建南气田海相天然气藏成因类型探讨.pdf

石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 0 8 年8 月第3 0 卷第4 期 J o u r n a l o f Oi l a n d G a s T e c h n o l o g y J ． J P I A u g ． 2 0 0 8 V o 1 ． 3 0 N o ． 4 建南气 田海相天然气藏成 因类型探讨 王韶华 f 中 国 地 质 大 学 武 汉 资 源 学院， 湖 北武 汉4 3 0 0 7 4 1 一。 ＼ 江汉 油田分公司勘探开发研究 院 ，湖北 潜江 4 3 3 1 2 4 ， 万云强，林娟华 江汉油田 分公司勘探开发 研究院， 湖北潜 江4 3 3 1 2 4 [ 摘要]截止 目前为止 ，建 南气 田发现嘉 一段 、飞 三段 、长兴组及黄龙 组 4个 工业 气层 ，下 三叠统 、二叠 系、下志 留统 3套气源岩。通过研 究不 同产气层 的气体 组分、烷烃碳 同位 素系列 、天然 气浓缩 轻烃特 征 认为，不 同产层的天然气均为有机 成 因，属高温裂解气 ；天 然气的 甲乙烷 碳 同位 素普遍存 在倒 转 即 艿 ” C 艿 ” C 。 ，主要是 由于煤成 气和 油型气的不 同源岩 的或不 同成熟度的气混合 的结果 ；天然气藏 中的混合 气 以腐泥型的油型气贡献 以主，少 量腐殖 型气，而石炭 系天 然气成 因主体属 志 留系烃源 岩所 生油 的二次 裂解水溶气。 [ 关键词]建南气田；气体组分特征；碳同位素系列；轻烃组成 [ 中图分类号]T E l 2 2 ． 1 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 0 8 0 4 0 0 3 7 0 6 建南气 田是中扬子区海相地层勘探 区中发现的唯一气 田[ 1 ] ，位于湖北省利川市和重庆市石柱县境 内，构造隶属四川盆地东缘川东褶皱带石柱复向斜 中部，为一狭长的梳状背斜 ，其构造轴线沿北东方向 延伸 ，两翼分别被太平镇逆断层和石圣一 跨石庙逆断层切割，有南北两个高点 ，地表出露侏罗系沙溪庙 组r 。该构造于 1 9 7 0年 1 1月在建 3井下三叠统飞仙关组飞三段获工业气流，由此拉开了建南构造上古 生界海相地层勘探的序幕[ ，至 1 9 8 1年共钻井 3 0 余 口，获工业气井 1 0余 口，以后近 2 0年进入开发阶 段 ；1 9 9 9 年至今 ，为扩大寻找增加 的探明地质储量 ，又重新展开了新一轮勘探 ，其中 2 0 0 0年于建南气 田南高点钻探了建平 1 井，在飞三段 目的层完井测试气产量 2 0 余万方。截至目前为止，预测建南气田 探明储量约 1 0 0 1 0 。 r f l 。 。笔者主要通过对天然气藏组分 、碳 同位素系列特征及天然气浓缩轻烃特征分 析探讨建南气田海相天然气藏的成因类型。 建南气田的产层和气源岩 1 ． 1天然气 产层 建南气 田纵向上共发现 4个工业气层 嘉一段 、飞三段、长兴组及石炭系黄龙组 、9 个 工业性气 藏 3个连片气藏和 6个孤立的裂缝系统气藏 。3个连片气藏分别是北高点石炭 系黄龙组地层一 构造复 合圈闭的层状气藏 、北高点长二段气藏为的生物礁岩性一 构造复合圈闭块状气藏、南 高点具有边水的飞 三段背斜圈闭层状气藏 。6个孤立裂缝系统分别为北高点的飞三段 4个气藏 、嘉一段 1个气藏、南高点 飞三段 1个气藏。因此 ，建南气 田是一个气藏类型多样的复合型气 田。 天然气组分均以甲烷为主 占 9 0 以上 ，次为 N 。 、C O。 ，乙烷 以上组分含量低 ，仅见少量 H。 S ， 、 但不同产层之间又存在细微的差别。如石炭系干燥 系数小于 1 0 0 ，气体组份 中普遍含有丙烷 表 1 ，而 其他层系不含此组分 ，同时氮气含量高 ，占 3 ． 7 2 ～4 ． 5 2 。如此高含量的氮气 ，按照 M B a p e K H H a的 分类 ，N。 含量小于 5 9 ， 6 为低 N。 气藏 ，常见天然气中氮的来源一般认为有生物来源、大气来源、岩浆来 源和变质岩来源等[ 2 ] 。分析原 因其应属生物气来源 ，是有机物中蛋白质发生水解形成氮基酸 ，氮基酸氧 [ 收稿日期]2 0 0 8 0 4 1 0 [ 作者简介]王韶华 1 9 6 7 一 ，男。 1 9 9 0 年大学毕业 ，高级工程师 ， 博士生。现主要从事海相油气勘探工作。 维普资讯 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 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 0 8 年 8月 化产生 NH。 ，NH。 分解为 N ，且与石炭系气层的成熟度有关 ，在生油高峰期圈闭捕获的天然气氮气含 量较高 ，而生油高峰之后捕获 的天然气氮气 含量相对较低 。其他 3个 层系天 然气干燥 系数均大于 3 0 0 ，且 C O 含量较氮气高 ，占 3 ． O ～1 2 ． 5 ，判断 CO 属有机成因 ，可能是碳酸盐岩在高温热解 以及被地下水 中酸类溶解过程 中生成 的。显然根据组分特征可 以判别该 区气 源可能来 自两种不同的气 源 岩 。 襄 1建 南 气 田气 分 析 组 分 特 征 表 序号 构造部位 井号 层位 组分含量／ CH4 C2 H6 C3 H8 C4 Hl o 北高点 北高点 南高点 南高点 南高点 南高点 北高点 北高点 北高点 建 3 1 建 3 2 建 3 5 建 6 1 建 3 5 建 3 8 建 4 4 建 1 3 建 4 9 9 8 ．1 3 9 5 ． 0 4 9 6 ． 5 8 9 3 ． 9 8 9 1 ． 0 5 8 3 ． 6 6 8 8 ．3 7 9 4 ．0 4 9 2 ．9 0 ． 2 3 0 ． 1 8 0 ． 1 2 0 ．1 3 0 ．1 7 0 ． 0 7 0． 0 6 1 ． 3 3 L 4 3 0 ． 2 6 0 ． 2 1 ． 2天 然气 源岩 特征 建南地区上古生界发育 3套高过成熟气源岩[ 5 ] ，即下三叠统大冶组 台地相的泥质灰岩、上二叠统吴 家坪组海陆过渡相的煤层和炭质页岩 、下二叠统 台地相的生屑灰岩和泥质条带灰岩 、下志留统广海陆棚 相的暗色泥页岩 ，其分布范围各不相同，下三叠统和二叠系气源岩只分布于石柱复向斜 ，而下志留统气 源岩遍及鄂西渝东区。 比较分析各气源岩特征 表 2 ，以二叠 系海相碳酸盐岩生 烃潜 力最大 ，生烃强度达 3 5 ． 5 4 1 0 。 m3 ／ k m2 ， 次为下志留统气源岩，二者均具备形成中、小型油气 田的基础 ，而上二叠统海陆过渡相的泥质 岩 含煤尽管有机碳含量高 ，但其厚度不大 ，生烃能力有限，下三叠统则有机碳含量不高 ，厚度亦不 大 ，生烃能力极弱。这与各产气层所对应的源岩对比结果极为符合 ，显然并非全部都是 自生 自储的。 表 2建南地区气源岩特征基 础数 据表 注 ；括号 内数字为样品数 。 2 天然气碳同位素特征 2 ． 1 甲烷碳同位素特征 在探讨天然气 的来源 、成因类 型时，应科学地综合分析各项地球化学指标 ，并 结合具体气藏的地 质、地球化学背景进行深入有机的剖析 。其 中天然气碳 同位素是主要 的判别指标之一[ ，据戴金星等 1 9 9 2 L 8 ] 认为，无机成因气的 8 n C l 值一般大于一2 O ‰；而有机成因气中的油型气 8 C 值一般大于 -- 3 0 ‰、 小于--5 5 ‰，煤成气 ” C 值一般大于一1 O ‰、小于--5 0 ‰。同时，8 C 。 值在我国广泛作为有 机成因气两大亚类的划分准绳[ g ] ，一般将 8 C 大于或等于 --2 8 ． 0 ％ o 张士亚等 ，1 9 8 8 作为煤成气的 判别标准[ 1 。根据上述标准，建南气 田 4个气层 的天然气均为有机成因气 表 3 。另从 C ／ C ～C 5 与 8 ” C 关系图看 图 1 ，均属于高温裂解气 。 ． 一 心 髂 心 0 化 一 1 1 1 1 1 1 ■1 口 u 4 一 “ 似 一 0 2 2 3 7 Z 7 0 0 ． ． 毛 T T n 维普资讯 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 第 3 0 卷第 4 期 王韶华等 建南气田海相天然气藏成因类型探讨 表 3建南气 田天然气碳同位素系列组成 特征表 大量理论 u 和实 际资 料[ ] 表 明， 天然气 甲烷碳 同位素 与成熟 度 R。 之间存在 良好 的对应 关系 。由于气源 岩干酪根 母质类 型 的不 同，8 ”C 一 R 。 关系也有 差别[ ” ] 。上述学者 的判 别模 型是针对 腐泥 型、腐殖型 端元类 型 回 归统计确定 的，其 应用于 过渡 型母质 所生天然气 及不 同母质类 型气 的混合 气有其 局限性 。尽 管该 区天然气 为多 源复合气 ，但从气 源岩 的产烃 能力看 仍然 以腐泥 型的油型气 贡献为 主 ，按 沈平等 1 9 9 1 [ 1 ] 建立的油型 气 8 ”C 一 R。回归方 程 8 ”C ‰≈ 2 1 ． 7 1 g R 。一4 3 ． 3 计算 ，下三叠统 、二叠系 天然气 中R。 值主体在 3 ． 1 6 ～3 ． 7 2 9 ／ 6 之间 ，较其气 源岩 的 R 。值 2 ． 6 7 一 U l 3 CH4 ／ ％0 A _ 生物气 ，B _ 生物改造气，C 一 生物一 热催化过渡气，I _ 原油伴 生气，E 一 凝析油伴生气，F - 高温裂解气。 图 1 建南油型气 6 ” C -与 C - ／ c ． ． 5 关系图 高，这与混有腐殖型气致使 8 ” C 值变重有关 ，但仍 具有很好的可 比性；而石炭系黄龙组 天然气 中 R 。 值主体在 1 ． 7 4 9 ／ 6 ～2 ． 3 9 9 ／ 6 之间，较其气 源岩的 R。 值 约 3 ． 2 O 9 ／ 6 左右差异极大 ，这与其为原油裂解气 而非干酪根裂解成气有关 。 庞雄奇等在建立了既适用于煤型气又适用于油型气母质来源的统一的判别公式n 5 ] l g R 。 一 ” C 1 B KTJ 一 1 5 ／ 8 5 B 。 一 B ／ A KT J一 1 5 ／ 5 A。 一 A 式 中， A。 、 B 。 、 A 、 B 为油型气 、 煤型气 。 C 与 R 。 模型中对应 的常数 ； KTI 为干酪根类型指数， 由天然气成 因类型指数 G TI 转换求出， KT I一 5 0 G TJ 1 ； GT J一一 1 0 ． 4 7 40 ． 0 9 7 3 5 I 。 C 】I 一0 ． 9 1 2 2 1 0 C 2 c 3 ／ C 1 7 ． 1 6 4 c f ／ c 1 0 ． 0 0 3 4 7 ／ 1 0 0 I ” c 1 I c 1 ／ C 2 c 3 。 经计算，建南气 田嘉一段、飞三段 、二叠系长兴组天然气 R。 值位于 1 ． 6 8 ～2 ． 9 5 之间，另据赵 孟军等研究[ 1 钉，按其所建立的原油裂解气 8 C 与 R。 关系式 8 nC ≈2 O ． 6 4 1 g R 。一4 8 ． 2 计算 ，石炭 系天然气 R。 在 3 ． 1 5 ～4 ． 2 6 之问，它们与其二叠系、下志留统气源岩的 R 。 值较相符。因此 ，比较建 南气 田嘉一段、飞三段、二叠系长兴组 、石炭系黄龙天然气成熟度 ，其 R。 值均大于 2 ． 0 9 ／ 5 ，相当于石 油演化的过成熟 阶级 ，属于高温裂解气 ，其 中石炭系产层天然气 可能为 志留系源岩生成油 的二次裂解 气。与石炭系黄龙组天然气 8 ”C 相对较轻而氮气含量相对较高 ，这与川东地 区石炭系普遍为水溶脱气 的晚期聚集的成藏模式有关这一结论相符[ 1 利。 维普资讯 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 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 0 8 年 8月 2 ． 2 碳 同位 素 系列 组成 特征 鉴于建南气 田上组合气源岩主要为下志留统盆地相泥质岩类 ，二叠系台地相碳酸盐岩 、沼泽煤及炭 质泥岩类 ，下三叠统台地相碳酸盐岩类 3套烃源层 ，因而形成的 4个工业性气层其烷烃碳 同位素系列各 具特点。主要表现为既存在烷烃气正碳 同位素系列 仅考虑 甲烷 、乙烷、丙烷 ，即烷烃气系列分子 碳同位素随分子碳数 的递增而依次递增 ，即 C 6 C 。 ，主要是由于煤成气和油型 气 的不同源岩的或不同成熟度 的气混合的结果 。 3 结合建南地区烃源岩 、天然气浓缩轻烃指纹参数特征，其天然气藏 中的混合气以腐泥型的油型 气贡献 以主 ，少量腐殖型气。 4 综合分析认 为，建南气田石炭系产层天然气主体属志留系烃源岩所生油 的二次裂解水溶气。嘉 一 段、飞三段 、长兴组产层天然气属二叠系碳酸盐岩 、泥质岩烃源岩所生的} 昆合气 。 维普资讯 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 4 2 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 0 8年 8月 [ 参考文献] [ 1 3汪仕忠 ．江汉油 田勘探志 1 9 5 8 2 0 0 0年[ M] ．北京 石油工业 出版社 ，2 0 0 1 ． 8 5 ～1 4 5 ． [ 2 3杜建国 ，刘 文汇，邵波 等 ．天然气 中氮的地球化学特征 [ J ]．沉积学报 ，1 9 9 6 ，1 4 1 ；1 4 3 ～1 4 7 ． [ 3 3陈世加 ，付晓文，沈昭国 等 ．塔里木 盆地 中高 氮 天然气的成 因及其与 天然气聚集 的关 系 [ J ]．沉 积学报 ，2 0 0 0 ，1 8 4 ；6 1 5 ～ 61 8 ． [ 4 3刘文汇，徐永 昌 ．天然气成 因类 型及判 别标志 [J ]．沉 积学报 ，1 9 9 6，1 4 1 1 1 O ～ 1 1 6 ． [ 5 3廖曦 ， 何绪权 ．影 响石 柱地 区天然气成藏因素分析 [ J]．天然气勘探与开发 ，1 9 9 9 ，9 3 6 2 9 6 3 2 ． [ 6 ]徐永 昌 ．天然气成 因理论及其应用 [ M ]．北京 科 学出版社 ，1 9 9 4 ． 9 7 ～1 0 1 ． [ 7 3戴金星 ．天然气碳氢同位素特征和各类天然气鉴别 [ J ] ．天然气地球科学 ，1 9 9 3，4 2 3 1 ～4 O ． [ 8 3戴金星 ．中国煤成气研究二十年的重大进展 [ J ] ．石油勘探与开发 ，1 9 9 9，2 6 3 1 ～1 0 ． [ 9 3陈荣书 ．天然气地质学 [ M]．武 汉 中国地质大学出版社 ，1 9 8 9 ． 1 1 O ～1 1 6 ． [ 1 0 3张士亚 ， 周瑾 ．我国天然气 的成因分类 [A]．石 油与 天然气地质文集 [C ]．北京 地 质出版社 ，1 9 9 4 ． [ 1 1 3宋岩 ，徐 永昌 ．天然气成因类型及其鉴别[ J ] ．石油勘探与开发 ，2 0 0 5，3 2 4 2 4 2 8 ． [ 1 2 ]戴金星 ．各类天然气的成因鉴别 [ J ]．中国海相油气 地质，1 9 9 2， 1 t I I ～1 9 ． [ 1 3 ]王涛 ．中国天然气地质理论基础与实践 [ M]．北京 石油工业 出版社 ，1 9 9 7 ． 1 0 6 4 ． [ 1 4 ]沈平 ， 徐永 昌 ．天然气成因类型及其鉴别 [ J ]．地球化学 ，1 9 9 1， 2 1 4 4 ～1 5 1 ． [ 1 5 ]庞雄奇 ，周海燕 ，李建青 等 ．判别混源气母质转化程度的定量模 式及其应 用 [ J ]．石油学报 ，2 0 0 0 ，2 1 5 t 1 6 2 1 ． [ 1 6 3赵孟军 ，卢双舫 ．原油二次裂解气天然气重要 的生成途径[ J ]．地质论评 ，2 0 0 0 ，4 6 6 6 4 5 6 5 0 ． [ 1 7 3李一平 ．四川盆地 已知大 中型气 田成藏条件研究 [ J ]．天然气工业 ，1 9 9 6 ，1 6 增刊 1 ～1 2 ． [ 1 8 ]戴金星 ，夏新 宇，卫延 召 等 ．四川盆地天然气 的碳同位素特征 [ J ]．石 油实验地质 ，2 0 0 1 ，2 3 2 1 1 5 ～1 2 1 ． [ 1 9 3戴金星 ，宋岩，张厚福 等 ．中国天然气聚集区带 [ M]．北京 科学出版社 ，1 9 9 7 ．1 7～5 6 ． [ 2 o 3 T h o mp s o n K F M．C l a s s i fi c a t i o n a n d t h e r ma l h i s t o r y o f p e t r o l e u m b a s e d o n l i g h t h y d r o c a r b o n s[J] ．Ge o c h i mi c a e t C o s mo c h i mi c a Ac t a，1 9 83 ，4 7 2 3 O3 ～ 3 1 6 ． [ 2 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 ． [ 2 2 ]Ma n g o F D．Th e o ri g i n o f l i g h t h y d r o c a r b o n s i n p e t r o l e u m l rin g p r e r e n c e i n t h e c l o s u r e o f c a r b o c y c l i c r i n g s[ J]．G e o c h i m C o s mo c h i m Ac t a ，1 9 9 4，5 8 5 8 9 5 9 0 1 ． [ 编辑] 深谷 维普资讯 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