實時碳同位素錄井技術在瓊東南盆地松濤凸起天然氣成因及成藏分析中的應用*

梁 剛 甘 軍 徐新德 李 興 耿 恒 庹 雷 郭瀟瀟

(1.中海石油(中國)有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057； 2.中法渤海地質服務有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057)

碳同位素分析技術在天然氣成因及成藏過程等方面有著不可替代的作用，但傳統工作方式是井場單點取樣+實驗室分析，周期長、成本高，氣樣長時間在容器中保存易造成分析結果失真[1-2]；單點取樣造成樣品點離散，容易漏掉重要研究信息。實時碳同位素錄井分析技術可以現場實時、連續測量樣品氣中烴類、非烴氣體組分含量及天然氣碳同位素[3-5]，彌補了單點取樣分析的不足，能夠捕捉到井筒內天然氣運移成藏的準確信息。目前在國內勘探中應用的是法國地質服務公司開發的實時碳同位素錄井技術，該技術已在中國海油及其合作方的多口重點探井中應用[3-5]。筆者利用實時碳同位素錄井分析技術對瓊東南盆地松濤凸起A3構造鉆探的2口井進行了天然氣運移示蹤及氣源成熟度對比，以判斷天然氣成因及來源，結果表明A3構造天然氣來自南部的松南凹陷，這是松南凹陷首次獲得天然氣規模發現，證實了松南凹陷的生烴能力，提升了松南凹陷的勘探價值。

1 區域地質概況

A3構造位于瓊東南盆地松濤凸起，北鄰松東凹陷，南接松南凹陷，為斷層分割的背斜構造。該構造區自下而上發育古近系始新統和漸新統崖城組、陵水組，新近系中新統三亞組(包括二段、一段)、梅山組、黃流組，上新統鶯歌海組和第四系樂東組，其中崖城組為主力烴源巖，陵水組為次要烴源，始新統為潛在烴源巖[6-8]；儲層段主要集中在三亞組及陵水組。

2016年在A3構造鉆探A3-1Sa井及A3-1井(圖1)，其中A3-1Sa井深部深入松東凹陷，A3-1井鉆入松濤凸起前古近系基底。A3-1Sa井在三亞組一段、二段發現氣層60 m，A3-1井在三亞組一段發現氣層50 m。這兩口井在鉆探過程中都應用了實時碳同位素錄井技術，為該區的成藏分析提供了重要的一手資料。

圖1 研究區位置Fig.1 Location of the study area

2 實時碳同位素錄井數據可靠性分析

采樣深度從主要目的層三亞組開始一直到完鉆井深，其中A3-1井采樣深度為2 150～2 737 m，A3-1Sa井采樣深度為2 040～3 698 m，采樣間隔均為1 m，與常規氣測一致。

為控制成果數據質量，保障錄井設備的穩定性，單井每個井段都要進行數據校驗。以A3-1井為例，取甲烷碳同位素(δ13C1)輕、中、重等3個已知同位素值的標準氣樣稀釋到2 500×10-6質量濃度，分別注入同位素分析儀中，每個氣樣測量5次，然后與標樣的同位素值進行對比，根據誤差分析結果對設備進行校驗。校驗結果顯示標準差為-0.66%～-1.12%(表1)，表明設備分析結果可靠，滿足研究需要。

此外，為了驗證現場同位素儀分析結果的可靠性，在井場取了部分鉆井氣樣、電纜地層測試(MDT)氣樣及鉆桿地層測試(DST)氣樣運回基地實驗室分析，對比結果表明現場分析與實驗室分析相比誤差小，誤差率分布在0.05%～6.78%，大部分低于3%(表2)，進一步證實了同位素錄井儀分析結果的可靠性。

表1 A3構造A3-1井實時碳同位素分析儀器校驗結果Table 1 Instrument calibration result of real-time carbon isotope logging in Well A3-1 in A3 structure

表2 A3構造實時碳同位素錄井與實驗室分析甲烷碳同位素對比Table 2 Comparison of real-time carbon isotope logging and laboratory analysis of methane carbon isotope in A3 structure

3 在天然氣成因及成藏研究中的應用

3.1 天然氣成因分析

天然氣成因分析是天然氣運移成藏研究的基礎。目前確定天然氣成因方法很多，依據的資料主要有天然氣組分、輕烴、同位素(烴類氣碳氫同位素及稀有氣體同位素)等3種[9-11]。實時碳同位素錄井能夠提供的數據主要有烴類氣(C1—C5)的濃度及甲烷碳同位素，可利用干燥系數(C1/∑(C1—C5))與甲烷碳同位素(δ13C1)交會圖來劃分天然氣的成因類型。生物氣以甲烷為主，干燥系數大、碳同位素輕。結合研究區的實際情況，將C1/∑(C1—C5)大于0.975，δ13C1輕于-55‰定義為生物氣[12]。由于鉆井氣干燥系數變化較大，因此劃分熱成因氣時只利用碳同位素，將δ13C1重于-50‰定義為熱成因氣；甲烷碳同位素隨著成熟度增大而變重，以此為依據將熱成因氣細分為成熟氣(-50‰≤δ13C1<-42‰)、高成熟氣(-42‰≤δ13C1<-35‰)、過成熟氣(δ13C1≥-35‰)。在熱成因氣和生物氣之間的區域為亞生物氣/混合氣。將A3-1Sa井和A3-1井的實時同位素錄井數據及實驗室實測的鉆井氣/MDT氣/DST氣數據投到圖版上(圖2)，發現兩口井淺層三亞組一段上部分布少量生物氣；A3-1Sa井三亞組一段、二段以成熟、高成熟熱成因氣為主；A3-1井三亞組一段以成熟熱成因氣為主，陵水組氣層異常段(2 550～2 700 m)發現成熟、高成熟熱成因氣；A3-1Sa井陵水組、A3-1井三亞組一段底部—三亞組二段頂部及陵水組底部—前古近系主要為亞生物氣/混合氣，含少量成熟熱成因氣(圖2)。

圖2 瓊東南盆地松濤凸起A3構造干燥系數-甲烷碳同位素判斷天然氣成因Fig.2 Recognition of natural gas genesis by dry coefficient-methane carbon isotope in A3 structure of Songtao uplift,Qingdongnan basin

3.2 天然氣成藏分析

A3構造與松東、松南兩個生烴凹陷相鄰，周邊鉆井少且沒有井鉆到崖城組烴源巖，氣源直接對比困難，因此主要利用天然氣運移示蹤及氣源成熟度對比方法判斷天然氣來源。兩口井目的層三亞組天然氣以成熟—高成熟熱成因氣為主，與淺層梅山組、深層陵水組明顯不同，說明是來自深部運移氣而不是來自本地生成氣(圖2)。天然氣從烴源巖向儲層運移過程中，經過的路徑會留下明顯的痕跡，主要表現為高于本地生成天然氣成熟度的高氣測異常。深入松東凹陷的A3-1Sa井陵水組以泥巖、灰巖為主，沒有明顯氣異常，甲烷碳同位素錄井表明主要為亞生物/混合氣，少量熱成因氣成熟度明顯低于上部淺層三亞組，沒有天然氣運移的痕跡，說明松東凹陷成熟—高成熟天然氣沒有大規模運移上來。松濤凸起更靠近松南凹陷的A3-1井陵水組氣測異常明顯，甲烷碳同位素錄井表明為高成熟熱成因氣，成熟度明顯高于周圍泥巖，說明天然氣不是本地生成氣，推測高成熟天然氣沿2號斷裂從松南凹陷運移上來(圖3)。烴源巖成熟度對比表明，松南凹陷烴源巖成熟度明顯高于松東凹陷，因此,松南凹陷更有可能生成大量的成熟—高成熟天然氣。

此外，松南凹陷內部鉆遇的A1-1井陵水組發現氣測異常，氣樣實驗室分析甲烷碳同位素為-43.4‰，干燥系數為0.95，判斷為成熟熱成因氣(圖2)，同樣說明松南凹陷生成天然氣已經運移上來。

由此可見，確定A3構造天然氣來源于松南凹陷，不僅證實了松南凹陷的生烴潛力，而且極大地提升了松南凹陷的勘探價值。

圖3 瓊東南盆地松濤凸起A3構造天然氣成藏模式(剖面位置見圖1)Fig.3 Naturel gas accumulation model in A3 structure of Songtao uplift,Qiongdongnan basin(see Fig.1 for location)

4 結論

1) 與實驗室分析數據對比分析表明，實時碳同位素錄井提供的甲烷碳同位素準確可靠，并且具有數據連續性好、快速、成本低廉的優點，能為隨鉆研究天然氣成因及成藏提供極大的便利。

2) 瓊東南盆地松濤凸起A3構造兩口井實時碳同位素錄井分析結果表明，三亞組氣層主要為成熟—高成熟熱成因氣，天然氣運移示蹤及氣源成熟度對比分析表明來自南部的松南凹陷。這一研究結果不僅證實了松南凹陷的生烴能力，而且提升了松南凹陷的勘探價值。

3) 目前實時同位素錄井只能夠提供δ13C1資料，而在重烴(C2—C5)碳同位素及氫同位素方面蘊含著更豐富的地質地球化學信息，下一步應開展這一方面的工作。

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