利用井中化探酸解烴和頂空輕烴技術(shù)預(yù)測和評價(jià)烴源巖

摘 要

摘要：為彌補(bǔ)新區(qū)勘探中常規(guī)地球化學(xué)方法研究烴源巖的測試樣品主要來自野外露頭的不足，利用隨鉆化探錄井中常用的酸解烴和頂空輕烴技術(shù)，探索性地開展了烴源巖的層位、豐度、類型
摘要：為彌補(bǔ)新區(qū)勘探中常規(guī)地球化學(xué)方法研究烴源巖的測試樣品主要來自野外露頭的不足，利用隨鉆化探錄井中常用的酸解烴和頂空輕烴技術(shù)，探索性地開展了烴源巖的層位、豐度、類型及成熟度研究，使得該技術(shù)不僅可以對含油氣層位進(jìn)行預(yù)測，還能在第一時(shí)間對烴源巖進(jìn)行定性乃至定量研究。為此，以四川盆地某構(gòu)造X1井為例，探討了陸相烴源巖層位預(yù)測、類型劃分和成熟度評價(jià)的方法。研究結(jié)果認(rèn)為，酸解烴和頂空輕烴技術(shù)可成為常規(guī)烴源巖研究方法的重要補(bǔ)充，對開展新區(qū)精細(xì)烴源巖評價(jià)、含油氣系統(tǒng)劃分具有重要參考意義，對確定勘探方向特別是勘探層位具有指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞：化探；酸解烴；頂空輕烴；烴源巖評價(jià)；成熟度；干燥系數(shù)；含油氣層位；四川盆地；應(yīng)用
    從20世紀(jì)50年代國外開始研究和發(fā)展油氣化探方法，20世紀(jì)70年代英國北海油田開展大規(guī)模的化探實(shí)踐，到目前油氣化探方法已經(jīng)發(fā)展成一套較為完整的理論體系[1]。井中化探技術(shù)方法建立在油氣地質(zhì)、地球化學(xué)理論和油氣化探基本原理的基礎(chǔ)上，運(yùn)用科學(xué)的樣品采集方法，借助先進(jìn)的儀器，現(xiàn)代的分析測試技術(shù)和解釋評價(jià)手段捕獲鉆井巖屑(心)提供的地球化學(xué)信息，通過各類地球化學(xué)指標(biāo)在地層中的分布特征與組成分析，追蹤油氣運(yùn)移的行跡，預(yù)測和發(fā)現(xiàn)油氣層。隨著油氣勘查分析技術(shù)的提高，井中化探測試手段也不斷完善并日趨細(xì)化，其應(yīng)用亦擴(kuò)展到識別烴源巖及油(氣)/源對比方面[2]。
   本次烴源巖的預(yù)測和評價(jià)用到的化探方法有酸解烴和頂空輕烴技術(shù)。酸解烴主要是指賦存于碳酸鹽顆粒表面及其膠結(jié)物中的甲烷及其同系物，包括少量賦存于硅酸鎂中的烴類。測試原理主要是在真空、一定的恒溫條件下經(jīng)稀鹽酸分解，釋放出來的氣體經(jīng)堿溶液吸收除去C02，其余氣體經(jīng)堿液驅(qū)趕至量氣管，計(jì)算脫出的氣體體積，然后用氣相色譜儀分析其中的烴類氣體含量。頂空輕烴主要是指賦存于巖石孔隙當(dāng)中和部分弱吸附的烴類物質(zhì)。方法原理主要是當(dāng)氣、液(固)相平衡時(shí)，各組分的蒸氣壓占其在液(固)相中的濃度與飽和蒸氣壓成正比。輕烴(C1～C7)及其他易揮發(fā)組分蒸氣壓大，在氣相中的濃度遠(yuǎn)大于液(固)相中的濃度。因此在密封容器中可以不經(jīng)任何分離處理，直接抽取頂部空間氣體進(jìn)行測試。測試流程是在野外取一定量的樣品立即裝入盛有飽和鹽水的容器中，密封后放置一定時(shí)間，經(jīng)動態(tài)平衡后，直接抽取頂部空間氣體注入氣相色譜儀測定。
    筆者依據(jù)井中化探酸解烴和頂空輕烴不同指標(biāo)特征，以四川盆地某構(gòu)造上X1井為例，探討陸相烴源巖的層位預(yù)測、類型劃分和成熟度評價(jià)方法。
1 X1井烴源巖及其分布預(yù)測
    X1井可能作為烴源巖的陸相泥質(zhì)巖類主要有粉砂質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)頁巖、泥巖、頁巖、碳質(zhì)頁巖和煤。泥質(zhì)巖類烴源巖具有豐富的有機(jī)碳含量，將導(dǎo)致其比非烴源巖顆粒束縛和吸附烴類能力更強(qiáng)，酸解烴值偏高；在地表當(dāng)巖屑樣品重置于容器中時(shí)，其在容器中的壓力遠(yuǎn)小于地下地層壓力，烴源巖因壓力變小，可釋放在較高地層壓力條件下達(dá)到成熟且呈弱吸附態(tài)的輕烴以及賦存于微孔、吼道的游離烴，因此往往頂空輕烴值很高。
    根據(jù)X1井所在地區(qū)石油地質(zhì)特征，結(jié)合X1井陸相泥質(zhì)巖類的酸解烴與頂空輕烴甲烷值分布特征，提出該井烴源巖酸解烴和頂空輕烴的劃分標(biāo)準(zhǔn)，酸解烴與頂空輕烴甲烷值二者至少有一個超過10000以上才能作為烴源巖，再依據(jù)另一個值將烴源巖細(xì)分為好烴源巖、中等烴源巖、差烴源巖、非烴源巖4個等級，如表1所示(表1中，SC1表示酸解烴甲烷含量，DC1表示頂空輕烴甲烷含量，下同)。X1井有6種泥質(zhì)巖類，其中泥巖和粉砂質(zhì)泥巖位于非烴源巖區(qū)，基本無生烴能力；粉砂質(zhì)頁巖、頁巖、碳質(zhì)頁巖和煤層具備一定的生烴能力；生烴能力碳質(zhì)頁巖最佳，粉砂質(zhì)頁巖及頁巖次之，煤層樣點(diǎn)僅2個，元代表性(圖1)。
 

    X1井粉砂質(zhì)頁巖、頁巖、碳質(zhì)頁巖和煤層全部分布于須家河組和小塘子組。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)須5段和須4段以中等烴源巖為主，無好烴源巖；須3段、須2段和小塘子組以中等烴源巖為主，好烴源巖相對豐富(圖2)。根據(jù)好烴源巖與中等烴源巖之和對烴源巖優(yōu)劣進(jìn)行排序，認(rèn)為須3段最優(yōu)、須2段其次、須5段和須4段較差、小塘子組最差(表2)。此認(rèn)識與劉華等2002年對四川盆地上三疊統(tǒng)有機(jī)碳含量的研究成果相符[3]。

另外，一般烴類從烴源巖到儲層或者蓋層的運(yùn)移，如無外源加入，甲烷運(yùn)移速度最快，總會在運(yùn)移路徑上呈干燥系數(shù)變大的特點(diǎn)。但是X1井干燥系數(shù)在須家河組各段和小塘子組從下至上明顯逐漸減小。分析認(rèn)為此特征應(yīng)為烴源巖生烴作用造成，因此也可確定須家河組和小塘子組為烴源巖層(表3)。
 

    統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，X1井陸相烴源巖酸解烴值為非烴源巖的2～3倍，而烴源巖頂空輕烴值卻遠(yuǎn)高于非烴源巖頂空輕烴，是其10～20倍(圖3)。
2 烴源巖類型及其成熟度評價(jià)
2.1 烴源巖類型
   酸解烴所測的是歷史時(shí)期被礦物顆粒吸附和膠結(jié)物所捕獲的甲烷及其同系物，一般認(rèn)為其能夠反映歷史時(shí)期烴源巖的生烴特征和早期烴類大規(guī)模運(yùn)移特征，是歷史累積效應(yīng)的反映；而頂空輕烴所測是目前巖石礦物顆粒孔隙、裂縫中的甲烷及其同系物，反映的是現(xiàn)今地層含油氣特征及最近一期大規(guī)模運(yùn)移特征。
   筆者利用酸解烴甲烷與重?zé)N關(guān)系特征將烴源巖劃分為A、B、C等3類，此分類并不對應(yīng)于烴源巖的干酪根分類。A類烴源巖，酸解烴甲烷含量多，反應(yīng)此類烴源巖以生甲烷氣為主，大多數(shù)向甲烷轉(zhuǎn)化，造成輕烴中甲烷含量較高，重?zé)N含量較低的現(xiàn)象；C類烴源巖，相對A類甲烷含量較少，重?zé)N含量卻較高，反應(yīng)此類烴源巖生重?zé)N較多；介于上述2種烴源巖之間的則具備雙重生烴性質(zhì)，劃為B類。
   據(jù)此X1井須5段烴源巖以C類為主；須4段以C類、B類為主；須3段以8類為主，少部分偏C類和A類；須2段以A類為主，少部分偏C類和B類；小塘子組以A類為主，見圖4(圖中SC2～5表示酸解烴重?zé)N含量)。

   可見，小塘子組至須5段，烴源巖類型從A型→B型→C型逐步轉(zhuǎn)變，酸解烴越往上越濕，而不體現(xiàn)出運(yùn)移效應(yīng)產(chǎn)生的越往上越干的特點(diǎn)，為不同母質(zhì)類型烴源巖本身生烴所致。
2.2 烴源巖成熟度
   上文述及，頂空輕烴反映的是現(xiàn)今地層含油氣特征及最近一期大規(guī)模運(yùn)移，因此相對酸解烴而言，能夠較準(zhǔn)確體現(xiàn)出現(xiàn)今烴源巖的成熟度特征。
    對于同類型烴源巖，其DC1～2/DC3～5或者DC1/DC4～5隨著深度的增大(或者成熟度升高)而變大(圖5)，A型和C型具有同樣的變化趨勢。
 

    理論上低熟-成熟階段，A型烴源巖以生成甲烷為主，重?zé)N較少，C型烴源巖生成甲烷要少，重?zé)N較多，因此存在烴源巖的DC1/DC4～5A型＞B型＞C型；高-過成熟階段，由于重?zé)N大量裂解成最終產(chǎn)物甲烷，導(dǎo)致DC1/DC4～5C型＞B型＞A型。
    X1井實(shí)際情況是DC1/DC4～5平均值A(chǔ)型為4259、B型為7747、C型為2193，表現(xiàn)為B型＞A型＞C型，說明下部須3段、須2段、小塘子組的B型、A型烴源巖已經(jīng)達(dá)到了高過成熟裂解生氣階段；須5段、須4段還處于成熟階段，因而對比于成熟階段的DC1/DC4～5A型＞B型＞C型特征，僅出現(xiàn)了B型＞A型的逆轉(zhuǎn)。此烴源巖成熟特征符合烴源巖隨深度增加(或者地溫升高)成熟度增高的規(guī)律。
3 結(jié)束語
    利用頂空輕烴和酸解烴技術(shù)識別和評價(jià)烴源巖的方法具有經(jīng)濟(jì)快速的特點(diǎn)。此方法不僅彌補(bǔ)前人運(yùn)用井中化探對油氣儲層和蓋層的研究比較深入，而對烴源巖研究相對不足的缺點(diǎn)，還可彌補(bǔ)新區(qū)勘探初期利用常規(guī)地球化學(xué)方法識別和評價(jià)烴源巖的測試樣品來自露頭的缺陷。本文提出的方法，可以在新區(qū)或者新層系的勘探鉆井過程中，在第一時(shí)間對含油氣層位進(jìn)行預(yù)測的同時(shí)對烴源巖進(jìn)行定性甚至半定量的預(yù)測和評價(jià)，對之后的精細(xì)烴源巖評價(jià)、含油氣系統(tǒng)劃分具有重要參考意義，對確定勘探方向特別是勘探層位具有指導(dǎo)意義。
    利用頂空輕烴和酸解烴技術(shù)識別和評價(jià)烴源巖屬于探索性研究，建立的標(biāo)準(zhǔn)具有局限性，不同盆地或者構(gòu)造可能有不同的標(biāo)準(zhǔn)，但是方法具有普遍適用性，采用該方法基于X1井建立的烴源巖識別和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)只適用于四川盆地某構(gòu)造。
參考文獻(xiàn)
[1] 牛濱華，孫春巖.石油天然氣物化探技術(shù)及吉林東部油氣勘探[M].長沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社，1996.
[2] 鄧平，王國建.井中化探異常與石油地質(zhì)特征關(guān)系研究[J].天然氣工業(yè)，2002，22(3)：1-4.
[3] 劉華，劉大成，李書舜.川西坳陷侏羅系紅層天然氣成因類型與上三疊統(tǒng)油氣同源性探討[J].天然氣勘探與開發(fā)，2002，25(3)：28-34.
 
(本文作者：楊俊 李武 朱懷平 中國石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所)