氦气富集理论及富氦资源勘探思路

基于国内外重要含油气盆地天然气样品和岩石样品,进行氦气含量、组分、同位素及岩石样品中U、Th含量分析,对氦气富集机理、富集模式、分布规律和勘探思路等进行研究。研究认为,能否形成富氦气藏取决于气藏中氦气的供给量和天然气对氦气的稀释程度,其富集成藏特征可以概括为“多源供氦、主源富氦;氦氮伴生、同溶共聚”。氦气主要来自岩石中U和Th的放射性衰变,所有岩石都含有微量的U和Th,都可为气藏提供一定的氦源,但以花岗岩或变质岩为主的大型古老基底往往是富氦气藏的主力氦源。古老基底中的U和Th经历漫长地质历史时期的衰变生成的氦气连同基底岩石中无机含氮化合物裂解生成的氮气溶解在水中,随构造抬升,地层水沿断裂往上运移至气藏并释放出氦和氮气,使气藏同时富集氦和氮气,氦氮的伴生关系十分明显。在东部拉张型盆地,构造活动强烈,天然气中混有一定比例的幔源氦气。富氦气藏大多发育于有断裂沟通的古老基底之上、后期经历大幅度构造抬升、盖层封盖能力适中、天然气充注强度中等、地下水比较活跃的常压或低压区。氦气勘探须放弃以寻找天然气甜点和高产大气田的传统“兼探”思路,根据氦气富集特点,寻找有断裂并与古老基底沟通、晚期构造抬升幅度较大、盖层封盖能力相对较弱、天然气充注强度不高、古老地层水较丰富的气藏。

氦气富集与天然气成藏差异、勘探误区

氦气是重要的稀缺资源,应用广泛且在许多领域不可替代。由于富氦天然气是获取氦气的主要来源,很容易造成认识误区,认为只要能找到天然气自然就能找到氦气资源。但实际上氦气的富集与天然气成藏差异较大,不能用寻找天然气的理论和方法来寻找氦气。为此,针对氦气的富集特点,总结了氦气富集与天然气成藏的差异,系统梳理了氦气勘探中的5大误区,最后针对性地提出了氦气勘探建议。研究结果表明:①氦气的富集与天然气成藏在来源、生成机理、运聚过程(包括初次、二次运移方式)、对构造背景的要求及对地下水活跃程度的要求等诸多方面都存在较大差异。②目前的氦气勘探存在5大认识误区,即在天然气富集甜点区找氦气;富氦气藏需要更好的盖层;坐落在古老基底之上的气藏都可富氦气;在煤层气中寻找氦气;在火山岩储集层中找氦气。结论认为:①寻找富氦气资源,需要避开那些给氦气造成严重稀释的勘探区,避开天然气充注强度高值区域,避免在煤层气和火山岩气藏中找氦气;②在氦气勘探上应该摆脱油气勘探思想的束缚,根据氦气富集条件进行合理选区,氦气通常在基底断裂和古老地层水系统控制下在相同层位的构造高部位气藏中富集,符合这些条件的含气区将是氦气勘探的有利地区。

川西坳陷天然气地球化学及成藏特征

川西坳陷广泛发育上三叠统煤系烃源岩,为煤成气成藏提供了充足的气源。天然气以低含非烃气为特征,不同气藏天然气干燥系数差别明显,组分运移分馏现象明显。天然气成因类型主要是煤成气,只有中坝气田雷口坡组气藏为油型气,并含有少量H2S气体。川西坳陷经历了多期成藏,但主要成藏期发生在燕山期,后经过喜马拉雅期的逆冲断裂作用,浅层储集层被改造,形成次生气藏。气藏分布明显受古隆起控制,并且在构造强活动带发育浅层次生气藏,隐伏断裂在次生气藏形成过程中起重要作用。天然气主要分布在中、上组合,受储集条件控制,气藏形态主要呈透镜体。

塔里木盆地和田河气田水溶气成藏过程

塔里木盆地和田河气田的天然气具备水溶气成藏地球化学特征和理想的水溶气成藏条件。喜马拉雅运动晚期和田河气田圈闭形成,巴楚断隆以南的西南坳陷寒武系高—过成熟烃源岩生成的天然气在深部高温、高压条件下大量溶解于水中。随着断裂的开启,在异常压力驱使下,水溶气沿断裂从深部寒武系运移至气田东部的奥陶系和石炭系圈闭中,由于压力和温度降低,水溶气释放形成游离气气顶,气水界面下部的水体继续自气田东部高压区向西部低压区沿不整合面长距离运移,运移过程中压力不断降低,导致水溶气不断释放,变成游离相天然气,在运移路径上成藏,形成条带状、串珠状分布的和田河气田。由此造成气田西部井区天然气偏干、甲烷碳同位素组成偏重、CO2含量明显偏高,一系列的水溶气运移参数自东部井区向西部明显增大。

塔里木盆地和田河气田天然气裂解类型

和田河气田天然气来自寒武系高-过成熟烃源岩,气田大体上呈长条状东西向展布。和田河气田天然气组分具有随C1/C2增加C2/C3变小、碳同位素δ13C2-δ13C3值变化较大、ln(C2/C3)值变化较小的特点。根据目前惯用的干酪根裂解气和原油二次裂解气判识标准,和田河气田的天然气应属于干酪根裂解气。和田河气田东、西部井区天然气干燥系数、甲烷碳同位素值及二氧化碳含量存在明显的差异。伴随晚喜山期和田河圈闭的形成,干酪根裂解生成的天然气以水溶方式自东部高压区向西部低压区运移,由于甲烷在水中的溶解度大于重烃、δ13CH4溶解度大于1δ2CH4、CO2在天然气组分中溶解度最大,造成天然气组分和甲烷碳同位素的分馏,使西部井区天然气具有干燥系数偏高、甲烷碳同位素值偏重、二氧化碳含量明显偏高等特点。

水溶天然气运移地球化学示踪——以塔里木盆地和田河气田为例

文中选择田河气田作为研究实例,对气田东、西部天然气进行系统的天然气地球化学对比研究,结合气田成藏的地质背景,认为和田河气田具有较好的水溶气运移成藏地质条件和明显的水溶气运移地球化学证据,提出了天然气是水溶气成因的新观点。寒武系烃源岩生成的天然气在高温、高压状态下大量溶解于水,在压力的驱使下,水溶气自寒武系运移至气田东部圈闭,然后再由气田东部的高压区沿不整合面往西部的低压区运移。根据气田天然气地球化学横向变化特征,提出了ln(C1/C2)、ln(C2/C3)、CO2/CH4、CH4/N2、N2/C2H6等一系列操作性较强的水溶气运移的地球化学示踪新指标,对研究天然气成藏机理和成藏过程都有重要意义。

水动力条件对煤层气含量的影响——煤层气滞留水控气论

煤系中流动的地下水对煤层气的含量影响很大。在平面上和剖面上,水动力活跃的地区,煤层气的含量小;相反,在水动力不活跃地区或滞流水区域,煤层气的含量就比较高。在煤矿生产实践中,水动力活跃的地区,瓦斯突出事故就少,或无;在水动力比较弱的采煤区,瓦斯突出事故就比较多,或者瓦斯涌出量比较大。根据这些现象。

塔里木盆地天然气地球化学及成因与分布特征

塔里木盆地天然气主要分布在前陆区和台盆区,分别是煤成气和油型气,目前探明的天然气主要是煤成气。迄今盆地所探明的大部分气田以及83%以上的探明储量都分布在中亚煤成气聚集域上;气藏主要分布在上部储盖组合中,且无一例外地都分布在断裂带上。构造运动产生的断裂在天然气成藏中起气源断层沟通气源的作用,形成的断层相关褶皱为气藏的形成提供了优越的圈闭条件。塔里木盆地天然气为多期成藏,以晚期成藏为主。最后一次成藏期发生并定型于喜山晚期。与塔东侏罗系相比,库车坳陷煤系具有较高的生气速率,更有利于大中型气藏的形成。

塔里木盆地库车坳陷油气成藏的若干特征

库车坳陷发育2大类6套烃源岩,生气强度大,为库车坳陷天然气成藏提供了充足的气源;构造运动派生出的一系列断裂,沟通了深部的气源岩,为天然气往储集层运移提供了有力的通道;受多种因素的影响,库车坳陷油气相态的分布很不均一;库车坳陷发生过多期成藏,但最重要的是最后一期成藏,气藏的形成均比较晚;库车坳陷以生气为主,部分油藏或油气藏是残余油藏或油气藏,是天然气大量散失的结果;库车坳陷和吐哈盆地保存条件的差别导致吐哈盆地倾油,库车坳陷倾气。

川西前陆盆地天然气成藏过程

川西前陆盆地具有丰富的天然气资源,发育上三叠统巨厚的煤系烃源岩,以生气为主,并发育多套储盖组合。天然气成因类型主要是煤成气,目前的气田分布主要受古隆起、沟通下部烃源岩和上部储集层的隐伏断层以及储集条件的控制。川西前陆盆地具有多期成藏、燕山期或喜山期聚集、喜山期调整等特点。来自上三叠统煤系源岩的天然气聚集主要在燕山期,形成原生气藏或下生上储型气藏;后经过喜山期的逆冲作用,对浅层储集层进行改造,产生的断裂沟通深部气藏与浅层圈闭,在对深层(主要在上三叠统)原生气藏进行改造的同时形成浅层(侏罗系)次生气藏。

和田河气田天然气东西部差异及原因

塔里木盆地和田河气田天然气是成熟度较高的干气 ,二氧化碳和氮气含量高。天然气来自寒武系海相高—过成熟烃源岩 ,属油型气。气田呈近东西向展布 ,西部井区的埋深小于东部井区 ,西部井区天然气二氧化碳含量和干燥系数明显高于东部 ,西部井区甲烷碳同位素重于东部。导致东西部天然气的地球化学特征有明显差别的原因是 ,天然气自东向西运移造成了组分的东西部差异 ;西部井区的压力释放使水中溶解的CO2 大量释放 ,导致CO2 含量增加 ;扩散作用导致了甲烷碳同位素的西重东轻。

库车坳陷油气相态分布的不均一性及其控制因素

通过对库车坳陷不同地区油气地球化学特征的详细研究,发现库车坳陷油、气相态分布及地球化学特征具有不均一性。造成这种非均一性的原因有:烃源岩成熟程度的差异引起气/油比以及天然气地球化学特征的差异;成烃母质不同,造成液态烃与气态烃产率变化的多样性;在盖层封闭性稍差地区、有断裂破坏地区,天然气大量散失可形成残余油藏。库车坳陷存在多期成藏、多期构造运动,可捕获不同期的油气。

四川盆地威远气田水溶气脱气成藏地球化学证据

目前,对于四川盆地威远气田的形成过程和天然气来源在认识上还存在着较大分歧。为此,针对该气田天然气的甲烷碳同位素值异常偏重的现象,首先分析了气藏的地质特征和天然气的地球化学特征:气田主力气层是震旦系灯影组,天然气以甲烷为主,含微量乙烷和痕量丙烷;气藏含水饱和度较高,普遍含有保存很好的原生水。进一步根据天然气中H_2S含量与甲烷碳同位素值的关系,判断该区天然气甲烷碳同位素值偏重并非由硫酸盐热化学还原反应(TSR)造成。最后根据该区天然气的甲烷碳同位素值和邻区的对比结果,结合构造演化背景,判断认为,威远气田的天然气主要来自水溶气,并非过去认为的自邻区经侧向运移而来。结论认为:①由于水中释放出的甲烷碳同位素值较重,水溶气的脱气成藏造成了威远气田天然气甲烷碳同位素值偏重的现象;②伴随喜马拉雅期构造运动,威远地区大幅度抬升,形成构造圈闭,在高温、高压状态下溶解在水中的天然气发生减压脱溶,释放出的气体在圈闭中成藏,进而形成了威远气田;③经计算,威远气田圈闭下的水中释放出的天然气数量与该气田的探明储量相当,印证了该气田水溶气脱气成藏的观点。

水动力对煤层甲烷碳同位素的影响

通过对全国主要煤层气盆地水文地质条件、煤层气含量分布、煤层气地球化学特征进行全面的研究,结果发现在平面和剖面上,煤系水动力条件强的地区,不仅煤的含气量相对较低,煤层气甲烷碳同位素变轻的程度也较大;相反水动力较弱的地区或滞流水区,煤层气的含量相对较高,甲烷碳同位素变轻的程度也相对较小。在煤级相似的煤层中,煤层气的含量与甲烷碳同位素有较大的相关性,煤层含气量含越低,甲烷碳同位素就越轻。据此提出,流动的地下水是煤层甲烷碳同位素变轻的根本原因。

和田河气田水溶气成藏特点对克拉2气田的启示

塔里木盆地克拉2气田天然气成藏倍受关注,存在许多疑惑有待于解决。本文根据和田河气田水溶气成藏地质条件和成藏特点,认为克拉2气田具有更优越的水溶气成藏条件,拜城凹陷中生界煤系烃源岩生成的天然气在深部高温、高压状态下大量溶解于水,以水溶气的形式保留在深部地层中,而新构造运动产生了断层相关褶皱,深部的水溶气便沿断裂往上运移至第三系和白垩系圈闭中并随温度和压力降低脱气成藏,从而使天然气具备水溶气的某些特征。指出克拉2气田气-水界面以下的高压水体中未释放出的天然气储量也相当可观,随着气田开发,压力降低,水体中天然气会不断释放,这对该气田天然气可采储量和开采年限的重新估算都有重要的意义。

川西前陆盆地次生气藏天然气来源追踪

浅层次生气藏在川西前陆盆地占重要地位,天然气虽都直接或间接来自须家河组煤系烃源岩,但具体来自须家河组三套煤系中的哪一套烃源岩始终是个难题。这影响了川西天然气成藏方面的研究,也给勘探带来很多困惑。对川西原生和次生气藏天然气地球化学特征进行对比分析,结合川西天然气成藏地质条件和成藏特点,发现次生气藏天然气的来源各不相同,主要由隐伏断裂和所沟通的原生气藏来决定。典型气田研究结果表明,平落坝气田浅层次生气藏天然气来自与须五段煤系烃源岩有关的原生气藏,而白马庙气田次生气藏天然气则来自与须一段煤系有关的原生气藏。

新构造运动对中国天然气成藏的控制作用

由于天然气扩散速率比石油快而不易保存,所以晚期成藏对天然气成藏来说有利于天然气的保存。新构造运动是中国构造史上最后一次大规模的造山运动,对天然气的成藏有着十分重要的控制作用。对于在晚期生气的烃源岩来说,新构造运动产生有效圈闭与晚期供气形成良好匹配,有利于天然气晚期成藏;对于早期成藏的天然气来说,新构造运动使气藏在纵向、横向发生调整,形成新的气藏,另外还可对部分气藏的储层进行优化、改造;新构造运动不仅使圈闭形成,并且还产生断裂系统,沟通烃源岩与储集层,导致幕式成藏,天然气充注效率提高,有利于天然气成藏;另外,新构造运动在构造强烈地区会对已形成的气藏起破坏作用。

储层沥青与有机包裹体生物标志物分析方法

储层沥青和包裹体生物标志物研究是目前油气地质学家十分感兴趣的课题,但由于提取这些生物标志物缺乏行之有效的方法,因此这方面的研究一直比较薄弱。文中选取塔里木盆地轮西稠油区碳酸盐岩储集层样品进行研究,用特殊的分析方法分离出储层沥青和包裹体生物标志物,并与原油生物标志物进行对比,建立了一种行之有效的储层沥青和包裹体生物标志物的分析方法,为油气成藏研究提供新的信息。通过对比研究发现,轮西地区的稠油饱和烃色谱基线漂移严重,含大量25-降霍烷,普遍具有生物降解现象;包裹体生物标志物却没有生物降解现象,说明包裹体和原油形成期次完全不同,包裹体形成在原油降解之前。

四川盆地中部三叠系须家河组煤成气丁烷和戊烷的异正构比与成熟度关系

以四川盆地中部三叠系须家河组不同地区和不同层位原生气藏为对象,采用常规天然气地球化学研究方法,探讨煤成气组分中iC_4/nC_4和iC_5/nC_5值与成熟度之间关系。通过对8个气田73个天然气样品研究发现,煤成气中iC_4/nC_4和iC_5/nC_5值具有一致的变化规律,即呈良好的正相关关系,复相关系数大于0.8。iC_4/nC_4和iC_5/nC_5值随天然气干燥系数(C_1/C_(1+))变高、甲烷碳同位素组成变重而呈有规律地增大,它们之间具有较高的相关性。该研究揭示了煤系生成重烃异构体变化特性,提出了煤成气成熟度的新指标:iC_4/nC_4及iC_5/nC_5值与计算的Ro值之间的回归方程,为煤成气成熟度的判定、天然气运移、后期改造以及成藏等研究都提供了重要参考依据。

库车坳陷煤成油、气的分布及控制因素

塔里木盆地库车坳陷中生界煤系烃源岩主要以生气为主,该坳陷油气藏类型共有5种:纯干气气藏、湿气气藏、凝析气藏、油气共存的油气藏、纯油藏。烃源岩以镜质组和惰性组为主,贫壳质组,形成气藏还是油藏主要取决于地质因素,而不是由显微组分决定的;干气气藏是因为圈闭形成后捕获了下伏高—过成熟的煤系烃源岩生成的干气而形成的;湿气藏和凝析气藏是因为圈闭捕获了成熟阶段煤系烃源岩生成的湿气或凝析气;油藏主要形成于盖层封闭性稍差地区、有断裂破坏地区,原来的湿气或凝析气藏中天然气大量散失,少量的油得以保存,形成小规模的残余煤成油藏或油气藏。