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      關于川中地區侏羅系天然氣研究分析

      2013-07-19 14:51 來源:地質學論文 人參與在線咨詢

      一、氣藏基本特征

      川中地區已發現了八角場、龍女寺、南充、廣安等與侏羅系天然氣有關的油氣田(藏)。這些油氣藏有著良好的成藏條件:侏羅系發育的烴源巖是這些氣藏的重要物質來源,同時存在部分斷層溝通下伏須家河組氣藏;儲集體大面積分布,儲蓋組合優越,蓋層封蓋能力較好;圈閉類型多樣,且與油氣生成時間匹配較好。從川中地區侏羅系油氣藏中天然氣組分特征來看(表1),天然氣以烴類氣體為主,烴類氣體中又以甲烷、乙烷、丙烷占絕對優勢。天然氣中甲烷的平均體積分數(φ)為85%左右,乙烷的平均體積分數為7.4%左右,天然氣中重烴含量相對較高。侏羅系天然氣干燥系數平均值均為0.88,以濕氣為主。侏羅系天然氣不含H2S,為陸相成因氣。對比川中地區中、下侏羅統天然氣組分特征參數可以發現,中、下侏羅統甲烷含量、乙烷含量、總烴含量、干燥系數等參數均較為相似,表明中、下侏羅統天然氣可能有相同的氣源。

      二、天然氣成因類型

      1.組分與天然氣成因類型

      實驗模擬干酪根裂解氣與油裂解氣發現不同成因天然氣烷烴組分有明顯的差異:干酪根裂解氣C2/C3值變化較小,C1/C2值逐漸增大;油裂解氣C2/C3值變化較大,C1/C2變化較小。從川中地區侏羅系天然氣C2/C3值與C1/C2值關系圖來看(圖1),侏羅系天然氣C2/C3值變化相對較小,C1/C2值逐漸增大,表現出干酪根裂解氣的特征。這說明川中地區中、下侏羅統石油對侏羅系天然氣來源沒有貢獻,其原因可能主要是侏羅系埋藏較淺,儲層中的石油還未達到裂解成氣的階段。從川東地區下三疊統油裂解氣烷烴含量變化特征來看(圖1),C1/C2值變化較小,C2/C3值變化較大,表現出典型的油裂解氣的特征。對比川東地區油裂解氣C1/C2值與C2/C3值變化特征,研究區侏羅系天然氣干酪根裂解氣的特征更為明顯。

      2.碳同位素與天然氣成因類型

      川中地區侏羅系天然氣碳同位素特征,總體表現為δ13C1<δ13C2<δ13C3的正常系列分布特征,肯定了研究區天然氣的有機成因。從侏羅系天然氣δ13C1和C1/(C2+C3)關系圖來看(圖2),以熱成因氣為主,不存在生物成因氣。從天然氣母質來源看,川中地區上三疊統與侏羅系天然氣整體分布在Ⅱ型與Ⅲ型干酪根熱成因氣區域內,相對而言上三疊統天然氣更靠近Ⅲ型干酪根熱成因氣,表明其主要為煤型氣;而侏羅系天然氣更靠近Ⅱ型干酪根熱成因氣,表明其可能主要為油型氣;同時,侏羅系部分天然氣落在了Ⅲ型干酪熱成因氣區間內,表明部分侏羅系天然氣為煤型氣。

      不同母質類型的干酪根具有不同的碳同位素值,而干酪根中的碳同位素又能較好地傳遞給它們生成的烷烴氣,從而使得不同母質來源天然氣中烷烴氣碳同位素具有一定的差異。天然氣主要烷烴氣中,又以乙烷對母質碳同位素的繼承性較好,剛文哲等通過實驗模擬證實了該結論。乙烷碳同位素對母質良好的繼承性,使其成為天然氣成因類型劃分的重要指標。但是,對于利用乙烷碳同位素區分煤型氣與油型氣的界限值,不同的學者有不同的觀點。然而,不同界限值差異較小,因此本文采用較常用的界限值(油型氣δ13C2值<-28‰,煤型氣δ13C2值>-28‰)來判別研究區天然氣的成因類型。從川中地區上三疊統與中、下侏羅統天然氣δ13C2與δ13C2-1關系圖來看(圖3),以δ13C2=-28‰能較好地將上三疊統與中、下侏羅統天然氣成因類型進行區分:上三疊統天然氣都分布在δ13C2值>-28‰的區域內,天然氣成因類型為煤型氣;中、下侏羅統天然氣則主要分布在δ13C2值<-28‰的區域內,天然氣成因類型為油型氣;部分中、下侏羅統天然氣樣品與上三疊統天然氣有較為相似的δ13C2與δ13C2-1值,落在了δ13C2值>-28‰的區域內,表現出煤型氣的特征。因此,川中地區中、下侏羅統天然氣以油型氣為主,部分為煤型氣。

      天然氣中甲烷的碳同位素較其他烷烴氣具有更好的熱成熟繼承性,且甲烷碳同位素值隨熱成熟作用增加而增大,很多學者提出了它們之間的關系式(δ13C1?犚o),這些關系式常被用來估算天然氣的成熟度、追蹤天然氣的來源。同時,由于來自相同成熟度的不同母質類型的天然氣(油型氣、煤型氣)甲烷碳同位素值明顯不同,因此它們存在不同的δ13C1?犚o關系式。若利用煤型氣δ13C1?犚o關系式計算油型氣成熟度值或用油型氣δ13C1?犚o關系式計算煤型氣成熟度值,計算結果往往都會與天然氣實際成熟度值存在較大差異,甚至不符合有機生烴理論。所以,對于不能判別是否為油型氣或煤型氣的天然氣,可以將其甲烷碳同位素值分別帶入油型氣與煤型氣δ13C1?犚o關系式,計算天然氣成熟度值,結合實際天然氣成熟度值,間接判別天然氣成因類型。作者分別根據Stahl(1975)、Faber(1987)、戴金星(1993)的煤型氣與油型氣δ13C1?犚o關系式計算了川中地區侏羅系天然氣成熟度值(表2),煤型氣δ13C1?犚o關系式計算的成熟度(犚o)值分布范圍分別為:0.06%~0.19%、0.05%~0.17%、0.17%~0.55%,顯然這些結果與侏羅系熱成因天然氣不符。不同油型氣δ13C1?犚o關系式獲得的天然氣成熟度值的分布范圍與平均值較為一致,天然氣熱演化程度分布在成熟與高成熟之間,以成熟階段為主(表2),與前人采用其他方法得到的研究區天然氣成熟度特征一致。這說明用油型氣δ13C1?犚o關系計算侏羅系天然氣成熟度值是可靠的,同時也說明了侏羅系天然氣成因類型為油型氣。

      3.輕烴與天然氣成因類型

      煤型氣主要來自富含芳香族結構的Ⅲ、Ⅱ2型干酪根,油型氣主要來自富含脂肪族結構的Ⅰ、Ⅱ1型干酪根,所以煤型氣更富集芳香族組成,油型氣更富脂肪族組成。Thompson根據母質類型的差異回歸出了脂肪族與芳香族演化曲線,油型氣主要分布在脂肪族曲線附近,煤型氣則主要分布在芳香族曲線附近。從川中地區上三疊統煤型氣、川西地區下三疊統油型氣、川南地區上二疊統油型氣與川中地區侏羅系天然氣庚烷值與異庚烷值關系圖來看(圖4),川中地區上三疊統天然氣分布在芳香族曲線附近,與其煤型氣成因類型相符;川中地區侏羅系天然氣與川西地區下三疊統油型氣、川南地區上二疊統油型氣均分布在脂肪族曲線附近,表明研究區侏羅系天然氣以油型氣為主。

      由于不同成因天然氣犓1值(圖5中橫坐標與縱坐標的比值)有一定的差異,且犓1值與成熟度無關,故可以利用其判識煤型氣與油型氣。從川西地區上三疊統至下白堊統與川中地區侏羅統系、川西地區下三疊統、川南地區上二疊統天然氣犓1值分布特征來看(圖5),川西地區T3?K天然氣犓1值擬合較好,對川西天然氣成因分析已表明其主要為腐殖型干酪根成因煤型氣。川中J、川西T1、川南P2天然氣犓1值擬合關系較好,而與川西T3?K煤型氣犓1值擬合曲線明顯不同,而川西T1、川南P2天然氣為油型氣,所以根據川中侏羅系天然氣犓1值與川西煤型氣、川西與川南油型氣犓1值之間的關系,可以判斷川中侏羅系天然氣為油型氣。

      在生物體中,五員環結構(環戊烷系列的基本結構)僅見于甾類、萜類化合物、前列腺素等生長激素以及飽和、不飽和脂肪酸中,富集在腐泥型有機質中;六員環結構(環己烷系列的基本結構)更多地可以由木質素和纖維素的六員含氧環演化而來,與腐殖型有機質的關系更密切,因此根據天然氣中C6輕烴組成可以判別天然氣成因類型。在C6輕烴化合物組成三角圖中(圖6),川中地區上三疊統煤型氣相對靠近代表腐殖型母質來源的環己烷端元,這與其煤型氣成因類型相符。下侏羅統天然氣相對遠離環己烷端元,表現出與腐泥型有機質更好的相關性。根據環己烷指數判識天然氣成因類型標準(圖6),侏羅系天然氣主要表現為腐泥型干酪根成因氣,即油型氣。

      4.天然氣成因類型綜合分析

      烷烴組分特征表明,川中地區侏羅系天然氣主要為干酪根裂解氣,肯定了其有機熱成因類型。甲烷碳同位素值與烷烴含量關系也證實了研究區天然氣為有機熱成因氣,可能主要為油型氣,部分為煤型氣。天然氣的甲烷、乙烷碳同位素證據表明,研究區侏羅系天然氣主要為油型氣,有少量的煤型氣。利用δ13C1?犚o關系式也說明了侏羅系天然氣主要為油型氣。天然氣輕烴庚烷值與異庚烷值、犓1值、C6輕烴組成均表明研究區侏羅系天然氣主要為油型氣。從上述結果可看出,不同的分析方法獲得的天然氣成因類型有一定的差異,僅憑單方面分析結果難以準確掌握天然氣成因類型,因此,必須綜合多種分析方法的結果才能獲得準確、可靠的天然氣成因類型信息。綜合天然氣組分、碳同位素及輕烴特征分析結果,可知研究區天然氣成因類型以干酪根裂解成因油型氣為主,同時存在少量的煤型氣。

      三、天然氣來源

      從川中地區烴源巖發育特征來看,陸相上三疊統至侏羅系發育了2套烴源巖:上三疊統烴源巖,母質類型為腐殖型,成烴方向主要是煤型氣;侏羅系烴源巖主要發育于中、下侏羅統,母質類型以腐泥型為主,成烴方向主要是油與油型氣。因此,從烴源巖發育層位與烴源巖成烴方向來看,侏羅系油型氣主要來自侏羅系自身烴源巖,少量侏羅系煤型氣來自上三疊統烴源巖。同時,川中地區存在部分溝通上三疊統與侏羅系的斷層,它們可能是上三疊統煤型氣進入侏羅系油氣藏的主要通道。

      從川中地區三疊系與侏羅系天然氣組分特征參數(甲烷含量與干燥系數)來看(圖7),下三疊統、中三疊統、上三疊統及侏羅系甲烷含量與干燥系數明顯不同,下三疊統、中三疊統天然氣甲烷含量與干燥系數相對較高,而且它們的這2項組分特征參數值十分相似,表明它們可能有相似的來源,前人研究證實它們主要來自二疊系海相烴源巖。上三疊統與侏羅系天然氣甲烷含量與干燥系數明顯小于下—中三疊統,而且上三疊統與侏羅系天然氣不含H2S,中下—中三疊統天然氣普遍含H2S,這說明上三疊統與侏羅系天然氣中沒有二疊系海相烴源巖貢獻,它們來自比二疊系埋藏更淺的烴源巖,即上三疊統與侏羅系烴源巖。同時,對比上三疊統與侏羅系天然氣組分特征參數可以發現,上三疊統組分特征參數十分一致,說明它們有相似的來源;侏羅系組分特征參數也十分一致,說明侏羅系天然氣也有相似的來源;上三疊統天然氣組分特征參數明顯不同與侏羅系天然氣,說明上三疊統與侏羅系天然氣有不同的來源;侏羅系天然氣組分特征參數明顯小于上三疊統天然氣。因此,結合川中地區陸相烴源巖發育特征及上三疊統與侏羅系天然氣組分特征,可知上三疊統天然氣主要來自上三疊統烴源巖,侏羅系天然氣主要來自侏羅系烴源巖。綜合上述分析,不難得出川中地區侏羅系天然氣主要來自侏羅系烴源巖,少量的煤型氣來自上三疊統烴源巖。

      四、結論

      1.川中地區侏羅系天然氣以烷烴氣為主,重烴含量相對較高,天然氣干燥系數較低,天然氣主要為濕氣。2.組分分析表明研究區侏羅系天然氣主要為干酪根裂解氣,侏羅系石油對其天然氣來源沒有貢獻;碳同位素分析表明侏羅系天然氣主要為油型氣,部分為煤型氣;輕烴分析表明侏羅系天然氣為煤型氣。利用不同方法獲得的天然氣成因類型存在一定的差異。綜合不同方法分析結果,得到川中地區侏羅系天然氣成因類型主要為干酪根裂解成因油型氣,少量為煤型氣。3.侏羅系天然氣主要來自侏羅系腐泥型烴源巖,僅少量的煤型氣來自上三疊統腐殖型烴源巖。(本文圖、表略)

      本文作者:王鵬 沈忠民 劉四兵 朱童 單位:油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室(成都理工大學)

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