基于模糊层次分析方法的泥质有效低熟气源岩评价

在特定地质背景下,低熟气可以聚集成藏。由于沉积盆地的古环境、母质类型及有机质演化程度的不同,仅以低熟气源岩物理化学性质为侧重点的烃源岩评价方法很难对不同沉积盆地中的烃源岩的生烃潜力进行相对优劣排序。因此,为了快速有效评价低熟气源岩的生烃潜力,分析了w(TOC)、IH、w("A")等10个因素对气源岩生气能力的影响,建立有效低熟气源岩评价指标体系。并运用层次分析法和模糊数学,建立低熟气源岩生烃潜力评价模型。应用此模型对乌连戈伊气田进行了生烃潜力评价,评价结果表明:Achimov气藏、Bazhenov气藏、Vasyugan气藏、Pokur气藏烃源岩是低熟气源岩;Neocomian气藏和Tyumen气藏烃源岩介于低熟气源岩和常规气源岩之间;Tampey气藏烃源岩属于常规气源岩。这与Galimov所得结论是完全吻合的,说明模型的评价结果是可靠的,可以实现低熟气源岩的综合评价,值得推广应用。

准噶尔盆地东部侏罗系烃源岩和天然气地球化学特征及低熟气勘探前景

对准噶尔盆地东部侏罗系烃源岩有机地球化学特征进行了研究,结果显示准噶尔盆地东部侏罗系烃源岩有机碳含量分布范围广泛,TOC为0.13%~81.06%,烃源岩评价为差—中等生油潜力,但生气潜力较大;镜质体反射率Ro分布和与热演化程度相关的生物标志化合物参数(OEP值、CPI值、甾烷和藿烷异构化参数、甲基菲指数等)表明大多数烃源岩处于未成熟—低成熟热演化阶段;有机质类型以III型为主,部分八道湾组和西山窑组烃源岩为II2型。此外,对准噶尔盆地东部侏罗系天然气组分和碳同位素组成分析结果表明,侏罗系天然气以烃类气体为主,甲烷含量为65%~98%,C1/C1-5为0.62~0.98,以湿气为主,碳同位素组成分布范围较广,其中甲烷同位素组成δ13 C1值为-50.7‰^-28.2‰,乙烷δ13 C2为-32.5‰^-23.7‰,丙烷δ13 C3值为-30.6‰^-21.6‰,以煤型气为主,仅三台—北三台地区天然气显示为油型气-煤型气混合的特征。在对准噶尔盆地东部地区侏罗系煤系烃源岩和天然气样品分析的基础上,通过与吐哈盆地典型低熟气区烃源岩和天然气地球化学特征对比认为准噶尔盆地东部阜东和三台—北三台地区已形成一定规模的低熟气聚集,具有巨大的勘探潜力,是准噶尔盆地低熟气有望取得突破的重点地区。

低熟气评价方法及其在松辽盆地北部的应用

针对目前尚无公认的有效的评价低熟气生成量方法这一难题,从低熟气的(低温)热成因机理出发,认为当前被广泛、成功应用于成熟的热成因天然气生成量评价的化学动力学方法仍应是评价低熟气生成量的有效方法,在此基础上建立并标定了松辽盆地代表性源岩干酪根成气的化学动力学模型,进而与可能成为低熟气先质的非烃、沥青质的化学动力学模型一起,构成了评价低熟气生成量的方法,同时指出有机质中少量的低活化能组分的存在是低熟气生成的内因。实际应用表明,松辽盆地北部低熟气的总生成量为41992×108m3,如果采用1%的运聚系数,则松辽盆地低熟气的资源量约为420×108m3,远低于松辽盆地常规热成因气的资源量;由化学动力学方法来评价低熟气生成量是可行的,这一方法也可以推广应用到其它富含低熟气的盆地。

低熟气——煤成气理念的延伸

20世纪80年代末,油气地质学界提出了生物-热催化过渡带气和早期热成因气的概念。认为天然气不仅在有机质的高演化阶段可以形成,在烃源岩演化程度较低时,即0.4%≤Ro<0.6%时也可以形成规模性大气田。对低熟气的理念进行了探讨,将低熟气形成的热演化标尺定在0.4%≤Ro<0.8%,低熟气可以通过甲烷、乙烷碳同位素组成及轻烃特征、地质背景、烃源岩特征等予以判识,论证了前苏联乌连戈依气田和中国吐哈盆地含气区为低熟气田,指出低熟气的烃源岩主要与煤系相关,因此,低熟气可以说是煤成气理念的延伸。就中国的地质背景而言,中国煤资源量很大,其中Ro值小于0.9%的储量占60%以上,预示着低熟气在中国应当有很好的资源前景,值得予以充分关注。

吐哈盆地丘东次凹低熟气的生成与动力学研究

采用黄金管—高压釜封闭体系,对吐哈盆地艾试1井的泥岩和煤岩进行了低温热解实验。根据实验结果,分别求取了干气(C1)、湿气(C2～C5)生成过程的初始动力学参数,然后将单一活化能的动力学参数进一步优化为具有高斯分布的活化能,优化后的动力学参数能较好拟合实验数据。利用优化后的动力学模型模拟了吐哈盆地丘东凹陷八道湾组天然气早期生成过程,并将模拟结果与实际地质资料进行了对比。结果表明,经过优化后的低温恒温热解动力学,能有效评价早期生气过程;在丘东次陷发现的天然气,与八道湾组源岩关系密切。

松辽盆地北部生物气和低熟气成藏主控因素

针对生物气和低熟气的地质特点，从生物气和低熟气的形成条件研究入手，深入分析源岩、构造、储层等对气藏的控制作用，认为松辽盆地北部具备较好的生物气和低熟气形成条件，生物气和低熟气资源丰富，初步计算资源量约1×10^12m^3，资源潜力巨大。气藏受气源岩、砂体和断裂3种因素控制；气源岩区控制气藏的宏观分布范围；薄层、砂地比10％～35％储集体控制了气藏的分布，沟通气源岩与砂体的断裂带是气藏聚集的有利地区。具有下生上储的成藏特点，主要为构造-岩性气藏类型。预测了生物气和低熟气气藏的有利分布地区，为下步勘探指明了方向。

中国生物气-低熟气藏形成条件与潜力分析

根据文献资料统计分析,生物气低熟气资源约占世界天然气资源的14.5%。生物气低熟气气藏的形成与分布的特点为①气藏分布符合“源控论”,气藏距气源岩较近。②有机质以腐殖型为主并保存良好,时代新、沉降幅度较大并具还原水介质条件的沉积盆地有利于生物气形成,气候寒冷、水介质微咸对有机质保存有利。③盆地内构造活动相对平静、盖层稳定发育、不整合面少的区块有利于形成生物气低熟气气藏。④气藏有多种圈闭类型,以古隆起或同沉积构造最为有利。⑤三角洲—滨海相、滨浅湖(海)相沉积生储盖层组合优越,有利于形成生物气低熟气气藏。对比中国及世界的地质条件,推测中国的生物气低熟气资源量约为6万亿m3,是具重要价值的找气新领域。根据中国4个生物气低熟气气田的勘探实例,认为中国的中、新生代陆相沉积盆地生成生物气低熟气资源潜力巨大,应加强相应的研究和勘探工作。

吐哈盆地低熟气评价的化学动力学方法及其应用

针对目前尚无公认的有效方法评价低熟气生成量的难题,本文从低熟气的(低温)热成因机理出发,认为被广泛、成功应用于成熟的热成因天然气生成量评价的化学动力学理论仍然应该是评价低熟气生成量的有效方法。在此基础上,建立并标定了吐哈盆地代表性泥岩、煤岩干酪根成气的化学动力学模型,与可能部分成为低熟气先质的非烃、沥青质的化学动力学模型一起,构成了评价低熟气生成量的方法。标定结果表明,盆地内有机质成气的平均活化能低于其成油的活化能,而且成气过程中低活化能组分的含量也高于成油过程。这可能正是吐哈盆地的有机质在大量生油之前的低成熟阶段,能开始规模性地生成低熟气、从而导致工业性的低熟气聚集的内因所在。应用表明,吐哈盆地低熟气的总生成量可观,达到632.15×1011m3,而且生气强度较高,最高达到100×108m3/km2以上。吐哈盆地低熟气资源量约为3.16×1011～12.62×1011m3。可见,盆地内低熟气具有可观的勘探潜力。本文所建立的方法应该可被推广应用到其他含低熟气盆地的低熟气的评价当中。

吐哈盆地生物气—低熟气评价的元素平衡法及其应用

吐哈盆地探明的源于非高温热成因天然气(生物气—低熟气)的储量虽然已近千亿方,但尚未见评价其生成量及资源量的有效方法报道,这影响了对其勘探潜力及有利目标的决策。针对这一难题,考虑到无论生物气、低熟气的生成机理如何,都是一个有机元素之间的物质平衡过程,探索并建立了评价生物气—低熟气生成量的元素平衡法。利用吐哈盆地大量的实际分析数据,对这一评价方法(模型)进行了标定和应用。结果表明,吐哈盆地Ⅱ型有机质产生物气—低熟气的成气率高于Ⅲ型,二者分别累计可达134.40ml/g和83.99ml/g,吐哈盆地生物气—低熟气的生成总量约为1436.28×1012m3;资源量可能介于7.09×1011～24.42×1011m3之间。表明吐哈盆地的非高温热成因气具有较大的勘探潜力。台北凹陷的J2x和J1及其附近层位是勘探的有利目标。

“生物气—低熟气藏形成条件与资源分布研讨会”在京召开

为了拓展天然气勘探的新领域、加快天然气资源的勘探开发，促进我国生物气研究勘探工作的快速发展，根据贾承造院士的提议，2005年3月10日在中国石油勘探开发研究院石油地质实验中心召开了“生物气低熟气藏形成条件与资源分布”研讨会。来自中国石油勘探开发研究院、廊坊分院、鄂尔多斯分院、

低熟气地球化学特征与判识指标

从目前的研究来看,低熟气的源岩母质类型主要以有机质丰度较高的Ⅲ型煤系为主。低熟气热演化程度(RO)值在0.4%~0.8%之间,根据煤型气CH4碳同位素组成与热演化程度RO之间的"二阶模式"关系,煤型气CH4碳同位素组成应该分布在-54‰^-39‰之间,目前发现的低熟气CH4碳同位素组成主要集中在-49‰^-39‰之间。一般认为煤型气的C2H6碳同位素组成重于-28‰,但是,当考虑低熟气时,将这一指标定为-29‰更为合适。根据煤型气CH4碳、氢同位素关系,低熟煤型气的CH4氢同位素组成分布在-300‰^-216‰之间。天然气轻烃参数中,低熟煤型气的庚烷值分布在16%~22%之间,异庚烷值分布在2.2~5.0之间。生物气不仅在CH4、C2H6碳同位素组成上与低熟气存在明显的差别,同时在轻烃含量的参数上也存在明显的差别。

吐哈盆地天然气轻烃地球化学特征与低熟气判识

低熟气是潜在天然气资源极为重要的领域,对其的识别既有重要的理论意义也有重要的实际意义,其鉴别除碳、氢同位素外,轻烃参数是主要的指标.在吐哈盆地采集了20个气样进行了轻烃分析,结果表明,天然气轻烃组分具有高甲基环己烷、高异构烷烃和低苯的特征,这意味着成气母质为典型的腐殖型,古环境为淡水沉积环境,这些特征与盆地的地质背景一致.对异庚烷值、庚烷值和天然气甲烷碳同位素组成等成熟度指标的对比研究说明,吐哈盆地天然气主要是侏罗系煤系在低演化阶段形成的低熟气.母质为Ⅲ型,成熟度处于低演化阶段,这是低熟气最根本的特征.即轻烃的研究结果进一步证实了吐哈盆地是我国的低熟气规模性气区.这对我国低熟气进一步的勘探开发无疑有很好的促进作用.

低熟气及我国典型低熟气田

从经典的油气形成理论而言,在有机质的低演化阶段,即令已进入石油的成烃门限,但仍然达不到工业性天然气形成和积聚所需的温度,也就是说,低演化阶段是不会形成具有工业价值的天然气藏的.20世纪80年代基于生产实际的进展,提出了生物-热催化过渡带气和早期热成因气的观点,把工业性天然气的形成聚集的下限延伸到了Ro=0.3%～0.4%,基于腐殖质天然气形成碳同位素分馏的二阶模式将其上限定在了Ro=0.8%～1.0%.根据目前低熟气田的和我国主要煤型气田的实际地质情况将低熟气的上限值定在Ro=0.8%是基本可行的,恰当的.乌连戈依等超大型气田应属低熟气田,它们占全球探明天然气储量的20%以上,充分说明了这种资源类型的重要意义.我国的吐哈盆地天然气探明资源已近1000×108m3,该区主要源岩为侏罗系西山窑组,为一套煤系地层,相应热演化标尺主体Ro≈0.4%～0.8%,甲烷碳同位素主峰群δ13C1为-44‰～-39‰(相应Ro=0.6%～0.8%),乙烷的主峰群分布在-29‰～-26‰之间,应当属于煤型的低熟气,天然气轻烃热演化指数也都落在低演化区,而且轻烃的母质类型也显示为煤型,即地质背景,碳同位素和轻烃指数都有力的证明吐哈盆地探明的天然气为低熟气,按我国300×108m3为大型气田的界定,吐哈盆地低熟气已具有3个大气田的规模,它的存在对我国低熟气的研究和勘探具有重大的意义.

准噶尔盆地东部地区侏罗系烃源岩及其低熟气形成条件

源岩条件是低熟气形成的重要因素,准噶尔盆地东部地区侏罗系烃源岩分布范围广,厚度大,有机质为腐殖型烃源岩,RO值绝大多数都小于1.0%,具备有利于低熟气形成的源岩基础。通过地球化学分析,发现侏罗系烃源岩埋深为2 200~4 500m,RO值变化幅度很小,基本都在0.5%~0.8%之间。同一口井和不同区域的侏罗系烃源岩,都表现出随着埋深增加RO值变化范围较小,还未达到常规意义上的生气高峰阶段,并且在此演化阶段保持了很长的地质历史时间。针对实际地质情况,开展温度和时间条件下低熟气形成的热解生烃模拟实验研究,实验结果表明,330℃和350℃时,烷烃气产量较低,随着时间增加（3~30d）产气量变化很小,加热温度370℃和390℃,随着时间增长,气体增加量在14~21d达到最高峰,之后到30d呈缓慢增加或基本保持不变,相对同一温度3d时产气量增加2~2.5倍,即RO值增高0.2%~0.3%时,烷烃气生成量有显著增加,说明时间效应对低熟气形成有重要作用,并且受温度条件的限制。

低熟煤型气的成因化学

用水介质热压模拟、１３Ｃｎｍｒ分析表明，Ｒｏ＝０．７％以前，煤型有机质中的芳环结构的变化主要是官能团的变化，芳环仍然保留着单环的结构特征，并未发生明显的缩合作用。即在早期热演化过程中由邻甲氧基苯酚结构向邻苯二酚类结构转化，进而转化为烷基酚类结构，同时脱去甲氧基中的甲基。甲氧基含量从Ｒｏ＜０．３％开始迅速减少，到Ｒｏ＝０．７％时已基本脱除完毕。煤型有机质中的甲氧基在热演化早期通过自由基反应脱去甲基。

辽河坳陷东部凹陷低熟气地球化学特征

通过分析辽河坳陷东部凹陷29个天然气样品的地质和地球化学特征,探讨了研究区天然气成因类型的新认识。研究区主要烃源岩为古近系沙河街组和东营组,母质类型以偏腐殖型为主,热演化程度主体处于0.5%~1.0%之间。天然气组分以烃类气体占绝对优势,干气、湿气并存;δ13 C1值为-46‰^-38‰、δ13C2值为-30‰^-25‰、δ2 HCH4值为-250‰^-210‰;C5-7轻烃化合物中富含异构烷烃,庚烷值和异庚烷值均落在低演化区。对比分析吐哈低熟气特征,指出研究区探明天然气的主体属于低熟气范畴,满足其2个本质属性:母质为偏腐殖型、成熟度处于低演化阶段。气源对比表明,天然气主要来源于古近系沙三段(Es3)陆相湖盆偏腐殖型源岩,它的成熟度(RO)与基于"δ13C1—RO"计算得出的天然气RO值(0.50%~0.90%)在空间分布特征上相吻合。此外,微生物活动对气藏后期的改造作用也不容忽视:大部分C2+烃类被微生物消耗而使天然气组分变干;C2、C3含量降低至一定程度时,δ13C2值、δ13C3值呈现异常高,甚至达到正值,而δ13C1值受微生物活动影响较小;正庚烷容易被降解而使研究区天然气庚烷值相比吐哈低熟气更低。

莺—琼盆地生物气及生物—低熟过渡带气特征与勘探前景

莺—琼盆地天然气资源丰富,天然气成因类型多,是南海北部陆架边缘盆地一个具有多种勘探领域和广阔资源前景的大气区。由于目前的勘探和研究程度尚低,虽在该区浅层和中深层所发现的天然气藏多以成熟—高熟的热成因腐殖型气(煤型气)为主,但亦发现了一些生物气及生物—低熟过渡带气气藏。后者均具较高的产量和一定的储量规模,资源潜力及勘探前景非常广阔,应是一个新的勘探领域,值得进一步加深综合研究和加大勘探风险投入的力度。

吐哈盆地低熟气形成机制、成藏条件及资源潜力基础

吐哈盆地天然气探明近千亿方,主要气源岩层为中下侏罗统水西沟群煤系地层,气源岩主要生排气时地相应热演化标尺R0=0.6%-0.9%,天然气甲烷碳同位素主峰群为-44‰--39‰(相应R0=0.6%-0.8%),乙烷碳同位素主峰群为-29‰--26‰之间,属于煤型低熟气,通过对吐哈盆地天然气地化特征分析确定天然气成因类型,建立盆地低熟气判识指标;通过盆地模拟计算了盆地低熟天然气资源量;通过天然气成藏过程分析建立模盆地低熟气成藏模式。

吐哈盆地烃源岩研究进展与低演化油气的形成

通过对吐哈盆地中、下侏罗统6块源岩抽提物的饱和烃和芳烃馏分进行有机地球化学研究,除进一步印证了前人一些主要结论(如母源输入以高等植物为主、有机质类型以Ⅲ型为主和源岩演化程度低等)外,还发现了一些富有科学意义的新的现象与特征,主要包括:源岩样品中含较高丰度的树脂体类化合物;样品中存在八硫环形式的单质硫;源岩有机质经受过较明显的生物降解作用。认为树脂体类化合物是低演化烃的重要母质,单质硫八硫环和生物降解作用都会导致有机质成烃活化能降低,从而促使有机质在较低的热演化阶段形成油气;这些新的发现对于认识源岩在低演化阶段形成商业性的低熟气储层具有重要意义;吐哈盆地有机质成熟度主体处于RO<0.8%的演化阶段,所生成的原油应为低演化阶段的油,天然气则相应为低熟气。