利用井中化探酸解烃和顶空轻烃技术预测和评价烃源岩

杨俊 李武 朱怀平

中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所

利用井中化探酸解烃和顶空轻烃技术预测和评价烃源岩

杨俊 李武 朱怀平

中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所

为弥补新区勘探中常规地球化学方法研究烃源岩的测试样品主要来自野外露头的不足,利用随钻化探录井中常用的酸解烃和顶空轻烃技术,探索性地开展了烃源岩的层位、丰度、类型及成熟度研究,使得该技术不仅可以对含油气层位进行预测,还能在第一时间对烃源岩进行定性乃至定量研究。为此,以四川盆地某构造X1井为例,探讨了陆相烃源岩层位预测、类型划分和成熟度评价的方法。研究结果认为,酸解烃和顶空轻烃技术可成为常规烃源岩研究方法的重要补充,对开展新区精细烃源岩评价、含油气系统划分具有重要参考意义,对确定勘探方向特别是勘探层位具有指导意义。

化探 酸解烃 顶空轻烃 烃源岩评价 成熟度 干燥系数 含油气层位 四川盆地 应用

从20世纪50年代国外开始研究和发展油气化探方法,20世纪70年代英国北海油田开展大规模的化探实践,到目前油气化探方法已经发展成一套较为完整的理论体系[1]。井中化探技术方法建立在油气地质、地球化学理论和油气化探基本原理的基础上,运用科学的样品采集方法,借助先进的仪器,现代的分析测试技术和解释评价手段捕获钻井岩屑(心)提供的地球化学信息,通过各类地球化学指标在地层中的分布特征与组成分析,追踪油气运移的行迹,预测和发现油气层。随着油气勘查分析技术的提高,井中化探测试手段也不断完善并日趋细化,其应用亦扩展到识别烃源岩及油(气)/源对比方面[2]。

本次烃源岩的预测和评价用到的化探方法有酸解烃和顶空轻烃技术。酸解烃主要是指赋存于碳酸盐颗粒表面及其胶结物中的甲烷及其同系物,包括少量赋存于硅酸镁中的烃类。测试原理主要是在真空、一定的恒温条件下经稀盐酸分解,释放出来的气体经碱溶液吸收除去CO2,其余气体经碱液驱赶至量气管,计算脱出的气体体积,然后用气相色谱仪分析其中的烃类气体含量。顶空轻烃主要是指赋存于岩石孔隙当中和部分弱吸附的烃类物质。方法原理主要是当气、液(固)相平衡时,各组分的蒸气压占其在液(固)相中的浓度与饱和蒸气压成正比。轻烃(C1～C7)及其他易挥发组分蒸气压大,在气相中的浓度远大于液(固)相中的浓度。因此在密封容器中可以不经任何分离处理,直接抽取顶部空间气体进行测试。测试流程是在野外取一定量的样品立即装入盛有饱和盐水的容器中,密封后放置一定时间,经动态平衡后,直接抽取顶部空间气体注入气相色谱仪测定。

笔者依据井中化探酸解烃和顶空轻烃不同指标特征,以四川盆地某构造上X1井为例,探讨陆相烃源岩的层位预测、类型划分和成熟度评价方法。

1 X1井烃源岩及其分布预测

X1井可能作为烃源岩的陆相泥质岩类主要有粉砂质泥岩、粉砂质页岩、泥岩、页岩、碳质页岩和煤。泥质岩类烃源岩具有丰富的有机碳含量,将导致其比非烃源岩颗粒束缚和吸附烃类能力更强,酸解烃值偏高;在地表当岩屑样品重置于容器中时,其在容器中的压力远小于地下地层压力,烃源岩因压力变小,可释放在较高地层压力条件下达到成熟且呈弱吸附态的轻烃以及赋存于微孔、吼道的游离烃,因此往往顶空轻烃值很高。

根据X1井所在地区石油地质特征,结合X1井陆相泥质岩类的酸解烃与顶空轻烃甲烷值分布特征,提出该井烃源岩酸解烃和顶空轻烃的划分标准,酸解烃与顶空轻烃甲烷值二者至少有一个超过10 000以上才能作为烃源岩,再依据另一个值将烃源岩细分为好烃源岩、中等烃源岩、差烃源岩、非烃源岩4个等级,如表1所示(表1中,SC1表示酸解烃甲烷含量,DC1表示顶空轻烃甲烷含量,下同)。X1井有6种泥质岩类,其中泥岩和粉砂质泥岩位于非烃源岩区,基本无生烃能力;粉砂质页岩、页岩、碳质页岩和煤层具备一定的生烃能力;生烃能力碳质页岩最佳,粉砂质页岩及页岩次之,煤层样点仅2个,无代表性(图1)。

表1 X1井陆相烃源岩划分标准表

图1 X1井陆相泥质岩类酸解烃和顶空轻烃甲烷特征图注:序号同表1

X1井粉砂质页岩、页岩、碳质页岩和煤层全部分布于须家河组和小塘子组。根据标准发现须5段和须4段以中等烃源岩为主,无好烃源岩;须3段、须2段和小塘子组以中等烃源岩为主,好烃源岩相对丰富(图2)。根据好烃源岩与中等烃源岩之和对烃源岩优劣进行排序,认为须3段最优、须2段其次、须5段和须4段较差、小塘子组最差(表2)。此认识与刘华等2002年对四川盆地上三叠统有机碳含量的研究成果相符[3]。

另外,一般烃类从烃源岩到储层或者盖层的运移,如无外源加入,甲烷运移速度最快,总会在运移路径上呈干燥系数变大的特点。但是X1井干燥系数在须家河组各段和小塘子组从下至上明显逐渐减小。分析认为此特征应为烃源岩生烃作用造成,因此也可确定须家河组和小塘子组为烃源岩层(表3)。

图2 X1井须家河组各段与小塘子组烃源岩特征图

表2 X1井须家河组各段与小塘子组烃源岩统计表

表3 X1井须家河组各段与小塘子组顶空轻烃和酸解烃干燥系数表

统计发现,X1井陆相烃源岩酸解烃值为非烃源岩的2～3倍,而烃源岩顶空轻烃值却远高于非烃源岩顶空轻烃,是其10～20倍(图3)。

图3 非烃源岩(左)、烃源岩(右)顶空轻烃和酸解烃甲烷剖面特征图

2 烃源岩类型及其成熟度评价

2.1 烃源岩类型

酸解烃所测的是历史时期被矿物颗粒吸附和胶结物所捕获的甲烷及其同系物,一般认为其能够反映历史时期烃源岩的生烃特征和早期烃类大规模运移特征,是历史累积效应的反映;而顶空轻烃所测是目前岩石矿物颗粒孔隙、裂缝中的甲烷及其同系物,反映的是现今地层含油气特征及最近一期大规模运移特征。

笔者利用酸解烃甲烷与重烃关系特征将烃源岩划分为A、B、C等3类,此分类并不对应于烃源岩的干酪根分类。A类烃源岩,酸解烃甲烷含量多,反应此类烃源岩以生甲烷气为主,大多数向甲烷转化,造成轻烃中甲烷含量较高,重烃含量较低的现象;C类烃源岩,相对A类甲烷含量较少,重烃含量却较高,反应此类烃源岩生重烃较多;介于上述2种烃源岩之间的则具备双重生烃性质,划为B类。

据此X1井须5段烃源岩以C类为主;须4段以C类、B类为主;须3段以B类为主,少部分偏C类和A类;须2段以A类为主,少部分偏C类和B类;小塘子组以A类为主,见图4(图中 SC2～5表示酸解烃重烃含量)。

可见,小塘子组至须5段,烃源岩类型从A型→B型→C型逐步转变,酸解烃越往上越湿,而不体现出运移效应产生的越往上越干的特点,为不同母质类型烃源岩本身生烃所致。

2.2 烃源岩成熟度

上文述及,顶空轻烃反映的是现今地层含油气特征及最近一期大规模运移,因此相对酸解烃而言,能够较准确体现出现今烃源岩的成熟度特征。

图4 X1井酸解烃甲烷与重烃烃源岩分类图

对于同类型烃源岩,其 DC1～2/DC3～5或者 DC1/ DC4～5随着深度的增大(或者成熟度升高)而变大(图5),A型和C型具有同样的变化趋势。

图5 B型烃源岩深度—成熟度关系图

理论上低熟—成熟阶段,A型烃源岩以生成甲烷为主,重烃较少,C型烃源岩生成甲烷要少,重烃较多,因此存在烃源岩的DC1/DC4～5A型>B型>C型;高—过成熟阶段,由于重烃大量裂解成最终产物甲烷,导致DC1/DC4～5C型>B型>A型。

X1井实际情况是DC1/DC4～5平均值A型为4 259、B型为7 747、C型为2 193,表现为B型>A型>C型,说明下部须3段、须2段、小塘子组的B型、A型烃源岩已经达到了高—过成熟裂解生气阶段;须5段、须4段还处于成熟阶段,因而对比于成熟阶段的DC1/ DC4～5A型>B型>C型特征,仅出现了B型>A型的逆转。此烃源岩成熟特征符合烃源岩随深度增加(或者地温升高)成熟度增高的规律。

3 结束语

利用顶空轻烃和酸解烃技术识别和评价烃源岩的方法具有经济快速的特点。此方法不仅弥补前人运用井中化探对油气储层和盖层的研究比较深入,而对烃源岩研究相对不足的缺点,还可弥补新区勘探初期利用常规地球化学方法识别和评价烃源岩的测试样品来自露头的缺陷。本文提出的方法,可以在新区或者新层系的勘探钻井过程中,在第一时间对含油气层位进行预测的同时对烃源岩进行定性甚至半定量的预测和评价,对之后的精细烃源岩评价、含油气系统划分具有重要参考意义,对确定勘探方向特别是勘探层位具有指导意义。

利用顶空轻烃和酸解烃技术识别和评价烃源岩属于探索性研究,建立的标准具有局限性,不同盆地或者构造可能有不同的标准,但是方法具有普遍适用性,采用该方法基于X1井建立的烃源岩识别和评价标准只适用于四川盆地某构造。

[1]牛滨华,孙春岩.石油天然气物化探技术及吉林东部油气勘探[M].长沙:中南工业大学出版社,1996.

[2]邓平,王国建.井中化探异常与石油地质特征关系研究[J].天然气工业,2002,22(3):1-4.

[3]刘华,刘大成,李书舜.川西坳陷侏罗系红层天然气成因类型与上三叠统油气同源性探讨[J].天然气勘探与开发, 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

杨俊,1982年生,助理工程师,硕士;主要从事油气藏形成与分布和油气化探微渗漏研究工作。地址:(214151)江苏省无锡市惠钱路210号无锡石油地质研究所。电话:15852729913。E-mail:yangjun19821002@163.com

杨俊等.利用井中化探酸解烃和顶空轻烃技术预测和评价烃源岩.天然气工业,2011,31(1):37-40.

10.3787/j.issn.1000-0976.2011.01.007

(修改回稿日期 2010-12-02 编辑 罗冬梅)

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