鄂尔多斯盆地奥陶系原生天然气地球化学特征及其对靖边气田气源的意义.pdf
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1、第 3 4卷第 5期 天然气此 0 I L& G A S G E O L 0 G Y 2 0 1 3年 1 0月 文章编号 : 0 2 5 3 9 9 8 5 ( 2 0 1 3 ) 0 5 0 6 0 1 0 9 d o i : 1 0 1 1 7 4 3 o g g 2 0 1 3 0 5 0 4 鄂尔 多斯盆地 奥陶 系原 生天然气 地球 化学特征 及 其对靖 边气 田气 源 的意义 肖 晖 , 赵 靖舟 , 王 大兴 。 , 任军峰 。 , 马占 荣 。 , 吴 伟涛 , ( 1 西安石油大学 地球科学与工程学院, 陕西 西安 7 1 0 0 6 5 ; 2 西安石油大学 陕西省油气成
2、藏地质学重点实验室, 陕西 西安 7 1 0 0 6 5 ; 3 中国石油 长庆油 田分公司 勘探开发研究院, 陕西 西安 7 1 0 0 1 8 ) 摘要: 通过对鄂尔多斯盆地余探 1井奥陶系天然气气源分析, 来重新认识靖边气田风化壳气藏气源。余探 1井奥陶系烃源岩地球化 学特征及天然气碳 同位素对比分析发现, 中奥陶统乌拉力克组有机碳含量( T O C ) 在0 3 0 1 1 6 , 平均为0 5 1 , 暗色泥岩厚度 5 2 5 9 m, 可 以成为有效烃源岩 ; 天然 气 甲烷 的碳 同位素组 成 明显偏轻 , 8 ” C 值在 一 3 9 1 1 一 3 8 9 2 o , 乙烷
3、的碳 同位 素较偏 重, 8 ” C 在 一 2 7 2 6 0 一 2 7 1 7 o , 如果根据乙烷碳同位素来判别, 应具有煤成气特征。然而, 烃源岩热模拟实验计算的天然气成熟度 ( R 。 =1 8 6 1 8 9 ) 与烃源岩 实测 的热成熟度 ( R 。 =1 8 3 1 9 2 ) 基本 一致 , 都具 高热 演化特征。从 气藏储 、 盖配置 关系上 看, 气藏上覆奥陶系泥岩厚度大, 上古生界煤成气难以混入; 天然气偏轻的甲烷碳同位素特征与碳酸盐岩生油岩的甲烷热解气碳同位 素组成相似。这些证据表明, 余探 1井奥陶系天然气应具有油型气的特征。以余探 1井奥陶系天然气作为鄂尔多斯盆
4、地油型气端元, 对靖边 气田中 一北部及南部地 区天然气碳同位 素组成对 比分析, 结果表 明: ( 1 )甲烷碳 同位 素应作为判识鄂尔 多斯盆地奥 陶系天然气 气源的主要指标, 8 “ C 。 小于 一 3 8 0 是靖边气田风化壳气藏油型气的判别标志; ( 2 ) 靖边气田整体仍以高成熟混合型煤成气为主, 但油 型气混入比例南部地 区大于中部及北部地区; ( 3 ) 乙烷次生裂解作用可能是造成奥陶系油型气乙烷碳同位素偏重的主要原因。 关键词 : 气源 ; 甲烷碳 同位 素; 油型气 ; 奥陶系 ; 靖边 气田; 鄂尔 多斯 盆地 中图分 类号 : T E l 2 2 1 文献标识码 :
5、A Ge o c he mi c a l c ha r a c t e r i s t i c s o f pr i m a r y g a s i n t h e Or d o v i c i a n a n d t h e i r s i g n i fic a n c e f o r t h e g a s s o u r c e o f J i n g b i a n g a s fi e l d, Or d o s Ba s i n X i a o Hu i , Z h a o J i n g z h o u , Wa n g Da x i n g , Re n J u n f e
6、n g , Ma Z h a n r o n g , Wu W e i t a o , ( 1 S c h o o l o fE a r t h S c i e n c e s a n d E n g i n e e r i n g, X i a n S h i y o M U n i v e r s i t y , X i a n , S h a a n x i 7 1 0 0 6 5 , C h i n a ; 2 K e y L a b o r a t o r y of H y d r o c a r b o n A c c u mu l a t i o n of S h a a n x
7、 i P r o v i nce , X i a n S h i y o u U n i v e r s i t y , X i a n , S h a a n x i 7 1 0 0 6 5 , C h i n a ; 3 R e s e a r c h I n s t i t u t e ofP e t r o l e u m E x p l o r a t i o n a n d D e v e l o p m e n t , C h a n g q i n g O i lfie l d C o m p a n y , t r o C h i n a , X i a n S a a n
8、x 7 1 0 0 1 8 C h i n a ) Ab s t r a c t : Ga s s o u r c e o f t h e Or d o v i c i a n we a t h e ri n g c r u s t g a s r e s e r v o i r s i n J i n g b i a n g a s fi e l d i s r e s t u d i e d b y a n a l y z i n g g a s s o u r c e o f W e l l Yut a nl i n Or d o s Ba s i n An a n a l y s i
9、s o f t h e g e o c he mi c a l f e a t ur e s o f s o ur c e r o c k a nd a c o mp a r a t i v e a n a l y s i s o n c a r b o n i s o t o p e s o f n a t u r a l g a s e s a r e p e r f o r me d T h e t o t a l o r g a n i c c a r b o n ( T O C)o f t h e M i d d l e O r d o v i c i a n Wu l a l i
10、k e F o r m a t i o n i s 0 3 0 一1 1 6 ( a v e r a g i n g a t 0 5 1 )a n d t h e t h i c k n e s s o f d a r k mu d s t o n e i s 5 2 5 9 m T h e s e t w o p a r a me t e r s i n di c a t e t h a t t h i s f o r ma t i o n c a n b e e f f e c t i v e s o ur c e r o c k Th e c a r b o n i s o t o p
11、e s o f me t h a ne i n na t u r a l g a s f r o m Yut a n一 1 w e l l a r e s i g n i fi c a n t l y l i g h t e r w i t h 8 ” C1 v a l u e i n t h e r a n g e o f一3 9 1 1 o 一 一3 8 9 2 0 , w h i c h i s s i mi l a r w i t h t h e p y r o l y t i c me t h a n e f r o m c a r b o n a t e s o u r c e r
12、 o c ks I n c o n t r a s t , t he c a r bo n i s o t o p e s o f e t h a n e a r e r e l a t i v e l y h e a v i e r wi t h 81 3 Cl v a l u e i n t h e r a ng e o f 一2 7 2 60 a n d 一2 7 1 7 o , wh i c h s e e ms t o b e t h e c ha r a c t e r i s t i c s o f c o a l d e r i v e d g a s Ho we v e r,
13、 t h e e a l e u l a t e d g a s ma t u ri t y( R =1 8 6 一1 8 9 )fr o m s o u r c e r o c k t h e rma l s i m u l a t i o n e x p e r i m e n t i s c o i n c i d e d w i t h t h e me a s u r e d g a s m a t u ri t y( R =1 8 3 一1 9 2 )fr o m s o u r c e r o c k , b o t h i n d i c a t i n g h i g h t
14、 h e rm a l m a t u r i t y I n a d d i t i o n , t h e o v e r l y i n g t h i c k Or d o v i c i a n mu d s t o n e o f t h e g a s r e s e rvo i r ma k e s i t d i ffi c u l t f o r t h e c o a l - d e riv e d g a s fro m t h e Up p e r P a l e o z o i c t o mi - - g r a t e i n t o t h e r e s e
15、 r v o i r Al l t h e s e e v i d e n c e s s ho w t h a t t h e Or d o v i c i a n g a s o f Yu t a n一 1 we l l s h o u l d b e o i l - g e n e r a t e d g a s Us i n g t h e Or d o v i c i a n g a s o f Yu t a n 一 1 we l l a s t h e e n d me mbe r o f o i l g e n e r a t e d g a s i n Or d o s b a
16、 s i n, a c o mp a r a t i v e a n a l y s i s i s p e rfo rm e d o n t h e c a r b o n i s o t o p e s o f g a s f r o m t h e c e n t r a l n o r t h e r n a n d s o u t h e r n J i n g b i a n g a s fi e l d T h e f o l l o w i n g r e s u l t s a r e o b t a i n e d ( 1 )C a r b o n i s o t o p
17、e o f me t h a n e s h o u l d b e c o n s i d e r e d a s t h e m a j o r g a s s o u r c e i n d e x for t h e O r d o v i c i a n g a s , a n d 收稿 日期 : 2 0 1 3 0 43 0 ; 修订 日期 : 2 0 1 3 0 8 2 6 。 第一作者简介 : 肖晖( 1 9 8 O 一 ) , 男 , 博士 , 讲师 , 油气成藏地质 。E ma i l : x i a o h u i 47 8 7 1 6 3 c o in 。 基金项 目:
18、 国家 自然科学基金项 目( 4 1 1 0 2 0 8 2 ) ; 国家大型油气 田与煤层气开发项 目( 2 0 1 1 Z X 0 5 0 0 7 0 0 4) 。 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 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 0 4 石 油 与 天 然 气 地 质 第 3 4卷 成熟度的对应关 系与油型气 的规律相吻合 , 以及从储 盖配置关系上看 , 克里摩里组含气储层上覆的乌拉力 克组及拉什 仲组 , 泥岩厚度 大, 既是气 源岩又是盖层 ( 图 2
19、) , 因此上古生界煤成气难 以进入克里摩里组灰 岩储层之中, 天然气偏轻 的甲烷碳 同位素特征是其原 生性属性的客观反映。据此也可以认为 , 由于上古生 界煤成气难 以混人 , 使余探 1 井奥陶系天然气重烃组 分碳同位素变重的可能性很小。 表 2 鄂尔多斯盆地余探 1井和龙探 1井天然气 组分特征 Ta bl e 2 Ga s c o mpo ne nt s of Yut a n 1 we l l a nd Lo ng t an 1 we l l i n t he Or do s Bas i n 龙探 1 井数据引 自文献 2 1 。 表 3 鄂尔 多斯盆地余探 1井和龙探 1井及靖边气
20、田南部天然气碳 同位素组成特征 Ta b l e 3 Ca r b o n i s o t o p e o f g a s f r o m Yu t a n 1 a n d Lo n g t a n 1 we l l a s we l l a s s o u t h e r n J i n g b i a n g a s fi e l d i n the Or d o s Ba s i n 龙探 1井数据引 自文献 2 1 。 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 学兔兔 w w w .x u e t u
21、 t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 0 8 石 油 与 天 然 气 地 质 第 3 4卷 没有考虑天然气热成熟度的差异 , 以及天然气运移分 馏效应对甲烷碳 同位素数值的影 响, 其结果不一定代 表真实的汇源 比例。但其结果可以佐证 , 气 田南部汇 入油型气的比例远高于气 田巾部及北部地区。 3 2奥陶系原生天然气 6 ” C 变重原因探讨 靖边气田下古生界天然气 甲烷碳同位素与乙烷碳 同位素整体呈现负相关性 , 这本身与单一气源 的天然 气热动力学分馏规律相矛盾 ( 图 6 b ) 。另外 甲烷碳 同 位素分布范 围相 对较 集 中,
22、 气 样 8 ”C 主要 分 布在 一 3 7 0 一3 0 o , 乙烷碳同位素分为范围较离散 , 主要 分布在 一 3 8 o 一2 4 0 , 说明乙烷碳 同位素 的分馏机 理更为复杂 , 利用发生了不同混合作用的天然气碳 同 位素来确定其成因本身是不可靠的。 根据本文所判定的奥陶系原生气藏余探 1井 0 天然气和前人分析确定的龙探 1井 O m 天然气为 代表 J , 与靖边气 田奥 陶系天然气 甲烷 、 乙烷碳 同位 素组成特征相 比( 图 6 b ) , 具有 甲烷碳 同位素最轻 , 在 一 3 9 2 6 o 一3 8 9 2 o , 乙烷碳 同位素相对 甲烷 明显 偏重 的 特
23、 点 , 并 且 8 ”C 一6 C 值 在 1 1 7 5 o 1 5 4 8 0 之间, 远大于靖边气 田奥陶系天然气 6 ” C ,一 6 C 的分布范围。 从封闭系统下乙烷碳同位素热动力学模拟实验来 看 , 存在乙烷生成和裂解的平衡过程 。当烃源岩处 于生烃高峰时, 乙烷的生成量远大于乙烷裂解的数量 , 此时封闭体系中, 乙烷组分含量不断增加 , 乙烷碳同位 素不断变重 , 符合一般天然气碳同位素热动力学分馏 规律 ; 当生烃高峰结束, 生烃过程趋于停止 , 随着温度进 一 步增加 , 乙烷碳同位素发生裂解的数量开始大于其生 成的数量。由于存在他 C H 一 C H 和” C H 一
24、C H 两 个平行 的裂解过程 , 使得在 乙烷碳 同位素在后期 因 裂解作用仍有持续偏重的过程。 另外 , 由于天然气重烷烃气裂解过程主要受温度 条件控制 , 因此气源岩热成熟度越高 , 乙烷碳 同位素相 对 甲烷碳同位素的差值就会越大 ( 在不考虑天然气 散 失的前提下 , 原生甲烷组分碳 同位素基本保持稳定 ) 。 如根据石炭系底部 R 。 值推得 , 龙探 1井奥 陶系热演化 程度大于余探 1 井 ( 图 1 ) , 因而龙探 1 井 0 。 m 天然 气 6 ” C 一8 ” C , 值( 1 5 4 8 0 ) 大于余探 1井 0 天然 气 8 C , 一8 C 值 ( 1 1 7
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- 鄂尔多斯 盆地 奥陶系 原生 天然气 地球化学 特征 及其 靖边 气田 意义
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