济阳坳陷民丰地区天然气成因.pdf
第3 0卷第 1期 油- 5 天热气化 O I LG A S G E 0 L 0 G Y 2 0 0 9年 2月 文章编号 0 2 5 3 9 9 8 5 2 0 0 9 O 1 0 0 8 5 0 5 济 阳坳 陷民丰地 区天然气成 因 胡晓 庆 , 金 强 , 王 秀红 。 , 林腊 梅 , 王 力 2 , 王 娟 2 , 王 婷婷 4 1 .中国海洋石油总公司 北京石油研究中心 , 北京 1 0 0 0 2 7 ; 2 .中国石油大学 地球资源与信息学院, 山东 东营 2 5 7 0 6 1 ; 3 .中国石油化工股份有限公司 胜利油田分公司 地质科学研究院, 山东 东营 2 5 7 0 1 5 ; 4 .中国石油天然气集团公司 辽河石油勘探局, 辽宁 盘锦 1 2 4 0 1 0 摘要 济阳坳陷民丰地 区天然气存在源岩热解和原油裂解成因的争议, 利用古近系沙四段烃源岩、 原油样品的热模拟实验 与地质分析相结合的方法, 提出了源岩热解气和原油裂解气的鉴别标志。源岩热解气以甲烷的快速生成为特征, 成熟阶 段, 源岩热解气的环烷烃和苯含量低 , 高成熟阶段, 源岩热解气和原油裂解气均以环烷烃和苯含量高为特征。民丰沙四段 凝析油和天然气的I n C , / C 比I n C / C 变化大, 且环烷烃、 异构烷烃和芳烃含量较高, 具有高成熟阶段源岩热解气的特 征, 研究认为民丰地 区天然气为源岩热解成因。 关键词 源岩热解气; 原油裂解气; 轻烃; 热模拟实验; 济阳坳陷 中图分 类号 T E l 1 2 . 1 文献标 识码 A Or i g i n o f n a t u r a l g a s i n Mi n g f e n g a r e a, t h e J i y a n g De p r e s s i o n H u X i a o q i n g , J i n Q i a n g , Wa n g X i u h o n g , L i n L a m e i , Wa n g L i 。 , Wa n g J u a n , Wa n g T i n g t i n g 1 . C N O O C R e s e a r c h C e n t e r , B e ifi n g 1 0 0 0 2 7 , C h i n a ; 2 . C h i n a U n i v e r s i t y o fP e t r o le u m, D o n g y i n g , S h a n d o n g 2 5 7 0 6 1 , Chi na ; 3 . R e s e a r c h I n s t i t u t e of G e o l o g i c a l S c ie n c e s , S I NO P E C S h e n g l i O i lfie l d C o m p a n y , D o n g y i n g , S h a n d o n g 2 5 7 1 0 0 , Chi na ; 4 . C N P C L i a o h e P e t r o le u m E x p l o r a t i o n B u r e a u , P a n j i n g , L i a o n i n g 1 2 4 0 1 0 , Chi na Abs t r a c t h i s c o n t r o v e r s i a l a b o u t t h e o r i g i n o f t h e n a t ur a l g a s i n Mi n f e n g a r e a . A s e t o f i n d e x e s f o r d i ff e r e n t i a t i n g k e r o g e n - p y r o l y s i s g a s a n d o i l - c r a c k e d g a s i s pr e s e n t e d b a s e d o n g e o l o g i c a n a l y s i s a n d t h e r ma l s i mu l a t i o n e x - p e r i me n t s o n s o u r c e r o c k s a n d c r u d e o i l s a mp l e s f r o m t h e Es . I n ma t u r e p h a s e, t h e k e r o g e n p y r o l y s i s g a s f e a t u r e s i n r a p i d g e n e r a t i o n o f me t ha ne a n d l o w c o n t e n t s o f c y c l a n e a n d be n z e n e . W h i l e i n h i g h ma t u r e p ha s e, b o t h k e r o g e n - p y r o g e n i c g a s a n d o i l - c r a c k e d g a s a r e c h a r a c t e ri z e d b y h i g h c o n t e n t s o f c y c l a n e a n d b e n z e n e . T h e c o n d e n s a t e o i l a n d n a t u r al g a s i n Mi n g f e n g a r e a s h o w a l a r g e r s c o p e o f I n C 1 / C 2 r a n g i n g fr o m 2 t o 6 t h a n t h a t o f I n C 2 / C 3 v a r i n g f r o m 1 t o 1 . 5 a n d h a v e r e l a t i v e l y h i g h c o n t e n t s o f c y c l a n e , i s o a l k a n e a n d a r o m a t i c h y d r o c a r b o n, r e v e ali ng t h e c ha r a c t e ris t i c s o f k e r o g e n py r o l y s i s g a s i n h i g h ma t u r e ph a s e . Th e r e f o r e, i t i s b e l i e v e d t h a t t h e n a t u r al g as i n Mi n f e n g a r e a i s o f k e r o g e n p y r o l y s i s g a s . Ke y wo r d s k e r o g e n - p y r o l y s i s g a s ;o i l c r a c k e d g a s ;l i g h t h y d r o c a r b o n;t h e rm a l s i mu l a t i o n e x p e r i me n t ;J i y a n g De p r e s s i o n 济 阳坳 陷东营 凹陷 民丰地 区埋深超过 4 4 0 0 m的古近系沙河街组 四段 简称沙 四段 砂砾岩产 出大量天然气 和凝析油 , 成为济 阳坳陷近年来重 要 的勘探突破。但就该区天然气是烃源岩高成熟 阶段的产物还是原油高温裂解生成的, 仍存在有 争议。前人通过热模拟实验方法再现 了源岩热解 收稿 日期 2 0 0 8 0 9 1 0 。 第一作者简介 胡晓庆 1 9 8 2 一, 女 , 助理工程师 , 油气地质 。 基金项 目 国家 自然科学基金项 目 4 0 5 7 2 0 8 4 。 气和原油裂解气生成过程 J , 主要考察 了压力、 矿物 质 等 外 界 因 素 对 源 岩 生 气 过 程 的影 响 等 j , 以及原油族组成对原油裂解生气的动力 学影响_ 8 。 。 , 但对气体的轻烃组成特征研究较少 , 从而影响了对天然气成 因的认识。本文通过展开 综合地质分析 , 结合 烃源岩和原油的生气热模拟 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 6 石 油 与 天 然 气 地 质 第3 0卷 - 硫 l 图1 民丰地区沙四段天然气和凝析油轻烃特征分布 F i g .1 Cha r a c t e r i s t i c pa t t e r n s o f l i g h t hy d r o c a r b o n f o r n a t u r a l g a s a n d c o n de n s a t e o i l f r o m Es i n F e n g s he n g 一 1 we l l 1 . 甲基环戊烷 2 . 环己烷 3 . 甲基戊烷 4 . 甲基戊烷 5 . 正己烷 6 . 二甲基环戊烷 7 . 甲基环戊烷 8 . 甲基 己烷 9 . 甲基己烷 l 0 . 正庚烷 1 1 . 苯 实验 , 讨论不 同演化 阶段源岩热解气 和原油裂解 气的组成特征 , 并且对 比民丰地 区天然气的组成 特征 , 以期解释民丰地区沙四段天然气的成因。 1 天然气和沙四段烃源岩演化特征 民丰 地 区沙 四段 天 然 气 6 ”C ,值 分 布 在 一 5 1 . 4 % o ~ 一 4 4 . 6 6 % o , 6 ” C , 值贝 0 介于一 3 4 . 0 4 % o ~ 一 3 0 . 0 5 % o , 碳同位素值较轻 , 为油型气特征。在轻 烃组成中, 民丰天然气和凝析油以环烷烃 、 异构烷 烃和芳烃含量高为特征 图 1 , 具有腐殖型有机 质生成气体的特征 。c 组成中, 正庚烷和甲基 环己烷含量接近, 约为 4 5 %。C 组成 中, 正 己烷 含量 为 6 0 %, 环 己烷 和 甲基 环 戊 烷 含 量 约 为 2 0 %。其 甲基环己烷指数为 3 8 % ~ 4 6 %, 环 己烷 指数为2 1 % ~ 2 3 %, 苯指数为 1 1 % ~ 2 5 %, 烷芳指 数为2 1 % ~ 2 7 %, 庚烷值为 1 5 % ~ 2 3 %, 石蜡指数 为 3 . 5~ 5 . 0 。则依据胡国艺等提出的原油裂解气 以环烷烃和异构烷烃高为特征 , 民丰天然气也有 可能是原油裂解气 卜 。 民丰地区盐下沙四段烃源岩主要 由深灰色含 盐泥岩、 灰质泥岩 、 深灰色含膏含盐泥岩、 盐膏质 泥岩和纹层泥岩组成 , 有机质类型 以 I型和 Ⅱ型 为主。根据实测镜质体反射率 R 与深度数据 回 归出直线关系“ 深度 1 6 4 6 . 4 R 2 4 9 0 . 4 ” 图 2 。由图可以看 出, 民丰沙四段烃源岩成熟度主 R , % 0 4 0 6 0 8 1 0 l 2 1 4 1 6 1 8 2 0 3 2 OO 3 6 00 4 0 OO 吕 00 d 8 00 5 2 O O 5 6 00 6 0 00 图 2 民丰地 区沙四段烃 源岩实测 R 与深度的关系 F i g . 2 Me a s u r e d R.. V S . d e p t h for t h e s o u r c e r o c k s i n Es i n Mi n f e n g a r e a 要处于 0 . 9 % ~1 . 3 %之间 , 有 的已达到高一过成 熟阶段 。当深度大于4 6 0 0 m时 , 沙四段烃源岩的 尺 可超过 1 . 3 %, 处于高成熟阶段 , 则可能存在有 高成熟源岩热解气 , 或者是原油裂解气。 2 样品与实验 烃源岩样品采 自汶东地区Z K 1 6井4 1 2 m的大 汶 口组盐湖相未熟油页岩, 层位 与本 区沙 四段相 对应。为了模拟 民丰地区的盐湖环境 , 加入了丰 深 2井 4 2 9 8 . 6 5 m深处的盐岩 , 二者 比例为 1 1 。 原油样品为采 自东营凹陷坨 7 6 4 、 王 1 3 0和王斜 1 3 1 井的正常原油 , 其基本地球化学特征见表 1 。 表 1 油样基本地球化学参数 Ta b l e 1 B a s i c g e o c h e mi c a l p a r a me t e r s o f t h e o i l s a mp l e s 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第1期胡晓庆,等 .济阳坳陷民丰地区天然气的成因探讨8 7 2.2 实验方法 实验采用 的是 一 套油气成因高温高压催化热 模拟装置,包括有高温高压油气成因热模拟系统 图3和气相色谱系统。本套装置 可承受的最高 温度可达8000 C,最大压力为 100MPa。天然气组 分分析 采用 A gi lent68 90气相 色谱仪 ,柱系统 为 H P P LOTA1,O ,柱书0 .53IIIITI50 In、PO R A PAK Q 柱 小3 .175fil m1.8 3m和碳分子筛 柱 书3 .175mi l l1.525111,采用双阀切换 系统 , 用高纯氢气、高纯氦气和压缩空气作载气。升温 程序初始温度 35℃ ,恒温 5rain ,再以 10℃/min 的速率程序升至 190℃ ,恒温20 rain。 源岩热解实验方案每个高压釜内称取8g岩 石样品、8g盐岩和 2mL 蒸 馏 水,温度范围为 300 ~ 650 C ,每隔 50℃ 一 个点,升温速率选取 40℃/h和180℃/h;达到预 设温度点350 ~ 600 C 提釜,冷却后利用排 水取气法定 量 收集气 态产物,利用色 谱 分 析 气体组成包括 非 烃类 CO ,,抽提残渣得到液态产物。 原油裂解实验方案称取0.1 ~ 1.0 g油样 装 入玻璃管内,装入高压 釜密封;温度范 围为450 ~ 600 2 ,每隔50 C 一 个点,升温速率选取 20℃/h和 80 C /h,到达设定温度点恒温1h后提 出高压釜 , 定量收集产物。 3 结果与讨论 3.1inC 1/C 与 InC /C,关系的差异 通过多组原 油裂解和烃源岩热模 拟 实验 发 现,原油裂解气InC/C,迅速增大,以C,的快速 蛄 匡亟困 E困 真空表 电源 I里 壁 丝 型堡l I塑 竺塑塑塑墨 墨墨竺f 图3油气成 因热模拟装置示意图 F i g .3Schematicdr awingoftheexperim entalset up f or therm alsim ulationofhydrocarbon generati on 裂解为特征。而 源岩热解气l nC ,/C值变化范 围较大,从0变化到 8,由于涉及到液态产物的裂 解,所以l nC /C,相对变化也较 大,其数值范围 为0 ~ 3图4。 民丰天然气与源岩热解气更 相 似,其InC./C,值比较大图4。而且从 图上可 以看 出,丰8、丰深1和丰深3天然气的InC ,/C 和Inc,/C,是呈增大的趋势,说明丰8、丰深1和 丰深3井天然气的成熟度是逐渐增大的。 3.2 轻烃分布特征 烃源岩和原 油样品在生烃过程中C。 一 c。轻 烃组成 的变化 过 程较相似图5,均 表现为成熟 阶段 400 ~ 500℃,正构烷烃含量最高 ,异构烷 烃 次之,环烷 烃和芳烃 较少;高成 熟 阶段 500 ~ 550℃,环烷烃 含量最高 ,正异构烷烃次之,苯含 量明显有增加;过成熟阶段 550 C 以上,苯含量 最高,正异构烷烃次之,环烷烃含量最低。也就是 说,环烷烃和芳烃含 量高并不 是原油裂 解气的典 型特征,原油裂解气的特征也是分阶段 的,只有在 裂解的中、后期环烷烃和芳烃的含量才高,而且高 成熟源岩热解气也具有环烷烃和芳烃 含量高的特 征。从成熟度 角度来看,高成熟源岩热解气应该 和原油裂解气的初始阶段是 相 对应的,则对比过 程中更应该考虑成熟度的影响。而原油裂解 气 的 初始阶段以 正构烷 烃 含量高为特 征,民丰天然气 与此特征根本不相似,由此 也说明民丰天然气不 是 原油裂解生成 的,而是高成熟源岩热解生成的。 从模拟实验结果来看,源岩热解气和原 油裂 解气在甲基 环己烷/正庚烷M CC 。/nC,和甲苯/ 苯比值组成上存在 有差异图6。成熟 阶段,源 InC l/c2 图4源岩热解气和原油裂解气的InC./C与 lnc/c, 的 关系 F i g .4InC l/C2V S.InC 2/C3f o roi l crackedgas and kerogen p y rol ysi s gas 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 8 石 油 与 天 然 气 地 质 第 3 0卷 图5 源岩热解气和原油裂解气不同演化阶段 c 一c 轻烃分布 F i g . 5 C h a r a c t e ri s t i c p a t t e r n s o f C 6一C 7 l i g h t h y d r o c a r b o n s f r o m k e r o g e n p y r o l y s i s g a s a n d o i l c r a c k e d g a s d u ri n g d i ff e r e n t s t a g e s o f ma t u ri t y 1 . 甲基环戊烷 2 . 环己烷 3 . 甲基戊烷 4 . 甲基戊烷 5 . 正己烷 6 . 二甲基环戊烷 7 . 甲基环戊烷 8 . 甲基 己烷 9 . 甲基己烷 1 O . 正庚烷 1 1 . 苯 ▲源岩热解气 - ▲ 原油裂解气 ● ● 。 ● 高成熟阶段 - 过成熟阶段 成熟阶段 ▲ ▲ ▲ U 0 2 U 4 U 6 U l U 甲苯/ 苯 图6 源岩热解气和原油裂解气的 M C C / n C 与 甲苯/ 苯 的关系 F i g . 6 MC C 6 / n C 7 V S . me t h y l b e n z e n e / b e n z e n e f o r o i l - c r a c k e d g a s a n d k e r o g e n -p y r o l y s i s g a s 岩热解气中甲基环己烷/ 正庚烷值较低, 小于 0 . 5 , 而原油裂解气该项 比值一般较高 , 大于 0 . 5 ; 源岩 热解气的甲苯/ 苯 比值大于 0 . 4, 而原油裂解气 的 甲苯/ 苯 比值一般小于 0 . 4 , 这可能是由于原油裂 解过程中甲苯更多 的向苯转化导致 甲苯少, 导致 苯含量高的特征。高成熟 阶段 , 源岩热解气和原 油裂解气的甲基环己烷/ 正庚烷值大于 0 . 5 , 甲苯/ 苯大于 0 . 4 。 4 结论 1 通过开展烃源岩和原油裂解实验, 发现源 岩热解气以甲烷的快速生成为特征, 其 l n C 。 / c 值变化范围为0~ 8 , l n C / C 值变化范围为0~ 3 ; 成熟源岩热解气 的环烷 烃和苯含量低, 其 MC C / n C , 小于 0 . 5和甲苯/ 苯大于 0 . 4; 高成熟源 岩热解气以环烷烃和苯含量高为特征 , 其 MC C / n c , 大于 0 . 9 。而原油裂解气 以丙烷 的快速裂解 为特征, 其 I n C / C 值变化范围为0~ 5 , l n C / C 值变化范围为 0~ 2 ; 初始阶段原油裂解气的环 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 胡晓庆, 等. 济阳坳陷民丰地区天然气的成因探讨 烷烃和苯含量低, 其 M C C / n C , 小于 0 . 5和甲 苯大于 0 . 4 ; 后期 阶段原油裂解气以环烷烃和苯含 量高为特征 , 其 MC C / n C 大于 0 . 9 。 2 民丰 沙 四段 天 然气 和凝 析 油 的 l n C / C 2 值为2~ 6 , I n C 2 / C 3 值为 1 . 01 . 5 , I n C 1 / C 比 l n C / C , 变 化 大 , 为 源 岩 热解 气 特 征。 而且在 c 一c 轻烃中, 以环烷烃和芳烃含量高 为特征 , 其 甲基环 己烷 指数为 3 8 % ~ 4 6 %, 环 己 烷指 数 为 2 1 % ~2 3 %, 苯指 数 为 1 1 % ~2 5 % , M C C / n C , 为 0 . 8 1 . 3 , 与高成熟阶段源岩热解 气的特征相似 。因此认为 民丰沙 四段 天然气 是 源岩热解气成 因。 参考文献 1 秦建 中, 刘宝泉 , 郑伦举 , 等. 海相碳 酸盐 岩烃 源岩生 排烃 能力 研究 [ J ] . 石油与天然气地质 , 2 0 0 6, 2 7 3 3 4 8~ 3 5 5 2 冯子辉 , 迟元林 , 杜洪文, 等. 原 油在储层介质 中的加水裂 解生 气模拟实验 [ J ] . 沉积学报 , 2 0 0 2 , 2 0 3 5 0 6~ 5 0 9 3 秦建 中, 金聚畅 , 刘宝泉. 海相 不同类 型烃源岩有 机质丰度 热 演化规律[ J ] . 石油与天然气地质, 2 0 0 5 , 2 6 2 1 7 7~ 1 8 4 4 陈义才, 沈忠民, 黄泽光, 等. 碳酸盐烃源岩排烃模拟模型及应 用以鄂尔多斯盆地奥 陶系马家沟组为例 [ J ] . 石油与天然 气地质 , 2 0 0 2 , 2 3 3 2 0 3~2 0 6 5 张有生 , 秦勇 , 刘焕杰 , 等. 沉积有机质二次生烃热模拟实验研 究 [ J ] . 地球化学 , 2 0 0 2, 3 1 3 2 7 3~2 8 1 6 李术元 , 林世静 , 郭绍辉, 等 . 矿物质对干酪根热解 生烃过程 的 影响[ J ] . 石油大学学报 自然科学版 , 2 0 0 2 , 2 6 1 6 9 ~ 7 4 7 金强. 裂谷盆地生油层中火 山岩及其矿物 与有机质 的相 互作 用 油气生成的催化 和加 氢作用研究 进展及 展望. 地球 科 学进展 , 1 9 9 8 , 1 3 6 5 4 2~ 5 4 6 . 8 卢双舫 , 付 晓泰 , 刘 晓艳 , 等. 油成 气的 动力学 模型及 其标 定 [ J ] . 天然气工业, 1 9 9 6 , 1 6 6 6 ~ 8 9 卢 双舫 , 付 晓泰 , 陈昕 , 等. 原油族组分成气 的化学动力学模 型 及其标定[ J ] . 地质学报, 1 9 9 7 , 7 1 4 3 6 7 3 7 3 1 O 王建宝, 肖贤明, 郭汝泰, 等. 渤海湾盆地东营凹陷烃源岩生烃 动力学研究[ J ] . 石油实验地质, 2 0 0 3 , 2 5 4 4 0 3 ~ 4 0 9 】 1 胡惕麟 , 戈葆雄 , 张义纲 , 等 . 源岩吸附烃和天然气轻烃指纹参 数的开发和应 用[ J ] . 石油实验地质 , 1 9 9 0 , 1 2 4 3 7 5 3 9 3 l 2 胡 国艺 , 罗霞 , 李剑 , 等. 两种裂解气 中轻烃组成差异性及其应 用[ J ] . 天然气工业, 2 0 0 5 , 2 5 9 2 3 ~ 2 5 1 3 李政 , 李钜 源 , 徐兴友 , 等. 济 阳坳陷煤系烃源岩生物标志化合 物与同位素对比研究[ J ] . 石油与天然气地质, 2 0 0 6 , 2 7 5 6 9 6 ~7 01 1 4 林 武 , 李政 , 李钜源 , 等. 济 阳坳陷孤北 潜山带 天然气成 因类 型 分布规律[ J ] . 石油与天然气地质, 2 0 0 7 , 2 8 3 4 2 9 4 2 6 编辑董 立 上接第 8 4页 2 金奎励 , 王宜林. 新疆准噶尔煤成油[ M] . 北京 石 油工业 出版 社 . 1 9 9 7 . 1 0 9~1 2 4 3 张鹏飞, 金奎励, 吴涛 , 等. 吐哈盆地含煤沉积与煤成油[ M] . . 北京 煤炭工业 出版社 , 1 9 9 7 . 2 4 2~ 2 4 9 4 彭立才 , 橱慧珠 , 刘兰桂 , 等. 柴达木盆地北缘侏罗 系烃源有机 相划分及评价 [ J ] . 石油与天然气地质 , 2 0 0 1 , 2 2 2 1 7 8~1 8 1 5 J o n e s R . 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