梁 剛 甘 軍 徐新德 李 興 耿 恒 庹 雷 郭瀟瀟

(1.中海石油(中國)有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057； 2.中法渤海地質(zhì)服務(wù)有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057)

碳同位素分析技術(shù)在天然氣成因及成藏過程等方面有著不可替代的作用，但傳統(tǒng)工作方式是井場單點取樣+實驗室分析，周期長、成本高，氣樣長時間在容器中保存易造成分析結(jié)果失真[1-2]；單點取樣造成樣品點離散，容易漏掉重要研究信息。實時碳同位素錄井分析技術(shù)可以現(xiàn)場實時、連續(xù)測量樣品氣中烴類、非烴氣體組分含量及天然氣碳同位素[3-5]，彌補了單點取樣分析的不足，能夠捕捉到井筒內(nèi)天然氣運移成藏的準(zhǔn)確信息。目前在國內(nèi)勘探中應(yīng)用的是法國地質(zhì)服務(wù)公司開發(fā)的實時碳同位素錄井技術(shù)，該技術(shù)已在中國海油及其合作方的多口重點探井中應(yīng)用[3-5]。筆者利用實時碳同位素錄井分析技術(shù)對瓊東南盆地松濤凸起A3構(gòu)造鉆探的2口井進行了天然氣運移示蹤及氣源成熟度對比，以判斷天然氣成因及來源，結(jié)果表明A3構(gòu)造天然氣來自南部的松南凹陷，這是松南凹陷首次獲得天然氣規(guī)模發(fā)現(xiàn)，證實了松南凹陷的生烴能力，提升了松南凹陷的勘探價值。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

A3構(gòu)造位于瓊東南盆地松濤凸起，北鄰松東凹陷，南接松南凹陷，為斷層分割的背斜構(gòu)造。該構(gòu)造區(qū)自下而上發(fā)育古近系始新統(tǒng)和漸新統(tǒng)崖城組、陵水組，新近系中新統(tǒng)三亞組(包括二段、一段)、梅山組、黃流組，上新統(tǒng)鶯歌海組和第四系樂東組，其中崖城組為主力烴源巖，陵水組為次要烴源，始新統(tǒng)為潛在烴源巖[6-8]；儲層段主要集中在三亞組及陵水組。

2016年在A3構(gòu)造鉆探A3-1Sa井及A3-1井(圖1)，其中A3-1Sa井深部深入松東凹陷，A3-1井鉆入松濤凸起前古近系基底。A3-1Sa井在三亞組一段、二段發(fā)現(xiàn)氣層60 m，A3-1井在三亞組一段發(fā)現(xiàn)氣層50 m。這兩口井在鉆探過程中都應(yīng)用了實時碳同位素錄井技術(shù)，為該區(qū)的成藏分析提供了重要的一手資料。

圖1 研究區(qū)位置Fig.1 Location of the study area

2 實時碳同位素錄井?dāng)?shù)據(jù)可靠性分析

采樣深度從主要目的層三亞組開始一直到完鉆井深，其中A3-1井采樣深度為2 150～2 737 m，A3-1Sa井采樣深度為2 040～3 698 m，采樣間隔均為1 m，與常規(guī)氣測一致。

為控制成果數(shù)據(jù)質(zhì)量，保障錄井設(shè)備的穩(wěn)定性，單井每個井段都要進行數(shù)據(jù)校驗。以A3-1井為例，取甲烷碳同位素(δ13C1)輕、中、重等3個已知同位素值的標(biāo)準(zhǔn)氣樣稀釋到2 500×10-6質(zhì)量濃度，分別注入同位素分析儀中，每個氣樣測量5次，然后與標(biāo)樣的同位素值進行對比，根據(jù)誤差分析結(jié)果對設(shè)備進行校驗。校驗結(jié)果顯示標(biāo)準(zhǔn)差為-0.66%～-1.12%(表1)，表明設(shè)備分析結(jié)果可靠，滿足研究需要。

此外，為了驗證現(xiàn)場同位素儀分析結(jié)果的可靠性，在井場取了部分鉆井氣樣、電纜地層測試(MDT)氣樣及鉆桿地層測試(DST)氣樣運回基地實驗室分析，對比結(jié)果表明現(xiàn)場分析與實驗室分析相比誤差小，誤差率分布在0.05%～6.78%，大部分低于3%(表2)，進一步證實了同位素錄井儀分析結(jié)果的可靠性。

表1 A3構(gòu)造A3-1井實時碳同位素分析儀器校驗結(jié)果Table 1 Instrument calibration result of real-time carbon isotope logging in Well A3-1 in A3 structure

表2 A3構(gòu)造實時碳同位素錄井與實驗室分析甲烷碳同位素對比Table 2 Comparison of real-time carbon isotope logging and laboratory analysis of methane carbon isotope in A3 structure

3 在天然氣成因及成藏研究中的應(yīng)用

3.1 天然氣成因分析

天然氣成因分析是天然氣運移成藏研究的基礎(chǔ)。目前確定天然氣成因方法很多，依據(jù)的資料主要有天然氣組分、輕烴、同位素(烴類氣碳?xì)渫凰丶跋∮袣怏w同位素)等3種[9-11]。實時碳同位素錄井能夠提供的數(shù)據(jù)主要有烴類氣(C1—C5)的濃度及甲烷碳同位素，可利用干燥系數(shù)(C1/∑(C1—C5))與甲烷碳同位素(δ13C1)交會圖來劃分天然氣的成因類型。生物氣以甲烷為主，干燥系數(shù)大、碳同位素輕。結(jié)合研究區(qū)的實際情況，將C1/∑(C1—C5)大于0.975，δ13C1輕于-55‰定義為生物氣[12]。由于鉆井氣干燥系數(shù)變化較大，因此劃分熱成因氣時只利用碳同位素，將δ13C1重于-50‰定義為熱成因氣；甲烷碳同位素隨著成熟度增大而變重，以此為依據(jù)將熱成因氣細(xì)分為成熟氣(-50‰≤δ13C1<-42‰)、高成熟氣(-42‰≤δ13C1<-35‰)、過成熟氣(δ13C1≥-35‰)。在熱成因氣和生物氣之間的區(qū)域為亞生物氣/混合氣。將A3-1Sa井和A3-1井的實時同位素錄井?dāng)?shù)據(jù)及實驗室實測的鉆井氣/MDT氣/DST氣數(shù)據(jù)投到圖版上(圖2)，發(fā)現(xiàn)兩口井淺層三亞組一段上部分布少量生物氣；A3-1Sa井三亞組一段、二段以成熟、高成熟熱成因氣為主；A3-1井三亞組一段以成熟熱成因氣為主，陵水組氣層異常段(2 550～2 700 m)發(fā)現(xiàn)成熟、高成熟熱成因氣；A3-1Sa井陵水組、A3-1井三亞組一段底部—三亞組二段頂部及陵水組底部—前古近系主要為亞生物氣/混合氣，含少量成熟熱成因氣(圖2)。

圖2 瓊東南盆地松濤凸起A3構(gòu)造干燥系數(shù)-甲烷碳同位素判斷天然氣成因Fig.2 Recognition of natural gas genesis by dry coefficient-methane carbon isotope in A3 structure of Songtao uplift,Qingdongnan basin

3.2 天然氣成藏分析

A3構(gòu)造與松東、松南兩個生烴凹陷相鄰，周邊鉆井少且沒有井鉆到崖城組烴源巖，氣源直接對比困難，因此主要利用天然氣運移示蹤及氣源成熟度對比方法判斷天然氣來源。兩口井目的層三亞組天然氣以成熟—高成熟熱成因氣為主，與淺層梅山組、深層陵水組明顯不同，說明是來自深部運移氣而不是來自本地生成氣(圖2)。天然氣從烴源巖向儲層運移過程中，經(jīng)過的路徑會留下明顯的痕跡，主要表現(xiàn)為高于本地生成天然氣成熟度的高氣測異常。深入松東凹陷的A3-1Sa井陵水組以泥巖、灰?guī)r為主，沒有明顯氣異常，甲烷碳同位素錄井表明主要為亞生物/混合氣，少量熱成因氣成熟度明顯低于上部淺層三亞組，沒有天然氣運移的痕跡，說明松東凹陷成熟—高成熟天然氣沒有大規(guī)模運移上來。松濤凸起更靠近松南凹陷的A3-1井陵水組氣測異常明顯，甲烷碳同位素錄井表明為高成熟熱成因氣，成熟度明顯高于周圍泥巖，說明天然氣不是本地生成氣，推測高成熟天然氣沿2號斷裂從松南凹陷運移上來(圖3)。烴源巖成熟度對比表明，松南凹陷烴源巖成熟度明顯高于松東凹陷，因此,松南凹陷更有可能生成大量的成熟—高成熟天然氣。

此外，松南凹陷內(nèi)部鉆遇的A1-1井陵水組發(fā)現(xiàn)氣測異常，氣樣實驗室分析甲烷碳同位素為-43.4‰，干燥系數(shù)為0.95，判斷為成熟熱成因氣(圖2)，同樣說明松南凹陷生成天然氣已經(jīng)運移上來。

由此可見，確定A3構(gòu)造天然氣來源于松南凹陷，不僅證實了松南凹陷的生烴潛力，而且極大地提升了松南凹陷的勘探價值。

圖3 瓊東南盆地松濤凸起A3構(gòu)造天然氣成藏模式(剖面位置見圖1)Fig.3 Naturel gas accumulation model in A3 structure of Songtao uplift,Qiongdongnan basin(see Fig.1 for location)

4 結(jié)論

1) 與實驗室分析數(shù)據(jù)對比分析表明，實時碳同位素錄井提供的甲烷碳同位素準(zhǔn)確可靠，并且具有數(shù)據(jù)連續(xù)性好、快速、成本低廉的優(yōu)點，能為隨鉆研究天然氣成因及成藏提供極大的便利。

2) 瓊東南盆地松濤凸起A3構(gòu)造兩口井實時碳同位素錄井分析結(jié)果表明，三亞組氣層主要為成熟—高成熟熱成因氣，天然氣運移示蹤及氣源成熟度對比分析表明來自南部的松南凹陷。這一研究結(jié)果不僅證實了松南凹陷的生烴能力，而且提升了松南凹陷的勘探價值。

3) 目前實時同位素錄井只能夠提供δ13C1資料，而在重?zé)N(C2—C5)碳同位素及氫同位素方面蘊含著更豐富的地質(zhì)地球化學(xué)信息，下一步應(yīng)開展這一方面的工作。

[1] 王東良，馬成華，李劍，等.取樣裝置對天然氣碳同位素檢測結(jié)果的影響[J].天然氣地球科學(xué)，2010，21(2)：345-349.

WANG Dongliang，MA Chenghua，LI Jian，et al.The effect of gas sampler on carbon stable isotope value of natural gas[J].Natural Gas Geoscience，2010，21(2)：345-349.

[2] 昝川莉，馬軍，吳凱，等.氣體取樣容器對烴類碳同位素值得影響分析[J].低滲透油氣田，2012，17(1/2)：125-128.

ZAN Chuanli，MA Jun，WU Kai，et al.Influences about gas collecting containers on carbon isotope value of hydrocarbon[J].Low Permeability Oil & Gas Fields，2012，17(1/2)：125-128.

[3] 孫恒君，黃小剛.實時同位素錄井技術(shù)[J].錄井工程，2010，21(3)：1-4.

SUN Hengjun，HUANG Xiaogang.Real-time isotope mud logging technology [J].Mud Logging Engineering，2010，21(3)：1-4.

[4] 耿恒，陳沛，陳鳴.實時甲烷同位素錄井在南海西部YC1-1-1井的應(yīng)用[J].錄井工程，2016，27(4)：45-48.

GENG Heng，CHEN Pei，CHEN Ming.Application of real-time methane isotope logging in YC1-1-1 well in the west of the South China Sea [J].Mud Logging Engineering，2016，27(4)：45-48.

[5] 袁勝斌，黃小剛，汪芯，等.實時同位素錄井技術(shù)應(yīng)用[J].錄井工程，2017，28(2)：9-12.

YUAN Shengbin，HUANG Xiaogang，WANG Xin，et al.Application of real-time isotope mud logging technology [J].Mud Logging Engineering，2017，28(2)：9-12.

[6] 李文浩，張枝煥，李友川，等.瓊東南盆地古近系漸新統(tǒng)烴源巖地球化學(xué)特征及生烴潛力分析[J].天然氣地球科學(xué)，2011，22(4)：700-708.

LI Wenhao，ZHANG Zhihuan，LI Youchuan，et al.Geochemical characteristics and hydrocarbon generation of Paleogene Oligocene source rocks in Qiongdongnan basin[J].Natural Gas Geoscience，2011，22(4)：700-708.

[7] 黃保家，李緒深，王振峰，等.瓊東南盆地深水區(qū)烴源巖地球化學(xué)特征與天然氣潛力[J].中國海上油氣，2012，24(4)：1-7.

HUANG Baojia，LI Xushen，WANG Zhenfeng，et al.Source rock geochemistry and gas potential in the deep water area,Qiongdongnan basin [J].China Offshore Oil and Gas，2012，24(4)：1-7.

[8] 梁剛，甘軍，李興.瓊東南盆地陵水凹陷天然氣成因類型及來源[J].中國海上油氣，2015，27(4)：47-53.DOI:10.11935/j.issn.1673-1506.2015.04.006.

LIANG Gang，GAN Jun，LI Xing.Genetic types and origin of natural gas in Lingshui sag，Qiongdongnan baisn [J].China Offshore Oil and Gas，2015，27(4)：47-53.DOI:10.11935/j.issn.1673-1506.2015.04.006.

[9] 戴金星.天然氣碳?xì)渫凰靥卣骱透黝愄烊粴忤b別[J].天然氣地球科學(xué)，1993，4(2/3)：1-40.

DAI Jinxing.Characteristics of natural gas carbon-hydrogen isotope and identification of natural gas[J].Natural Gas Geoscience，1993，4(2/3)：1-40.

[10] 戴金星，鄒才能，張水昌，等.無機成因和有機成因烷烴氣的鑒別[J].中國科學(xué) D輯:地球科學(xué)，2008，38(11)：1329-1341.

[11] 戴金星.天然氣中烷烴氣碳同位素研究的意義[J].天然氣工業(yè)，2011，31(12)：1-6.

DAI Jinxing.Significance of the study on carbon isotopes of alkane gases[J].Natural Gas Industry，2011，31(12)：1-6.

[12] 郭澤清，李本亮，曾富英，等.生物氣分布特征和成藏條件[J].天然氣地球科學(xué)，2006，17(3)：407-413.

GUO Zeqing，LI Benliang，ZENG Fuying，et al.Distribution characteristics and reservoir formation conditions of the biogenetic gas[J].Natural Gas Geoscience，2006，17(3)：407-413.