CN109100433A - 判识天然气成因的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种判识天然气成因的方法，属于油气勘探领域。该方法包括：采集原油样品，获取所述原油样品中C10H22以前的烃组分的碳同位素数据；采集天然气样品，获取所述天然气样品中C5H12以后的烃组分的碳同位素数据。将所述天然气样品对应的碳同位素数据与所述原油样品对应的碳同位素数据进行对比；若所述天然气样品对应的碳同位素数据与所述原油样品对应的碳同位素数据的差值小于或等于5‰，则确定所述天然气样品与所述原油样品具有亲缘关系。本发明通过原油与天然气中碳同位素数据的对比，可以直接得到原油与天然气的亲缘关系，不仅可以对天然气是否为油型气进行判定，还能将天然气成因来源精确到某一油层，有利于天然气的勘探开发。

Description

判识天然气成因的方法
技术领域
本发明涉及油气勘探领域，特别涉及一种判识天然气成因方法。
背景技术
天然气成因类型的判识，对于明确天然气成因及来源，指导天然气勘探，推动天然气工业的快速发展具有重要意义。因此，有必要提供一种判识天然气成因的方法。
现有技术通过测定天然气中碳同位素数据以及氢同位素数据，然后与同位素图版进行对比，判断天然气的类别是否为油型气、煤层气或者生物气等，即可判识天然气的成因是来源于油层、煤层或者微生物。
发明人发现现有技术至少存在以下问题：
进行包括多个油层的油田中天然气的成因判识时，若通过同位素图版获知天然气来源于油层，无法进一步获知天然气具体来源于哪一油层。
发明内容
本发明实施例提供了一种判识天然气成因的方法，可解决上述技术问题。具体技术方案如下：
一种判识天然气成因的方法，所述方法包括：
采集原油样品，获取所述原油样品中C10H22以前的烃组分的碳同位素数据；
采集天然气样品，获取所述天然气样品中C5H12以后的烃组分的碳同位素数据；
将所述天然气样品对应的碳同位素数据与所述原油样品对应的碳同位素数据进行对比；
若所述天然气样品对应的碳同位素数据与所述原油样品对应的碳同位素数据的差值小于或等于5‰，则确定所述天然气样品与所述原油样品具有亲缘关系。
在一种可能的设计中，在获取所述天然气样品烃组分的碳同位素数据之前，对所述天然气样品进行冷冻富集。
在一种可能的设计中，将所述天然气样品对应的碳同位素数据与所述原油样品对应的碳同位素数据进行对比，包括：
分别获取所述原油样品和所述天然气样品中nC7碳同位素数据和nC8碳同位素数据；
若所述原油样品与所述天然气样品中nC7碳同位素数据差值、所述原油样品与所述天然气样品中nC8碳同位素数据差值均小于或等于5‰，则确定所述天然气样品与所述原油样品具有亲缘关系。
在一种可能的设计中，所述方法还包括：分别获取所述原油样品和所述天然气样品中异构组分的碳同位素数据；
所述异构组分的碳同位素数据包括：2-甲基戊烷碳同位素数据、3-甲基戊烷碳同位素数据、2，4-二甲基戊烷碳同位素数据、2-甲基己烷碳同位素数据、2，3-二甲基戊烷碳同位素数据和3-甲基己烷碳同位素数据；
若所述原油样品与所述天然气样品中所述2-甲基戊烷碳同位素数据差值、所述3-甲基戊烷碳同位素数据差值、所述2,4-二甲基戊烷碳同位素数据差值、所述2-甲基己烷碳同位素数据差值、所述2，3-二甲基戊烷碳同位素数据差值和所述3-甲基己烷碳同位素数据差值均小于或等于5‰，则确定所述天然气样品与所述原油样品具有亲缘关系。
在一种可能的设计中，通过气相色谱仪联机稳定同位素质谱仪来获取所述原油样品中烃组分的碳同位素数据和所述天然气样品中烃组分的碳同位素数据。
在一种可能的设计中，当测量所述天然气样品中烃组分的碳同位素数据时，在所述气相色谱仪中接入色谱柱；
所述色谱柱靠近进样口的一端为U型段，且所述U型段浸泡在温度为-80℃～-70℃的液体中。
在一种可能的设计中，利用所述气相色谱仪联机稳定同位素质谱仪测量所述原油样品和所述天然气样品中碳同位素数据之前，通过所述气相色谱仪联机稳定同位素质谱仪测量标准样品的碳同位素数据，并基于所述标准样品的测量结果对所述气相色谱仪联机稳定同位素质谱仪进行校准。
在一种可能的设计中，利用所述气相色谱仪联机稳定同位素质谱仪测量所述原油样品中烃组分碳同位素时，分流比为5:1。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明实施例提供的判识天然气成因的方法，通过原油与天然气中碳同位素数据的对比，可以直接得到原油与天然气的亲缘关系。应用在生产过程中时，不仅可以对天然气是否为油型气进行判定，且对于包括多个油层的油田中天然气的成因判识时，通过将天然气对应的碳同位素数据与各个油层中原油对应的碳同位素数据进行对比，能将天然气成因来源精确到某一油层，有利于天然气的勘探开发。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的L油田和X油田中原油和天然气的nC7和nC8碳同位素分布图表；
图2是本发明实施例提供的N油田中原油和天然气的nC7和nC8碳同位素分布图表；
图3是本发明实施例提供的X油田中天然气与各油层原油的异构组分碳同位素分布图表；
图4是本发明实施例提供的L油田中天然气与各油层原油的异构组分碳同位素分布图表。
具体实施方式
除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例提供了一种判识天然气成因的方法，该方法包括：
采集原油样品，获取原油样品中C10H22以前的烃组分碳同位素数据。
采集天然气样品，获取天然气样品中C5H12以后的烃组分碳同位素数据。
若天然气样品对应的碳同位素数据与原油样品对应的碳同位素数据的差值小于或等于5‰，则确定天然气样品与原油样品具有亲缘关系。
本发明实施例提供的判识天然气成因的方法，在进行天然气成因的判识时，从油井中获得原油样品，获取原油样品中C10H22以前的烃组分碳同位素数据。从气井中获得天然气样品，获取天然气样品中C5H12以后的烃组分碳同位素数据。通过对比不同物质中相同组分的碳同位素数据，能够判断不同物质之间的亲缘关系。如此选取，能够获取天然气样品与原油样品中共同的烃组分碳同位素数据，使检测到的天然气样品中烃组分碳同位素数据与原油样品中烃组分碳同位素数据能够进行对比。
根据对比结果，能够判识天然气与原油之间的成因关系。若原油样品对应的碳同位素数据与天然气样品对应的碳同位素数据差值小于或等于5‰，可判定该天然气与原油具有亲缘关系，即可判识该天然气的成因是来源于该原油。若原油样品对应的碳同位素数据与天然气样品对应的碳同位素数据差值大于5‰，可判定该天然气与原油不具有亲缘关系，即可判识该天然气的成因不是来源于该原油。
可见，本发明实施例提供的判识天然气成因的方法，通过原油与天然气中碳同位素数据的对比，可以直接得到原油与天然气的亲缘关系。应用在生产过程中时，不仅可以对天然气是否为油型气进行判定，且对于包括多个油层的油田中天然气的成因判识时，通过将天然气对应的碳同位素数据与各个油层中原油对应的碳同位素数据进行对比，能将天然气成因来源精确到某一油层，有利于天然气的勘探开发。
物质中的碳同位素包括：12C、13C等，本发明实施例所涉及的“碳同位素数据”是指13C丰度与12C丰度的比值与标准值的偏差。其中，13C丰度是指物质的13C的占比，12C丰度是指物质的12C的占比。
其中，原油样品中C10H22以前的烃组分，是指原油样品中碳原子数目小于或等于10的烃组分；天然气样品中C5H12以后的烃组分，是指天然气样品中碳原子数目大于或等于5的烃组分。
对于如何对原油样品中烃组分碳同位素数据和天然气样品中烃组分碳同位素数据进行对比，以下进行示例说明：
分别获取原油样品和天然气样品中nC7碳同位素数据和nC8碳同位素数据；
若原油样品与天然气样品中nC7碳同位素数据差值、原油样品与天然气样品中nC8碳同位素数据差值均小于或等于5‰，则确定天然气样品与原油样品具有亲缘关系。
其中，nC7是指含有7个碳原子的正烃结构。nC8碳是指含有8个碳原子的正烃结构。
通过对比原油样品和天然气样品中nC7和nC8碳同位素数据，得出天然气与原油的亲缘关系，能够获知天然气是否来源于原油。
其中，当测得的数据较多时，通过绘制图表的方式进行数值对比，能够简化对比过程。绘制图表时，以nC7碳同位素数据为横坐标，nC8碳同位素数据为纵坐标建立坐标系。以测得的原油样品中nC7碳同位素数据和nC8碳同位素数据为基准在坐标系中描点，测得的数据为多组，在坐标系中对应多个原油样品坐标点。以测得的天然气样品中nC7碳同位素数据和nC8碳同位素数据为基准在坐标系中描点，测得的数据为多组，在坐标系中对应多个天然气样品坐标点。然后确定包含多个原油样品坐标点且面积最小的矩形区域，为原油数据分布区域；确定包含多个天然气样品坐标点且面积最小的矩形区域，为天然气数据分布区域。若原油数据分布区域与天然气数据分布区域横向距离与纵向距离均小于或等于5‰，判定天然气与原油具有亲缘关系。其中，横向距离与纵向距离均指最大距离，即在左区域的最左端到在右区域的最右端的距离为横向距离，在上区域的顶部到在下区域的底部之间的距离为纵向距离。
将天然气样品中碳同位素数据与原油样品中碳同位素数据进行对比，还包括：
分别获取原油样品和天然气样品中异构组分的碳同位素数据；
异构组分的碳同位素数据包括：2-甲基戊烷碳同位素数据、3-甲基戊烷碳同位素数据、2，4-二甲基戊烷碳同位素数据、2-甲基己烷碳同位素数据、2，3-二甲基戊烷碳同位素数据和3-甲基己烷碳同位素数据；
若原油样品与天然气样品中2-甲基戊烷碳同位素数据差值、3-甲基戊烷碳同位素数据差值、2，4-二甲基戊烷碳同位素数据差值、2-甲基己烷碳同位素数据差值、2，3-二甲基戊烷碳同位素数据差值和3-甲基己烷碳同位素数据差值均小于或等于5‰，则确定天然气样品与原油样品具有亲缘关系。
通过对比来自于各个油层的原油样品与天然气样品中2-甲基戊烷、3-甲基戊烷、2，4-二甲基戊烷、2-甲基己烷、2，3-二甲基戊烷和3-甲基己烷的碳同位素数据，能够得出天然气与各个油层中原油的亲缘关系，进而判断天然气的成因是否来源于该油层。且对比数据较多，使结果的可靠性和说服力更强。
其中，当测得的数据较多时，通过绘制图表的形式进行数值对比，能够简化对比过程。绘制图表时，图表的横轴表示原油样品和天然气样品中的各组分，即：2-甲基戊烷、3-甲基戊烷、2，4-二甲基戊烷、2-甲基己烷、2，3-二甲基戊烷和3-甲基己烷，纵轴表示各组分的碳同位素数据，以测得的天然气样品中2-甲基戊烷、3-甲基戊烷、2，4-二甲基戊烷、2-甲基己烷、2，3-二甲基戊烷和3-甲基己烷碳同位素数据为基准在图表中描点、连线，形成天然气各异构组分碳同位素数据曲线。以测得的原油样品中，2-甲基戊烷、3-甲基戊烷、2，4-二甲基戊烷、2-甲基己烷、2，3-二甲基戊烷和3-甲基己烷的碳同位素数据为基准在坐标系中描点、连线，形成原油各异构组分碳同位素数据曲线。
对于包括多个油层的油田来说，每个油层均对应一个碳同位素数据曲线，确定与天然气碳同位素数据曲线距离小于或等于5‰的油层碳同位素数据曲线，可以判断天然气来源于该曲线所对应的油层。
其中，两条碳同位素曲线之间的距离小于或等于5‰是指曲线上各点的距离均小于或等于5‰。
对于如何获取原油样品中烃组分碳同位素数据和天然气样品中烃组分碳同位素数据，以下给出示例说明：
原油样品中烃组分碳同位素数据和天然气样品中烃组分碳同位素数据均通过气相色谱仪联机稳定同位素质谱仪测得。
通过气相色谱仪联机稳定同位素质谱仪，能够测得原油样品中烃组分碳同位素数据和天然气样品中烃组分碳同位素数据，且测量结果较准确。
气相色谱联机稳定同位素质谱仪包括进样系统、氧化系统和检测系统，进样系统与氧化系统之间通过石英毛细管柱连接，氧化系统与检测系统之间通过石英毛细管柱连接。进样系统包括进样口、气相色谱柱、柱温箱。氧化系统包括氧化管、加热炉和去水装置。检测系统可以为IsoPrime100同位素质谱仪。进行测量时，用气密性注射器取适量天然气样品和原油样品，通过进样口进样并在柱温箱中加热，利用色谱柱将样品分离为各个烃类组分，各个烃类组分依次通过加热、氧化、去水，进入同位素质谱仪中检测各个组份氧化生成的二氧化碳的碳同位素值。
具体的操作流程可以参见中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T 5238-2008《有机物和碳酸盐岩碳、氧同位素分析方法》。
由于天然气样品中C5H12以后的烃组分含量较低，为了便于测量，对天然气样品中的烃组分进行碳同位素测量之前，对天然气样品进行冷冻富集。
冷冻富集之后待检测样品中C5H12以后的烃组分的含量增加，如此，不仅便于测量，且能提高测量精度，使对比结果更准确。
对于如何对天然气样品进行冷冻富集，以下进行示例说明：
采用气相色谱仪联机稳定同位素质谱仪测量天然气样品中烃组分碳同位素数据时，气相色谱仪中接入色谱柱；
色谱柱靠近进样口的一端为U型段，且U型段浸泡在温度为-80℃～-70℃的低温液体中。
如此设置，天然气样品流动时经过浸泡在低温液体中的U型段，保持在低温环境下，能够对天然气样品进行冷冻富集，使天然气样品中C5H12以后的烃组分的含量增加，便于测量，增加测量的准确性。
其中，低温液体可以为液氮无水乙醇混合液。冷冻富集时的操作可以如下所述：将色谱柱U型段浸泡在低温液体中。用500μL进样器反复抽取10次天然气样品注入色谱柱中。其中C5H12以后的烃组分沸点较高，不断被冷冻在U型段中不能自由流动，C5H12以前的烃组分沸点较低，以气体形态流经色谱柱进入检测器，观察色谱仪的检测器，待检测到样品中较轻的烃类组分已经完全通过色谱柱后，将U型段从低温液体中取出，进行升温，冷冻在色谱柱中的C5H12以后的烃组分受热重新成为气体形态通过色谱柱，进行后续检测，此时检测的样品中C5H12以后的烃组分的含量较高。
利用气相色谱仪联机稳定同位素质谱仪测量原油样品和天然气样品中碳同位素以前，通过气相色谱仪联机稳定同位素质谱仪测量标准样品的碳同位素数据，并根据测量结果对气相色谱仪联机稳定同位素质谱仪进行校准，确定气相色谱仪联机稳定同位素质谱仪进入工作状态。
标准样品中的各项数据已知，通过测量标准样品中的同位素数据，并使分析谱图与标准样品的同位素数据进行校正，使分析谱图不存在误差。可见，通过标准样品对气相色谱仪联机稳定同位素质谱仪进行检定，能够减少测量误差。
进一步地，初始检定时，标准样品的数量为2-3个，避免标准样品的状态发生改变造成的检定结果偏差。测量过程中，每测量8-10组数据，采用标准样品对气相色谱仪联机稳定同位素质谱仪进行校准，避免测量过程中气相色谱仪联机稳定同位素质谱仪产生误差导致的测量结果偏差。
由于原油中C10H22以前的烃组分含量低，利用气相色谱仪联机稳定同位素质谱仪测量原油样品中烃组分碳同位素时，为了使测量结果较准确，与常规测量原油中烃组分的碳同位素相比，测量时的进样量较大，分流比较小。
示例地，利用气相色谱仪联机稳定同位素质谱仪测量原油样品中烃组分碳同位素时，分流比为5:1。如此操作，使原油中烃组分的碳同位素数据更容易测得，进而使测量结果较准确。
其中，分流比是指样品进入进样口气化后，排出到外界的气体与进入色谱柱的气体的比例。举例来说，样品气化后产生了110份气体，其中100份排到到外界，10份进入了色谱柱，那么分流比就是10:1。
以下通过具体实施例对判识天然气成因的方法进行进一步说明。
选取某盆地中L油田、X油田和N油田作为实验对象，每个油田中分别选几口油井和气井，在每个油井和气井的不同深度的油层取样，进行碳同位素数据测量，测量结果如附图所示：
L油田和X油田中，原油和天然气的nC7碳同位素数据和nC8碳同位素数据分布如附图1所示，根据前述标准，可以判断L油田和X油田中的天然气为油型气。
N油田中原油和天然气的nC7碳同位素数据和nC8碳同位素数据分布如附图2所示,根据前述标准，可以判断N油田中的天然气不为油型气。
X油田中天然气与各油层的原油中异构组分碳同位素数据分布如附图3所示，根据前述标准，可以判断XQ6(H油层)的天然气来源于X1-4-23(S油层)中的原油。
L油田中天然气与各油层的原油中异构组分碳同位素数据分布如附图4所示，S0油层中两个不同样点LQ6-33和LQ6-272的天然气异构组分碳同位素数据与S油层的两个不同样点L4-3131和L6-333的原油异构组分碳同位素数据差值在5‰以内，可以判断S0油层中的天然气来源于S油层中的原油。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种判识天然气成因的方法，其特征在于，所述方法包括：
采集原油样品，获取所述原油样品中C10H22以前的烃组分的碳同位素数据；
采集天然气样品，获取所述天然气样品中C5H12以后的烃组分的碳同位素数据；
将所述天然气样品对应的碳同位素数据与所述原油样品对应的碳同位素数据进行对比；
若所述天然气样品对应的碳同位素数据与所述原油样品对应的碳同位素数据的差值小于或等于5‰，则确定所述天然气样品与所述原油样品具有亲缘关系。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，在获取所述天然气样品烃组分的碳同位素数据之前，对所述天然气样品进行冷冻富集。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述天然气样品对应的碳同位素数据与所述原油样品对应的碳同位素数据进行对比，包括：
分别获取所述原油样品和所述天然气样品中nC7碳同位素数据和nC8碳同位素数据；
若所述原油样品与所述天然气样品中nC7碳同位素数据差值、所述原油样品与所述天然气样品中nC8碳同位素数据差值均小于或等于5‰，则确定所述天然气样品与所述原油样品具有亲缘关系。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：分别获取所述原油样品和所述天然气样品中异构组分的碳同位素数据；
所述异构组分的碳同位素数据包括：2-甲基戊烷碳同位素数据、3-甲基戊烷碳同位素数据、2，4-二甲基戊烷碳同位素数据、2-甲基己烷碳同位素数据、2，3-二甲基戊烷碳同位素数据和3-甲基己烷碳同位素数据；
若所述原油样品与所述天然气样品中所述2-甲基戊烷碳同位素数据差值、所述3-甲基戊烷碳同位素数据差值、所述2,4-二甲基戊烷碳同位素数据差值、所述2-甲基己烷碳同位素数据差值、所述2，3-二甲基戊烷碳同位素数据差值和所述3-甲基己烷碳同位素数据差值均小于或等于5‰，则确定所述天然气样品与所述原油样品具有亲缘关系。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，通过气相色谱仪联机稳定同位素质谱仪来获取所述原油样品中烃组分的碳同位素数据和所述天然气样品中烃组分的碳同位素数据。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当测量所述天然气样品中烃组分的碳同位素数据时，在所述气相色谱仪中接入色谱柱；
所述色谱柱靠近进样口的一端为U型段，且所述U型段浸泡在温度为-80℃～-70℃的液体中。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，利用所述气相色谱仪联机稳定同位素质谱仪测量所述原油样品和所述天然气样品中碳同位素数据之前，通过所述气相色谱仪联机稳定同位素质谱仪测量标准样品的碳同位素数据，并基于所述标准样品的测量结果对所述气相色谱仪联机稳定同位素质谱仪进行校准。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，利用所述气相色谱仪联机稳定同位素质谱仪测量所述原油样品中烃组分碳同位素时，分流比为5:1。
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