實(shí)時(shí)碳同位素錄井技術(shù)在瓊東南盆地松濤凸起天然氣成因及成藏分析中的應(yīng)用*

梁 剛 甘 軍 徐新德 李 興 耿 恒 庹 雷 郭瀟瀟

(1.中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057； 2.中法渤海地質(zhì)服務(wù)有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057)

碳同位素分析技術(shù)在天然氣成因及成藏過(guò)程等方面有著不可替代的作用，但傳統(tǒng)工作方式是井場(chǎng)單點(diǎn)取樣+實(shí)驗(yàn)室分析，周期長(zhǎng)、成本高，氣樣長(zhǎng)時(shí)間在容器中保存易造成分析結(jié)果失真[1-2]；單點(diǎn)取樣造成樣品點(diǎn)離散，容易漏掉重要研究信息。實(shí)時(shí)碳同位素錄井分析技術(shù)可以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)、連續(xù)測(cè)量樣品氣中烴類、非烴氣體組分含量及天然氣碳同位素[3-5]，彌補(bǔ)了單點(diǎn)取樣分析的不足，能夠捕捉到井筒內(nèi)天然氣運(yùn)移成藏的準(zhǔn)確信息。目前在國(guó)內(nèi)勘探中應(yīng)用的是法國(guó)地質(zhì)服務(wù)公司開(kāi)發(fā)的實(shí)時(shí)碳同位素錄井技術(shù)，該技術(shù)已在中國(guó)海油及其合作方的多口重點(diǎn)探井中應(yīng)用[3-5]。筆者利用實(shí)時(shí)碳同位素錄井分析技術(shù)對(duì)瓊東南盆地松濤凸起A3構(gòu)造鉆探的2口井進(jìn)行了天然氣運(yùn)移示蹤及氣源成熟度對(duì)比，以判斷天然氣成因及來(lái)源，結(jié)果表明A3構(gòu)造天然氣來(lái)自南部的松南凹陷，這是松南凹陷首次獲得天然氣規(guī)模發(fā)現(xiàn)，證實(shí)了松南凹陷的生烴能力，提升了松南凹陷的勘探價(jià)值。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

A3構(gòu)造位于瓊東南盆地松濤凸起，北鄰松東凹陷，南接松南凹陷，為斷層分割的背斜構(gòu)造。該構(gòu)造區(qū)自下而上發(fā)育古近系始新統(tǒng)和漸新統(tǒng)崖城組、陵水組，新近系中新統(tǒng)三亞組(包括二段、一段)、梅山組、黃流組，上新統(tǒng)鶯歌海組和第四系樂(lè)東組，其中崖城組為主力烴源巖，陵水組為次要烴源，始新統(tǒng)為潛在烴源巖[6-8]；儲(chǔ)層段主要集中在三亞組及陵水組。

2016年在A3構(gòu)造鉆探A3-1Sa井及A3-1井(圖1)，其中A3-1Sa井深部深入松東凹陷，A3-1井鉆入松濤凸起前古近系基底。A3-1Sa井在三亞組一段、二段發(fā)現(xiàn)氣層60 m，A3-1井在三亞組一段發(fā)現(xiàn)氣層50 m。這兩口井在鉆探過(guò)程中都應(yīng)用了實(shí)時(shí)碳同位素錄井技術(shù)，為該區(qū)的成藏分析提供了重要的一手資料。

圖1 研究區(qū)位置Fig.1 Location of the study area

2 實(shí)時(shí)碳同位素錄井?dāng)?shù)據(jù)可靠性分析

采樣深度從主要目的層三亞組開(kāi)始一直到完鉆井深，其中A3-1井采樣深度為2 150～2 737 m，A3-1Sa井采樣深度為2 040～3 698 m，采樣間隔均為1 m，與常規(guī)氣測(cè)一致。

為控制成果數(shù)據(jù)質(zhì)量，保障錄井設(shè)備的穩(wěn)定性，單井每個(gè)井段都要進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)。以A3-1井為例，取甲烷碳同位素(δ13C1)輕、中、重等3個(gè)已知同位素值的標(biāo)準(zhǔn)氣樣稀釋到2 500×10-6質(zhì)量濃度，分別注入同位素分析儀中，每個(gè)氣樣測(cè)量5次，然后與標(biāo)樣的同位素值進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)誤差分析結(jié)果對(duì)設(shè)備進(jìn)行校驗(yàn)。校驗(yàn)結(jié)果顯示標(biāo)準(zhǔn)差為-0.66%～-1.12%(表1)，表明設(shè)備分析結(jié)果可靠，滿足研究需要。

此外，為了驗(yàn)證現(xiàn)場(chǎng)同位素儀分析結(jié)果的可靠性，在井場(chǎng)取了部分鉆井氣樣、電纜地層測(cè)試(MDT)氣樣及鉆桿地層測(cè)試(DST)氣樣運(yùn)回基地實(shí)驗(yàn)室分析，對(duì)比結(jié)果表明現(xiàn)場(chǎng)分析與實(shí)驗(yàn)室分析相比誤差小，誤差率分布在0.05%～6.78%，大部分低于3%(表2)，進(jìn)一步證實(shí)了同位素錄井儀分析結(jié)果的可靠性。

表1 A3構(gòu)造A3-1井實(shí)時(shí)碳同位素分析儀器校驗(yàn)結(jié)果Table 1 Instrument calibration result of real-time carbon isotope logging in Well A3-1 in A3 structure

表2 A3構(gòu)造實(shí)時(shí)碳同位素錄井與實(shí)驗(yàn)室分析甲烷碳同位素對(duì)比Table 2 Comparison of real-time carbon isotope logging and laboratory analysis of methane carbon isotope in A3 structure

3 在天然氣成因及成藏研究中的應(yīng)用

3.1 天然氣成因分析

天然氣成因分析是天然氣運(yùn)移成藏研究的基礎(chǔ)。目前確定天然氣成因方法很多，依據(jù)的資料主要有天然氣組分、輕烴、同位素(烴類氣碳?xì)渫凰丶跋∮袣怏w同位素)等3種[9-11]。實(shí)時(shí)碳同位素錄井能夠提供的數(shù)據(jù)主要有烴類氣(C1—C5)的濃度及甲烷碳同位素，可利用干燥系數(shù)(C1/∑(C1—C5))與甲烷碳同位素(δ13C1)交會(huì)圖來(lái)劃分天然氣的成因類型。生物氣以甲烷為主，干燥系數(shù)大、碳同位素輕。結(jié)合研究區(qū)的實(shí)際情況，將C1/∑(C1—C5)大于0.975，δ13C1輕于-55‰定義為生物氣[12]。由于鉆井氣干燥系數(shù)變化較大，因此劃分熱成因氣時(shí)只利用碳同位素，將δ13C1重于-50‰定義為熱成因氣；甲烷碳同位素隨著成熟度增大而變重，以此為依據(jù)將熱成因氣細(xì)分為成熟氣(-50‰≤δ13C1<-42‰)、高成熟氣(-42‰≤δ13C1<-35‰)、過(guò)成熟氣(δ13C1≥-35‰)。在熱成因氣和生物氣之間的區(qū)域?yàn)閬喩餁?混合氣。將A3-1Sa井和A3-1井的實(shí)時(shí)同位素錄井?dāng)?shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)室實(shí)測(cè)的鉆井氣/MDT氣/DST氣數(shù)據(jù)投到圖版上(圖2)，發(fā)現(xiàn)兩口井淺層三亞組一段上部分布少量生物氣；A3-1Sa井三亞組一段、二段以成熟、高成熟熱成因氣為主；A3-1井三亞組一段以成熟熱成因氣為主，陵水組氣層異常段(2 550～2 700 m)發(fā)現(xiàn)成熟、高成熟熱成因氣；A3-1Sa井陵水組、A3-1井三亞組一段底部—三亞組二段頂部及陵水組底部—前古近系主要為亞生物氣/混合氣，含少量成熟熱成因氣(圖2)。

圖2 瓊東南盆地松濤凸起A3構(gòu)造干燥系數(shù)-甲烷碳同位素判斷天然氣成因Fig.2 Recognition of natural gas genesis by dry coefficient-methane carbon isotope in A3 structure of Songtao uplift,Qingdongnan basin

3.2 天然氣成藏分析

A3構(gòu)造與松東、松南兩個(gè)生烴凹陷相鄰，周邊鉆井少且沒(méi)有井鉆到崖城組烴源巖，氣源直接對(duì)比困難，因此主要利用天然氣運(yùn)移示蹤及氣源成熟度對(duì)比方法判斷天然氣來(lái)源。兩口井目的層三亞組天然氣以成熟—高成熟熱成因氣為主，與淺層梅山組、深層陵水組明顯不同，說(shuō)明是來(lái)自深部運(yùn)移氣而不是來(lái)自本地生成氣(圖2)。天然氣從烴源巖向儲(chǔ)層運(yùn)移過(guò)程中，經(jīng)過(guò)的路徑會(huì)留下明顯的痕跡，主要表現(xiàn)為高于本地生成天然氣成熟度的高氣測(cè)異常。深入松東凹陷的A3-1Sa井陵水組以泥巖、灰?guī)r為主，沒(méi)有明顯氣異常，甲烷碳同位素錄井表明主要為亞生物/混合氣，少量熱成因氣成熟度明顯低于上部淺層三亞組，沒(méi)有天然氣運(yùn)移的痕跡，說(shuō)明松東凹陷成熟—高成熟天然氣沒(méi)有大規(guī)模運(yùn)移上來(lái)。松濤凸起更靠近松南凹陷的A3-1井陵水組氣測(cè)異常明顯，甲烷碳同位素錄井表明為高成熟熱成因氣，成熟度明顯高于周圍泥巖，說(shuō)明天然氣不是本地生成氣，推測(cè)高成熟天然氣沿2號(hào)斷裂從松南凹陷運(yùn)移上來(lái)(圖3)。烴源巖成熟度對(duì)比表明，松南凹陷烴源巖成熟度明顯高于松東凹陷，因此,松南凹陷更有可能生成大量的成熟—高成熟天然氣。

此外，松南凹陷內(nèi)部鉆遇的A1-1井陵水組發(fā)現(xiàn)氣測(cè)異常，氣樣實(shí)驗(yàn)室分析甲烷碳同位素為-43.4‰，干燥系數(shù)為0.95，判斷為成熟熱成因氣(圖2)，同樣說(shuō)明松南凹陷生成天然氣已經(jīng)運(yùn)移上來(lái)。

由此可見(jiàn)，確定A3構(gòu)造天然氣來(lái)源于松南凹陷，不僅證實(shí)了松南凹陷的生烴潛力，而且極大地提升了松南凹陷的勘探價(jià)值。

圖3 瓊東南盆地松濤凸起A3構(gòu)造天然氣成藏模式(剖面位置見(jiàn)圖1)Fig.3 Naturel gas accumulation model in A3 structure of Songtao uplift,Qiongdongnan basin(see Fig.1 for location)

4 結(jié)論

1) 與實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)對(duì)比分析表明，實(shí)時(shí)碳同位素錄井提供的甲烷碳同位素準(zhǔn)確可靠，并且具有數(shù)據(jù)連續(xù)性好、快速、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，能為隨鉆研究天然氣成因及成藏提供極大的便利。

2) 瓊東南盆地松濤凸起A3構(gòu)造兩口井實(shí)時(shí)碳同位素錄井分析結(jié)果表明，三亞組氣層主要為成熟—高成熟熱成因氣，天然氣運(yùn)移示蹤及氣源成熟度對(duì)比分析表明來(lái)自南部的松南凹陷。這一研究結(jié)果不僅證實(shí)了松南凹陷的生烴能力，而且提升了松南凹陷的勘探價(jià)值。

3) 目前實(shí)時(shí)同位素錄井只能夠提供δ13C1資料，而在重?zé)N(C2—C5)碳同位素及氫同位素方面蘊(yùn)含著更豐富的地質(zhì)地球化學(xué)信息，下一步應(yīng)開(kāi)展這一方面的工作。

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