应用重烃气体组成和碳同位素特征判识天然气来源及其运移方向的研究

Accurately recognized the source and migration of the natural gas this not only improve the success rate of hydrocarbon exploration but also is the basis of study for hydrocarbon accumulation. Currently, geochemical method relatively simple when recognize the source and migration of the natural gas and can have multiple interpretations, so more difficult application in production and there are many scientific issues to be resolved. Heavy hydrocarbon gases contain a wealth of geochemical information and slowly diffusion, low water-soluble, isomers anti-biodegradable, so its ideal study subject. The project by combination of geological practice and simulation experiment way, on one hand, when single component，mixed multicomponent gases go through different reservoir and different thermal evolution of source rocks, research the changes of gas carbon isotopic and component in laboratory; on the other, analyze and summarize the gas geochemical characteristic of heavy hydrocarbon gases in large gas fields such as Tarim, Ordos basin and so on. By combining the simulation experiments and geological practice, hope to establish the theory of application heavy hydrocarbon gases for recognize sources and migration direction of natural gas.

正确地判识天然气的来源和运移方向不仅可以提高油气勘探的成功率，而且是进一步研究油气藏形成机理的基础。目前判识天然气来源和运移方向的地球化学方法比较单一，且多解性强，已经很难满足生产和科研的需要。重烃气体蕴含着相对丰富的地球化学信息，且相对不易扩散、水溶性低、存在抗生物降解的同分异构体，所以是理想的研究对象。本项目通过模拟实验与地质实践相结合的研究方式，一方面在室内模拟单组份、混合组份气体通过输导条件不同的储集层以及烃源岩不同热演化阶段所发生的碳同位素和组份的变化特征，另一方面分析总结塔里木、鄂尔多斯等盆地典型大气田所产天然气中重烃气体的地球化学特征，通过这两方面相互验证的研究，将应用重烃气体组分和碳同位素特征判识天然气来源和运移方向的理论逐步完善并应用到实践中。

天然气中甲烷和乙烷的相对含量及其碳、氢元素同位素特征是判识天然气来源和运移方向的最常用的技术手段。由于它们分子较小、结构简单、来源多样，在实际应用中多解性较强。分子直径相对较大、结构相对复杂的重烃气体蕴含着更多的地球化学信息，有望在油气勘探中得到更多的应用。其中，丁烷仅在判识微生物降解原油或天然气的领域有较成熟的理论和实践应用，在判识天然气运移路径方面应用的还比较少。基于分子直径、极性、原始组成、输导空间的差异，必然引起丁烷由“源”至“储”产生组分和同位素的分异，这种变化将为我们勘探天然气和石油提供有益帮助。.本项目的主要研究内容包含以下两个方面：.1.塔里木、鄂尔多斯、渤海湾盆地奈曼凹陷天然气地球化学特征，结合储层岩性和孔隙特征，分析了天然气经历从“源”至“储”运移过程后组分和碳同位素产生的变化和原因。.2.塔里木、柴达木、羌塘和漠河等盆地烃源岩的有机地球化学特征，分析了烃源岩的类型、成熟度、生气潜量和生物标志物等参数，通过与重点盆地天然气地球化学特征对比分析，判识气源岩和气体组成之间的对应关系。.本项目取得的重要结果如下：.1.丁烷的组成和碳同位素特征可判识天然气的成因类型。腐泥型天然气异丁烷/正丁烷的值小于0.8，δ13C异-丁烷<–27‰，δ13C正-丁烷<–28.5‰；腐殖型天然气异丁烷/正丁烷的值大于0.8，δ13C异-丁烷>–24‰，δ13C正-丁烷>–26‰。.2.正丁烷和异丁烷碳同位素的差值可判识天然气的成熟度。通常，δ13C异-丁烷–δ13C正-丁烷大于0时，腐泥型天然气的成熟度大于2.4%，腐殖型天然气的成熟度大于；该差值小于0时，腐泥型天然气的成熟度小于1.1%，腐殖型天然气的成熟度小于0.8%。.3.异丁烷/正丁烷的值可指示天然气的运移方向。在碎屑岩输导层中沿运移方向iC4/nC4值减小；通过盖层散失或是在碳酸盐岩风化壳中运移的天然气沿运移方向iC4/ nC4值增加。.4.漠河盆地的浅变质烃源岩有机质类型为Ⅲ型，烷烃、烯烃、甾类和萜类等生物标志物未遭受破坏，可用来判识烃源岩沉积环境和母质来源。粉砂质泥岩中的吸附气中可检测出丁烷，异丁烷/正丁烷的值较高，指示气体来源于Ⅲ型干酪根。