利用井中化探酸解烴和頂空輕烴技術預測和評價烴源巖

楊俊 李武 朱懷平

中國石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所

利用井中化探酸解烴和頂空輕烴技術預測和評價烴源巖

楊俊 李武 朱懷平

中國石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所

為彌補新區(qū)勘探中常規(guī)地球化學方法研究烴源巖的測試樣品主要來自野外露頭的不足,利用隨鉆化探錄井中常用的酸解烴和頂空輕烴技術,探索性地開展了烴源巖的層位、豐度、類型及成熟度研究,使得該技術不僅可以對含油氣層位進行預測,還能在第一時間對烴源巖進行定性乃至定量研究。為此,以四川盆地某構(gòu)造X1井為例,探討了陸相烴源巖層位預測、類型劃分和成熟度評價的方法。研究結(jié)果認為,酸解烴和頂空輕烴技術可成為常規(guī)烴源巖研究方法的重要補充,對開展新區(qū)精細烴源巖評價、含油氣系統(tǒng)劃分具有重要參考意義,對確定勘探方向特別是勘探層位具有指導意義。

化探 酸解烴 頂空輕烴 烴源巖評價 成熟度 干燥系數(shù) 含油氣層位 四川盆地 應用

從20世紀50年代國外開始研究和發(fā)展油氣化探方法,20世紀70年代英國北海油田開展大規(guī)模的化探實踐,到目前油氣化探方法已經(jīng)發(fā)展成一套較為完整的理論體系[1]。井中化探技術方法建立在油氣地質(zhì)、地球化學理論和油氣化探基本原理的基礎上,運用科學的樣品采集方法,借助先進的儀器,現(xiàn)代的分析測試技術和解釋評價手段捕獲鉆井巖屑(心)提供的地球化學信息,通過各類地球化學指標在地層中的分布特征與組成分析,追蹤油氣運移的行跡,預測和發(fā)現(xiàn)油氣層。隨著油氣勘查分析技術的提高,井中化探測試手段也不斷完善并日趨細化,其應用亦擴展到識別烴源巖及油(氣)/源對比方面[2]。

本次烴源巖的預測和評價用到的化探方法有酸解烴和頂空輕烴技術。酸解烴主要是指賦存于碳酸鹽顆粒表面及其膠結(jié)物中的甲烷及其同系物,包括少量賦存于硅酸鎂中的烴類。測試原理主要是在真空、一定的恒溫條件下經(jīng)稀鹽酸分解,釋放出來的氣體經(jīng)堿溶液吸收除去CO2,其余氣體經(jīng)堿液驅(qū)趕至量氣管,計算脫出的氣體體積,然后用氣相色譜儀分析其中的烴類氣體含量。頂空輕烴主要是指賦存于巖石孔隙當中和部分弱吸附的烴類物質(zhì)。方法原理主要是當氣、液(固)相平衡時,各組分的蒸氣壓占其在液(固)相中的濃度與飽和蒸氣壓成正比。輕烴(C1～C7)及其他易揮發(fā)組分蒸氣壓大,在氣相中的濃度遠大于液(固)相中的濃度。因此在密封容器中可以不經(jīng)任何分離處理,直接抽取頂部空間氣體進行測試。測試流程是在野外取一定量的樣品立即裝入盛有飽和鹽水的容器中,密封后放置一定時間,經(jīng)動態(tài)平衡后,直接抽取頂部空間氣體注入氣相色譜儀測定。

筆者依據(jù)井中化探酸解烴和頂空輕烴不同指標特征,以四川盆地某構(gòu)造上X1井為例,探討陸相烴源巖的層位預測、類型劃分和成熟度評價方法。

1 X1井烴源巖及其分布預測

X1井可能作為烴源巖的陸相泥質(zhì)巖類主要有粉砂質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)頁巖、泥巖、頁巖、碳質(zhì)頁巖和煤。泥質(zhì)巖類烴源巖具有豐富的有機碳含量,將導致其比非烴源巖顆粒束縛和吸附烴類能力更強,酸解烴值偏高;在地表當巖屑樣品重置于容器中時,其在容器中的壓力遠小于地下地層壓力,烴源巖因壓力變小,可釋放在較高地層壓力條件下達到成熟且呈弱吸附態(tài)的輕烴以及賦存于微孔、吼道的游離烴,因此往往頂空輕烴值很高。

根據(jù)X1井所在地區(qū)石油地質(zhì)特征,結(jié)合X1井陸相泥質(zhì)巖類的酸解烴與頂空輕烴甲烷值分布特征,提出該井烴源巖酸解烴和頂空輕烴的劃分標準,酸解烴與頂空輕烴甲烷值二者至少有一個超過10 000以上才能作為烴源巖,再依據(jù)另一個值將烴源巖細分為好烴源巖、中等烴源巖、差烴源巖、非烴源巖4個等級,如表1所示(表1中,SC1表示酸解烴甲烷含量,DC1表示頂空輕烴甲烷含量,下同)。X1井有6種泥質(zhì)巖類,其中泥巖和粉砂質(zhì)泥巖位于非烴源巖區(qū),基本無生烴能力;粉砂質(zhì)頁巖、頁巖、碳質(zhì)頁巖和煤層具備一定的生烴能力;生烴能力碳質(zhì)頁巖最佳,粉砂質(zhì)頁巖及頁巖次之,煤層樣點僅2個,無代表性(圖1)。

表1 X1井陸相烴源巖劃分標準表

圖1 X1井陸相泥質(zhì)巖類酸解烴和頂空輕烴甲烷特征圖注:序號同表1

X1井粉砂質(zhì)頁巖、頁巖、碳質(zhì)頁巖和煤層全部分布于須家河組和小塘子組。根據(jù)標準發(fā)現(xiàn)須5段和須4段以中等烴源巖為主,無好烴源巖;須3段、須2段和小塘子組以中等烴源巖為主,好烴源巖相對豐富(圖2)。根據(jù)好烴源巖與中等烴源巖之和對烴源巖優(yōu)劣進行排序,認為須3段最優(yōu)、須2段其次、須5段和須4段較差、小塘子組最差(表2)。此認識與劉華等2002年對四川盆地上三疊統(tǒng)有機碳含量的研究成果相符[3]。

另外,一般烴類從烴源巖到儲層或者蓋層的運移,如無外源加入,甲烷運移速度最快,總會在運移路徑上呈干燥系數(shù)變大的特點。但是X1井干燥系數(shù)在須家河組各段和小塘子組從下至上明顯逐漸減小。分析認為此特征應為烴源巖生烴作用造成,因此也可確定須家河組和小塘子組為烴源巖層(表3)。

圖2 X1井須家河組各段與小塘子組烴源巖特征圖

表2 X1井須家河組各段與小塘子組烴源巖統(tǒng)計表

表3 X1井須家河組各段與小塘子組頂空輕烴和酸解烴干燥系數(shù)表

統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),X1井陸相烴源巖酸解烴值為非烴源巖的2～3倍,而烴源巖頂空輕烴值卻遠高于非烴源巖頂空輕烴,是其10～20倍(圖3)。

圖3 非烴源巖(左)、烴源巖(右)頂空輕烴和酸解烴甲烷剖面特征圖

2 烴源巖類型及其成熟度評價

2.1 烴源巖類型

酸解烴所測的是歷史時期被礦物顆粒吸附和膠結(jié)物所捕獲的甲烷及其同系物,一般認為其能夠反映歷史時期烴源巖的生烴特征和早期烴類大規(guī)模運移特征,是歷史累積效應的反映;而頂空輕烴所測是目前巖石礦物顆?？紫丁⒘芽p中的甲烷及其同系物,反映的是現(xiàn)今地層含油氣特征及最近一期大規(guī)模運移特征。

筆者利用酸解烴甲烷與重烴關系特征將烴源巖劃分為A、B、C等3類,此分類并不對應于烴源巖的干酪根分類。A類烴源巖,酸解烴甲烷含量多,反應此類烴源巖以生甲烷氣為主,大多數(shù)向甲烷轉(zhuǎn)化,造成輕烴中甲烷含量較高,重烴含量較低的現(xiàn)象;C類烴源巖,相對A類甲烷含量較少,重烴含量卻較高,反應此類烴源巖生重烴較多;介于上述2種烴源巖之間的則具備雙重生烴性質(zhì),劃為B類。

據(jù)此X1井須5段烴源巖以C類為主;須4段以C類、B類為主;須3段以B類為主,少部分偏C類和A類;須2段以A類為主,少部分偏C類和B類;小塘子組以A類為主,見圖4(圖中 SC2～5表示酸解烴重烴含量)。

可見,小塘子組至須5段,烴源巖類型從A型→B型→C型逐步轉(zhuǎn)變,酸解烴越往上越濕,而不體現(xiàn)出運移效應產(chǎn)生的越往上越干的特點,為不同母質(zhì)類型烴源巖本身生烴所致。

2.2 烴源巖成熟度

上文述及,頂空輕烴反映的是現(xiàn)今地層含油氣特征及最近一期大規(guī)模運移,因此相對酸解烴而言,能夠較準確體現(xiàn)出現(xiàn)今烴源巖的成熟度特征。

圖4 X1井酸解烴甲烷與重烴烴源巖分類圖

對于同類型烴源巖,其 DC1～2/DC3～5或者 DC1/ DC4～5隨著深度的增大(或者成熟度升高)而變大(圖5),A型和C型具有同樣的變化趨勢。

圖5 B型烴源巖深度—成熟度關系圖

理論上低熟—成熟階段,A型烴源巖以生成甲烷為主,重烴較少,C型烴源巖生成甲烷要少,重烴較多,因此存在烴源巖的DC1/DC4～5A型>B型>C型;高—過成熟階段,由于重烴大量裂解成最終產(chǎn)物甲烷,導致DC1/DC4～5C型>B型>A型。

X1井實際情況是DC1/DC4～5平均值A型為4 259、B型為7 747、C型為2 193,表現(xiàn)為B型>A型>C型,說明下部須3段、須2段、小塘子組的B型、A型烴源巖已經(jīng)達到了高—過成熟裂解生氣階段;須5段、須4段還處于成熟階段,因而對比于成熟階段的DC1/ DC4～5A型>B型>C型特征,僅出現(xiàn)了B型>A型的逆轉(zhuǎn)。此烴源巖成熟特征符合烴源巖隨深度增加(或者地溫升高)成熟度增高的規(guī)律。

3 結(jié)束語

利用頂空輕烴和酸解烴技術識別和評價烴源巖的方法具有經(jīng)濟快速的特點。此方法不僅彌補前人運用井中化探對油氣儲層和蓋層的研究比較深入,而對烴源巖研究相對不足的缺點,還可彌補新區(qū)勘探初期利用常規(guī)地球化學方法識別和評價烴源巖的測試樣品來自露頭的缺陷。本文提出的方法,可以在新區(qū)或者新層系的勘探鉆井過程中,在第一時間對含油氣層位進行預測的同時對烴源巖進行定性甚至半定量的預測和評價,對之后的精細烴源巖評價、含油氣系統(tǒng)劃分具有重要參考意義,對確定勘探方向特別是勘探層位具有指導意義。

利用頂空輕烴和酸解烴技術識別和評價烴源巖屬于探索性研究,建立的標準具有局限性,不同盆地或者構(gòu)造可能有不同的標準,但是方法具有普遍適用性,采用該方法基于X1井建立的烴源巖識別和評價標準只適用于四川盆地某構(gòu)造。

[1]牛濱華,孫春巖.石油天然氣物化探技術及吉林東部油氣勘探[M].長沙:中南工業(yè)大學出版社,1996.

[2]鄧平,王國建.井中化探異常與石油地質(zhì)特征關系研究[J].天然氣工業(yè),2002,22(3):1-4.

[3]劉華,劉大成,李書舜.川西坳陷侏羅系紅層天然氣成因類型與上三疊統(tǒng)油氣同源性探討[J].天然氣勘探與開發(fā), 2002,25(3):28-34.

Prediction and appraisal of source rocks with acidolysis hydrocarbon and headspace light hydrocarbon technologies for borehole geochemical exploration

Yang Jun,Li Wu,Zhu Huaiping
(Petroleum Geology Department,W uxi B ranch of Ex ploration and Development Research Institute,Sinopec, W uxi,J iangsu214151,China)

NATUR.GAS IND.VOLUME 31,ISSUE 1,pp.37-40,1/25/2011.(ISSN 1000-0976;In Chinese)

In frontier exploration,it is a pity that most samples for conventional geochemical analysis of source rocks are from outcrops.Therefore in this paper,acidolysis hydrocarbon and headspace light hydrocarbon technologies commonly used in geochemical logging while drilling are applied to exploratory research on the horizon,abundance,type and maturity of source rocks.These technologies can not only predict hydrocarbon-bearing intervals,but also qualitatively or even quantitatively analyze source rocks through subsurface light hydrocarbons at the very first time.They are important supplementary technologies to conventional source rock analysis,playing an important role in the detailed appraisal of source rocks,the delineation of hydrocarbon systems in frontier exploration,and the determination of exploration direction,especially the selection of exploration targets.

geochemical prospecting,acidolysis hydrocarbon,headspace light hydrocarbon,source rock,hydrocarbon-bearing interval,Sichuan Basin,application

楊俊,1982年生,助理工程師,碩士;主要從事油氣藏形成與分布和油氣化探微滲漏研究工作。地址:(214151)江蘇省無錫市惠錢路210號無錫石油地質(zhì)研究所。電話:15852729913。E-mail:yangjun19821002@163.com

楊俊等.利用井中化探酸解烴和頂空輕烴技術預測和評價烴源巖.天然氣工業(yè),2011,31(1):37-40.

10.3787/j.issn.1000-0976.2011.01.007

(修改回稿日期 2010-12-02 編輯 羅冬梅)

DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2011.01.007

Yang Jun,assistant engineer,born in 1982,holds an M.Sc.degree.He is also studying for a Ph.D degree,being engaged in research of hydrocarbon accumulation and distribution as well as geochemical prospecting of micro-seepage.

Add:No.31,Xueyuan Rd.,Haidian District,Beiing 100083,P.R.China

Mobile:+86-15852729913E-mail:yangjun19821002@163.com