CN104749322A - 一种高过成熟天然气气源判识的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高过成熟天然气气源判识的方法。该方法包括测试分析天然气、储层沥青和烃源岩的地球化学特征，建立天然气-储层沥青-烃源岩之间的成因联系，判识得到高过成熟天然气气源的步骤。本发明的高过成熟天然气气源判识的方法以储层沥青为核心切入点，将储存沥青作为联系“气”和“源”的纽带和桥梁，建立起天然气-储层沥青-烃源岩三个端元的成因关系，实现高过成熟天然气气源的综合判识，解决目前尚无相应可应用的技术的现状，满足了叠合盆地深层油气勘探中关于高过成熟天然气气源对比、复杂成藏过程恢复、高过成熟区资源潜力评价、古老海相地层勘探选区等实际生产需求。

Description

一种高过成熟天然气气源判识的方法

技术领域

本发明涉及一种高过成熟天然气气源判识的方法，属于石油天然气勘探中的地质-地球化学技术领域。

背景技术

高过成熟天然气是我国叠合盆地深层海相层系重要的资源类型。随着油气工业的发展，天然气在能源结构中所占的比重越来越大。而我国叠合盆地深层的高过成熟天然气是天然气资源的主体，因而其气源判识、资源潜力评估、成藏过程恢复等问题越来越受到重视。

众所周知，我国陆上含油气盆地多是叠合盆地，普遍发育深层海相地层和中浅层海陆过渡相-陆相地层两大套组合。深层海相层系分布范围广、沉积厚度大、埋藏深、演化历史长，其中赋存的有机质演化程度高，普遍达到了高过成熟阶段(镜质体反射率Ro一般大于2％)。从有机质演化序列看：一方面，到达高过成熟阶段的烃源岩干酪根已经跨越“生油窗”进入干酪根热降解气阶段；另一方面，早期形成的多种赋存状态的液态烃，包括富集型液态烃(古油藏)、滞留在源岩内的分散液态烃、在运移途径(断裂带、不整合面、输导层等)上呈半聚半散型分布的液态烃，也都达到了热裂解生气阶段。所有这些干酪根热降解气、液态烃裂解气都是高过成熟天然气。因此，我国叠合盆地深层广大海相层系赋存的烃类资源的主体是高过成熟天然气。随着勘探深度的加大、勘探范围的拓展，深层高过成熟天然气已经成为陆上油气勘探重要的接替领域。如何解决这些高过成熟天然气的气源判识、成藏过程恢复等基础难题，已经成为制约深层油气勘探的关键问题。

常规的油气源对比主要依靠生物标志物等对比指标，建立油气与烃源岩之间的关系，从而确定主力烃源。然而，高过成熟有机质中的生物标志物对比指标已经基本平衡或失效，难以有效区分不同烃源岩对油气的供给和贡献；高过成熟天然气往往表现为干气，其组分以甲烷为主体，丙烷、甚至乙烷等组分含量甚微，其所蕴含的成因及成藏信息十分有限。因此，常规的油气源对比方法和指标对于高过成熟天然气来说是不适用的。因此，如何识别成为亟待解决的技术难题。

发明内容

鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种高过成熟天然气气源判识的方法，能够判识高过成熟天然气气源。

本发明的目的通过以下技术方案得以实现：

一种高过成熟天然气气源判识的方法，其包括测试分析天然气、储层沥青和烃源岩的地球化学特征，建立天然气-储层沥青-烃源岩之间的成因联系，判识得到高过成熟天然气气源的步骤。

上述的判识得到高过成熟天然气气源是指通过成因联系，得到作为高过成熟天然气气源的烃源岩，该烃源岩及其所在区域的烃源岩即是对应的测试天然气的气源。

本申请和总成因联系是一种指向关系，建立天然气-储层沥青-烃源岩之间的成因联系，即为了得到天然气的来源与储层沥青的来源的指向相同，都是指向同一烃源岩气源这一来源。

上述的高过成熟天然气气源判识的方法中，优选的，该方法包括如下步骤：

采集目的层天然气样品、储层沥青样品和烃源岩样品；

测试得到天然气样品的地球化学特征，所述天然气的地球化学特征包括气体组分特征、单体烃碳同位素特征、惰性气体含量及其同位素特征；

测试得到储层沥青样品的地球化学特征，所述储层沥青的地球化学特征包括显微特征、蕴含的生物标志物特征、元素特征、同位素特征；

测试得到烃源岩样品的地球化学特征，所述烃源岩的地球化学特征包括显微特征、蕴含的生物标志物特征、干酪根的元素和同位素特征；

根据天然气样品、储层沥青样品和烃源岩样品的地球化学特征，将测试分析数据分类归纳，回归各类数据间的相关性；

将天然气样品的地球化学特征与储层沥青样品的地球化学特征进行对比，寻找是否含有数值相同或差值在±1％的指标，如含有，即认为对应的天然气样品和储层沥青样品有成因联系，反之则没有成因联系；将储层沥青样品的地球化学特征与烃源岩样品的地球化学特征进行对比，寻找是否含有数值相同或差值在±1％的指标，如含有，即认为对应的储层沥青样品与烃源岩样品有成因联系，反之则没有成因联系；

遴选出天然气样品、储层沥青样品和烃源岩样品能够进行对比的共有指标，综合考虑地质条件，建立天然气-储层沥青-烃源岩之间的成因联系，如果天然气样品和储层沥青样品之间的成因联系与储层沥青样品与烃源岩样品之间的成因联系一致，即判识得到该烃源岩(及该烃源岩样品所在区域的烃源岩)为对应高过成熟天然气样品的气源。

上述的高过成熟天然气气源判识的方法中，将测试分析数据分类归纳，回归各类数据间的相关性，是指将各个地球化学特征的参数指标进行归类，使用数学方法对每个指标的数值进行线性回归统计，得到数据的趋势线，并去除不符合趋势线的偏移数据。

上述的建立天然气-储层沥青-烃源岩之间的成因联系，天然气样品和储层沥青样品之间的成因联系与储层沥青样品与烃源岩样品之间的成因联系一致，即判识高过成熟天然气的气源。具体是指根据一个共有指标，有成因联系的对应的天然气样品和储层沥青样品、对应的储层沥青样品与烃源岩样品与天然气样品与烃源岩样品三者的成因联系一致，天然气样品与烃源岩样品的共同指标相同或相近(差值在±1％)，沥青样品与烃源岩样品的共同指标相同或相近(差值在±1％的)，天然气样品和沥青样品的共同指标相同或差值在±1％(同源)，即判识出天然气样品的气源为该烃源岩样品(及该烃源岩样品所在区域的烃源岩)。

上述的高过成熟天然气气源判识的方法中，优选的，所述生物标志物特征是通过将样品粉碎抽提，对可溶性组分进行GC、GC-MS测试得到的。

上述的高过成熟天然气气源判识的方法中，优选的，所述元素、同位素特征是通过将样品粉碎抽提后，进行酸处理，再经过富集测试得到的。

上述的高过成熟天然气气源判识的方法中，显微特征包括赋存状态、反射率、接触关系等。

上述的高过成熟天然气气源判识的方法中，优选的，所述天然气的地球化学特征包括C₁/C_1-5比值、C₁(甲烷)的百分含量、C₂(乙烷)的百分含量、C₃(丙烷)的百分含量、δ¹³C₁、δ¹³C₂、δ¹³C₃和⁴⁰Ar/³⁶Ar比值等指标。

上述的高过成熟天然气气源判识的方法中，优选的，所述储层沥青的地球化学特征包括固体沥青显微组分照片、储层沥青赋存状态、沥青反射率数据、沥青的C、H、O、N、S元素数据、固体沥青δ¹³C数据、Pr/Ph生物标志物指标、Pr/nC₁₇生物标志物指标、Ph/nC₁₈生物标志物指标、C₂₃三环萜烷/C₃₀藿烷生物标志物指标、三环萜烷/五环三萜生物标志物指标、Ts/(Ts+Tm)生物标志物指标、伽马蜡烷/C₃₀藿烷生物标志物指标、C₃₁藿烷_{22S/(22S+22R)}生物标志物指标、C₂₉甾烷_{20S/(20S+20R)}生物标志物指标和C29甾烷_{ββ/(αα+ββ)}生物标志物指标等。

上述的高过成熟天然气气源判识的方法中，储层沥青赋存状态包括储层沥青的产出形式、结构构造和光性特征。

上述的高过成熟天然气气源判识的方法中，优选的，所述烃源岩的地球化学特征包括干酪根显微组分照片、干酪根反射率数据、干酪根的C、H、O、N、S元素数据、干酪根δ¹³C数据、Pr/Ph生物标志物指标、Pr/nC₁₇生物标志物指标、Ph/nC₁₈生物标志物指标、C₂₃三环萜烷/C₃₀藿烷生物标志物指标、三环萜烷/五环三萜生物标志物指标、Ts/(Ts+Tm)生物标志物指标、伽马蜡烷/C₃₀藿烷生物标志物指标、C31藿烷_{22S/(22S+22R)}生物标志物指标、C29甾烷_{20S/(20S+20R)}生物标志物指标和C29甾烷_{ββ/(αα+ββ)}生物标志物指标等。

上述的高过成熟天然气气源判识的方法中，优选的，所述共有指标包括生物标志物特征、元素特征和同位素特征。

本发明的突出效果为：

本发明以储层沥青为核心切入点，储层沥青作为天然气生成过程中的伴生物(油裂解成气的残留物)，蕴含了大量天然气气源及成藏的地质信息，将储层沥青作为联系“气”和“源”的纽带和桥梁，建立起天然气-储层沥青-烃源岩三个端元的成因关系，通过天然气、储层沥青、烃源岩三个端元的地质-地球化学综合评价，可以规避高过成熟天然气蕴含的成因信息少、高过成熟烃源岩生物标志物指标失效等难题，实现高过成熟天然气气源的综合判识，解决目前尚无相应可应用的技术的现状，满足了叠合盆地深层油气勘探中关于高过成熟天然气气源对比、复杂成藏过程恢复、高过成熟区资源潜力评价、古老海相地层勘探选区等实际生产需求。

附图说明

图1是实施例提供的高过成熟天然气气源判识方法的流程图；

图2是实施例提供的高过成熟天然气气源判识方法中基于碳同位素分馏效应的天然气-储层沥青-烃源岩成因关系识图版。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

实施例

本实施例提供一种高过成熟天然气气源判识的方法，如图1所示，包括如下步骤：

选择已探明的地质资料齐全的气藏的主力产层作为目的层段，用集气钢瓶在开发井现场采集目的层的天然气样品，通过单井岩心观察，采集储层沥青样品和烃源岩样品，多个样品平行实验；

测试分析天然气的地球化学特征：

通过取样针抽吸一定量的气体注入气相色谱仪在线测试气体组分，其中，天然气的C₁、C₂、C₃等气态烃以及H₂S、CO₂、N₂、H₂等非烃气的百分含量为：C₁甲烷的含量为75％-90％，C₂乙烷的含量一般小于0.1％，部分仅为0.04％；C₃丙烷含量甚微(<0.05％)，几乎不含丙烷以上的重烃气体；H₂S的含量为9％-17％，平均14％；CO₂的含量一般为3％-10％；N₂的含量大多低于1％；H₂的含量多为0.014-0.025。

通过取样针抽吸一定量的气体注入气相色谱-同位素比值质谱仪在线测试气体单体烃碳同位素，其中，天然气的C₁、C₂、C₃等单体烃的碳同位素值为：δ¹³C₁值为-29.5‰至-31.5‰；δ¹³C₂值大部分介于-29.4‰到-32.4‰之间；由于C₃含量甚微，δ¹³C₃几乎检测不到。

碳同位素计算公式为式(1)：

通过取样针抽吸一定量的气体注入特殊的气相色谱仪和色谱-同位素比值质谱仪中在线测试Ar等惰性气体⁴⁰Ar/³⁶Ar同位素指标，天然气的⁴⁰Ar/³⁶Ar值为1280-1690。

测试分析储层沥青的地球化学特征：

将储层沥青样品制成岩石光片，用显微镜荧光系统检测有机组分有无荧光，用显微镜反光系统观测储层沥青的产出形式、结构构造和光性特征并测定储层沥青反射率(Rb％)，储层沥青的反射率(Rb％)值为2.0％～4.5％；储层呈他形充填构造，往往沿孔隙壁呈脉状、球粒状、角片状或块状充填，具有明显的镶嵌状结构，与岩石孔隙壁接触的固体沥青多具有比较清楚、平直的边界。

将储层沥青样品进行粉碎，用三氯甲烷溶剂进行索氏抽提，得到氯仿沥青；将得到的氯仿沥青用柱层析法进行族组分分离，分别用不同极性的有机溶剂(三氯甲烷、苯、甲苯)冲洗，得到饱和烃、芳烃、非烃三个组分；对饱和烃和芳烃进行GC(气相色谱仪)、GC-MS(气质联用质谱仪)分析测试，即得到储层沥青蕴含的生物标志物特征。

储层沥青的生物标志物特征为：萜类化合物中普遍含有三环萜烷，总体呈“M”型分布；五环三萜类的C₂₉、C₃₀藿烷含量最高，Ts、Tm以及C₃₁、C₃₂藿烷等的含量都很低；C₂₇、C₂₈、C₂₉甾烷的ααα20R呈不对称的“V”字型分布，表现为C₂₉>C₂₇>C₂₈；Pr/Ph、Pr/nC₁₇和Ph/nC₁₈值大多小于1，伽马蜡烷/C₃₀藿烷值大部分在0.2左右，C₂₃三环萜烷/C₃₀藿烷、三环萜烷/五环三萜的值差别较大；Ts/(Ts+Tm)、C₃₁升藿烷22S/(22S+22R)、C₂₉甾烷20S/(20S+20R)、C₂₉甾烷ββ/(αα+ββ)值均已达或已接近平衡值1。

将经过三氯甲烷溶剂进行索氏抽提之后的储层沥青样品加入HCl和HF混合溶液反复冲洗，富集出的固体有机质经低温烘干后研碎，再用锡箔纸包样送入固体元素-同位素测试仪的反应仓内，测试其元素百分含量和同位素组成(δ¹³C)：储层沥青的元素含量主要表现为硫含量较高，多在10％以上，最高达25％；储层沥青δ¹³C值大致在-29.28‰到-27.04‰之间，大多为-28‰；

测试分析烃源岩的地球化学特征：

将烃源岩样品磨制成岩石光片，用显微镜荧光系统检测有机组分有无荧光，用显微镜反光系统观测干酪根的显微组分、结构及光性特征并测定烃源岩干酪根的反射率(Ro％)：烃源岩干酪根反射率(Ro％)值为1.8％-2.2％；微观结构显示，实例烃源岩干酪根呈细细的棉絮状分布；

将烃源岩样品粉碎，用三氯甲烷溶剂进行索氏抽提，得到氯仿烃源岩，将得到的氯仿烃源岩用柱层析法进行族组分分离，分别用不同极性的有机溶剂(三氯甲烷、苯、甲苯)冲洗，得到饱和烃、芳烃、非烃三个组分；对饱和烃和芳烃进行GC(气相色谱仪)、GC-MS(气质联用质谱仪)分析测试，即得到储层沥青蕴含的生物标志物特征；

烃源岩生物标志物特征为：萜类化合物中普遍含有三环萜烷，总体呈“M”型分布；五环三萜类的C₂₉、C₃₀藿烷含量最高，Ts、Tm以及C₃₁、C₃₂藿烷等，含量都很低；C₂₇、C₂₈、C₂₉甾烷的ααα20R呈不对称的“V”字型分布，表现为C₂₉>C₂₇>C₂₈；Pr/Ph、Pr/nC₁₇和Ph/nC₁₈值大多小于1，伽马蜡烷/C₃₀藿烷值大部分在0.2左右，C₂₃三环萜烷/C₃₀藿烷、三环萜烷/五环三萜的值差别较大；Ts/(Ts+Tm)、C₃₁升藿烷22S/(22S+22R)、C₂₉甾烷20S/(20S+20R)、C₂₉甾烷ββ/(αα+ββ)值均已达或已接近平衡值1。

将经过三氯甲烷溶剂进行索氏抽提之后的烃源岩样品加入HCl和HF混合溶液反复冲洗，富集出的固体有机质干酪根经低温烘干后研碎，再用锡箔纸包样送入固体元素-同位素测试仪的反应仓内，测试其元素百分含量和同位素组成(δ¹³C)：烃源岩干酪根的元素含量同样表现为硫含量较高，多在15％以上，最高达46.3％；烃源岩干酪根δ¹³C值大致在-29.298到-27.505‰之间，大多为-28‰；

将天然气的地球化学特征与储层沥青的地球化学特征进行对比：如果含有相同或差值在±1％的对应指标，即认为有成因联系，以该指标初步建立天然气与储层沥青的成因联系；将储层沥青的地球化学特征与烃源岩的地球化学特征进行对比：如果含有相同或差值在±1％的对应指标，即认为有成因联系，以该指标初步建立储层沥青与烃源岩的成因联系；

根据上述测试得到的烃源岩显微特征、生物标志物特征、元素及同位素数据等地球化学特征，与天然气、储层沥青的地球化学特征对比。将测试分析数据分类归纳，回归各类数据间的相关性，遴选出可对比的指标。

本实施例以其中的一个指标为例，如图2(基于碳同位素分馏效应的天然气-储层沥青-烃源岩成因关系判识图版)所示，基本依据是天然气δ¹³C₂值轻于母岩干酪根δ¹³C值1‰～2‰，固体沥青δ¹³C值则可与干酪根δ¹³C值直接对比。Ng-1天然气乙烷δ¹³C值整体较重，若减去1‰～2‰的分馏度，与SR-1、SR-2源岩干酪根δ¹³C区间值对应，则可确定是来自SR-1和SR-2两套源岩贡献；Ng-2天然气乙烷δ¹³C值分布范围较宽，与SR-1、SR-2、SR-3、SR-4、SR-5多套气源岩有关，具体而言，DKH、TS等气藏天然气来源与SR-4、SR-5气源岩关系更为密切。从储层沥青与烃源岩的对比关系看，Rb-1与SR-1和SR-2两套源岩有成因联系，而Rb-2与SR-1、SR-2、SR-3、SR-4多套源岩都有成因联系，值得注意的是，SR-5烃源岩与现今气藏储层固体沥青相关性不明显，说明SR-5烃源岩在高-过成熟阶段主要通过滞留分散液态烃热裂解气为气藏提供部分气源，而不是通过古油藏原油裂解。综合以上天然气、储层沥青、烃源岩之间的成因联系，可以得到结论：Ng-1天然气与SR-1和SR-2两套源岩有成因联系，与储层沥青Rb-1同源，同为古油藏裂解产物，因此，SR-1和SR-2两套源岩即为Ng-1天然气的气源；Ng-2天然气与SR-1、SR-2、SR-3、SR-4、SR-5多套烃源岩有成因联系，既有古油藏裂解形成(与储层沥青Rb-2同源)，又有烃源岩(SR-5)内滞留烃裂解形成，即上述的多个气源为Ng-2天然气的气源。

由上可见，本发明的高过成熟天然气气源判识的方法能够实现高过成熟天然气气源的综合判识，能够规避高过成熟天然气蕴含的成因信息少、高过成熟烃源岩生物标志物指标失效等难题，能够解决目前尚无相应可应用的技术的现状，满足叠合盆地深层油气勘探中关于高过成熟天然气气源对比、复杂成藏过程恢复、高过成熟区资源潜力评价、古老海相地层勘探选区等工作的实际生产需求。

Claims (8)

1.一种高过成熟天然气气源判识的方法，其包括测试分析天然气、储层沥青和烃源岩的地球化学特征，建立天然气-储层沥青-烃源岩之间的成因联系，判识得到高过成熟天然气气源的步骤。

2.根据权利要求1所述的高过成熟天然气气源判识的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

采集目的层天然气样品、储层沥青样品和烃源岩样品；

测试得到天然气样品的地球化学特征，所述天然气的地球化学特征包括气体组分特征、单体烃碳同位素特征、惰性气体含量及其同位素特征；

测试得到储层沥青样品的地球化学特征，所述储层沥青的地球化学特征包括显微特征、蕴含的生物标志物特征、元素特征、同位素特征；

测试得到烃源岩样品的地球化学特征，所述烃源岩的地球化学特征包括显微特征、蕴含的生物标志物特征、干酪根的元素和同位素特征；

根据天然气样品、储层沥青样品和烃源岩样品的地球化学特征，将测试分析数据分类归纳，回归各类数据间的相关性；

将天然气样品的地球化学特征与储层沥青样品的地球化学特征进行对比，寻找是否含有数值相同或差值在±1％的指标，如含有，即认为对应的天然气样品和储层沥青样品有成因联系，反之则没有成因联系；将储层沥青样品的地球化学特征与烃源岩样品的地球化学特征进行对比，寻找是否含有数值相同或差值在±1％的指标，如含有，即认为对应的储层沥青样品与烃源岩样品有成因联系，反之则没有成因联系；

遴选出天然气样品、储层沥青样品和烃源岩样品能够进行对比的共有指标，综合考虑地质条件，建立天然气-储层沥青-烃源岩之间的成因联系，如果天然气样品和储层沥青样品之间的成因联系与储层沥青样品与烃源岩样品之间的成因联系一致，即判识得到该烃源岩为对应高过成熟天然气样品的气源。

3.根据权利要求2所述的高过成熟天然气气源判识的方法，其特征在于：所述生物标志物特征是通过将样品粉碎抽提，对可溶性组分进行GC、GC-MS测试得到的。

4.根据权利要求2所述的高过成熟天然气气源判识的方法，其特征在于：所述元素、同位素特征是通过将样品粉碎抽提后，进行酸处理，再经过富集测试得到的。

5.根据权利要求2所述的高过成熟天然气气源判识的方法，其特征在于：所述天然气的地球化学特征包括C₁/C_1-5比值、C₁的百分含量、C₂的百分含量、C₃的百分含量、δ¹³C₁、δ¹³C₂、δ¹³C₃和⁴⁰Ar/³⁶Ar比值。

6.根据权利要求2所述的高过成熟天然气气源判识的方法，其特征在于：所述储层沥青的地球化学特征包括固体沥青显微组分照片、储层沥青赋存状态、沥青反射率数据、沥青的C、H、O、N、S元素数据、固体沥青δ¹³C数据、Pr/Ph生物标志物指标、Pr/nC₁₇生物标志物指标、Ph/nC₁₈生物标志物指标、C₂₃三环萜烷/C₃₀藿烷生物标志物指标、三环萜烷/五环三萜生物标志物指标、Ts/(Ts+Tm)生物标志物指标、伽马蜡烷/C₃₀藿烷生物标志物指标、C₃₁藿烷_{22S/(22S+22R)}生物标志物指标、C₂₉甾烷_{20S/(20S+20R)}生物标志物指标和C29甾烷_{ββ/(αα+ββ)}生物标志物指标。

7.根据权利要求2所述的高过成熟天然气气源判识的方法，其特征在于：所述烃源岩的地球化学特征包括干酪根显微组分照片、干酪根反射率数据、干酪根的C、H、O、N、S元素数据、干酪根δ¹³C数据、Pr/Ph生物标志物指标、Pr/nC₁₇生物标志物指标、Ph/nC₁₈生物标志物指标、C₂₃三环萜烷/C₃₀藿烷生物标志物指标、三环萜烷/五环三萜生物标志物指标、Ts/(Ts+Tm)生物标志物指标、伽马蜡烷/C₃₀藿烷生物标志物指标、C31藿烷_{22S/(22S+22R)}生物标志物指标、C29甾烷_{20S/(20S+20R)}生物标志物指标和C29甾烷_{ββ/(αα+ββ)}生物标志物指标。

8.根据权利要求2所述的高过成熟天然气气源判识的方法，其特征在于：所述共有指标包括生物标志物特征、元素特征和同位素特征。