实时碳同位素录井技术在琼东南盆地松涛凸起天然气成因及成藏分析中的应用*

梁 刚 甘 军 徐新德 李 兴 耿 恒 庹 雷 郭潇潇

(1.中海石油(中国)有限公司湛江分公司 广东湛江 524057； 2.中法渤海地质服务有限公司湛江分公司 广东湛江 524057)

碳同位素分析技术在天然气成因及成藏过程等方面有着不可替代的作用，但传统工作方式是井场单点取样+实验室分析，周期长、成本高，气样长时间在容器中保存易造成分析结果失真[1-2]；单点取样造成样品点离散，容易漏掉重要研究信息。实时碳同位素录井分析技术可以现场实时、连续测量样品气中烃类、非烃气体组分含量及天然气碳同位素[3-5]，弥补了单点取样分析的不足，能够捕捉到井筒内天然气运移成藏的准确信息。目前在国内勘探中应用的是法国地质服务公司开发的实时碳同位素录井技术，该技术已在中国海油及其合作方的多口重点探井中应用[3-5]。笔者利用实时碳同位素录井分析技术对琼东南盆地松涛凸起A3构造钻探的2口井进行了天然气运移示踪及气源成熟度对比，以判断天然气成因及来源，结果表明A3构造天然气来自南部的松南凹陷，这是松南凹陷首次获得天然气规模发现，证实了松南凹陷的生烃能力，提升了松南凹陷的勘探价值。

1 区域地质概况

A3构造位于琼东南盆地松涛凸起，北邻松东凹陷，南接松南凹陷，为断层分割的背斜构造。该构造区自下而上发育古近系始新统和渐新统崖城组、陵水组，新近系中新统三亚组(包括二段、一段)、梅山组、黄流组，上新统莺歌海组和第四系乐东组，其中崖城组为主力烃源岩，陵水组为次要烃源，始新统为潜在烃源岩[6-8]；储层段主要集中在三亚组及陵水组。

2016年在A3构造钻探A3-1Sa井及A3-1井(图1)，其中A3-1Sa井深部深入松东凹陷，A3-1井钻入松涛凸起前古近系基底。A3-1Sa井在三亚组一段、二段发现气层60 m，A3-1井在三亚组一段发现气层50 m。这两口井在钻探过程中都应用了实时碳同位素录井技术，为该区的成藏分析提供了重要的一手资料。

图1 研究区位置Fig.1 Location of the study area

2 实时碳同位素录井数据可靠性分析

采样深度从主要目的层三亚组开始一直到完钻井深，其中A3-1井采样深度为2 150～2 737 m，A3-1Sa井采样深度为2 040～3 698 m，采样间隔均为1 m，与常规气测一致。

为控制成果数据质量，保障录井设备的稳定性，单井每个井段都要进行数据校验。以A3-1井为例，取甲烷碳同位素(δ13C1)轻、中、重等3个已知同位素值的标准气样稀释到2 500×10-6质量浓度，分别注入同位素分析仪中，每个气样测量5次，然后与标样的同位素值进行对比，根据误差分析结果对设备进行校验。校验结果显示标准差为-0.66%～-1.12%(表1)，表明设备分析结果可靠，满足研究需要。

此外，为了验证现场同位素仪分析结果的可靠性，在井场取了部分钻井气样、电缆地层测试(MDT)气样及钻杆地层测试(DST)气样运回基地实验室分析，对比结果表明现场分析与实验室分析相比误差小，误差率分布在0.05%～6.78%，大部分低于3%(表2)，进一步证实了同位素录井仪分析结果的可靠性。

表1 A3构造A3-1井实时碳同位素分析仪器校验结果Table 1 Instrument calibration result of real-time carbon isotope logging in Well A3-1 in A3 structure

表2 A3构造实时碳同位素录井与实验室分析甲烷碳同位素对比Table 2 Comparison of real-time carbon isotope logging and laboratory analysis of methane carbon isotope in A3 structure

3 在天然气成因及成藏研究中的应用

3.1 天然气成因分析

天然气成因分析是天然气运移成藏研究的基础。目前确定天然气成因方法很多，依据的资料主要有天然气组分、轻烃、同位素(烃类气碳氢同位素及稀有气体同位素)等3种[9-11]。实时碳同位素录井能够提供的数据主要有烃类气(C1—C5)的浓度及甲烷碳同位素，可利用干燥系数(C1/∑(C1—C5))与甲烷碳同位素(δ13C1)交会图来划分天然气的成因类型。生物气以甲烷为主，干燥系数大、碳同位素轻。结合研究区的实际情况，将C1/∑(C1—C5)大于0.975，δ13C1轻于-55‰定义为生物气[12]。由于钻井气干燥系数变化较大，因此划分热成因气时只利用碳同位素，将δ13C1重于-50‰定义为热成因气；甲烷碳同位素随着成熟度增大而变重，以此为依据将热成因气细分为成熟气(-50‰≤δ13C1<-42‰)、高成熟气(-42‰≤δ13C1<-35‰)、过成熟气(δ13C1≥-35‰)。在热成因气和生物气之间的区域为亚生物气/混合气。将A3-1Sa井和A3-1井的实时同位素录井数据及实验室实测的钻井气/MDT气/DST气数据投到图版上(图2)，发现两口井浅层三亚组一段上部分布少量生物气；A3-1Sa井三亚组一段、二段以成熟、高成熟热成因气为主；A3-1井三亚组一段以成熟热成因气为主，陵水组气层异常段(2 550～2 700 m)发现成熟、高成熟热成因气；A3-1Sa井陵水组、A3-1井三亚组一段底部—三亚组二段顶部及陵水组底部—前古近系主要为亚生物气/混合气，含少量成熟热成因气(图2)。

图2 琼东南盆地松涛凸起A3构造干燥系数-甲烷碳同位素判断天然气成因Fig.2 Recognition of natural gas genesis by dry coefficient-methane carbon isotope in A3 structure of Songtao uplift,Qingdongnan basin

3.2 天然气成藏分析

A3构造与松东、松南两个生烃凹陷相邻，周边钻井少且没有井钻到崖城组烃源岩，气源直接对比困难，因此主要利用天然气运移示踪及气源成熟度对比方法判断天然气来源。两口井目的层三亚组天然气以成熟—高成熟热成因气为主，与浅层梅山组、深层陵水组明显不同，说明是来自深部运移气而不是来自本地生成气(图2)。天然气从烃源岩向储层运移过程中，经过的路径会留下明显的痕迹，主要表现为高于本地生成天然气成熟度的高气测异常。深入松东凹陷的A3-1Sa井陵水组以泥岩、灰岩为主，没有明显气异常，甲烷碳同位素录井表明主要为亚生物/混合气，少量热成因气成熟度明显低于上部浅层三亚组，没有天然气运移的痕迹，说明松东凹陷成熟—高成熟天然气没有大规模运移上来。松涛凸起更靠近松南凹陷的A3-1井陵水组气测异常明显，甲烷碳同位素录井表明为高成熟热成因气，成熟度明显高于周围泥岩，说明天然气不是本地生成气，推测高成熟天然气沿2号断裂从松南凹陷运移上来(图3)。烃源岩成熟度对比表明，松南凹陷烃源岩成熟度明显高于松东凹陷，因此,松南凹陷更有可能生成大量的成熟—高成熟天然气。

此外，松南凹陷内部钻遇的A1-1井陵水组发现气测异常，气样实验室分析甲烷碳同位素为-43.4‰，干燥系数为0.95，判断为成熟热成因气(图2)，同样说明松南凹陷生成天然气已经运移上来。

由此可见，确定A3构造天然气来源于松南凹陷，不仅证实了松南凹陷的生烃潜力，而且极大地提升了松南凹陷的勘探价值。

图3 琼东南盆地松涛凸起A3构造天然气成藏模式(剖面位置见图1)Fig.3 Naturel gas accumulation model in A3 structure of Songtao uplift,Qiongdongnan basin(see Fig.1 for location)

4 结论

1) 与实验室分析数据对比分析表明，实时碳同位素录井提供的甲烷碳同位素准确可靠，并且具有数据连续性好、快速、成本低廉的优点，能为随钻研究天然气成因及成藏提供极大的便利。

2) 琼东南盆地松涛凸起A3构造两口井实时碳同位素录井分析结果表明，三亚组气层主要为成熟—高成熟热成因气，天然气运移示踪及气源成熟度对比分析表明来自南部的松南凹陷。这一研究结果不仅证实了松南凹陷的生烃能力，而且提升了松南凹陷的勘探价值。

3) 目前实时同位素录井只能够提供δ13C1资料，而在重烃(C2—C5)碳同位素及氢同位素方面蕴含着更丰富的地质地球化学信息，下一步应开展这一方面的工作。

[1] 王东良，马成华，李剑，等.取样装置对天然气碳同位素检测结果的影响[J].天然气地球科学，2010，21(2)：345-349.

WANG Dongliang，MA Chenghua，LI Jian，et al.The effect of gas sampler on carbon stable isotope value of natural gas[J].Natural Gas Geoscience，2010，21(2)：345-349.

[2] 昝川莉，马军，吴凯，等.气体取样容器对烃类碳同位素值得影响分析[J].低渗透油气田，2012，17(1/2)：125-128.

ZAN Chuanli，MA Jun，WU Kai，et al.Influences about gas collecting containers on carbon isotope value of hydrocarbon[J].Low Permeability Oil & Gas Fields，2012，17(1/2)：125-128.

[3] 孙恒君，黄小刚.实时同位素录井技术[J].录井工程，2010，21(3)：1-4.

SUN Hengjun，HUANG Xiaogang.Real-time isotope mud logging technology [J].Mud Logging Engineering，2010，21(3)：1-4.

[4] 耿恒，陈沛，陈鸣.实时甲烷同位素录井在南海西部YC1-1-1井的应用[J].录井工程，2016，27(4)：45-48.

GENG Heng，CHEN Pei，CHEN Ming.Application of real-time methane isotope logging in YC1-1-1 well in the west of the South China Sea [J].Mud Logging Engineering，2016，27(4)：45-48.

[5] 袁胜斌，黄小刚，汪芯，等.实时同位素录井技术应用[J].录井工程，2017，28(2)：9-12.

YUAN Shengbin，HUANG Xiaogang，WANG Xin，et al.Application of real-time isotope mud logging technology [J].Mud Logging Engineering，2017，28(2)：9-12.

[6] 李文浩，张枝焕，李友川，等.琼东南盆地古近系渐新统烃源岩地球化学特征及生烃潜力分析[J].天然气地球科学，2011，22(4)：700-708.

LI Wenhao，ZHANG Zhihuan，LI Youchuan，et al.Geochemical characteristics and hydrocarbon generation of Paleogene Oligocene source rocks in Qiongdongnan basin[J].Natural Gas Geoscience，2011，22(4)：700-708.

[7] 黄保家，李绪深，王振峰，等.琼东南盆地深水区烃源岩地球化学特征与天然气潜力[J].中国海上油气，2012，24(4)：1-7.

HUANG Baojia，LI Xushen，WANG Zhenfeng，et al.Source rock geochemistry and gas potential in the deep water area,Qiongdongnan basin [J].China Offshore Oil and Gas，2012，24(4)：1-7.

[8] 梁刚，甘军，李兴.琼东南盆地陵水凹陷天然气成因类型及来源[J].中国海上油气，2015，27(4)：47-53.DOI:10.11935/j.issn.1673-1506.2015.04.006.

LIANG Gang，GAN Jun，LI Xing.Genetic types and origin of natural gas in Lingshui sag，Qiongdongnan baisn [J].China Offshore Oil and Gas，2015，27(4)：47-53.DOI:10.11935/j.issn.1673-1506.2015.04.006.

[9] 戴金星.天然气碳氢同位素特征和各类天然气鉴别[J].天然气地球科学，1993，4(2/3)：1-40.

DAI Jinxing.Characteristics of natural gas carbon-hydrogen isotope and identification of natural gas[J].Natural Gas Geoscience，1993，4(2/3)：1-40.

[10] 戴金星，邹才能，张水昌，等.无机成因和有机成因烷烃气的鉴别[J].中国科学 D辑:地球科学，2008，38(11)：1329-1341.

[11] 戴金星.天然气中烷烃气碳同位素研究的意义[J].天然气工业，2011，31(12)：1-6.

DAI Jinxing.Significance of the study on carbon isotopes of alkane gases[J].Natural Gas Industry，2011，31(12)：1-6.

[12] 郭泽清，李本亮，曾富英，等.生物气分布特征和成藏条件[J].天然气地球科学，2006，17(3)：407-413.

GUO Zeqing，LI Benliang，ZENG Fuying，et al.Distribution characteristics and reservoir formation conditions of the biogenetic gas[J].Natural Gas Geoscience，2006，17(3)：407-413.