷碳 同位素 为 -- 3 2 ． 6 0 ％ 0 ～一9 ． 2 2 ‰，乙烷碳同位素为一2 4 ． 8 o ％ 。 ～一2 7 ． 1 5 ％ o 。苏里格地 区储层产出的天然气与烃源 岩的吸附气具有较好 的亲缘对 比性 ，但是由于排烃和二次运移过程中天然气碳同位素的分馏效应，使源 岩吸附气碳 同位素总体上 比产层 中天然气的碳同位素偏重 。 天然气成熟度是反映天然气形成演化的重要指标 。天然气的组成相对单一，能够有效反映其成熟度 的参数主要是甲烷碳同位素。S t a h l 等 1 9 7 6 [ 根据德国北部和得克萨斯石炭系 R。 O ． 5 的煤型 气。资料统计 ，回归出天然气甲烷碳同位素 占 C ， 与成熟度 R。 的经验公式 。由于这些盆地在 天然气成藏过程中发生过构造抬升和地层剥蚀 ，早期低成熟阶段的天然气聚集受到不同程度的散失 ，因 此，气藏中甲烷碳 同位素相对偏重。戴金星等 1 9 9 1 口 ] 根据我 国松辽 、渤海湾、鄂尔多斯、四川等大 量气样的研究 ，回归了煤型气 8 n C 与 R 。 公式 ，在连续沉降地质背景下天然气聚集的应用效果较好。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 1 卷第 1 期 李小娟 等 苏里格地区石盒子组天然气地球化学特征 1 8 7 根据煤成气碳同位素与镜质体公式 ，分 别计 算 了苏 里 格 地 区 4 2个 天 然 气 样 的 R 。 值 。按 照 S t a b [ 公 式计 算 结 果 明显 实 际情 况 不符合。按照 戴金 星院士 的 公式 占 C 一 1 4 ． 1 2 l g R。一3 4 ． 3 9计算，石盒子组天然气 R 0 值在 0 ． 6 9 ， 6 ～3 ． 3 之间，其中在 0 。 6 ～ 3 ． 3 ％之 间 的 占 2 3 ． 8 ％ ，R。值 在 0 ． 9 ～ 1 ． 2 和 1 ． 2 ～ 1 ． 5 之 间 的 样 品 分 别 占 2 1 ． 4 和 4 2 ． 9 ，明显低 于 c p源岩 实测 的 R 。 值 图 5 。这 表明苏里格地 区石盒子组 天然气具有多期成藏的特征 ，成熟早期充注 的天然气仍然具有较好的保存 。 4 结 论 1 苏里格地区山西组一 石盒子组 C 为--2 0 ． 7 9 ％ o ～一3 7 ． 3 2 ‰，频率主峰组值为 一 2 2 ％ o ～--2 8 o ，总体上具有典型的煤成气 特征 。 2 苏 里格 地 区上 古 生 界 天 然 气 的 干 燥 系数和甲烷碳 同位素 ，随着深度增加 ，干燥 系数具有不断升高 的趋势 ，表 明天然气烃类 褥 嚷 暑 芷 暑 国 I 聪 疃 R。 图 5天然气与源岩成 熟度统计直方图 组成主要受烃源岩的热演化程度控制，具有近距离运聚的特征。 3 苏里格地区天然气碳 同位素主要是 6 C 。 6 C 的单项性碳 同位素倒转，有少部分是 艿 C 。 6 n C C 的单项性碳 同位素倒转。由于鄂尔多斯盆地构造稳定 ，晚古生代以来断裂和岩浆活动欠发 育， 且倒转的 2种气组分含量变化正常，部分井段天然气发生的单项性碳同位素倒转 ，可能是 同源 煤成 气不同期气混合的结果。 4 天然气 甲烷计算的成熟度明显低于 C P源岩实测的 R 。 值 ，反映苏里格地区天然气具有多期成藏 的特征，早期充注的天然气仍然得 以保存 。 [ 参考文献] [ 1 ]戴金星 ．天然气碳氢同位素特征和各类 型天然气类型鉴 别 [ J ]．天然气地球科学 ，1 9 9 3 ，4 3 1 ～4 0 ． [ 2 ]戴金星 ．中国储量千亿立方米 以上气田天然气地球化学特征 [ J ]．石油勘探与开发 ，2 0 0 5 ，3 2 4 ；1 6 ～2 3 ． [ 3 ]张金亮，张金功 ．鄂尔多斯盆地上古生 界深盆气藏研究 [ J ]． 石油勘探与开发 ，2 0 0 0 ，2 7 4 ；3 o 3 5 ． [ 4 ]徐永昌． 天然气成因理论及应用 [ M ]． 北京科学} } { 版社，1 9 9 4 ． [ 5 ]戴金星 ．概论有机烷烃气碳同位素倒转 的成因问题 [ J ]．天然气_T业 ，1 9 9 0 ，i o 6 1 5 ～2 0 ． [ 6 ]S t a h l W J． C a r b o n a n d n i t r o g e n i s o t o p e s i n h y d r o c a r b o n r e s e a r c h a n d e x p l o r a t i o n[ J ]． C h e mi c a l Ge o l o g y ，1 9 7 7 ，2 0 2 1 2 1 ～l 4 9 [ 7 2戴金星 ．天然气碳氢圊位京特 征和各类型天然气类型鉴冕 I[ J ]．天然气地球科学 ，1 9 9 3 ， 4 3 1 ～4 0 ． [ 编辑] 而开科 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m