川中安岳气田震旦-寒武系天然气地球化学特征及气源分析_杨晋东.pdf

2023 年 2 月Feb.,2023doi：10.3969/j.issn.1672-9943.2023.01.044川中安岳气田震旦-寒武系天然气地球化学特征及气源分析杨晋东，于振锋，宋新亚，赵瑞熙（山西蓝焰煤层气工程研究有限责任公司，山西 晋城 048000）摘要 为探究川中安岳气田灯影组和龙王庙组储层天然气气源问题，在研究区采集了 22 件天然气井的井口样品。通过改进后的实验方法，对样品气体组分、碳氢同位素进行测试分析，结合干酪根、沥青和 DBTs 化合物化学特征，对储层天然气气源进行研究。结果表明：龙王庙组和灯影组天然气组分以甲烷为主，C2H6和 CO2含量差异较大，干燥系数均大于 0.998，表现出干气特征；灯影组和龙王庙组天然气均为有机成因原油裂解气，主要来自寒武系筇竹寺组烃源岩，灯影组天然气藏烃源岩为裂陷槽内筇竹寺组泥质岩。关键词 安岳气田；灯影组；龙王庙组；气源；同位素中图分类号P618.13文献标识码B文章编号1672-9943（2023）01-0141-040引言川中古隆起震旦系-下古生界天然气勘探始于 20 世纪 40 年代，2013 年在磨溪地区发现了迄今为止中国单个规模最大的整装特大型气田安岳气田，充分验证了川中古隆起震旦-下古生界具有良好的勘探潜力。前人已就川中古隆起天然气藏构造背景、成藏条件、地球化学特征和气源等方面做了大量研究工作1，但目前在安岳气田灯影组和龙王庙组气藏气源方面仍存在争议。本文以前人研究成果为基础，结合改进实验方法后的烷烃碳、氢同位素测试分析，旨在对安岳气田震旦系灯影组和寒武系龙王庙组储层天然气进行系统对比分析，深化对川中古隆起震旦-下古生界天然气成藏规律的认识，推动古老含油气层的下一步勘探开发。1区域地质背景四川盆地分为川西低陡带、川中古隆中斜平缓带、川北低缓带、川东高陡断褶带和川南低陡穹形带 5 个构造区，如图 1 所示。图 1四川盆地构造分布及地层柱状安岳气田位于四川盆地中部乐山龙女寺古隆起的核部2。安岳和威远气田之间发育“德阳安岳”裂陷槽，该裂陷槽位于德阳安岳长宁一带，呈近南北向展布。研究区内震旦系由下至上分为陡山沱组和灯影组，其中陡山沱组以白云岩和砂泥岩沉积为主。灯影组进一步划分为灯一、灯二、灯花岗岩城镇藻云岩井位碎屑云岩气井砂质云岩水井泥晶云岩野外剖面页岩盆地边界泥岩二叠纪前地质界线粉砂岩构造分区边界云质粉砂质安岳气田地层系统组岩性结构剖面源储组合二叠系奥陶系桐梓组洗象池组高台组龙王庙组沧浪铺组筇竹寺组灯影组陡山沱组前震旦系震旦系寒武系中统下统上统上统下统下统储层储层储层储层烃源岩烃源岩烃源岩能 源 技 术 与 管 理EnergyTechnologyand Management2023 年第 48 卷第 1 期Vol.48 No.11412023 年 2 月Feb.,2023三和灯四段：灯一、灯二和灯四段主要为碳酸盐岩沉积，灯三段为一套泥页岩沉积，灯一段+灯二段和灯三段+灯四段构成了 2 个完整的海侵-海退旋回沉积3。2样品采集与测试2.1样品采集本文实验测试样品取自川中安岳气田震旦系灯影组和寒武系龙王庙组气藏，使用钢瓶井口取样，取样位置为井口压力表出口处。采集了安岳气田 14 口天然气井的井口样品，其中 6 口井为灯影组天然气样，8 口为龙王庙组气样，如表 1 所示。为确保实验样品的准确性，取样井均为较长时间正常开采且近期未加入化学试剂的开采井。表 1研究区典型井天然气组分含量2.2测试方法样品测试分析均在中国石油勘探开发研究院实验中心完成。气体组分分析所用仪器为 Agilent7890A 型天然气色谱分析仪，使用双 TCD 检测器，分别以 He 和 N2作为载气，初始炉温为 40，保持 7.5 min 后以 15/min 速率加温至 90，再以6/min 升至 180。使用 MAT 253 同位素质谱仪进行天然气烷烃碳、氢同位素及二氧化碳的碳同位素分析工作。通过气相色谱柱天然气样品分离成甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和二氧化碳，再以 He 为载体进入燃烧炉加热至 850，以 CuO 作氧化剂氧化为 CO2后，以氦气为载体进入 MS进行同位素测试。3结果与讨论3.1气体组分特征由表 1 分析可知，高石梯-磨溪区块震旦系灯影组、寒武系龙王庙组天然气组成均以烃类为主，含少量氮气、二氧化碳等非烃类气体。甲烷含量为82.65%97.35，均值为 92.69%；乙烷含量为 0.03%0.19%，均值为 0.083%；样品气 C3及以上烷烃含量很少，干燥系数（C1/C1-4）大于 0.998，属于典型干气类型。非烃类气体主要为氮气、二氧化碳和硫化氢。氮气含量为 0.44%4.56%，均值为 1.43%；非烃类气中二氧化碳含量最高且变化范围最大（1.69%14.19%，均值为 4.95%），其影响因素值得进一步探讨；高磨地区的震旦系和寒武系天然气中均含有硫化氢，除 GS3井外，其硫化氢含量均小于 35 g/m3，属于低 中含硫化氢气藏4。3.2同位素地球化学特征川中安岳气田震旦系和寒武系储层天然气碳氢同位素实验数据如表 2 所示。由表 2 可以看出，灯影组和龙王庙组甲烷碳同位素值均较为接近，前者 13C1值介于-33.91-32.28（均值-33），后者为-35.2-32.1（均值-32.8）；乙烷碳同位素值相差较大，灯影组 13C2值为-35.6-26.8（均值-28.8），而龙王庙组 13C2值介于-33.99-30.06（均值-32.18）。甲烷氢同位素值分布比较集中，龙王庙组 DCH4值为-153.93-128.17（均值-133.85），灯影组 DCH4值介于-149-126.74（均值-136.5）。乙烷氢同位素则差异较大，龙王庙组和灯影组的 DC2H6值分别 为-184.12-6 9.32（均 值-107.07）、-196.08-83.18（均值-124.13）。杨晋东，等川中安岳气田震旦-寒武系天然气地球化学特征及气源分析产层井号CH4/C2H6/N2/CO2/H2S/（g/m3）龙王庙组MX1795.740.141.431.747.44MX1893.810.191.422.60MX20295.590.170.752.6212.70MX008-H895.590.131.582.07MX11693.880.153.242.21MX11892.750.051.175.19MX009-8-X195.690.142.141.69MX10295.950.141.432.02灯影组MX10991.490.041.685.15MX022-X393.230.060.665.15MX2292.530.071.215.38MX10591.420.052.025.72MX022-X194.190.060.724.85MX10891.220.062.385.15产层井号13C1/13C2/DCH4/13C/DC2H6/龙王庙组MX17-42.52-33.79-153.93-184.12MX18-35.20-30.84-139.12-114.59MX202-32.99-33.99-128.17-69.32MX008-H8-32.07-31.80-128.673.68-93.95MX116-33.07-31.57-132.933.933-139.46MX118-32.44-30.06-133.19-80.21MX009-8-X1-32.49-31.67-123.73-1.974-78.60MX102-32.50-31.89-133.223.611-96.31灯影组MX109-32.70-26.89-132.62-117.80MX022-X3-33.91-35.60-130.11-196.08MX22-32.28-31.87-128.427.681-147.57MX105-32.52-29.97-132.837.535-96.65MX022-X1-32.60-28.08-132.344.576-103.47MX108-33.01-29.03-126.747.898-83.18GS1-32.28-32.08GS7-32.47-31.01GS8-32.29-31.84GS001-X3-32.35-31.70GS001-H2-32.38-33.26GS10-32.38-30.76GS106-32.43-29.33GS6-32.36-32.66表 2研究区天然气碳氢同位素实验数值1422023 年 2 月Feb.,2023数据分析表明，川中地区安岳气田天然气碳同位素普遍较高，其中寒武系和震旦系储层中天然气甲烷碳同位素值类似，而甲烷氢同位素和乙烷碳同位素值差异较大。氢同位素方面，灯影组甲烷氢同位素要略轻于龙王庙组，而乙烷氢同位素则差异很大，平均差值接近 20。本文从储层天然气同位素特征入手，结合区域天然气成藏条件和烃源岩分布特征，着重对目前该区域争议较大的储层天然气气源问题进行分析。3.3天然气成因通常情况下，利用烷烃气的碳同位素可判别天然气属于有机成因还是无机成因。无机成因气的甲烷碳同位素重于-20%，且具有负碳同位素序列特征（13C113C213C313C4）；有机烷烃气具有正碳同位素序列（13C113C213C313C4），甲烷碳同位素值较轻。高石梯磨溪地区龙王庙组除 MX-17 井（13C1=-42.52）外，13C1值为-32.1-35.2（均值-32.8），13C2值为-30.06-33.99（均值-32.18），总体表现为13C113C2；研究区灯影组 13C1值为-32.28-33.91（均值-33），13C2值为-26.8-35.6（均值-28.8），具有明显的正碳同位素序列，指示高石梯磨溪灯影组和龙王庙组均为有机成因天然气，与前人研究结论一致。有机成因天然气包括煤成气和油型气。根据戴金星 13C1-13C2-13C3和 13C1-C1/C2+3烷烃气鉴别图版综合判别，高石梯磨溪地区龙王庙组和灯影组均为油型裂解气，如图 2 所示。通常淡水环境沉积烃源岩所生成的烷烃气富集 H，而盐水环境则富集D，从盐度较低的湖泊相沉积到盐度较高的海相沉积，甲烷的氢同位素也有逐渐变重的趋势。另外据戴金星等对我国数十个盆地天然气的大量实验统计表明，热解成因气中氢同位素与天然气成熟度和烷烃碳数呈显著正相关性。研究区灯影组和龙王庙组烷烃氢同位素值分布范围较广，但总体上仍表现随碳数增加而变重的趋势。安岳气田不同类型储层天然气鉴别及 D1和 13C2关系如图 2 所示。从图中 2（b）可以看出，研究区天然气均来自于海相沉积烃源岩，这与四川盆地震旦-寒武系沉积环境的演化一致。（a）13C1-13C2-13C3和 13C1-C1/C2+3烷烃气鉴别图（b）D1和 13C2关系图 2高磨地区碳氢同位素判别天然气气型图解3.4气源分析3.4.1同位素对比分析研究区的天然气、干酪根和储层沥青的同位素分布情况对比如图 3 所示。图 3川中震旦-寒武系干酪根、沥青及天然气碳同位素的分布情况由图 3 可以看出，龙王庙组和灯影组的13C固体沥青值较为接近，且均小于其对应储层的天然气和下覆烃源岩干酪根；龙王庙组天然气 13C1略小于其下覆筇竹寺组页岩，13C2与筇竹寺组泥质岩生物气生物气和亚生物气亚生物气无机气煤型气原油伴生气油型裂解气和煤型气无机气和煤型气油型裂解气C1/C2+30龙王庙组灯影组龙王庙组灯影组13C2/-80-60-40-20-44-39-34-29-24-19-14D1/104103102101-120-130-140-150-160-170-180-190-20013C/海相沉积油型气海陆过渡相油型气陆相沉积煤成气湖相沉积煤成气混合气-40-39-38-37-36-35-34-33-32-31-30-29-28-27-26-25-24-23沥青天然气干酷根高磨高磨寒武系灯影组灯影组灯影组龙王庙组龙王庙组泥质岩碳酸盐岩筇灯寺组页岩均值：-35均值：-33.5均值：-32.9均值：-34.55均值：-32.