鮞狀云巖“碳”定量測(cè)試技術(shù)研究及應(yīng)用

李巖 羅靜 朱遂琿 趙佳男

摘? ? ? 要： 以普光PG-T、PG-S井鮞狀云巖為研究對(duì)象，檢測(cè)其“碳”質(zhì)量分?jǐn)?shù)，從而定量描述焦質(zhì)烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)，判斷儲(chǔ)層類型;同時(shí)基于穩(wěn)定碳元素守恒機(jī)理，以儲(chǔ)層“碳”數(shù)據(jù)為橋梁，計(jì)算古構(gòu)造烷烴氣總量，分析古構(gòu)造石油及油熱解生氣潛力。結(jié)果表明：儲(chǔ)層鮞狀云巖“碳”質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.43%、0.36%、0.22%分別對(duì)應(yīng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型儲(chǔ)層;普光構(gòu)造鮞狀云巖儲(chǔ)層原油總量達(dá)到5.22億t，古原油熱解生成的烷烴氣總量為3 722.5億m3，截至目前，普光氣田已探明的天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量為3 600億m3，與目前的開采實(shí)際情況一致，實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)層類型及烷烴氣潛力定量化、動(dòng)態(tài)化的評(píng)價(jià)。分析認(rèn)為，單獨(dú)依靠古石油熱解產(chǎn)生的天然氣量不能導(dǎo)致普光氣藏的出現(xiàn)，下二疊龍?zhí)督M烴源巖對(duì)普光氣田有著一定的貢獻(xiàn)。

關(guān)? 鍵? 詞：鮞狀云巖;烷烴氣;測(cè)試;守恒原理

中圖分類號(hào)：TE122.2? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A? ? ? 文章編號(hào)： 1671-0460（2020）11-2540-04

Research and Application of "Carbon" Quantitative

Measurement Technology for Oolitic Dolomite

LI Yan1 ，LUO Jing2 ，ZHU Sui-hui2 ， ZHAO Jia-nan1

（1. Northeast Petroleum University， Daqing 163318， China;

2. Northwest Sichuan Gas Field of PetroChina Southwest Oil & Gas Field Company， Mianyang 621700， China）

Abstract： Taking the oolitic dolomites of PG-T and PG-S wells in Puguang area as research objects， their "carbon" contents were detected so as to quantitatively describe the content of coke hydrocarbon and judge the type of reservoirs.At the same time， based on the mechanism of stable carbon element conservation， taking the "carbon" data of reservoir as a bridge， the total amount of alkane gas in the paleostructure was calculated， and the potential of gas production through paleostructure oil and oil pyrolysis was analyzed. The results show that the "carbon" contents in the oolitic dolomite of the reservoir are 0.43%， 0.36% and 0.22%，respectively， corresponding to type I， II and III reservoirs; the total crude oil of oolitic dolomite reservoir in Puguang structure reaches 522 Mt， and the total amount of alkane gas generated by pyrolysis of ancient crude oil is 372.25 billion m3. Up to now， the proved geological reserves of natural gas in Puguang gas field is 360 billion m3， which is consistent with the current actual situation of exploitation. The analysis shows that the natural gas produced by pyrolysis of paleooil alone cannot lead to the appearance of Puguang gas reservoir， and the source rock of the lower Permian Longtan formation has a certain contribution to Puguang gas field.

Key words： Organic carbon; Carbonate; Natural gas; Potential analysis

自從四川發(fā)現(xiàn)天然氣資源以來，開展了大量的工作，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了普光、毛壩、渡口河等天然氣藏，展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。為了進(jìn)一步評(píng)估油氣資源，以及發(fā)現(xiàn)更大的天然氣藏，需要進(jìn)一步明確成藏條件、成藏主控因素、判斷氣源及搞清沉積環(huán)境（圖1）。

在普光構(gòu)造鮞狀云巖儲(chǔ)層中的固體瀝青是石油經(jīng)過后期一系列物理和化學(xué)的改造作用而生成的物質(zhì)，按其產(chǎn)生機(jī)理可分為3種：熱演化成因?yàn)r青、氧化瀝青（生物降解）和脫瀝青（氣侵、水洗）[1-2]。川東北長興-飛仙關(guān)組礁灘儲(chǔ)層瀝青的甾萜類生物標(biāo)志物分布正常，且瀝青質(zhì)量分?jǐn)?shù)與單井日產(chǎn)氣量之間表現(xiàn)出較好的正相關(guān)，這為瀝青的熱解成因提供了佐證[3-4]。目前常用的固體瀝青測(cè)量方法為基于有機(jī)溶劑的抽提+顯微鏡下的觀測(cè)，但是抽提時(shí)有很多瀝青成分無法溶解在溶劑中，導(dǎo)致存在較大的誤差，而且針對(duì)如何評(píng)價(jià)構(gòu)造中的石油量及油熱解生氣量依然缺少有效的手段。

本文以普光氣田鮞狀云巖儲(chǔ)層為研究目標(biāo)，通過大量巖芯樣品，檢測(cè)儲(chǔ)層內(nèi)部有機(jī)“碳”數(shù)值，用它來定量描述固體瀝青，判斷儲(chǔ)層類型，分析成藏條件;同時(shí)基于穩(wěn)定碳元素守恒機(jī)理，以儲(chǔ)層瀝青“碳”數(shù)據(jù)為橋梁，分析古構(gòu)造石油及油熱解生氣潛力，為下一步四川盆地勘探有利圈閉提供借鑒和依據(jù)。

1? 儲(chǔ)層“碳”檢測(cè)

普光構(gòu)造長興組、飛仙關(guān)組儲(chǔ)層中“碳”的飽有量與瀝青有著密切的聯(lián)系，鮞狀云巖樣品中瀝青質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，所分析的“碳”值就越大。根據(jù)固體瀝青中碳元素的比例介于55%～65%之間，計(jì)算出巖芯樣品中瀝青的質(zhì)量。

選取PG-T井飛仙關(guān)組和PG-S井長興組巖芯，以2 m左右為間距，總數(shù)為94塊，檢測(cè)巖芯“碳”值，分析結(jié)果列于圖2。長興組、飛仙關(guān)組的“碳”檢測(cè)值分別為0.18%和0.28%，反映長興組瀝青豐度不如飛仙關(guān)組大，與前人[5-6]采用顯微鏡下計(jì)量的瀝青結(jié)果相比，本次分析的瀝青值略小，綜合認(rèn)為鏡下檢測(cè)誤差大，而本文所采用的方法具有速度快、精度高的優(yōu)勢(shì)。

通過有機(jī)碳來定量評(píng)價(jià)瀝青質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以給石油其他領(lǐng)域提供一定的借鑒。例如頁巖油和頁巖氣的潛力評(píng)估，可以通過有機(jī)碳定量檢測(cè)來描述油氣規(guī)模，評(píng)估開采的經(jīng)濟(jì)效益。

除了普光氣田，其周邊的氣藏也存在著較多的固體瀝青，如鐵山坡、渡口河、羅家寨飛仙關(guān)組中的平均瀝青豐度值分別為0.49%、0.55%、0.59%，普光的瀝青豐度為0.28%，低于其他3個(gè)氣田，這同前人[7]的研究認(rèn)識(shí)相同，原因是下志留統(tǒng)生油巖步入生油主峰期時(shí)，普光位于構(gòu)造低點(diǎn)處，此時(shí)烴源巖排出的油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)聚至鐵山坡、渡口河等高構(gòu)造部位，導(dǎo)致它充注的更多，因此現(xiàn)今普光構(gòu)造的瀝青質(zhì)量分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)低于其他3個(gè)氣田。

2? 儲(chǔ)層“碳”與儲(chǔ)集性能

圖3為結(jié)合PG-T、PG-S井長興-飛仙關(guān)組巖芯不同類型儲(chǔ)層的“碳”分布直方圖，圖中反映了儲(chǔ)層類型與有機(jī)碳的對(duì)應(yīng)關(guān)系，優(yōu)質(zhì)的儲(chǔ)層有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類碳酸鹽層有機(jī)碳值為0.43%、0.36%和0.22%，顯示了可通過儲(chǔ)層有機(jī)碳值判斷儲(chǔ)層的沉積環(huán)境及類型。

圖4為飛仙關(guān)組巖芯實(shí)際照片，可見鮞狀云巖孔洞里布滿了黑色的瀝青，分析其內(nèi)部成因機(jī)制認(rèn)為，儲(chǔ)層發(fā)育受沉積環(huán)境的制約，好的儲(chǔ)層有利于油氣的大量進(jìn)入，而油氣及有機(jī)酸的進(jìn)入又可進(jìn)一步使儲(chǔ)層發(fā)生后期溶蝕作用，使儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能得到進(jìn)一步的改善，二者本身是互相促進(jìn)的。因此，通過有機(jī)碳可以指示儲(chǔ)層的發(fā)育帶，為后續(xù)的勘探開發(fā)優(yōu)勢(shì)區(qū)域提供指導(dǎo)。

3? 古石油及油熱解生氣量

普光構(gòu)造主要烴源巖為二疊統(tǒng)龍?zhí)督M和志留系泥巖，其發(fā)育海陸過渡相烴源巖，主要由碳酸鹽巖和煤系（主要有碳質(zhì)泥巖和暗色泥巖）組成。碳酸鹽巖厚度大于120 m，有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，難以作為有效烴源巖。而碳質(zhì)泥巖和暗色泥巖的厚度在? 20～140 m左右（圖5、圖6），有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%以上，部分有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)8%以上;而且龍?zhí)督M泥巖在宣漢-開縣一帶厚度最大，達(dá)到60 m以上，生烴潛力巨大;通南巴地區(qū)泥巖在30 m左右，因此具備較好的生油氣物質(zhì)基礎(chǔ)。

通過儲(chǔ)層有機(jī)碳的定量分析可動(dòng)態(tài)分析天然氣的潛力。隨著溫度升高，普光構(gòu)造石油的演化為甲烷和固體瀝青，而穩(wěn)定碳元素和氫元素在演化過程中處于守恒[9-10]。

設(shè)構(gòu)造單位面積石油質(zhì)量為X0，單位面積古石油熱解形成的甲烷量為XG，目前單位面積有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為TOC瀝青，各個(gè)深度位置處的瀝青有機(jī)碳量? TOC瀝青i。

列方程：

〖TOC〗_瀝青=∑?〖TOC〗_瀝青i =〖10〗^3··∑?〖（1-Φ_i ） H_i 〗（〖Toc〗_i-0.1）。

式中： —巖石密度，值為2.6 g·cm-3;

Toci —鮞狀云巖碳質(zhì)量，%;

Hi —瀝青厚度，m;

Φi —儲(chǔ)層各個(gè)深度段對(duì)應(yīng)的巖層孔隙度，普光構(gòu)造

面積? 49.8 km2。

表1為根據(jù)上式得到的結(jié)果，可見普光構(gòu)造長興-飛仙關(guān)組古石油總量為5.22億t，古石油熱解產(chǎn)生的天然氣儲(chǔ)量達(dá)3 722.5億m3。截至目前，普光氣田已探明的天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量為3 600×108 m3。

雖然古油藏?zé)峤猱a(chǎn)生天然氣是在已有的構(gòu)造圈團(tuán)中發(fā)生，其上部的嘉陵江組和雷口坡組區(qū)域性膏鹽巖蓋層已具備良好的封蓋條件，再加上普光構(gòu)造整體運(yùn)行平穩(wěn)，因此所熱解生成的天然氣損失較少。

但是單獨(dú)依靠古石油熱解產(chǎn)生的天然氣量不能導(dǎo)致普光氣藏的出現(xiàn)，綜合前人的研究成果，分析認(rèn)為下二疊龍?zhí)督M烴源巖對(duì)普光氣田有著一定的貢獻(xiàn)[1]。

4? 結(jié) 論

1）川東北長興-飛仙關(guān)組礁灘儲(chǔ)層瀝青的甾萜類生物標(biāo)志物分布正常，瀝青質(zhì)量分?jǐn)?shù)與單井日產(chǎn)氣量之間表現(xiàn)出較好的正相關(guān)，佐證了普光構(gòu)造鮞狀云巖儲(chǔ)層中的固體瀝青為熱演化成因?yàn)r青。

2）通過分析鮞狀云巖儲(chǔ)層“碳”質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可有效計(jì)量、評(píng)價(jià)固體瀝青的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并能間接反映普光氣藏儲(chǔ)層的發(fā)育類型，有效解決了目前常規(guī)方法無法準(zhǔn)確計(jì)量瀝青的不足，該方法簡單快捷，適于推廣應(yīng)用。

3）利用鮞狀云巖“碳”的測(cè)量，根據(jù)碳元素守恒原理，形成了普光氣藏天然氣潛力分析方法，該方法算出的天然氣總量與目前的開發(fā)實(shí)際現(xiàn)狀一致，真正實(shí)現(xiàn)了定量化、動(dòng)態(tài)化的評(píng)價(jià)，同時(shí)有利于氣源的判別。

4）普光氣田、鐵山坡、渡口河、羅家寨飛仙關(guān)組中的平均有機(jī)碳分別為0.28%、0.49%、0.55%、0.59%，普光的瀝青豐度為低于其他3個(gè)氣田，下志留統(tǒng)生油巖步入生油主峰期時(shí)，普光位于構(gòu)造低點(diǎn)處，此時(shí)烴源巖排出的油氣優(yōu)勢(shì)運(yùn)聚至鐵山坡、渡口河等高構(gòu)造部位，導(dǎo)致它們充注的更多。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡守志，付曉文，王廷棟，等.儲(chǔ)層中的瀝青沉淀帶及其對(duì)油氣勘探的意義[J].天然氣地球科學(xué)，2007，18（1）：99-103.

[2]王一剛，劉志堅(jiān)，文應(yīng)初. 川東石炭系儲(chǔ)層有機(jī)包裹體、儲(chǔ)層瀝青與烴類運(yùn)聚關(guān)系[J]. 沉積學(xué)報(bào)，1996，14（4）：77-83.

[3]謝增業(yè).川東北地區(qū)下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)且鮞灘氣藏成藏[D]. 北京：中國地質(zhì)大學(xué)，2003.

[4]王銅山，耿安松，孫永革，等.川東北飛仙關(guān)組儲(chǔ)層固體瀝青地球化學(xué)特征及其氣源指示意義[J]. 沉積學(xué)報(bào)，2008，26（2）：340-348.

[5]秦建中，付小東，劉效曾.四川盆地東北部氣田海相碳酸鹽巖儲(chǔ)層固體瀝青研究[J]. 地質(zhì)學(xué)報(bào)，2007，81（8）：1065-1071.

[6]李小輝，孫慧瑩，劉春霞.巖石熱解法測(cè)定頁巖中有機(jī)碳[J]. 當(dāng)代化工，2017，46（3）：429-431.

[7]謝增業(yè)，魏國齊，李劍，等.川東北飛仙關(guān)組鮞灘儲(chǔ)層瀝青與天然氣成藏過程[J]. 天然氣工業(yè)，2004，24（12）：17-19.

[8]張水昌，朱光有，陳建平，等.四川盆地川東北部飛仙關(guān)組高含硫化氫大型氣田群氣源探討[J]. 科學(xué)通報(bào)，2007，52（S）：87-94.

[9]王涵云，楊天宇. 原油熱解成氣模擬實(shí)驗(yàn)[J]. 天然氣工業(yè)，1982，5（3）：28-33.

[10]黃籍中.干酪根的穩(wěn)定碳同位素分類依據(jù)[J].地球與環(huán)境，1988，6（3）：12-14.