柴達(dá)木盆地YS1井巖屑?xì)饨M成特征及天然氣來源*

張博為

(西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 四川成都)

柴達(dá)木盆地YS1井巖屑?xì)饨M成特征及天然氣來源*

張博為

(西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 四川成都)

鉆進中巖屑?xì)庵袩o機和有機氣體組成的快速測定及評價,對油氣勘探有重要意義,目前僅有巖屑?xì)庵袩N類檢測方法。利用氣相色譜技術(shù),采用2根填充柱(5A型分子篩和Porapak Q)、2種載氣(He、N2)、3次進樣(分析O2、N2、CH4組分;分析H2、He組分;分析烴氣、CO2組分)、外標(biāo)法和面積歸一化法測定巖屑?xì)饨M成。實驗分析和現(xiàn)場應(yīng)用研究結(jié)果表明,巖屑?xì)庵袩o機和烴類氣體組分都得到了很好的分離,巖屑?xì)饨M成測定方法的準(zhǔn)確度高、重復(fù)性好;柴達(dá)木盆地北緣YS1井巖屑?xì)饧疤烊粴庵饕M成為氮氣和甲烷,屬于富氮或高氮天然氣,為過成熟煤型氣,來源于深部侏羅系烴源巖。

巖屑?xì)?氣相色譜;無機氣組分;烴氣;評價

0 引 言

在石油天然氣勘探鉆井過程中,及時準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)評價油氣層至關(guān)重要。地質(zhì)氣測錄井檢測的是鉆井液(鉆井液吸附攜帶的地層氣體)中的甲烷到戊烷、全烴、二氧化碳等含量,巖屑罐頂氣輕烴等檢測的巖屑?xì)庵休p烴組分,這些方法在識別地層流體性質(zhì)及油氣評價等油氣勘探中發(fā)揮了重要作用[1～3]。由于鉆進中鉆井液攜帶地層流體上返過程中存在擴散作用,尤其是氣層越好壓力越大、氣體在鉆井液中擴散越嚴(yán)重,地質(zhì)氣測錄井不一定能完全反映地下某段巖層中油氣狀況,同時,上述檢測方法都不能檢測巖屑?xì)庵杏袡C和無機及氮氣氦氣的組成,而地層中的無機和烴類氣體組成,是油氣勘探評價及成藏研究的重要指標(biāo)。

1 地質(zhì)背景及實驗樣品

YS1井是柴達(dá)木盆地北緣鴨湖構(gòu)造的一口預(yù)探井,鉆遇上第三系地層的獅子溝組(N23)、上油砂山組(N22)、下油砂山組(N21)、上干柴溝組(N1),鉆探的主要目的是搞清柴北緣鴨湖構(gòu)造上第三系的生烴潛力和含油氣性。為快速評價上第三系的含油氣性及性質(zhì),根據(jù)勘探鉆井現(xiàn)場氣測情況,取氣顯示井段振動篩前的新鮮巖屑(占取樣罐容積的80%),快速裝入取樣罐中,加入清水(占取樣罐容積的10%),加蓋密封,填寫標(biāo)簽,倒置,取實驗樣品20件。

2 實驗方法

1)儀器

GC-14C色譜儀(日本島津公司,帶有TCD熱導(dǎo)檢測器)和化學(xué)工作站,色譜填充柱。

2)樣品處理

在取氣檢測前,充分搖晃罐體1 min,靜置10 min以上,向取樣罐注入清水,用注射器取出巖屑?xì)狻?/p>

3)儀器分析條件

(1)巖屑?xì)庵蠴2、N2、CH4組分分析條件

載氣:He,流量30 mL/min;

TCD橋流150 mA,溫度70℃;

色譜柱:2 m×3 mm、填充5 A分子篩,柱溫40℃。

(2)巖屑?xì)庵蠬2、He組分分析條件

載氣:N2,流量30mL/min;

TCD橋流100 mA,溫度30℃;

色譜柱:2 m×3 mm、填充5 A分子篩,柱溫40℃。

(3)巖屑?xì)庵袩N類、CO2、H2S組分分析條件

載氣:He,流量30 mL/min;

TCD橋流150 mA,溫度70℃;

色譜柱:3 m×3 mm,填充Porapak Q,柱初始溫度60℃、恒溫2 min、以8℃/min升到240℃。

氫和氦組分色譜圖、氧氮甲烷組分色譜圖以及烴氣和二氧化碳組分色譜圖如圖1、圖2和圖3所示。

圖2 氧氮甲烷組分色譜圖

圖3 烴氣和二氧化碳組分色譜圖

4)數(shù)據(jù)處理

(1)定性

采用標(biāo)樣(組分N2、H2、He、CO2、CH4～C5H12)保留時間等定性。

(2)數(shù)據(jù)計算

地層天然氣中應(yīng)無O2,若樣品中檢測出,一般是取樣分析過程中混入空氣,計算時扣除巖屑?xì)庵蠴2,利用空氣中N2和O2關(guān)系扣除混入巖屑?xì)庵械腘2。采用外標(biāo)法和歸一化法定量。

巖屑?xì)庵蠬e、H2外標(biāo)法定量:

式中:CHe為巖屑?xì)庵蠬e摩爾百分含量;A1為樣品中He峰面積值;Ab1為He標(biāo)樣峰面積值;Sb1為He標(biāo)樣量;CH2為天然氣中H2摩爾百分含量;A2為樣品中H2峰面積值;Ab2為H2標(biāo)樣峰面積值;Sb2為H2標(biāo)樣量;S為樣品量。

式中:K1為Porapak Q和分子篩填充柱分析組分的換算系數(shù);K2為計算系數(shù);Ci為第i個組分的摩爾百分含量(不包括He、H2、N2);CN2為N2的摩爾百分含量;Ai(混合峰)為Porapak Q柱測定時O2、N2、CH4的混合峰;Ai(O2+N2+CH4)為5A分子篩柱測定時O2、N2、CH4的峰面積值之和;Ai為第i個組分的峰面積值(不包括He、H2);Si為第i個組分的相對校正因子(不包括He、H2);AO2為K1×O2的實測峰面積;AN2為K1×N2的實測峰面積。

3 實驗結(jié)果與討論

1)精確度

(1)準(zhǔn)確度

標(biāo)準(zhǔn)氣多次測定結(jié)果與真值比較的誤差都小于0.20%(摩爾分?jǐn)?shù)),說明方法測定數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。如標(biāo)準(zhǔn)氣某次測定見表 1,誤差最大為 0.14%、最小為0.01%。

表1 準(zhǔn)確度測定結(jié)果(%)

(2)重復(fù)性

同一巖屑?xì)鈽悠范啻沃貜?fù)分析的差值都小于0.20%(摩爾分?jǐn)?shù)),樣品分析的重復(fù)性好。如YS1井2 518 m～2 520 m巖屑?xì)鈽悠分貜?fù)性測定結(jié)果見表2,差值最大為0.11%、最小為0.00%(摩爾分?jǐn)?shù))。

表2 重復(fù)性測定結(jié)果(%)

2)巖屑脫氣時間實驗結(jié)果

新鮮巖屑由于脫離地下原始環(huán)境(壓力、溫度、地層)降壓脫氣而聚集于取樣罐頂部空間,加入清水和搖晃取樣罐有利于巖屑脫氣。從YS1井不同脫氣時間實驗結(jié)果看,見表3,巖屑在取樣罐中脫氣是一個動態(tài)平衡過程,巖屑?xì)庵懈鹘M分在1 h內(nèi)逐漸達(dá)到某一相對恒定值即脫氣達(dá)到平衡,這時檢測的巖屑?xì)饨M成數(shù)據(jù)最準(zhǔn)確,故巖屑裝入取樣罐1 h后方可取氣分析。

表3 巖屑脫氣時間實驗結(jié)果(%)

3)巖屑?xì)饨M成特征及天然氣來源

(1)巖屑?xì)饨M成特征

從柴達(dá)木盆地北緣Ys1井巖屑?xì)饨M成色譜測定結(jié)果看出,見表4,氣組成含量變化范圍為甲烷3.37%～61.13%、乙烷0.00%～0.08%、氮氣38.57%～96.04%、二氧化碳0.01%～1.78%、氫氣0.00%～0.62%,主要組分為氮氣和甲烷,為富氮或高氮天然氣,氫含量相對較高,C1/C2＞700,甲烷占烴氣組分的99%以上,屬于干氣。

(2)天然氣成因及來源分析

表4 巖屑?xì)鈽悠返臏y定及評價結(jié)果(%)

柴達(dá)木盆地北緣天然氣為煤系成因氣,主要特征是組分碳同位素相對偏重,δ13C1變化在 -22‰～39‰,一般重于-30‰[5、6],天然氣組分中甲烷含量較高,主要來自侏羅系中、下統(tǒng)的含煤烴源巖,其中鴨湖構(gòu)造和堿山構(gòu)造等氣源巖Ro大于2.0%,處于過成熟階段,鴨湖構(gòu)造天然氣δ13C1變化在-22‰～27‰。

YS1井3 184 m～3 186 m、4 890 m～4 893 m巖屑?xì)饨M分同位素δ13C1分別為-23.4‰、-26.5‰,有過成熟煤型氣特征,推斷烴源巖Ro大于3.0%、來自深層侏羅系烴源巖。

YS1井為富氮或高氮天然氣。氮氣是天然氣中最常見的非烴組分之一,含量一般小于10%,天然氣中氮的來源一般認(rèn)為有大氣成因[4]、地?；虻貧ど畈砍梢騕5～7]、有機成因。大氣成因的是由于地表水與地下水的循環(huán)作用,將大氣中的氮氣帶入地下并析出進入氣藏或儲集層,這類成因的氮氣往往富集在淺部地層,另外,煤層中天然氣(一般都在200 m～800 m)氮氣含量較高,高的可達(dá)90%以上,一般也屬于大氣成因;地?；虻貧ど畈康母坏蚋叩獨馓烊粴馔c高氦氣及二氧化碳含量正相關(guān);有機成因是天然氣中氮氣的主要來源,即在巖石分散有機質(zhì)的氮化物或石油氮化物的生物化學(xué)改造過程或熱催化改造過程生成的,生物氣相對油型氣更富含氮氣;沉積有機質(zhì)在過成熟階段(溫度超過300℃、Ro大于3.0%)裂解產(chǎn)生的氮氣是富氮或高氮天然氣的主要來源[7～9],由于巖石對氮氣和甲烷的吸附能力及在水中的溶解度差異大,它們的混合氣體經(jīng)過1 000 m運移以后,氮氣濃度比甲烷濃度可提高6%～18%,天然氣通過運移,氮氣的濃度最大可提高22～25%。從YS1井巖屑?xì)饨M成分析(表4)看,都未檢測到氦氣、二氧化碳含量低,說明不是地幔或地殼深部成因;從由淺層到深層氮氣含量較高看,大氣成因的可能性不大。

綜上所述,YS1井天然氣為過成熟煤型氣,富氮或高氮天然氣是侏羅系烴源巖有機質(zhì)裂解、長距離(運移距離在10 000 m以上)運移所致。另外,圈閉在生油高峰期捕獲的天然氣中氮氣含量較高,生油高峰之后捕獲的天然氣氮氣含量較低,據(jù)此可用來研究天然氣成藏[6]。

4 結(jié) 論

1)巖屑?xì)饨M成氣相色譜測定方法,具有準(zhǔn)確性高、分析數(shù)據(jù)可靠、簡便、快速等特點,適合于鉆井現(xiàn)場的快速測定及評價。

2)柴達(dá)木盆地北緣 YS1井巖屑?xì)饧疤烊粴庥蔁o機組分氮氣、二氧化碳、氫氣和有機組分甲烷、乙烷組成,屬于干氣,為富氮或高氮天然氣,具有過成熟煤型氣特征,是深層侏羅系烴源巖有機質(zhì)裂解和天然氣長距離運移發(fā)生有效的地質(zhì)色層分離作用的結(jié)果,為柴北緣地區(qū)及天然氣成藏和成因研究、確定非烴天然氣及成因、勘探評價等油氣勘探提供了新依據(jù)和方法。

[1] 方錫賢,程 巖,熊玉芹,等.P2井特殊烴組分氣測異常顯示層探討[J].錄井工程,2006,17(1)

[2] 鮑云杰,劉金玲,金玄德.巖屑?xì)夥治黾夹g(shù)在油氣層評價中的應(yīng)用[J].錄井工程,2006,17(3)

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[7] 劉全有,劉文匯,Kroo ss B M,等.天然氣中氮的地球化學(xué)研究進展[J].天然氣地球科學(xué),2006,17(1)

Composition characteristic of the detritus gas and origin of natural gas in YS1 well of Qaidam basin.

Zhang Bowei.

The detritus gas compositions are an important parameter to the exploration of oil and gas in well drilling.A gas chromatographic method is developed for the detritus gas compositions.The detritus gas compositions Determines by using two packed column(5A type molecular sieve and Porapak Q)and three inject sample(Analysis compositions of the O2and N2and CH4,of the H2and He,of the hydrocarbons gas and CO2and H2S)and external standard method and area normalization method.The results of experimental analysis and application show that all the good separation of the inorganic and hydrocarbons gas components in the detritus gas,and high degree of accuracy and repeatability of the determination method,The detritus gas and natural gas are natural gas with rich and high nitrogen in the Ys1 well of the Noth of the Qaidam basin,It is the post mature coal-related gas and to originate in deep source rock of the Jurassic.

detritus gas;gas chromatography;inorganic gas components;hydrocarbons gas;evaluation

TE271

B

1004-9134(2011)05-0058-04

國家重點基礎(chǔ)發(fā)展規(guī)劃“973”項目(編號2006CB701404)資助的成果

張博為,男,1989年生,西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院在讀碩士,地球化學(xué)專業(yè)。郵編:610500

2011-06-28編輯高紅霞)

PI,2011,25(5):58～61

·開發(fā)設(shè)計·