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川西拗陷中段天然氣輕烴地球化學(xué)特征

2011-07-31 00:58:50沈忠民劉四兵呂正祥朱宏權(quán)
關(guān)鍵詞:輕烴侏羅系川西

沈忠民 王 鵬 劉四兵, 呂正祥 朱宏權(quán)

(1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué)),成都610059;2.中國石化西南分公司勘探開發(fā)研究院,成都610081)

輕烴是石油和天然氣的重要組成部分,一般為C5~C10的化合物,蘊(yùn)含著豐富的信息,在油氣研究中有著廣泛的應(yīng)用。輕烴常用于天然氣成因分類,Thompson(1983)提出利用輕烴組成對油氣分類[1];戴金星(1993)闡述了采用 C7輕烴組成、C6-7芳烴和支鏈烷烴組合、苯和甲苯含量、C5-7脂肪族組成、甲基環(huán)己烷指數(shù)等來鑒別煤型氣和油型氣[2];張文正等(1993)根據(jù)單體輕烴特征對天然氣進(jìn)行了分類[3];胡國藝等(2007)對中國4個(gè)盆地典型煤型氣和油型氣的209個(gè)樣品輕烴組成進(jìn)行分析,提出了適用性較好的煤型氣和油型氣鑒別指標(biāo)[4]。Thompson(1983)提出用庚烷值和異庚烷值來確定石油的成熟度[1];程克明等(1985)、劉寶泉等(1990)、王祥等(2008)都提出了不同地區(qū)的油氣成熟度庚烷值劃分標(biāo)準(zhǔn)[5-7]。Mango(1990)提出利用2,4-DMC5和2,3-DMC5比值求Ro的方法[8];李廣之等(2003)認(rèn)為iC4/nC4和iC5/nC5值可以用來判斷成熟度[9];侯讀杰等(1989)通過熱模擬實(shí)驗(yàn)認(rèn)為,只有當(dāng)成熟度<0.8 時(shí),iC4/nC4和iC5/nC5值 靈 敏 度 才 較高[10]。沈平等(1992)和王培榮等(2007)分別探討了C6輕烴和C7輕烴與沉積環(huán)境的關(guān)系[11,12]。輕烴有較強(qiáng)的母源繼承性,能用于氣源對比的參數(shù)眾多,這些特征使之成為了氣源對比的重要手段[13-16]。輕烴還被用于判別水洗、生物降解、熱蝕變、天然氣運(yùn)移相態(tài)、油氣保存條件等[14,17-21]。

前人對四川盆地輕烴特征研究已有一定的認(rèn)識(shí),劉光祥等(2003)利用天然氣輕烴組成探討了川東和川東北地區(qū)晚古生代和中生代天然氣來源[14];謝增業(yè)等(2007)對四川盆地天然氣輕烴組成進(jìn)行了研究[20];唐艷等(2001)、鮑典等(2008)將天然氣輕烴應(yīng)用于川西拗陷成藏研究[21,22]。本文在前人的研究認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上,對川西拗陷孝泉、新場、合興場、豐谷等地區(qū)天然氣輕烴進(jìn)行分析,利用輕烴特征對研究區(qū)天然氣成因、成熟度、運(yùn)移相態(tài)進(jìn)行研究,利用輕烴配對參數(shù)對研究區(qū)天然氣進(jìn)行氣源對比,以期進(jìn)一步認(rèn)識(shí)研究區(qū)天然氣特征及氣源關(guān)系,指導(dǎo)該區(qū)天然氣勘探。

1 地質(zhì)背景

川西拗陷是四川盆地西部晚三疊世以來陸相盆地的深拗陷部分,為龍門山推覆構(gòu)造帶前陸盆地,西界為龍門山推覆構(gòu)造帶,東界位于龍泉山一帶,北界為米倉山推覆構(gòu)造帶,南界位于雅安-樂山一帶,面積近60 000km2[13]。川西拗陷中段孝泉-新場-合興場-豐谷地區(qū)位于綿竹-鹽亭隆起帶上,印支期中晚幕受龍門山向SE方向的逆沖推覆作用,形成NE向構(gòu)造和強(qiáng)烈沉降的川西拗陷,并被上三疊統(tǒng)海相的馬鞍塘組、小塘子組和陸相的須家河組及侏羅系和白堊系依次充填[23]。陸相的須家河組是該區(qū)的主力烴源巖;須家河組及侏羅系和白堊系均有儲(chǔ)層發(fā)育,多種類型蓋層,多種輸導(dǎo)體系(斷層、裂縫、不整合面和孔隙),在空間上存在多套有效的生儲(chǔ)蓋組合[15,23-27]。有利的生、儲(chǔ)、蓋組合和良好的輸導(dǎo)條件,使得川西拗陷中段縱向上發(fā)育了多個(gè)含氣層系。

2 樣品分布及實(shí)驗(yàn)條件

本次采集了53件天然氣樣品,平面上分布于川西拗陷中段孝泉、新場、合興場、豐谷地區(qū),縱向上包括三疊系須家河組第二段、第四段及第五段(簡稱“須二段”、“須四段”、“須五段”),侏羅系的千佛崖組、沙溪廟組及蓬萊鎮(zhèn)組和下白堊統(tǒng)。樣品分布區(qū)域廣,涵蓋地層多,具有代表性。

樣品由中國石化西南分公司勘探開發(fā)研究院地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)室測定。儀器為HP6890氣相色譜儀;色譜柱為 HP-1柱,長度50m,內(nèi)徑0.2mm,膜厚0.025mm;采用高純N2作為載氣;升溫程序:30℃恒溫10min以后,3℃/min升至180℃。

3 輕烴地球化學(xué)特征應(yīng)用

3.1 天然氣成因

C7輕烴系列中的正庚烷(nC7)、甲基環(huán)己烷(MCC6)及二甲基環(huán)戊烷(DMCC5)有著不同的生源,與天然氣成因密切相關(guān),常被用來判識(shí)天然氣來源。一般認(rèn)為,甲基環(huán)己烷主要來源于高等植物木質(zhì)素、纖維素、糖類等,且熱力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,是指示有機(jī)質(zhì)生源的良好參數(shù),它的大量存在是煤成氣輕烴的一個(gè)重要特征[4];各種結(jié)構(gòu)的二甲基環(huán)戊烷主要來自水生生物的類脂化合物,它的大量出現(xiàn)是油型氣輕烴的主要特征[2];正庚烷主要來自藻類和細(xì)菌,對成熟作用敏感,是良好的成熟度指標(biāo)。

從C7輕烴化合物組成三角圖(圖1)可以看出,研究區(qū)白堊系、侏羅系及須家河組樣品均以甲基環(huán)己烷占絕對優(yōu)勢,除須家河組、侏羅系各1個(gè)樣品外,其他樣品均落入Ⅲ型有機(jī)質(zhì)區(qū)域,說明研究區(qū)天然氣主要是來源于Ⅲ型有機(jī)質(zhì)的煤型氣。胡國藝等(2007)在對鄂爾多斯盆地、四川盆地、柴達(dá)木盆地、塔里木盆地的209個(gè)天然氣樣品系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上,提出了中國油型氣和煤型氣的C7輕烴劃分標(biāo)準(zhǔn):nC7相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)>30%,MCC6相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)<70%,為油型氣;nC7相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)<35%,MCC6相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)>50%,為煤型氣。按照該標(biāo)準(zhǔn)從圖1中同樣可以得出,研究區(qū)天然氣主要是煤型氣。

圖1 天然氣C7輕烴三角圖Fig.1 Compositions of C7light hydrocarbon in natural gas

在生物體中,五元環(huán)結(jié)構(gòu)(環(huán)戊烷系列的基本結(jié)構(gòu))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,它們都屬于類脂化合物,富集在腐泥型有機(jī)質(zhì)中。六元環(huán)結(jié)構(gòu)(環(huán)己烷系列的基本結(jié)構(gòu))雖然在上述化合物中存在,但它更多地由木質(zhì)素和纖維素的六元含氧環(huán)演化而來,并常作為中間產(chǎn)物向芳香環(huán)演化,因此與腐殖型有機(jī)質(zhì)的關(guān)系更密切。根據(jù)C6輕烴(甲基環(huán)戊烷、環(huán)己烷和正己烷)三角圖(圖2),可以看出除淺層(K1+J3p)1個(gè)樣品落在腐泥型天然氣區(qū)域內(nèi),其他天然氣樣品都分布在腐殖型有機(jī)質(zhì)區(qū)域,說明研究區(qū)天然氣以煤型氣為主,這與前文C7輕烴化合物研究結(jié)果是一致的。

圖2 天然氣C6輕烴三角圖Fig.2 Compositions of C6light hydrocarbon in natural gas

3.2 天然氣成熟度

輕烴中有幾組參數(shù)可以用來研究油氣成熟度,例如庚烷值與異庚烷值、2,4-二甲基戊烷與2,3-二甲基戊烷比值、iC4/nC4值和iC5/nC5值等。有學(xué)者指出只有當(dāng)成熟度(Ro)<0.8%時(shí),iC4/nC4和iC5/nC5值靈敏度才較高,可以作為有機(jī)質(zhì)演化早期階段的成熟度指標(biāo);成熟度>0.8%則效果不佳[10]。故本文采用前2組輕烴參數(shù)對川西拗陷中段天然氣成熟度進(jìn)行研究。

庚烷值和異庚烷值是輕烴參數(shù)中最常用的成熟度分析指標(biāo)。Thompson(1983)最早提出庚烷值和異庚烷值與凝析油成熟度的關(guān)系式[1]。之后,程克明等(1985)、劉寶泉等(1990)、王祥等(2008)學(xué)者也提出了中國不同地區(qū)油氣成熟度異庚烷值和庚烷值的劃分標(biāo)準(zhǔn)[5-7]。根據(jù)研究區(qū)的實(shí)際情況,本文采用程克明提出的成熟度劃分標(biāo)準(zhǔn):低成熟階段,異庚烷值<1,庚烷值<20%;成熟階段,異庚烷值為1~3,庚烷值20%~30%;高成熟階段,異庚烷值為3~10,庚烷值為30%~40%;過成熟階段,異庚烷值為>10,庚烷值>40%[5]。依據(jù)該分類標(biāo)準(zhǔn)對天然氣成熟度進(jìn)行分析(圖3),研究區(qū)天然氣樣品都落在了成熟和高成熟區(qū)域內(nèi),處于成熟和高成熟階段。

圖3 川西拗陷中段天然氣輕烴成熟度Fig.3 Maturity of light hydrocarbon in natural gas in the middle member of West Sichuan depression

Mango穩(wěn)態(tài)催化動(dòng)力學(xué)輕烴成因理論認(rèn)為,2,4-二甲基戊烷與 2,3-二甲基戊烷比值(2,4-DMC5/2,3-DMC5)的對數(shù)與溫度(t)呈線性正相關(guān),其關(guān)系式為t=140+15×ln(2,4-DMC5/2,3-DMC5)[8]。該關(guān)系式計(jì)算出的溫度為原油或天然氣母質(zhì)經(jīng)歷的最高地溫。根據(jù)Barker(1990)溫度和成熟度經(jīng)驗(yàn)公式[28],對研究區(qū)天然氣樣品成熟度進(jìn)行分析,Ro值分布范圍為0.83%~1.59%(平均值為1.28%),處于成熟-高成熟階段,這與利用庚烷值定性判別結(jié)果是一致的。

3.3 天然氣運(yùn)移相態(tài)

成藏過程中天然氣的不同運(yùn)移相態(tài),可以引起輕烴組分特征顯著變化。天然氣以游離相運(yùn)移時(shí),影響組分變化的主要因素是烴類分子的極性大小。由于地質(zhì)色層作用,極性強(qiáng)的分子在運(yùn)移過程中沿?zé)N類運(yùn)移方向含量逐漸降低。由于芳香烴的極性大于烷烴,隨著運(yùn)移距離的增加其含量會(huì)相對減少。天然氣以水溶相運(yùn)移時(shí),輕烴組分在水中溶解度差異是決定其變化特征的重要因素,沿著運(yùn)移方向,溶解度小的組分先脫溶,溶解度大的組分后脫溶。相同條件下,同碳數(shù)的芳烴溶解度明顯高于烷烴,所以沿運(yùn)移路徑前方,芳烴/烷烴值呈增加趨勢[15,31]。根據(jù)研究區(qū)天然氣的苯/正己烷和苯/環(huán)己烷與深度關(guān)系(圖4),T3x2和T3x4層位天然氣的苯/正己烷和苯/環(huán)己烷值變化范圍較大,且二者的變化范圍較為一致,說明了這2個(gè)層位天然氣同時(shí)存在水溶相和游離相運(yùn)移特征。研究區(qū)J2層位中天然氣的苯/正己烷和苯/環(huán)己烷變化范圍最大,苯/正己烷和苯/環(huán)己烷最大值也出現(xiàn)在該層位,說明該層位也存在水溶相和游離相天然氣運(yùn)移特征,水溶相運(yùn)移特征加強(qiáng)。J3和K層位天然氣的苯/正己烷和苯/環(huán)己烷值分布相當(dāng)集中,而且遠(yuǎn)小于其下的其他層位,體現(xiàn)出J3和K層位天然氣游離相運(yùn)移的特征。所以,研究區(qū)天然氣運(yùn)移相態(tài)特征為:從T3x2到J2層位,天然氣存在水溶相和游離相2種運(yùn)移相態(tài),隨深度變淺水溶相運(yùn)移加強(qiáng);J3和K層位天然氣以游離相運(yùn)移為主。

圖4 川西拗陷中段天然氣苯/正己烷、苯/環(huán)己烷隨深度變化圖Fig.4 The relation between the benzene/hexaneand and the benzene cyclohexane in natural gas and the depth in the middle member of the West Sichuan depression

3.4 天然氣氣源對比

由于不同結(jié)構(gòu)輕烴單體具有不同的標(biāo)準(zhǔn)生成自由能,故在同一成熟度階段,相同母源輸入的油氣應(yīng)具有相似的輕烴指紋。為減少非成因因素對輕烴組分的影響,一般將化學(xué)結(jié)構(gòu)和沸點(diǎn)相近的輕烴單體配對,用配對組分的濃度比值來作氣源對比[30]??捎糜跉庠磳Ρ鹊妮p烴配對參數(shù)眾多,較常用的達(dá)10多組,這也是輕烴成為氣源對比重要方法的一個(gè)原因。

對研究區(qū)須二段天然氣及烴源巖輕烴配對參數(shù)對比表明,須二段天然氣與須二段烴源巖輕烴配對參數(shù)有很好的相似性,說明須二段天然氣來自須二段烴源巖。以新場地區(qū)為例(圖5),新2井、新3井、新856井須二段天然氣與新856井須二段烴源巖輕烴配對參數(shù)有很好相似性,證實(shí)了須二段天然氣自生自儲(chǔ)的特征。

圖5 須二段氣源對比Fig.5 The comparison of the source rock and the natural gas from T3x2 Formation

新場和豐谷地區(qū)須四段天然氣和烴源巖輕烴配對參數(shù)有很好的相似性,須四段天然氣與須三段烴源巖輕烴配對參數(shù)差異性較大,與須五段烴源巖有較好的相關(guān)性。以豐谷地區(qū)為例(圖6),川豐131井、川豐563井須四段天然氣輕烴配對參數(shù)有很好的相似性,它們可能來自相同的烴源巖。川豐131井、川豐563井須四段天然氣與須四段烴源巖輕烴配對參數(shù)有很好的相似性,說明本區(qū)天然氣主要來自須四段烴源巖。川豐131井、川豐563井須四段天然氣與須五段烴源巖大多數(shù)輕烴配對參數(shù)有較好的相似性,說明本區(qū)天然氣也有來自須五段烴源巖的貢獻(xiàn)。須三段烴源巖與須四段天然氣輕烴配對參數(shù)差異較大,說明須三段烴源巖對須四段天然氣貢獻(xiàn)較小。

圖6 須四段氣源對比Fig.6 The comparison of the source rock and the natural gas from T3x4 Formation

孝泉、新場、合興場、豐谷地區(qū)侏羅系和白堊系天然氣與須五段烴源巖輕烴配對參數(shù)相關(guān)性較好,侏羅系和白堊系天然氣主要來自須五段烴源巖。如在新場地區(qū),川孝455井、新淺31井、川孝105井和川孝163井侏羅系不同層位的天然氣輕烴配對參數(shù)相關(guān)性非常好(圖7),說明該區(qū)侏羅系天然氣有共同的來源。新884井須五段烴源巖與侏羅系天然氣輕烴配對參數(shù)有很好的相關(guān)性,說明該區(qū)侏羅系天然氣主要來自須五段烴源巖。川孝568井須四段烴源巖與侏羅系天然氣輕烴配對參數(shù)有一定相似性,說明二者有一定的親緣性,須四段烴源巖對侏羅系天然氣有一定貢獻(xiàn)。

4 結(jié)論

通過對川西拗陷中段天然氣輕烴地球化學(xué)特征研究,認(rèn)為:

a.該區(qū)天然氣主要是來自Ⅲ型有機(jī)質(zhì)的煤型氣。

b.成熟度定性分析表明研究區(qū)天然氣處于成熟-高成熟階段,定量計(jì)算天然氣成熟度(Ro)值為0.83%~1.59%,定性和定量分析結(jié)果一致。

c.T3x2到J2層位的天然氣存在水溶相和游離相2種運(yùn)移相態(tài),隨深度變淺水溶相運(yùn)移加強(qiáng);淺層的J3和K層位天然氣以游離相運(yùn)移為主。

d.氣源對比表明:須二段天然氣以自生自儲(chǔ)為主;須四段天然氣主要來自須四段烴源巖,須五段烴源巖有一定貢獻(xiàn),須三段烴源巖對其貢獻(xiàn)較?。毁_系和白堊系天然氣主要來自須五段烴源巖,須四段烴源巖對侏羅系天然氣有一定貢獻(xiàn)。

圖7 侏羅系氣源對比Fig.7 The comparison of the source rock and the natural gas from Jurassic System

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云南化工(2020年11期)2021-01-14 00:51:10
歲月盡川西
金橋(2020年9期)2020-10-27 01:59:54
穩(wěn)定輕烴脫硫處理工藝進(jìn)展
甘肅科技(2020年20期)2020-04-13 00:30:04
川西,那一抹如夢的秋色
海峽姐妹(2017年10期)2017-12-19 12:26:26
提高輕烴產(chǎn)量的技術(shù)研究與應(yīng)用
準(zhǔn)噶爾盆地東部侏羅系西山窯組層序控制下的聚煤規(guī)律研究
臺(tái)北凹陷侏羅系含油氣系統(tǒng)天然氣序列性研究
輕烴回收直接換熱工藝優(yōu)化研究
四川盆地侏羅系致密油特殊的介觀孔縫儲(chǔ)滲體
柴達(dá)木盆地柴北緣侏羅系烴源巖特征分析
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