中國(guó)煤成氣濕度和成熟度關(guān)系

戴金星，倪云燕，張文正，黃士鵬，龔德瑜，劉丹，馮子齊

（1. 中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院；2. 中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司石油勘探開(kāi)發(fā)研究院）

中國(guó)煤成氣濕度和成熟度關(guān)系

戴金星1，倪云燕1，張文正2，黃士鵬1，龔德瑜1，劉丹1，馮子齊1

（1. 中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院；2. 中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司石油勘探開(kāi)發(fā)研究院）

鑒于煤成氣組分中分子種類少、分子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、分子量小、分子直徑小、易擴(kuò)散且易長(zhǎng)途運(yùn)移，確定氣源巖成熟度可利用的科學(xué)信息較少、難度大的問(wèn)題，研究天然氣濕度和氣源巖成熟度的相關(guān)性。通過(guò)分析中國(guó)鄂爾多斯、四川、渤海灣、瓊東南、準(zhǔn)噶爾和吐哈盆地49口煤成氣井天然氣組分中分子種類最多、含氣量最大的烷烴氣組合的濕度及其與氣源巖Ro值的關(guān)聯(lián)性，發(fā)現(xiàn)隨Ro值增大，天然氣濕度變小，二者呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，據(jù)此得出中國(guó)煤成氣濕度與成熟度的關(guān)系，從而快速獲取氣源巖Ro值，為確定氣源巖層位和天然氣資源評(píng)價(jià)提供重要科學(xué)依據(jù)。圖2表1參11

煤成氣；濕度；成熟度；氣源巖；天然氣資源評(píng)價(jià)

0 引言

煤成氣是中國(guó)天然氣儲(chǔ)量和產(chǎn)量的主體[1-3]。截至2013年底，中國(guó)共發(fā)現(xiàn)天然氣探明儲(chǔ)量大于等于300×108m3的大氣田51個(gè)，其2013年天然氣總產(chǎn)量為922.72×108m3，占全國(guó)天然氣總產(chǎn)量的76.3%，其中煤成氣大氣田產(chǎn)量為710.13×108m3，占全部大氣田總產(chǎn)量的76.96%[4]。所以煤成氣的研究在中國(guó)天然氣研究中具有重要意義。

由于天然氣存在組分中分子種類少、分子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而缺少異構(gòu)體、分子量小、分子直徑小、易擴(kuò)散、運(yùn)移距離比石油遠(yuǎn)得多等特點(diǎn)，致使其可供研究的科學(xué)信息有限而造成研究難度大。然而，天然氣（煤成氣）組分中一般含量最大、分子種類最多且具有相似結(jié)構(gòu)和成因的烷烴氣（CH4、C2H6、C3H8、C4H10和C5H10）組合的濕度（W = C2—5/C1—5），比天然氣中其他種類分子信息量大，利于相關(guān)問(wèn)題的探索。同時(shí)天然氣組分分析往往是氣井天然氣分析的首要工作，是基層單位可以分析的基本項(xiàng)目，故濕度是最易獲取的數(shù)據(jù)。因此，濕度的研究是深化天然氣研究的一個(gè)重要途徑和手段。

Stahl、戴金星、劉文匯等[5-7]研究了天然氣δ13C1值與氣源巖Ro值的關(guān)系，得出δ13C1-Ro關(guān)系式，對(duì)天然氣研究具有重要貢獻(xiàn)。利用天然氣δ13C1值，可以推算出氣源巖Ro值，為天然氣勘探確定氣源巖提供了重要支撐。但是由于基層單位一般沒(méi)有測(cè)定δ13C1值的手段，使δ13C1值無(wú)法快速獲取。因此，若能確定天然氣濕度和氣源巖成熟度的相關(guān)規(guī)律性，可在氣井現(xiàn)場(chǎng)或者基層單位迅速獲得氣源巖成熟度信息，為天然氣資源評(píng)價(jià)提供科學(xué)支撐。

1 煤成氣W-Ro關(guān)系

基于中國(guó)鄂爾多斯、四川、渤海灣、瓊東南、準(zhǔn)噶爾和吐哈盆地49口井的W、Ro和碳同位素資料[8-10]（見(jiàn)表1），利用δ13C1-C1/C2+3鑒別圖（見(jiàn)圖1）[11]對(duì)49口井天然氣母質(zhì)類型進(jìn)行鑒別，確定全部井天然氣均為來(lái)自Ⅲ型、Ⅱ2型干酪根的煤成氣，其Ro值為0.59%～2.54%，涵蓋低成熟、成熟、高成熟、過(guò)成熟整個(gè)熱演化階段；濕度為0.45%～36.61%，隨Ro值增大，濕度變小。根據(jù)表1編制了煤成氣W-Ro關(guān)系圖（見(jiàn)圖2），從而導(dǎo)出W-Ro關(guān)系式：

表1 中國(guó)不同盆地煤成氣烴源巖Ro值、天然氣濕度和碳同位素組成數(shù)據(jù)表

煤成氣濕度的變化是烷烴氣中各種分子熱力學(xué)性質(zhì)不同導(dǎo)致的，隨氣源巖溫度增加（Ro增大），其生成的天然氣中高碳數(shù)分子逐漸減少甚至缺失，說(shuō)明W和Ro存在相關(guān)性。根據(jù)W-Ro關(guān)系式，若已知天然氣W值則可推導(dǎo)出氣源巖Ro值。特別是在勘探新區(qū)，在獲得煤成氣濕度后就可推算得到Ro值，這為確定煤成氣烴源巖層位和天然氣資源評(píng)價(jià)提供了重要科學(xué)支持，具有重要實(shí)踐和科學(xué)意義。

圖1 δ13C1-C1/C2+3鑒別圖（據(jù)文獻(xiàn)[11]修改）

圖2 中國(guó)煤成氣W-Ro關(guān)系圖

2 結(jié)論

由于煤成氣組分具有分子種類少、分子結(jié)構(gòu)單一且缺少異構(gòu)體、分子量小等特點(diǎn)，造成煤成氣地球化學(xué)研究中信息量比原油少得多，故研究難度大。煤成氣組分中烷烴氣（CH4，C2H6，C3H8，C4H10和C5H10）是具有相似結(jié)構(gòu)和成因的不同種類分子，其具有隨熱演化程度增加（即Ro值的增大），高碳數(shù)分子逐漸減少甚至缺失的特征，所以濕度與Ro值應(yīng)存在相關(guān)性。本文研究利用煤成氣的濕度（W=C2—5/C1—5）和氣源巖Ro值的關(guān)聯(lián)性，首次提出兩者關(guān)系式：Ro=-0.419lnW+ 1.908。

由于天然氣組分是天然氣探井最先分析可得到的基礎(chǔ)資料，因此濕度往往是最易獲得的天然氣參數(shù)，利用該參數(shù)應(yīng)用（1）式，即可獲得氣源巖Ro值，從而確定氣源巖層位，為天然氣勘探和天然氣資源評(píng)價(jià)提供理論支撐，具有重要實(shí)踐和科學(xué)意義。

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（編輯 魏瑋 王大銳）

Relationships between wetness and maturity of coal-derived gas in China

DAI Jinxing1, NI Yunyan1, ZHANG Wenzheng2, HUANG Shipeng1, GONG Deyu1, LIU Dan1, FENG Ziqi1
(1. PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development, Beijing 100083, China; 2. PetroChina Changqing Oil Company, Xi’an 710021, China)

Owing to its limited homologous, simple structure, small molecular weight and radius, natural gas could diffuse easily and migrate in a long distance, which greatly increases the difficulties of the study of source rock maturity. So in this paper we study the relationship between natural gas wetness and source rock maturity. Based on 49 coal-derived gas samples from the Ordos, Sichuan, Bohai Bay, Qiongdongnan, Junggar and Turpan–Hami basins in China with integral molecular series, it is discovered that the wetness of natural gas decreases with the maturity (Ro) of source rock. The negative correlation between wetness and maturity was established. Since the wetness could be easily acquired, the Rocould be quickly calculated based on the relationship, which provides important basis for gas source definition and resource evaluation.

coal-derived gas; wetness; maturity; gas source rock; gas resource evaluation

中國(guó)石油天然氣股份有限公司科技管理部項(xiàng)目（2014B-0608）

TE122

A

1000-0747(2016)05-0675-03

10.11698/PED.2016.05.01

戴金星（1935-），男，浙江溫州人，中國(guó)科學(xué)院院士，中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事天然氣地質(zhì)與地球化學(xué)研究工作。地址：北京市海淀區(qū)學(xué)院路20號(hào)，中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院院部，郵政編碼：100083。E-mail: djx@petrochina.com.cn

2016-04-05

2016-08-08