碳同位素动力学模拟及其在天然气评价中的应用

天然气碳同位素动力学模拟是国际油气地球化学界的前沿性研究方向。它和盆地沉积埋藏史、受热史结合起来,对于评价天然气的成因和成藏历史是一种新而且有效的手段,正逐渐为人们所接受。介绍了天然气形成的碳同位素动力学模拟,以及其在评价天然气的成熟度、气源、运移-聚集史和油气比研究等方面应用的新进展,充分展示了其具有良好的应用价值。天然气碳同位素特征不仅受母源、成熟度的影响,而且与运聚条件、沉积盆地增温速率有关。瞬时聚集气与累积聚集气在碳同位素特征存在明显差别。碳同位素分馏动力学模型在不同含油气盆地会存在差异,不仅取决于气源条件,还与运移-聚集史、沉积-构造史有关。中国叠合型盆地天然气藏成因复杂,具有多期、多源的特点,本研究对这类天然气的研究与评价提供了新思路。

应用碳同位素动力学方法探讨阿克1气藏天然气的来源

阿克1气藏是塔西南前陆区喀什凹陷油气勘探上获得重大突破的工业性气藏。采用金管封闭体系热模拟实验和GC-IRMS碳同位素测定,结合运用GOR-ISOTOPEKINETICS专用软件,推导出了塔西南前陆区烃源岩(煤和泥岩)热解生成甲烷的碳同位素动力学参数。该区侏罗系煤、侏罗系泥岩和二叠系泥岩的平均活化能分别为225.86kJ/mol、194.03kJ/mol和223.45kJ/mol,甲烷(12CH4)的指前因子各为1.00×1014s-1、1.00×1013s-1、1.00×1014s-1。在此基础上,利用碳同位素动力学计算结果,并结合地质背景,进一步探讨了阿克1气藏天然气的来源,为天然气定量评价提供了新思路。阿克1气藏天然气为烃源岩过成熟阶段的烃产物,属于混源气,主要捕获了Ro为2.0%～3.6%阶段的天然气;其气源区包括喀什凹陷中心和阿克1井推覆体下盘,主力气源岩是石炭系烃源岩。

天然气甲烷碳同位素动力学模型与地质应用新进展

天然气甲烷碳同位素动力学模拟是在热模拟实验的基础上对甲烷碳同位素值进行数字模拟的一种研究方法。它在石油、天然气地球化学中具有广阔的应用前景 :模拟甲烷碳同位素的整个演化趋势 ,模拟天然气成藏 ,进行精确的气源对比。分析了国外几个典型的甲烷碳同位素动力学模型 ,对各模型的特点和优缺点进行了简要的评述 ,并认识到Cramer 3是目前对实验数据模拟效果最好、适用范围最宽的一个模型。在此基础上 ,结合一些研究实例 。

天然气碳同位素动力学模型研究新进展

天然气碳同位素动力学模型研究是目前国际油气地球化学界的前沿研究课题。它基于化学反应动力学中温度和时间互补原理 ,根据室内热模拟实验 ,对天然气组分的碳同位素值进行动力学模拟研究。文中综述了 2 0世纪 90年代以来国外学者所建立的几种代表性的碳同位素动力学模型 ,分析了各个模型建立的理论基础和基本特征 ,讨论了其研究意义和应用价值。

应用碳同位素动力学模拟评价天然气的成因

简要介绍天然气形成过程中碳同位素分馏的理论基础、动力学参数模拟计算、碳同位素动力学模拟应用于天然气评价等方面的最新成果。揭露了几个值得注意的问题:天然气碳同位素特征不仅受母源、成熟度的影响,而且与运聚条件、沉积盆地增温速率有关;累积聚集气与阶段聚集气在碳同位素特征存在明显差别;碳同位素分馏动力学模型在不同盆地会存在差异,不仅取决于气源条件,还与聚集历史、沉积-构造史有关。我国天然气藏成因复杂,具有多期、多源的特点,对这类天然气的成因研究与评价提供了新思路。

天然气甲烷碳同位素动力学研究及其应用:以塔里木盆地库车坳陷克拉2气田为例

通过有压力的黄金管封闭体系生烃模拟实验和GC IRMS测定,结合GOR IsotopeKinetics专用软件,求取了塔里木盆地库车坳陷三叠系—侏罗系烃源岩生成甲烷的碳同位素动力学参数。结合地质背景,探讨了克拉2气田天然气的成因。克拉2气田天然气主要来源于早中侏罗世煤系烃源岩,属阶段捕获气,为- 5Ma以来的天然气聚集,对应成熟度范围Ro为1.3%～2 .5 %。在此基础上,建立了克拉2气田天然气运聚成藏动力学模式。

评价天然气成熟度的碳同位素动力学方法探讨

天然气成熟度评价是天然气藏气源对比和成因研究的重要内容.塔里木盆地克拉2气田的实例显示,两种常规方法(天然气组分δ13C-Ro关系式、典型烃源岩热模拟δ13C1-Ro关系图版)所确定的天然气成熟度结果差别较大,表明常规方法具有明显的局限性.结合地质条件,应用碳同位素动力学方法评价克拉2气田天然气成熟度Ro值为1.3%～2.5%,这一结果不仅与地质实际较为吻合,而且也得到相关研究成果的支持.

开放体系中天然气稳定碳同位素反应动力学研究

在开放、变温热解实验中,对烃源岩样品进行了在线特定化合物13C/12C稳定同位素分析;在实验数据分析的基础上,利用平行一级反应模型和Arrehenius方程得出反应动力学参数。结果表明,同位素反应动力学结合区域热演化史能有效地解释天然气生成、聚集过程中同位素组成变化的特征,描述在地质系统天然气生成过程中的同位素效应。

天然气稳定碳同位素反应动力学研究——关于干燥、开放热解实验中的思考

在开放、变温热解实验中,对三个碳酸盐岩样品进行了在线特定化合物C/^(12) 稳定同位素分析,其中三个样品分别取自德国西北(石炭系Westphalian煤岩,I_H=286 mgHC/gTOC,R_o=0.72％)、西西伯利亚(白垩系Cenomanian页岩,I_H=192mgHC/gTOC,R_o=0.36％)和马来西亚(三叠系Miocene煤岩,I_H=190mgHC/gTOC,R_o=0.36％)。主要研究对象为甲烷、乙烷和丙烷+丙烯,测得的热解产物碳同位素值分布在热成因天然气范围内(—20‰～—40‰)。热解产物表现出随着热模拟温度升高,一般富集^(13)C,然而,甲烷碳同位素在某些温度段表现出倒转现象。在实验数据分析基础上,利用平行一级反应和Arrhenius温度方程得出反应动力学参数,将Westphalian煤岩得到的动力学参数应用到地热演化史中建立德国西北盆地气藏中天然气生成与聚集过程中组份和同位素组成变化模型。热模拟甲烷计算获得的碳同位素值表现出与德国西北天然气田的碳同位素特征一致。同位素反应动力学结合区域热演化史能有效地解释在天然气聚集过程中同位素组成变化特征。研究结果表明,虽然热解实验与地质条件有着本质区别,但开放、变温热解实验能提供一些有意义的同位素反应动力学参数,这些参数能满意地描述在地质系统中天然气生成过程中的同位素效应。在盆地建模中,应用这些?

库车坳陷煤成甲烷碳同位素动力学研究

应用黄金管封闭体系热解实验 ,结合GC IRMS同位素质谱仪的甲烷碳同位素分析 ,研究了塔里木盆地库车坳陷侏罗系煤生成甲烷的碳同位素特征及其动力学模拟。结果表明 ,库车坳陷侏罗系煤热解气甲烷碳同位素介于 - 3 6 %～- 2 5 % ;碳同位素与热解温度 (或Ro)、升温速率密切相关 ;煤成甲烷的碳同位素动力学模拟结果与热解实验数据吻合较好 ,表明可以用动力学方法将实验数据外推 ,并应用于地质实际中。模拟结果显示 ,库车坳陷克拉 2气田天然气主要经历了 10Ma(尤其是 5Ma)以来的阶段性聚集。

天然气水合物生成动力学模型模拟计算改进

对描述水合物生成过程的Langmuir方程进行了研究,指出了其应用时的局限性;将动力学成核机理中的能量变化分为3部分,提出了动力学模型模拟计算的改进方法,并据此计算出气体水合物吸附过程中受温度和压力影响的动力学因素——成核临界半径,关联出成核半径与能量和温度的关系.计算结果表明,水合物的生成焓变、Gibbs自由能和临界半径随温度升高分别升高、降低、降低.

川西坳陷南段天然气来源与碳同位素地球化学研究

川西坳陷南段是四川盆地主要的天然气产区之一。前人对该区天然气的来源有多种见解。为了更清楚地认识此地区天然气的来源与运移,本文分析了平落坝、大兴西和白马庙气田16件天然气样品的C1—C4烃及CO2 组份的碳同位素组成。所获得的同位素数据结合化学成份和地质资料表明,3个气田的烃类完全是热解成因的,都来源于气田下面的上三叠统烃源岩。这些气田的甲、乙烷碳同位素组成随深度呈不同规律的变化,这些变化归因于烃源岩生烃的热解过程和烃类运移的动力学过程。平落坝气田中侏罗统气藏的烃类大部份形成于烃源岩低成熟和成熟的早期阶段并受到晚期成熟气体的不断补给。平落坝和大兴西气田多数气藏的烃类被认为是从源区垂直向上运移通过上伏地层而进入气藏的,白马庙气田的烃类被认为是沿断裂通道向上侏罗统气藏聚集的。平落坝和大兴西气田的δ13 Cco2 值有很宽的分布范围(- 10 .7‰～- 0 .7‰) ,这表明气田的CO2 由来自基底的海洋碳酸盐岩无机碳成份和沉积地层的有机碳成份混合而成。这些气田的[He/CH4] [N2 /CH4]值之间和δ13 Cco2 δ13 C1值之间的相关性表明,非烃气体在进入气藏前已同烃类很好地混合,并被CH4为主流相的气流携带着向气藏运移。

天然气制合成气工艺基础〔下〕——甲烷转化反应动力学和游离碳析出的热力学

二、甲烷转化反应的动力学动力学的研究,特别是催化反应动力学的研究对于催化反应器的设计是很重要的。它可以剖析工业反应器中催化剂使用情况,逐步使设计和生产达到最佳化。同时,还可以分析各种因素对催化反应速度的影响,合理选择工业生产条件,并有助于探讨催化机理。但是,对于甲烷转化反应动力学的某些方面的研究至今还不太成熟,在压力下反应的研究文章较少,

利用天然气的碳同位素比值建立热成因气模型

利用同位素模型预测甲烷、乙烷和丙烷的δ^(13)C值(干酪根/油生成气态物的程度指标),并用于指示Ⅱ型干酪根的生气特征。通过把气体的多组份动力学模型与同位素模型相结合,可得到气体组份转化率与生成温度之间的相关性。δ^(13)C_1,δ^(13)C_2和δ^(13)C_3之间的关系式利用天然气的热解模型进行限制。通过西得克萨斯Delaware和Val Verde盆地海相腐泥型页岩(Ⅱ型干酪根)生成的气体数据对同位素模型进行验证与校对。这些气体相对不受运移和生物气的混合影响,所以,气体碳同位素比值的变化能初步反映成熟度的演化程度。因此,这些数据对解释气体生成温度和来源于Ⅱ型干酪根的气体δ^(13)C值是有实际价值的。

热成因甲烷碳同位素分布的形成机制

很多学者从不同的角度用不同的方法模拟了从有机母质 (包括煤和干酪根等气源 )形成天然气 (甲烷 )时的碳同位素分馏效应 ,建立了碳同位素分馏效应的很多模型 ,同时也讨论了催化作用和成烃后作用对天然气碳同位素的影响。但这些理论模型和模拟实验结果都还不能完全地拟合自然界中热成因甲烷碳同位素的分布 ,也未能从本质上完全阐明其碳同位素的分馏机制。其原因是各种模型的前提假设都未能完全满足复杂的自然界条件。今后工作的重点应放在用化学动力学的方法建立更完善的模型上 ,同时也应当重点考虑催化作用和成烃后作用对天然气同位素的影响。

新型沉积有机质碳同位素分析方法

同位素组成分析是油田勘探开发的重要基础工作。随着勘探开发力度的不断加大,沉积有机质碳同位素的分析技术更为重要。本文通过设计新型制备装置、引入高效分子泵和采用新型数据处理软件,解决了制备仪器自动化程度低、抽真空时间长和数据处理时间长等问题,不仅提高了测试准确度,而且缩短了样品分析时间,建立了快速高效的同位素组成分析方法。

鄂尔多斯盆地苏里格大气田天然气成藏地球化学研究

苏里格大气田位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡西北部,属于典型的低渗砂岩气田。对天然气组分和同位素组成研究表明,苏里格大气田上古生界天然气以干气为主、湿气为辅,甲烷含量为82.729%～98.407%,干燥系数为84.7%～98.8%,δ13C1值为-36‰～-30‰,δ13C2值为-26‰～-21‰,属于高成熟度的煤成气;气田范围内各井区天然气组分和碳同位素组成变化较小,暗示其来源和成藏过程的一致性。根据储层流体包裹体镜下观察、包裹体均一温度、含烃包裹体丰度、颗粒荧光定量(QGF)、包裹体激光拉曼分析,苏里格大气田上古生界储层发育盐水包裹体、气体包裹体、液态烃包裹体、CO2包裹体等不同类型流体包裹体,主要产于石英次生加大边、微裂隙及胶结物中;包裹体均一温度分布呈连续的单峰态,分布范围为80～180℃,主峰温度为100～145℃;上古生界砂岩储层样品的含烃包裹体丰度不高(多为1%～5%),QGF强度较低(1～10pc)。研究认为,苏里格大气田天然气充注可能是一个连续的过程,主要经历了一期成藏,其主要成藏期为晚侏罗世-早白垩世。通过生气动力学与碳同位素动力学的研究表明,苏里格大气田天然气主要来源于苏里格地区及周缘的石炭-二叠系煤系烃源岩,为近源充注、累积聚气成藏。

库车坳陷天然气地球化学特征和成因

阐述了库车坳陷天然气地球化学特征,并应用碳同位素动力学研究结果,探讨了库车坳陷天然气的成熟度和气源。库车坳陷天然气有湿气、凝析气和干气多种类型;天然气具有由西向东、由北向南甲烷含量减少、干燥系数减小的趋势;天然气主要属煤成气,来源于中生界烃源岩。库车坳陷不同构造带天然气的成熟度差异较大,R_o值从0.7%变化到2%以上。克拉2气田天然气R_o值为1.3%～2.5%。综合目前多方面资料分析,库车坳陷天然气的主力气源岩应是侏罗系煤系烃源岩,三叠系烃源岩的气源贡献次之。

塔里木盆地阿克1气藏天然气的地球化学特征和成因

阿克1气藏是在塔里木盆地西南坳陷喀什凹陷油气勘探中发现的工业性气藏,这是该区天然气勘探的重大突破。根据天然气组分的含量、甲烷和乙烷碳同位素值及稀有气体同位素数据,分析了阿克1气藏天然气的地球化学特征。阿克1气藏天然气为典型干气,甲烷占优势(占80%～91%),重烃含量极低(不超过0.3%),非烃含量高(一般为20%左右),甲烷和乙烷碳同位素重(分别为-25.2‰～-24.7‰和-21.9‰～-21.1‰),稀有气体同位素比值高(3He/4He值达8.34×10-7、40Ar/36Ar值为1438)。结合地质背景,应用碳同位素动力学模拟计算结果,探讨了阿克1气藏天然气的成熟度和气源,为天然气成因评价提供了新思路。认为阿克1气藏天然气是烃源岩过成熟演化阶段的产物,其RO范围为2.0%～3.6%,属于混源气。

和田河气田天然气运聚效率及源区探讨

和田河气田天然气主要源自寒武系烃源岩早期所生液态烃的二次裂解。针对其天然气成因类型,设计开展了源岩热解生烃和原油裂解成气模拟实验,在此基础上建立并标定了有机质生烃及原油裂解成甲烷过程中碳同位素分馏的化学动力学模型,进而在和田河气田的潜在源区进行了地质应用。结果表明,和田河气田两个潜在源区均有短期内大量生气的特征,这有利于减小成藏过程中天然气的散失量。但是,巴楚凸起生气期较早,且所生油气先后经历了两次构造运动破坏;而麦盖提斜坡先北倾后南倾的构造格局演化既使西南坳陷烃源岩早期处于构造上倾部位,生气较晚,又使其所生烃类早期在构造相对稳定的西南古斜坡的构造高部位成藏,而不是在其下倾方向的玛扎塔格断垒构造带聚集,避免了和田河地区的两次构造运动破坏。因此,和田河气田天然气应主要源于西南坳陷。