四川盆地中部三叠系须家河组煤成气丁烷和戊烷的异正构比与成熟度关系

引用本文

秦胜飞, 黄纯虎, 张本健, 杨雨, 袁苗. 四川盆地中部三叠系须家河组煤成气丁烷和戊烷的异正构比与成熟度关系[J]. 石油勘探与开发, 2019,46(3): 474-481.
QIN Shengfei, HUANG Chunhu, ZHANG Benjian, YANG Yu, YUAN Miao. Relationships of the iC₄/nC₄ and iC₅/nC₅ ratios with maturity of coal-derived gases of Triassic Xujiahe Formation in central Sichuan Basin, SW China [J]. Petroleum Exploration & Development, 2019,46(3): 474-481. 复制到剪切板

Doi: 10.11698/PED.2019.03.06
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四川盆地中部三叠系须家河组煤成气丁烷和戊烷的异正构比与成熟度关系

秦胜飞¹, 黄纯虎², 张本健³, 杨雨⁴, 袁苗¹

1. 中国石油勘探开发研究院,北京 100083

2. 中国石油西南油气田公司川中气矿,四川遂宁 629000

3. 中国石油西南油气田公司川西北气矿,四川江油 621709

4. 中国石油西南油气田分公司勘探开发研究院,成都 610051

第一作者简介：秦胜飞（1969-）,男,安徽五河人,博士,中国石油勘探开发研究院高级工程师,主要从事天然气地质与地球化学和油气成藏方面研究。地址：北京市海淀区学院路20号,中国石油勘探开发研究院,邮政编码：100083。E-mail：qsf@petrochina.com.cn

收稿日期: 2018-09-19

基金项目: 国家自然科学基金项目（41872162）; 中国石油天然气股份有限公司项目（2014B-0608）

摘要

以四川盆地中部三叠系须家河组不同地区和不同层位原生气藏为对象,采用常规天然气地球化学研究方法,探讨煤成气组分中iC₄/nC₄和iC₅/nC₅值与成熟度之间关系。通过对8个气田73个天然气样品研究发现,煤成气中iC₄/nC₄和iC₅/nC₅值具有一致的变化规律,即呈良好的正相关关系,复相关系数大于0.8。iC₄/nC₄和iC₅/nC₅值随天然气干燥系数（C₁/C₁₊）变高、甲烷碳同位素组成变重而呈有规律地增大,它们之间具有较高的相关性。该研究揭示了煤系生成重烃异构体变化特性,提出了煤成气成熟度的新指标：iC₄/nC₄及iC₅/nC₅值与计算的 R_o值之间的回归方程,为煤成气成熟度的判定、天然气运移、后期改造以及成藏等研究都提供了重要参考依据。图7表1参29

关键词: 四川盆地; 三叠系; 须家河组; 煤成气; iC₄/nC₄; iC₅/nC₅; 成熟度指标

中图分类号:TE122.2 文献标志码:A 文章编号:1000-0747(2019)03-0474-08

Relationships of the iC₄/nC₄ and iC₅/nC₅ ratios with maturity of coal-derived gases of Triassic Xujiahe Formation in central Sichuan Basin, SW China

QIN Shengfei¹, HUANG Chunhu², ZHANG Benjian³, YANG Yu⁴, YUAN Miao¹

1. Research Institute of Petroleum Exploration & Development, PetroChina, Beijing 100083, China;

2. Chuanzhong Gas Mine, Southwest Oil and Gas Company, PetroChina, Suining 629000, China

3. Northwest Sichuan Gas Mine, Southwest Oil and Gas Company, PetroChina, Jiangyou 621709, China

4. Exploration and Development Research Institute, Southwest Oil and Gas Company, PetroChina, Chengdu 610051, China

Abstract

The original gas reservoirs in different areas and different layers of the Triassic Xujiahe Formation in the central Sichuan Basin are studied to reveal the relationships of iC₄/nC₄ and iC₅/nC₅ ratios in coal-derived gas components with maturity using conventional natural gas geochemical research methods. The testing results of 73 gas samples from 8 gas fields show that the iC₄/nC₄ and iC₅/nC₅ ratios in coal-derived gas have a good positive correlation, and the correlation coefficient is above 0.9. Both the iC₄/nC₄ and iC₅/nC₅ ratios become higher with the increase of natural gas dryness coefficient (C₁/C₁₊) and the methane carbon isotope becoming less negative. These parameters are highly correlated. This study not only reveals characteristics of heavy hydrocarbon isomers generated by coal formation, but also puts forward new identification indicators reflecting the maturity of coal-derived gas, the regression between iC₄/nC₄, iC₅/nC₅ and R_o, which can provide an important reference for maturity, migration and accumulation of coal-derived gas, and late stage reformation of coal-derived gas reservoirs.

Keyword: Sichuan Basin; Triassic; Xujiahe Formation; coal-derived gas; iC₄/nC₄; iC₅/nC₅; maturity indicator

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0 引言

煤成气的研究、勘探和开发推动了中国天然气工业的快速发展。中国无论是在发现大气田的数量, 还是天然气总探明储量, 以及天然气产量上都以煤成气为主^{[1, 2, 3]}。近年来, 非常规天然气勘探越来越受重视, 其中的致密砂岩气也以煤成气为主^[4]。所以, 煤成气的研究在中国天然气研究中地位十分重要。

用地球化学参数判断天然气成熟度最常用的是前人建立的δ ¹³C₁与R_o关系式, 最具代表性的公式是Stahl^[5]、戴金星^[6]、刘文汇^[7]等建立的。在这些公式中, 无一例外地明确了随δ ¹³C₁变重, 成熟度逐渐增加。因此, 在无法确定气源或气源岩成熟度时, 它们曾被广泛应用。虽然油田公司下属各矿区等一般都有能力分析天然气组分, 但却不具有测定天然气碳同位素组成的仪器设备, 而且样品外送分析周期较长, 给研究和生产带来了不便。

长期以来人们一直关注能否从天然气组成中寻求反映其成熟度的参数。近期, 戴金星根据煤成气中重烃含量与折算镜质体反射率R_o间较好的相关性, 建立了煤成气湿度系数（C_{2— 5}/C_{1— 5}）与成熟度之间的关系式^[8]。另外, 通过对天然气组分的研究, 还可以追踪天然气的运移^{[9, 10]}。

随着分析仪器的更新, 对天然气组分分析的精度比以前有了很大提高, 特别是对含量较低的丁烷和戊烷异构体的测定, 使得研究天然气中重烃组分和计算相关参数成为可能。

天然气中iC₄/nC₄和iC₅/nC₅值常被研究人员忽略。异构烷烃由于沸点低, 饱和蒸汽压高, 分子间作用力较小, 因而扩散系数要大于同碳数的正构烷烃^[11]。所以, iC₄和iC₅的运移速率分别大于nC₄和nC₅。在气相色谱测定天然气组分时, 异构烷烃出峰时间早于同碳数的正构烷烃。据此推测随天然气运移距离的增加, iC₄/nC₄与iC₅/nC₅值可能会增大。笔者曾利用这些参数追踪四川盆地西部前陆盆地中天然气运移; 研究发现, 随天然气运移路径增加, 两者比值确有增加^[9]。关于iC₄/nC₄与iC₅/nC₅值与烃源岩成熟度之间的关系也有人曾做过研究, 有观点认为这些比值会随成熟度增加而降低^{[12, 13]}, 但因缺乏研究实例, 提供的证据都不够充分。笔者研究发现, iC₄/nC₄与iC₅/nC₅值并非随成熟度增加而降低。为了揭示iC₄/nC₄与iC₅/nC₅值与成熟度之间的关系, 本文选择四川盆地中部（以下简称川中）一些气田三叠系须家河组（T₃x）原生气藏中天然气作为研究对象, 这些气田为广安气田、安岳气田、龙岗气田、合川气田、龙女寺气田、磨溪气田、南充气田和潼南气田。川中须家河组天然气为致密气, 分布广泛, 纵向气层较多且互相叠置, 天然气并未经历明显的横向和纵向运移^[14], 组分运移分馏作用很小, 这为研究煤成气各种组分随成熟度的变化提供了理想的实例, 也为潜在成熟度参数的提出奠定了基础。

1 研究区地质背景

研究层位须家河组位于三叠系上统, 其下伏地层为三叠系中统雷口坡组（T₂l）, 上覆地层为下侏罗统（J₁）。须家河组由多套煤系烃源岩和砂岩互层组成, 自下而上可划分为须一段（T₃x₁）至须六段（T₃x₆）, 其中须一段（T₃x₁）、须三段（T₃x₃）、须五段（T₃x₅）以煤系为主夹薄层砂岩, 为主要气源岩。须二段（T₃x₂）、须四段（T₃x₄）和须六段（T₃x₆）以灰白色、灰色细— 中粒砂岩为主, 夹薄层暗色泥岩, 是较好的储集层（见图1）。雷口坡组以白云岩为主, 夹石膏和薄层灰黑色页岩, 是全区优质封隔层。须家河组上覆的下侏罗统黑色湖相页岩不仅是川中地区侏罗系油气藏的优质烃源岩, 也是下伏须家河组天然气的优质区域盖层。

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	图1 川中须家河组气田分布和油气系统

川中须家河组储集层广泛分布、纵向叠置, 大面积含气, 绝大部分地区构造比较平缓, 气藏主要以构造-岩性复合气藏为主^{[15, 16]}, 储集层物性较差, 孔隙度为4%~8%, 渗透率为（0.01~1.00）× 10^-3 μ m², 属低孔、低渗和特低孔、特低渗储集层^{[17, 18]}。虽然喜马拉雅运动在川中地区表现为整体抬升, 但未形成大的断裂系统, 这对原生天然气藏的保存非常有利。

2 川中须家河组天然气地球化学特征

前人对四川盆地须家河组天然气地球化学特征及其成因类型做过很多研究, 结论比较一致。从烷烃气碳同位素组成特征看, 其乙烷碳同位素组成大于-28.0‰ ; 根据中国含油气盆地天然气成因类型判别标准^[19], 为典型的煤成气。但需要强调的是, 川中须家河组天然气是典型煤系烃源岩生成的热解气, 因为这些天然气的干燥系数（C₁/C₁₊）为0.84~0.96, 平均为0.91（见表1）。如果以干燥系数等于0.95作为划分干气和湿气的界限^[20], 小于该值为湿气, 大于该值为干气, 那么川中地区须家河组天然气主要为湿气。

表1 川中须家河组主要气田天然气组分和碳同位素组成

气田	井号	层位	烷烃气主要成分/%											碳同位素组成/‰				数据来源
气田	井号	层位	CH₄	C₂H₆	C₃H₈	iC₄	nC₄	iC₅	nC₅	iC₄/nC₄	iC₅/nC₅	C₁₊	C₁/C₁₊	δ ¹³C₁	δ ¹³C₂	δ ¹³C₃	δ ¹³C₄	数据来源
广安	广19	T₃x₆	88.43	6.77	2.04	0.45	0.47	0.19	0.10	0.97	1.89	98.74	0.90
	广安103	T₃x₆	87.40	7.59	2.10	0.40	0.37	0.14	0.07	1.07	2.03	98.22	0.89					[14]
	广安109	T₃x₆	89.16	6.13	1.72	0.34	0.34	0.14	0.07	1.01	2.09	98.19	0.91					[14]
	广安110	T₃x₆	89.81	6.08	1.65	0.33	0.32	0.13	0.07	1.02	1.97	98.71	0.91					[14]
	广安115	T₃x₆	90.35	5.71	1.56	0.31	0.30	0.13	0.07	1.06	1.86	98.73	0.92
	广安130	T₃x₆	66.63	6.36	1.82	0.37	0.39	0.16	0.09	0.96	1.75	76.35	0.87
	广安133	T₃x₆	86.21	7.15	2.70	0.71	0.76	0.38	0.20	0.93	1.87	98.76	0.87					[14]
	广安15	T₃x₆	86.47	7.29	2.81	0.55	0.61	0.20	0.15	0.90	1.33	98.43	0.88	-42.4	-27.8	-25.9	-25.6	[14]
	广安7	T₃x₆	88.30	7.32	2.10	0.39	0.40	0.17	0.08	0.96	2.04	99.10	0.89	-42.5	-28.0	-24.2	-23.8	[22]
	广安106	T₃x₄	93.43	4.09	0.71	0.13	0.09	0.04	0.01	1.41	2.79	98.65	0.95	-37.8	-25.7	-24.7	-22.1	[22]
	广安107	T₃x₄	93.24	4.02	0.70	0.13	0.09	0.04	0.02	1.40	2.53	98.37	0.95
	广安112	T₃x₄	92.71	4.52	0.86	0.15	0.12	0.05	0.02	1.26	2.38	98.62	0.94					[14]
	广安113	T₃x₄	93.51	4.01	0.70	0.14	0.10	0.05	0.02	1.44	2.65	98.65	0.95					[14]
	广安116	T₃x₄	93.07	4.60	0.77	0.16	0.10	0.05	0.02	1.64	2.72	98.93	0.94					[14]
	广安12	T₃x₄	91.58	5.28	1.17	0.26	0.20	0.11	0.06	1.27	1.96	98.91	0.93
	广安121	T₃x₄	92.49	4.67	0.83	0.18	0.12	0.06	0.03	1.45	2.32	98.45	0.94					[14]
	广安123	T₃x₄	92.88	4.87	0.88	0.19	0.13	0.06	0.02	1.46	3.00	99.12	0.94
	广安125	T₃x₄	92.11	4.73	0.90	0.21	0.13	0.07	0.02	1.63	2.96	98.26	0.94					[14]
	广安127	T₃x₄	92.37	4.70	0.83	0.18	0.12	0.06	0.03	1.53	2.40	98.65	0.94
	广安13	T₃x₄	86.07	4.98	0.99	0.21	0.14	0.07	0.03	1.48	2.50	92.63	0.93
	广安131	T₃x₄	93.16	4.39	0.74	0.14	0.10	0.04	0.01	1.48	2.69	98.66	0.94					[14]
	广安133	T₃x₄	92.30	4.20	0.68	0.13	0.09	0.05	0.02	1.44	2.08	97.98	0.94					[14]
	广安144	T₃x₄	93.35	4.27	0.70	0.15	0.09	0.04	0.02	1.68	2.56	98.74	0.95					[14]
	广安16	T₃x₄	92.32	4.94	1.05	0.24	0.18	0.07	0.03	1.35	2.67	98.89	0.93					[14]
	广安3	T₃x₄	93.73	3.31	0.42	0.07	0.04	0.02	0.01	1.73	2.83	97.60	0.96	-37.7	-24.2	-22.1	-20.4	[22]
	广安5	T₃x₄	93.96	3.84	0.64	0.12	0.08	0.04	0.02	1.51	2.40	98.86	0.95	-37.2	-25.0	-23.7	-22.2	[22]
	广安122	T₃x₄	92.21	4.59	0.76	0.19	0.11	0.06	0.02	1.76	2.77	98.07	0.94					[14]
	广安126	T₃x₄	93.32	4.43	0.75	0.15	0.10	0.05	0.02	1.49	2.42	98.90	0.94					[14]
	广安128	T₃x₄	92.50	4.55	0.77	0.16	0.10	0.05	0.02	1.56	2.56	98.30	0.94	-37.7	-25.2	-23.3	-21.1	[23]
	广安130	T₃x₄	92.37	4.94	0.96	0.16	0.11	0.03	0.01	1.47	2.70	98.62	0.94					[14]
	广安143	T₃x₄	93.10	3.91	0.62	0.11	0.07	0.03	0.01	1.61	2.58	98.04	0.95					[14]
安岳	岳101-8-X2	T₃x₂	87.69	7.99	1.97	0.42	0.37	0.17	0.09	1.14	1.89	99.02	0.89	-41.7	-26.9	-23.6	-24.1	[24]
	岳101-9-X1	T₃x₂	87.73	8.00	1.97	0.42	0.37	0.17	0.09	1.14	1.89	99.08	0.89	-42.7	-26.4	-23.1	-24.1	[24]
	岳101-X12	T₃x₂	87.60	7.82	2.13	0.49	0.44	0.18	0.10	1.11	1.80	99.08	0.88	-42.7	-26.9	-23.8	-24.5	[24]
龙岗	龙岗17	T₃x₆	92.16	5.38	0.84	0.19	0.14	0.08	0.04	1.36	2.00	99.11	0.93	-38.7	-25.1	-23.6	-21.0	[24]
龙岗	龙岗176	T₃x₆	91.32	5.88	1.19	0.21	0.18	0.06	0.03	1.17	2.00	99.15	0.92	-39.9	-24.7	-22.7	-21.5	[24]
合川	合川001-1	T₃x₂	89.93	5.53	1.27	0.33	0.24	0.13	0.06	1.42	2.39	97.75	0.92	-39.5	-27.1	-23.9	-24.4	[25]
	合川124	T₃x₂	89.19	6.57	1.68	0.44	0.33	0.21	0.09	1.33	2.33	98.51	0.91	-40.4	-27.4	-24.5	-25.3	[14]
	合川106	T₃x₂	89.27	6.75	1.73	0.40	0.31	0.17	0.07	1.29	2.43	98.70	0.90	-39.4	-26.9	-24.1	-24.6	[14]
	合川108	T₃x₂	89.80	6.42	1.43	0.34	0.27	0.16	0.07	1.26	2.29	98.49	0.91	-38.6	-27.1	-25.2	-26.3	[14]
	合川109	T₃x₂	93.09	4.04	0.75	0.23	0.15	0.11	0.05	1.56	2.29	98.76	0.94	-38.3	-26.2	-23.6		[25]
	合川125	T₃x₂	92.83	4.82	0.82	0.23	0.15	0.11	0.04	1.53	2.75	99.00	0.94	-37.2	-26.2	-24.5	-26.3	[14]
	合川001-18-X2	T₃x₂	89.92	6.67	1.57	0.29	0.25	0.12	0.05	1.16	2.40	98.87	0.91	-38.8	-27.3	-24.6		[14]
	合川001-2	T₃x₂	89.53	6.71	1.68	0.39	0.28	0.15	0.06	1.39	2.50	98.80	0.91	-39.3	-26.9	-23.9	-24.0	[14]
	合川1	T₃x₂	88.84	6.39	1.58	0.39	0.27	0.16	0.07	1.45	2.43	98.02	0.91					[14]
	合川103	T₃x₂	89.06	6.44	1.53	0.39	0.32	0.20	0.09	1.23	2.15	98.60	0.90	-39.3	-27.1	-24.2
龙女寺	女112	T₃x₄	86.01	7.41	2.26	0.55	0.49	0.27	0.14	1.12	1.91	97.81	0.88
龙女寺	女深2	T₃x₄	87.13	6.57	1.53	0.33	0.26	0.14	0.06	1.26	2.21	98.41	0.89
磨溪	磨17	T₃x₂	87.94	6.22	1.99	0.63	0.52	0.31	0.15	1.21	2.08	98.01	0.90
	磨73	T₃x₂	89.45	6.16	1.74	0.43	0.33	0.13	0.06	1.32	2.29	98.40	0.91
	磨85	T₃x₂	88.88	6.49	1.94	0.58	0.45	0.25	0.10	1.28	2.55	98.82	0.90
	磨202	T₃x₄	86.44	7.63	2.70	0.55	0.56	0.23	0.12	0.99	1.88	98.55	0.88
	磨48	T₃x₄	86.65	7.26	2.48	0.47	0.50	0.20	0.11	0.94	1.77	97.95	0.88
	磨64	T₃x₄	87.14	7.20	2.41	0.47	0.46	0.18	0.09	1.02	1.99	98.20	0.89
南充	西20	T₃x₄	88.40	6.20	2.26	0.48	0.52	0.21	0.13	0.92	1.64	98.70	0.90	-41.4	-28.3	-25.3	-24.4	[14]
	西005-X1	T₃x₄	86.70	6.55	2.64	0.51	0.63	0.23	0.15	0.80	1.58	98.05	0.88
	西051-X2	T₃x₄	86.98	6.77	2.80	0.56	0.71	0.27	0.17	0.79	1.55	98.75	0.88
	西13-1	T₃x₄	85.00	6.64	2.74	0.52	0.65	0.26	0.17	0.79	1.56	96.66	0.88
	西32	T₃x₄	82.72	7.20	3.30	0.63	0.84	0.31	0.21	0.76	1.48	95.76	0.86
	西48	T₃x₄	88.18	6.07	2.09	0.42	0.47	0.18	0.11	0.89	1.62	97.73	0.90
	西56	T₃x₄	88.00	6.22	2.32	0.48	0.53	0.20	0.12	0.89	1.66	98.20	0.90
	西57	T₃x₄	86.89	6.77	2.77	0.52	0.66	0.23	0.15	0.79	1.51	98.52	0.88
	西58	T₃x₄	85.62	7.08	2.84	0.52	0.60	0.19	0.13	0.86	1.54	97.61	0.88
	西62	T₃x₄	82.33	7.58	3.57	0.74	1.12	0.49	0.38	0.66	1.31	97.45	0.84
	西64	T₃x₄	88.92	6.03	2.16	0.44	0.48	0.20	0.13	0.91	1.58	98.88	0.90
	西65	T₃x₄	87.71	6.22	2.32	0.44	0.54	0.21	0.14	0.81	1.54	98.08	0.89
	西71	T₃x₄	88.66	5.99	2.00	0.42	0.47	0.18	0.12	0.90	1.59	98.29	0.90
	西72	T₃x₄	87.31	6.68	2.83	0.57	0.72	0.30	0.19	0.79	1.56	99.50	0.88
潼南	潼南101	T₃x₂	87.27	7.26	2.74	0.53	0.53	0.23	0.11	1.00	2.09	98.67	0.88	-41.5	-28.2	-25.0	-26.1	[14]
	潼南111	T₃x₂	87.95	7.12	2.48	0.53	0.48	0.23	0.10	1.10	2.30	98.89	0.89	-41.1	-27.9	-24.7	-25.6	[14]
	潼南104	T₃x₂	87.88	7.14	2.52	0.56	0.50	0.22	0.10	1.12	2.20	98.92	0.89	-40.9	-27.9	-24.6	-25.7	[14]
	潼南001-2	T₃x₂	88.74	6.78	2.12	0.51	0.43	0.23	0.10	1.19	2.30	98.91	0.90	-40.5	-27.4	-24.4	-25.6	[14]
	潼南105	T₃x₂	89.57	6.49	1.85	0.43	0.35	0.19	0.08	1.23	2.38	98.96	0.91	-40.3	-27.5	-24.5	-25.0	[14]

表1 川中须家河组主要气田天然气组分和碳同位素组成

在Whitcar图版上, 川中地区须家河组天然气分布在热成因气区域（见图2）, 表明这些天然气未经历过明显的热裂解, 这为研究煤系源岩生成的天然气重烃气地球化学特征提供了较好的地质和地球化学条件。

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	图2 川中地区须家河组天然气δ ¹³C₁-C₁/(C₂₊₃)鉴别图（据文献[26], 有修改）

前人所不曾注意到的是, 川中地区须家河组不同层段天然气中iC₄/nC₄、iC₅/nC₅值明显不同, 总体为下部层位高于上部层位, 如T₃x₆、T₃x₄和T₃x₂天然气中, iC₄/nC₄值分别是1.04, 1.22和1.26, iC₅/nC₅值分别为1.89, 2.15和2.27。这种现象如用运移分馏作用难以解释, 因为上部层段的天然气不大可能越过下伏烃源岩层运移到下部储集层中。例如, T₃x₆段天然气不大可能往下穿过T₃x₅段烃源岩运移至T₃x₄段储集层中, 依次类推。由于川中地区须家河组天然气为原生气藏, 天然气未经历过规模性的纵向或横向运移^[14]; 由此推测, 煤成气中iC₄/nC₄、iC₅/nC₅值与其成熟度有关。

须家河组T₃x₅、T₃x₃和T₃x₁段烃源岩随埋藏深度的增加R_o逐渐增大, 例如广安气田的广100井, T₃x₅段1 840 m井深处R_o值为1.28%, T₃x₃段2 043 m井深处R_o值为1.53%; 龙女寺气田女107井T₃x₅段1 895 m井深处R_o值为1.30%, T₃x₃段2 090 m井深处R_o值为1.52%^[21]。并且, 同一口井中, 自T₃x₂到T₃x₄、T₃x₆, 重烃气含量依次增加, 干燥系数依次降低, 这与T₃x₁、T₃x₃和T₃x₅烃源岩成熟度逐渐降低相吻合^[4]。

笔者选取了一批T₃x₄和T₃x₆气藏天然气样品进行上、下气藏天然气差异研究, T₃x₄气藏中天然气湿度系数明显高于T₃x₆气藏, 重烃气含量T₃x₆气藏天然气高于T₃x₄气藏。

笔者还对广安及其他气田一些钻穿整个须家河组的钻井, 把不同深度气藏中的天然气一些地球化学特征进行对比发现, 自下而上, 即从T₃x₂到T₃x₄、T₃x₆, 天然气密度逐渐增大, 甲烷含量逐渐降低（见表1）, 与T₃x₁、T₃x₃和T₃x₅烃源岩成熟度逐渐降低相吻合。这也说明上、下气藏之间天然气没有混合现象, 天然气为原位成藏, 成藏后没有经过明显运移。

广安气田开发层位较多, 其主要产层为T₃x₄和T₃x₆, 不同产层天然气最有可能来自气藏下部的T₃x₃和T₃x₅煤系烃源岩, 沉积地层埋藏深度决定了T₃x₃烃源岩的成熟度要高于上部T₃x₅段烃源岩。如图3所示, 广安气田T₃x₄段天然气的干燥系数和iC₄/nC₄值高于T₃x₆。这一差异不大可能是T₃x₆气藏的天然气向下越过T₃x₅段烃源岩运移至下部的T₃x₄储集层中, 致使T₃x₄天然气干燥系数和iC₄/nC₄值变大。同理, 从组分特征来看, T₃x₄气藏天然气也不大可能运移至T₃x₆气藏; 如果天然气自T₃x₄气藏运移至T₃x₆气藏, 根据运移分馏效应, T₃x₆气藏中的天然气干燥系数和iC₄/nC₄、iC₅/nC₅值都应分别高于T₃x₄气藏, 而事实却恰恰相反。上述现象可以用烃源岩成熟度的不同进行解释：随烃源岩成熟度增加, 天然气干燥系数增加, iC₄/nC₄值增加, 甲烷碳同位素组成变重。

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	图3 广安气田T₃x₄和T₃x₆气藏天然气中iC₄/nC₄和C₁/C₁₊关系图

3 iC₄/nC₄、iC₅/nC₅值变化趋势

把表1中所有的样品中的iC₄/nC₄、iC₅/nC₅值数据做成相关图（见图4）发现, 随iC₄/nC₄值增加, iC₅/nC₅值也随之增加, 两者变化趋势基本一致, 呈很好的相关性, 复相关系数（R²）达0.818 5。此外, iC₄/nC₄和iC₅/nC₅值最低出现在南充气田, 广安气田部分样品以及合川气田该比值相对较高。其中广安气田样品分别来自T₃x₄和T₃x₆气藏, 对应的烃源岩为T₃x₃和T₃x₅, 烃源岩成熟度跨度相对较大, 这可能是其iC₄/nC₄和iC₅/nC₅比值差异大的原因。

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	图4 川中地区须家河组气藏iC₄/nC₄和iC₅/nC₅关系图

4 iC₄/nC₄、iC₅/nC₅值与成熟度关系

随着成熟度（R_o）的增加, 煤系烃源岩所生成天然气的干燥系数也会逐渐变大, 甲烷碳同位素组成逐渐变重。因此, 天然气干燥系数和甲烷碳同位素组成从某种程度上也能反映烃源岩的成熟度。为了便于比较, 本文分别建立iC₄/nC₄、iC₅/nC₅值与天然气干燥系数、甲烷碳同位素组成和折算R_o之间的关系图版和关系式。

4.1 与天然气湿度系数之间关系

戴金星等研究煤成气湿度系数与其成熟度关系结果表明, 随成熟度增加, 湿度系数降低^[8]。湿度系数与干燥系数的变化趋势呈相反关系, 因此随成熟度增加, 天然气干燥系数会相应增大。本文中天然气iC₄/nC₄、iC₅/nC₅值都与干燥系数呈较好的正相关关系, 即随干燥系数增加, iC₄/nC₄和iC₅/nC₅值随之增大（见图5）。由图5还可见, iC₄/nC₄值与干燥系数之间复相关系数为0.748 0, iC₅/nC₅值与干燥系数之间复相关系数为0.593 5, 相较而言丁烷的相关系数更高, 这可能是因为各种因素导致的测试误差对戊烷含量影响更显著, 导致iC₅/nC₅值与干燥系数之间相关系数略有降低。

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	图5 川中地区须家河组气藏iC₄/nC₄和iC₅/nC₅值分别与C₁/C₁₊关系图

4.2 与甲烷碳同位素组成之间关系

无论是煤成气还是油型气, 甲烷碳同位素组成与其成熟度之间都有较好的相关性, 即随成熟度增加, 碳同位素组成变重。据此, 前人建立了很多R_o-δ ¹³C₁关系式。川中地区须家河组煤成气iC₄/nC₄、iC₅/nC₅值与甲烷碳同位素组成都呈较好的正相关关系, 即随干燥系数增加, 两比值都随之增大（见图6）。同样地, 相对戊烷而言, iC₄/nC₄值与甲烷碳同位素组成之间相关性更高, 复相关系数达0.786 4, 戊烷的相关系数略低, 复相关系数为0.572 0。

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	图6 川中地区须家河组气藏iC₄/nC₄、iC₅/nC₅值和δ ¹³C₁关系图

4.3 与R_o之间关系

首先根据公式δ ¹³C₁≈ 14.12lgR_o-34.39^[6]换算出相应的R_o值, 再利用川中地区部分钻井的实测R_o值对计算值进行校正, 用校正后的R_o值分别与iC₄/nC₄、iC₅/nC₅值作拟合图。由图7可见, 随烃源岩成熟度增加, 川中须家河组煤成气iC₄/nC₄、iC₅/nC₅值与R_o值也都分别呈较好的正相关关系。同样地, iC₄/nC₄值与R_o值之间相关性高于iC₅/nC₅值, 前者复相关系数为0.774 2, 后者复相关系数为0.599 0。

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	图7 川中须家河组气藏iC₄/nC₄、iC₅/nC₅值和R_o值关系图

5 机理讨论和地质意义

5.1 机理讨论

国内一些学者认为, 在有机质成熟过程中生成的正构烷烃与异构烷烃, 两者有着不同的生成机制, 前者主要来自于自由基断裂反应, 后者主要来自碳阳离子反应, 自由基断裂反应在相对高成熟阶段占优势, 而碳阳离子反应则在相对低成熟阶段占优势, 导致iC₄/nC₄值随成熟度增加而降低^{[12, 13, 26]}。研究人员通过腐殖煤加水热模拟实验得出, 从300 ℃到360 ℃生成天然气中iC₄/nC₄和iC₅/nC₅值都逐渐降低, 认为热作用可使得其支链断裂而趋于生成碳数更低的正构烷烃, 导致烷烃的异正构比降低^[27]。模拟实验通常利用短时间、高温来弥补地质历史中的漫长、低温状态下有机质演化特征, 但高温容易促使烃类裂解, 得出的iC₄/nC₄和iC₅/nC₅值随成熟度变化规律的可靠性存疑。

国外有学者对Mississippian盆地Barnett组和Fayetteville组页岩气和常规天然气组分进行详细研究得出, 在天然气湿度小于5%时, 即成熟度相对较高时, 随湿度变小（成熟度增加）, iC₄/nC₄值快速降低; 天然气湿度大于5%时, 随湿度变小（成熟度的增加）, iC₄/nC₄值缓慢增加^[28]。在天然气湿度小于5%时湿气发生裂解, 异丁烷的稳定性低于正丁烷, 异丁烷减少的速率快于正丁烷^[29], 导致iC₄/nC₄值快速降低; 但在天然气湿度大于5%时, 为什么iC₄/nC₄值随成熟度增加而有序增加未作解释。

川中须家河组天然气都属于湿气, 伴随湿气还有少量凝析油产出, 尚未达到湿气裂解阶段, 湿度都大于5%（见表1）, iC₄/nC₄和iC₅/nC₅值随成熟度增加逐渐增大; 其中, iC₄/nC₄值的变化趋势与Mississippian盆地类似。至于为何iC₄/nC₄和iC₅/nC₅值随成熟度增加而增加, 这可能是由于支链烷烃相比直链烷烃从干酪根断裂需要更高的能量, 在成熟度较高但还未达到湿气裂解阶段, 生成的异构烷烃的量相对较多。因此, 本文所使用的数据来自未发生大规模运移的煤成湿气, 属原生气藏, 且湿气尚未经过裂解, 天然气中丁烷和戊烷主要来自干酪根热解, 提出的iC₄/nC₄和iC₅/nC₅值作为煤成气成熟度指标比较可靠, 适用于湿度系数大于5%且未经长距离运移的煤成气, 也适用于其他煤成气盆地。

5.2 地质意义

天然气中iC₄/nC₄和iC₅/nC₅值受母源类型、成熟度、运移和生物降解或氧化作用等诸多因素的影响, 理论上这些比值能反映出很多地质现象; 但长期以来, 正是因为这些比值具有多解性, 在应用方面具有较大的局限性。因此, 先弄清天然气在生成过程中这些比值随成熟度的变化规律十分必要。结合地质背景, 研究iC₄/nC₄和iC₅/nC₅值变化规律可以解决很多地质问题; 例如, 在原生气藏中, 利用这些比值可以大致判断烃源岩的成熟度; 其次, 已知烃源岩成熟度, 利用这些比值可以帮助揭示天然气的运移动态和成藏过程; 如果天然气未经历大规模运移, 该比值的变化或许揭示了遭受生物降解或氧化作用。

6 结论

川中须家河组天然气为中等成熟度煤系烃源岩生成的热解湿气, 未达到裂解气阶段, 天然气也未曾经历过大规模的运移和改造, 属原生气藏, 为研究煤成气丁烷和戊烷的异正构比值变化规律提供了理想的地质条件。煤成气中丁烷和戊烷异正构比值呈很好的正相关关系, 在中— 低成熟度阶段, 即天然气湿度大于5%时, 煤成气iC₄/nC₄和iC₅/nC₅值随天然气干燥系数增加、甲烷碳同位素组成变重而逐渐呈线性增大, 即随成熟度增加, 比值逐渐变大。由于支链烷烃从干酪根断裂相比直链烷烃需要更高的能量; 随成熟度增加, 生成的异构烷烃的量相对较多, 使iC₄/nC₄和iC₅/nC₅值变大。本研究揭示了煤成气丁烷和戊烷异正构比值随热演化的变化规律, 提供了新的煤成气回归方程和成熟度计算指标, 也为煤成烃地球化学和成藏研究提供了重要参考。

（编辑黄昌武）

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

文献选项

[1]	戴金星. 中国煤成气理论研究30年来勘探重大进展[J]. 石油勘探与开发, 2009, 36(3): 264-279. DAI Jinxing. Major developments of coal-formed gas exploration in the last 30 years in China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2009, 36(3): 264-279. [本文引用:1]
[2]	戴金星, 倪云燕, 黄士鹏, 等. 煤成气研究对中国天然气工业发展的重要意义[J]. 天然气地球科学, 2014, 25(1): 1-22. DAI Jinxing, NI Yunyan, HUANG Shipeng, et al. Significant function of coal-derived gas study for natural gas industry in China[J]. Natural Gas Geoscience, 2014, 25(1): 1-22. [本文引用:1]
[3]	赵文智, 王红军, 钱凯. 中国煤成气理论发展及其在天然气工业发展中的地位[J]. 石油勘探与开发, 2009, 36(3): 280-288. ZHAO Wenzhi, WANG Hongjun, QIAN Kai. Progress of coal-formed gas geological theory and its status in natural gas industry in China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2009, 36(3): 280-288. [本文引用:1]
[4]	张福东, 李君, 魏国齐, 等. 低生烃强度区致密砂岩气形成机制: 以鄂尔多斯盆地天环坳陷北段上古生界为例[J]. 石油勘探与开发, 2018, 45(1): 73-81. ZHANG Fudong, LI Jun, WEI Guoqi, et al. Formation mechanism of tight sand stone gas in areas of low hydrocarbon generation intensity: A case study of the Upper Paleozoic in North Tianhuan Depression in Ordos Basin, NW China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2018, 45(1): 73-81. [本文引用:2]
[5]	STAHL W J, GARE B D. Source-rock identification by isotope analyses of natural gases from field in the Val Verde and Delaware Basins, West Texas[J]. Chemical Geology, 1975, 16(4): 257-267. [本文引用:1]
[6]	戴金星, 戚厚发. 我国煤成烃气的 δ¹³C- R_o关系[J]. 科学通报, 1989, 34(9): 690-692. DAI Jinxing, QI Houfa. δ¹³C- R_o relationship of coal derived gas in China[J]. Chinese Science Bulletin, 1989, 34(9): 690-692. [本文引用:2]
[7]	刘文汇, 徐永昌. 煤型气碳同位素演化二阶段分馏模式及机理[J]. 地球化学, 1999, 28(4): 359-366. LIU Wenhui, XU Yongchang. A two stage model of carbon isotopic fractionation in coal gas[J]. Geochimica, 1999, 28(4): 359-366. [本文引用:1]
[8]	戴金星, 倪云燕, 张文正, 等. 中国煤成气湿度和成熟度关系[J]. 石油勘探与开发, 2016, 43(5): 675-678. DAI Jinxing, NI Yunyan, ZHANG Wenzheng, et al. Relationships between wetness and maturity of coal-derived gas in China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2016, 43(5): 675-678. [本文引用:2]
[9]	秦胜飞, 戴金星, 王兰生. 川西前陆盆地次生气藏天然气来源追踪[J]. 地球化学, 2007, 36(4): 368-374. QIN Shengfei, DAI Jinxing, WANG Lansheng. Different origins of natural gas in secondary gas pool in Western Sichuan foreland basin[J]. Geochimica, 2007, 36(4): 368-374. [本文引用:2]
[10]	叶素娟, 朱宏权, 李嵘, 等. 天然气运移有机-无机地球化学示踪指标: 以四川盆地川西坳陷侏罗系气藏为例[J]. 石油勘探与开发, 2017, 44(4): 549-560. YE Sujuan, ZHU Hongquan, LI Rong, et al. Tracing natural gas migration by integrating organic and inorganic geochemical data: A case study of the Jurassic gas fields in western Sichuan Basin, SW China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2017, 44(4): 549-560. [本文引用:1]
[11]	郝石生, 黄志龙, 杨家琦. 天然气运聚动平衡及其应用[M]. 北京: 石油工业出版社, 1994: 12-13. HAO Shisheng, HUANG Zhilong, YANG Jiaqi. The migration- accumulation equilibrium theory and application of natural gas[M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 1994: 12-13. [本文引用:1]
[12]	王鹏, 沈忠民, 何崇康, 等. 天然气中丁烷地球化学特征及应用[J]. 天然气地球科学, 2017, 28(4): 529-538. WANG Peng, SHEN Zhongmin, HE Chongkang, et al. The geochemical characteristics of butane and its application[J]. Natural Gas Geoscience, 2017, 28(4): 529-538. [本文引用:2]
[13]	李广之, 吴向华. 异构比 ϕiC₄/ ϕnC₄和 ϕiC₅/ ϕnC₅的石油地质意义[J]. 物探与化探, 2002, 26(2): 135-139. LI Guangzhi, WU Xianghua. The petroleum geological significance of somerization rates ϕiC₄/ ϕnC₄ and ϕiC₅/ ϕnC₅[J]. Geophysical & Geochemical Exploration, 2002, 26(2): 135-139. [本文引用:2]
[14]	QIN S F, ZHANG Y H, ZHAO C Y, et al. Geochemical evidence for in situ accumulation of tight gas in the Xujiahe Formation coal measures in the central Sichuan Basin, China[J]. International Journal of Coal Geology, 2018, 196: 173-184. [本文引用:2]
[15]	徐樟有, 宋丽, 吴欣松, 等. 川中地区上三叠统须家河组典型气藏解剖与天然气成藏主控因素分析[J]. 岩性油气藏, 2009, 21(2): 7-11. XU Zhangyou, SONG Li, WU Xinsong, et al. Typical gas reservoir and main controlling factors of reservoir-forming of Upper Triassic Xujiahe Formation in central Sichuan Basin[J]. Lithologic Reservoirs, 2009, 21(2): 7-11. [本文引用:1]
[16]	王威, 徐国盛, 雍自权, 等. 川中地区香四段气水分布特征及成因机理[J]. 成都理工大学学报(自然科学版), 2005, 32(4): 378-382. WANG Wei, XU Guosheng, YONG Ziquan, et al. Distribution rule and formation mechanism of gas and water in Layer 4 of Xiangxi Group of the central area in Sichuan, China[J]. Journal of Chengdu University of Technology (Science & Technology Edition), 2005, 32(4): 378-382. [本文引用:1]
[17]	杨威, 谢增业, 金惠, 等. 四川盆地上三叠统须家河组储层评价及天然气成藏机理[J]. 天然气工业, 2010, 30(12): 10-15. YANG Wei, XIE Zengye, JIN Hui, et al. Reservoir evaluation and pooling mechanism of the Xujiahe formation in the Sichuan Basin[J]. Natural Gas Industry, 2010, 30(12): 10-15. [本文引用:1]
[18]	张响响, 邹才能, 朱如凯, 等. 川中地区上三叠统须家河组储层成岩相[J]. 石油学报, 2011, 32(2): 257-264. ZHANG Xiangxiang, ZOU Caineng, ZHU Rukai, et al. Reservoir diagenetic facies of the Upper Triassic Xujiahe Formation in the central Sichuan Basin[J]. Acta Petrolei Sinica, 2011, 32(2): 257-264. [本文引用:1]
[19]	DAI Jinxing. Giant coal-derived gas fields and their gas sources in China[M]. Beijing: Science Press, 2016. [本文引用:1]
[20]	戴金星, 钟宁宁, 刘德汉, 等. 中国煤成大中型气田地质基础和主控因素[M]. 北京: 石油工业出版社, 2000. DAI Jinxing, ZHONG Ningning, LIU Dehan, et al. Geological basis and controlling factors of large and medium gas fields in China[M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 2000. [本文引用:1]
[21]	DAI J X, NI Y Y, ZOU C N. Stable carbon and hydrogen isotopes of natural gases sourced from the Xujiahe Formation in the Sichuan Basin, China[J]. Natural Gas Geoscience, 2012, 43: 103-111. [本文引用:1]
[22]	李登华, 李伟, 汪泽成, 等. 川中广安气田天然气成因类型及气源分析[J]. 中国地质, 2007, 34(4): 829-836. LI Denghua, LI Wei, WANG Zecheng, et al. Genetic type and source of gas in the Guang’an gas field, central Sichuan[J]. Geology in China, 2007, 34(4): 829-836. [本文引用:1]
[23]	陶士振, 邹才能, 陶小晚, 等. 川中须家河组流体包裹体与天然气成藏机理[J]. 矿物岩石地球化学通报, 2009, 28(1): 2-11. TAO Shizhen, ZOU Caineng, TAO Xiaowan, et al. Study on fluid and gas accumulation mechanism of Xujiahe Formation of Upper Triassic in the Sichuan Basin[J]. Bulletin of Mineralogy, Petrology and Geochemistry, 2009, 28(1): 2-11. [本文引用:1]
[24]	QIN S F, LI F, LI W, et al. Formation mechanism of tight coal-derived-gas reservoirs with medium-low abundance in Xujiahe Formation, central Sichuan Basin, China[J]. Marine and Petroleum Geology, 2018, 89: 144-154. [本文引用:1]
[25]	戴金星, 倪云燕, 胡国艺, 等. 中国致密砂岩大气田的稳定碳氢同位素组成特征[J]. 中国科学: 地球科学, 2014, 44(4): 563-578. DAI Jinxing, NI Yunyan, HU Guoyi, et al. Stable carbon and hydrogen isotopes of gases from the large tight gas fields in China[J]. SCIENCE CHINA Earth Sciences, 2014, 57(1): 88-103. [本文引用:1]
[26]	WHITICAR M J. Carbon and hydrogen isotope systematics of bacterial formation and oxidation of methane[J]. Chemical Geology, 1999, 161(1/2/3): 291-314. [本文引用:1]
[27]	林壬子. 轻烃技术在油气勘探中的应用[M]. 武汉: 中国地质大学出版社, 1992. LIN Renzi. Application of light hydrocarbon technology in oil and gas exploration[M]. Wuhan: China Geological University Press, 1992. [本文引用:1]
[28]	高岗, 刚文哲, 郝石生, 等. 腐殖煤气态产物演化特征的模拟实验研究[J]. 沉积学报, 1998, 16(2): 30-33, 41. GAO Gang, GANG Wenzhe, HAO Shisheng, et al. The evolution characteristics of gaseous products of humic coal and its geological significance[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 1998, 16(2): 30-33, 41. [本文引用:1]
[29]	ZUMBERGE J, FERWORN K, BROWN S. Isotopic reversal (‘rollover’) in shale gases produced from the Mississippian Barnett and Fayetteville formations[J]. Marine and Petroleum Geology, 2012, 31(1): 43-52. [本文引用:1]

2009

0.0

戴金星. 中国煤成气理论研究30年来勘探重大进展[J]. 石油勘探与开发, 2009, 36(3): 264-279.

DAI

Jinxing

. Major developments of coal-formed gas exploration in the last 30 years in China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2009, 36(3): 264-279.

Abstract Since its formation in China 30 years ago, the theory of coal-derived gas has not only opened a new field of coal-derived gas exploration, but also increased the proved reserves of coal-derived gas from 1/10 to 7/10 in the total gas of China; the nation's proved gas reserves rise sharply from 2 264×10 8 m 3 to 6.4×10 12 m 3 ; the annual production of gas rises from 137.34×10 8 m 3 to 760×10 8 m 3 ; and the nation's coal-derived gas fields (reservoirs) increases from less than 10 (excluding Taiwan) to 124. After briefing the major developments of China's coal-derived gas exploration, this paper concentrates on the exploration development of coal-derived gas in Ordos Basin, Tarim Basin and Sichuan Basin where large numbers of coal-derived gas fields have been discovered. With carbon isotopic data of alkane gases, it also demonstrates that some gas fields of controversial origin (Jingbian, Kekeya and Akemomu gas fields) are of, or predominantly of, coal-derived gas, and that a few gas reservoirs (Wolonghe, Naxi, Hejiang gas fields) in the Xujiahe Formation coals of Sichuan Basin are oil-associated gas.

... 中国无论是在发现大气田的数量,还是天然气总探明储量,以及天然气产量上都以煤成气为主^[1,2,3] ...

2014

0.0

戴金星, 倪云燕, 黄士鹏, 等. 煤成气研究对中国天然气工业发展的重要意义[J]. 天然气地球科学, 2014, 25(1): 1-22.

DAI

Jinxing

, NI

Yunyan

, HUANG

Shipeng

, et al. Significant function of coal-derived gas study for natural gas industry in China[J]. Natural Gas Geoscience, 2014, 25(1): 1-22.

... 中国无论是在发现大气田的数量,还是天然气总探明储量,以及天然气产量上都以煤成气为主^[1,2,3] ...

2009

0.0

赵文智, 王红军, 钱凯. 中国煤成气理论发展及其在天然气工业发展中的地位[J]. 石油勘探与开发, 2009, 36(3): 280-288.

ZHAO

Wenzhi

, WANG

Hongjun

, QIAN

Kai

. Progress of coal-formed gas geological theory and its status in natural gas industry in China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2009, 36(3): 280-288.

Abstract The concept of coal measures forming natural gas was proposed by German scholars in the 1940s. By the late 1970s, coal-formed gas accounted for almost 70% of the proved gas reserves in the world. Geological theory of coal-formed gas in China has gone through a process of introduction, absorption, innovation, development and forming into a system. The theoretical system, which covers coal-formed gas (conventional resource) and coalbed gas (non-conventional resource), includes gas source identification, coal-formed gas accumulation and distribution, as well as evaluation and prediction method. It has given good directions for the establishment and development of natural gas industry in China and accelerated the growth of reserves and production of natural gas in the past 30 years. It is also a successful case in satisfying the national need through combining major scientific and technological issues with practice closely.

... 中国无论是在发现大气田的数量,还是天然气总探明储量,以及天然气产量上都以煤成气为主^[1,2,3] ...

2018

0.0

... 近年来,非常规天然气勘探越来越受重视,其中的致密砂岩气也以煤成气为主^[4] ...

... 并且,同一口井中,自T₃x₂到T₃x₄、T₃x₆,重烃气含量依次增加,干燥系数依次降低,这与T₃x₁、T₃x₃和T₃x₅烃源岩成熟度逐渐降低相吻合^[4] ...

1975

0.0

... ¹³C₁与R_o关系式,最具代表性的公式是Stahl^[5]、戴金星^[6]、刘文汇^[7]等建立的 ...

1989

0.0

戴金星, 戚厚发. 我国煤成烃气的 δ¹³C- R_o关系[J]. 科学通报, 1989, 34(9): 690-692.

DAI

Jinxing

, QI

Houfa

. δ¹³C- R_o relationship of coal derived gas in China[J]. Chinese Science Bulletin, 1989, 34(9): 690-692.

近十年来,我们在松辽、渤海湾、鄂尔多斯、四川、准噶尔、塔里木、楚雄、琼东南与东海9个盆地及14个煤矿,取了202个煤成气样,获得甲烷及其同系物的碳同位素(δ~(13)C_1、δ~(13)C_2、δ~(13)C_3和δ~(13)C_4)分析数据426个,从中选择出原生的煤成气,并对其可确定源岩成熟度(R_0)进行了测定。从这些资料,明显可见我国原生煤成烃气的δ~(13)C值随其源岩成熟度增加而增大的特征。

... ¹³C₁与R_o关系式,最具代表性的公式是Stahl^[5]、戴金星^[6]、刘文汇^[7]等建立的 ...

... 39^[6]换算出相应的R_o值,再利用川中地区部分钻井的实测R_o值对计算值进行校正,用校正后的R_o值分别与iC₄/nC₄、iC₅/nC₅值作拟合图 ...

1999

0.0

... ¹³C₁与R_o关系式,最具代表性的公式是Stahl^[5]、戴金星^[6]、刘文汇^[7]等建立的 ...

2016

0.0

... 5）与成熟度之间的关系式^[8] ...

... 1 与天然气湿度系数之间关系戴金星等研究煤成气湿度系数与其成熟度关系结果表明,随成熟度增加,湿度系数降低^[8] ...

2007

0.0

... 另外,通过对天然气组分的研究,还可以追踪天然气的运移^[9,10] ...

... 研究发现,随天然气运移路径增加,两者比值确有增加^[9] ...

2017

0.0

... 另外,通过对天然气组分的研究,还可以追踪天然气的运移^[9,10] ...

1994

0.0

... 异构烷烃由于沸点低,饱和蒸汽压高,分子间作用力较小,因而扩散系数要大于同碳数的正构烷烃^[11] ...

2017

0.0

... 关于iC₄/nC₄与iC₅/nC₅值与烃源岩成熟度之间的关系也有人曾做过研究,有观点认为这些比值会随成熟度增加而降低^[12,13],但因缺乏研究实例,提供的证据都不够充分 ...

... 1 机理讨论国内一些学者认为,在有机质成熟过程中生成的正构烷烃与异构烷烃,两者有着不同的生成机制,前者主要来自于自由基断裂反应,后者主要来自碳阳离子反应,自由基断裂反应在相对高成熟阶段占优势,而碳阳离子反应则在相对低成熟阶段占优势,导致iC₄/nC₄值随成熟度增加而降低^{[12,13, 26]} ...

2002

0.0

李广之, 吴向华. 异构比 ϕiC₄/ ϕnC₄和 ϕiC₅/ ϕnC₅的石油地质意义[J]. 物探与化探, 2002, 26(2): 135-139.

Guangzhi

, WU

Xianghua

. The petroleum geological significance of somerization rates ϕiC₄/ ϕnC₄ and ϕiC₅/ ϕnC₅[J]. Geophysical & Geochemical Exploration, 2002, 26(2): 135-139.

Due to the difference of the physical and chemical properties between the normal paraffin and the isoalkane which have the same molecular weight,they are affected by the physical and chemical property of soil substrate and other external environmental factors and are hence likely to have some differentiation effects during migration,rendering their distribution in space characterized by some signature and regularity.Isomerization rate indicators φ iC 4 /φ nC 4 and φ iC 5 /φ nC 5 can expose to some extent the characteristics and regularity.With the isomerization rate indicators φ iC 4 /φ nC 4 and φ iC 5 /φ nC 5 ,we can determine organic maturity,path and direction of light hydrocarbon migration and light hydrocarbon generating environment,and study biochemical degradation of light hydrocarbon.

Institute of Petroleum Geochemical Exploration, Institute of Petroleum Exploration and Development, SINPEC, Hefei 230022, China

同分子量的正构烷烃和异构烷烃存在着物理化学性质差异,在运移过程中受围岩的物理化学性质及其它外部因素的影响必然产生分异效应,从而使二者在空间分布上具有一定的特征和规律,异构比指标可以在一定程度上反映出这种特征和规律性。用异构比φ iC 4 /φ nC 4 和φ iC 5 /φ nC 5 指标可以判断有机质的成熟度,研究轻烃运移的途径、方向、生成环境及轻烃的生物降解。

2018

0.0

... 川中须家河组天然气为致密气,分布广泛,纵向气层较多且互相叠置,天然气并未经历明显的横向和纵向运移^[14],组分运移分馏作用很小,这为研究煤成气各种组分随成熟度的变化提供了理想的实例,也为潜在成熟度参数的提出奠定了基础 ...

... 由于川中地区须家河组天然气为原生气藏,天然气未经历过规模性的纵向或横向运移^[14] ...

2009

0.0

徐樟有, 宋丽, 吴欣松, 等. 川中地区上三叠统须家河组典型气藏解剖与天然气成藏主控因素分析[J]. 岩性油气藏, 2009, 21(2): 7-11.

Zhangyou

, SONG

, WU

Xinsong

, et al. Typical gas reservoir and main controlling factors of reservoir-forming of Upper Triassic Xujiahe Formation in central Sichuan Basin[J]. Lithologic Reservoirs, 2009, 21(2): 7-11.

Tongnan, Bajiaochang and Guang’an gas reservoirs are analyzed, which respectively represents the natural gas reservoir characteristics of the second, the fourth and the sixth member of Upper Triassic Xujiahe Formation in central Sichuan Basin. The research indicates that the gas reservoir-forming is characterized by short distance migration and accumulation of hydrocarbons in this area. The types of gas reservoirs in northern part are structural and structural-lithologic gas reservoirs, in central and southern part are lithologic and fractural-lithologic gas reservoirs caused by the distribution of ancient monadnock and palaeohigh, and in the western slope is mainly fractural-lithologic gas reservoir. Good source rocks provide enough hydrocarbons for gas reservoirs forming by means of distance migration and accumulation, large faults are the key factors for natural gas preservation, and ancient monadnock, palaeohigh and slope are effective areas to accumulate natural gas. This research provides theoretical basis for gas reservoirs exploration in Xujiahe Formation in central Sichuan Basin.

1. Faculty of Natural Resources and Information Technology， China University of Petroleum， Beijing 102249， China； 2. State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting， China University of Petroleum， Beijing 102249， China

对分别代表川中地区上三叠统须家河组须二段、须四段和须六段气藏特征的潼南、八角场和广安 3 个气藏进行了解剖分析与描述。结果表明：川中地区上三叠统须家河组天然气均系近源成藏，北部以构造气藏和构造－岩性气藏为主；中部和南部受古残丘、古盐体底辟拱升的影响，以岩性气藏和裂缝－岩性气藏为主；西部斜坡带以裂缝－岩性气藏为主。良好的烃源岩为天然气近源成藏奠定了物质基础，大规模断层的存在是决定天然气保存的关键因素，古构造、古隆起及其斜坡部位是天然气运移的有利指向区。该研究为川中地区上三叠统须家河组天然气勘探工作提供了理论依据。

... 川中须家河组储集层广泛分布、纵向叠置,大面积含气,绝大部分地区构造比较平缓,气藏主要以构造-岩性复合气藏为主^[15,16],储集层物性较差,孔隙度为4%~8%,渗透率为（0 ...

2005

0.0

2010

0.0

杨威, 谢增业, 金惠, 等. 四川盆地上三叠统须家河组储层评价及天然气成藏机理[J]. 天然气工业, 2010, 30(12): 10-15.

YANG

Wei

, XIE

Zengye

, JIN

Hui

, et al. Reservoir evaluation and pooling mechanism of the Xujiahe formation in the Sichuan Basin[J]. Natural Gas Industry, 2010, 30(12): 10-15.

Gas exploration in the Upper Triassic Xujiahe Formation of the Sichuan Basin has come into a new stage with targets for lithological gas reservoirs in a wide area. In order to provide robust geological basis for exploration deployment and reserves increasing, we conduct the studies on the sandbody distribution, reservoir origins and distribution, and pooling mechanism in this zone, from which the following conclusions are thus concluded. a. Followed by the principle of sequence stratigraphy, a sequence stratigraphic framework is built for the Xujiahe Formation of this whole basin, in combination with welllog and seismic data (that is, fourinone data analysis of well logging, outcrop, core, and seismic information), and from this framework 6 delta sandstones are found to result from 6 source systems. b. The system tract within the range of this framework taken as a unit, the distribution features of formations and sandbodies are discussed, the distribution of favorable reservoir sandbodies is predicted, and reservoir characteristics of various types of sandbodies and different locations of the same sandbody are analyzed, as well as the main controlling factors of the developed sandbodies. c. Both reservoir heterogeneity and the pooling mechanism of highquality reservoirs are analyzed, the reservoir types are classified, an overall assessment is made on the reservoirs in the study area, and favorable zones for the developed highquality reservoirs are predicted. d. Typical gas reservoirs in Guang'an and Hechuan are thoroughly analyzed, the corresponding geological models and experimental apparatus are designed in accordance with the features of complex pooling mechanism and a complicated gas/water relationship of lowpermeability sand gas reservoirs in the Xujiahe Formation. Moreover, a simulation modeling is made on the gas pooling process by the gaswater displacement, by which pulse hydrocarbon charging is thought to occur in the tight sand gas traps, after that multiple watercut zones are found to be between the tight sandstone and highporosity and highpermeability sandstone, thus the comparative difference of petrophysical characters between the two sandbodies becomes the key to a gas pool. All those study results above are of significance to widen the exploratory area and search for new alternative exploration zones for more gas discovery in the Sichuan Basin.

Langfang Branch of Petroleum Exploration and Development Research Institute, PetroChina, Langfang, Hebei 065007, China

四川盆地上三叠统须家河组已进入大面积岩性气藏勘探的新阶段，为了给该区勘探部署以及储量评价提供地质依据，开展了砂体分布、储层展布及成因和成藏机理研究工作。具体工作和认识包括：①以层序地层学原理为指导，四位一体（测井、野外露头、岩心资料和地震资料分析），“井震”结合，建立了全盆地须家河组层序地层格架，认为6大物源体系形成6大三角洲砂体；②在格架范围内以体系域为单元研究地层、砂体的展布特征，预测有利储集砂体的分布，并分析不同类型砂体、相同砂体不同部位的储层特征及其发育的主控因素；③分析储层非均质性特征和优质储层的形成机理，划分储层类型，对研究区内储层进行综合评价，对优质储层发育的有利区带进行预测——加积式砂组中的高能河道为最高效的储层；④通过对广安、合川等典型气藏的解剖，针对须家河组低渗透砂岩气藏气水关系复杂、成藏机理复杂的特点，设计相应的地质模型和实验装置，开展了气水置换的成藏模拟试验，认为致密砂岩圈闭的充注为脉冲式充注，充注完成后在致密砂体和高孔渗砂体之间，存在多个含水滞留区带，而储层物性的相对差异是能否聚气的关键。该成果对于扩大四川盆地天然气勘探领域、寻找新的勘探接替区具有重大意义。

... m²,属低孔、低渗和特低孔、特低渗储集层^[17,18] ...

2011

0.0

... m²,属低孔、低渗和特低孔、特低渗储集层^[17,18] ...

2016

0.0

... 根据中国含油气盆地天然气成因类型判别标准^[19],为典型的煤成气 ...

2000

0.0

... 95作为划分干气和湿气的界限^[20],小于该值为湿气,大于该值为干气,那么川中地区须家河组天然气主要为湿气 ...

2012

0.0

... 52%^[21] ...

2007

0.0

2009

0.0

陶士振, 邹才能, 陶小晚, 等. 川中须家河组流体包裹体与天然气成藏机理[J]. 矿物岩石地球化学通报, 2009, 28(1): 2-11.

TAO

Shizhen

, ZOU

Caineng

, TAO

Xiaowan

, et al. Study on fluid and gas accumulation mechanism of Xujiahe Formation of Upper Triassic in the Sichuan Basin[J]. Bulletin of Mineralogy, Petrology and Geochemistry, 2009, 28(1): 2-11.

Based on the comprehensive analyses of tectonic evolution,hydrocarbon generating conditions,reservoir conditions and the hydrocarbon inclusion distribution is temporally extensive and continuous in the central Sichuan Basin,this study suggested that hydrocarbon filling and accumulation of Xujiahe formation of Upper triassic in Sichuan Basin was a successive processes which lasted from Late Jurassic to Late Paleogene.The coal-measure source rocks generated hydrocarbon continually and the gas charged continually,so the gas accumulation stages were not limited to one or several certain periods.According to the deposit history of the central Sichuan Basin,the accumulation process of Xujiahe formation was divided into two stages,early burial stage and late tectonic uplift stage.During the burial stage(from Late Jurassic to Late Cretaceous),which was also the forming stage of diagenetic traps and the amount hydrocarbon generation stage,the gas migrated in a form of layered vapor and formed"indistinct gas fields" where the trap saturation was low,retained gas scattered in tight sandstone and large area continuous gas-bearing sand bodies distributed widely.During the tectonic uplift stage(from Late Cretaceous to Late Paleogene),as faults and fractures were generated,the gas from the source rock discharged continuingly and gathered in sand bodys with high pore ratio and permeability and finally formed large area "isolated gas reservoirs" where the trap saturation was high and retained gas scattered in tight sandstone was less.In Xujiahe formation in central Sichuan Basin,as continuous sand bodies interbedded with coal-measure source rocks,source-reservoir-cap rock assembled in a good form,so the gas accumulation was a continuous charging process.The extensively distributed hydrocarbon containing rock layers,the gentle occurrence,and oil migration was mainly in short distance and vertical directions were proposed to be the main geological reasons of forming large gas region with low gas abundance.

1. Research Institute of Petroleum Exploration & Development, Petro China, Beijing 100083, China; 2. Central-Sichuan Oil-gas Mining Fililale, Southwest Oil-gas Field Company, Petro China, Suining 629001, Sichuan, China; 3. RIPED, Southwest Oil-gas Field Company, Petrochina, Chengdu 610051, Sichuan, China

基于本区构造演化、生烃条件和储集条件及其时空配置的综合分析,根据烃类包裹体形成时间分布的广泛性和离散性,认为须家河组油气充注和聚集成藏是一个持续的过程,主要从晚侏罗世开始持续到古近纪末.天然气成藏时期不是表现为某一或某几个时刻或时期,须家河组煤系烃源岩具有连续生烃、持续充注的特点.根据川中地区的沉积埋藏史,将须家河组的成藏过程分为早期深埋阶段和晚期抬升阶段.深埋阶段(晚侏罗世-晚白垩世)也是成岩圈闭的形成阶段和大量生烃阶段,油气呈层状蒸发式运移,形成"泛气田"(圈闭内气饱和度较低,致密砂岩介质中有一定的分散滞留气,大面积连片砂体普遍含气).构造抬升阶段(白垩纪末-古近纪末)产生断裂和裂缝,烃源岩中的气进一步释放,分流汇聚于孔渗性好的砂体中,形成大面积的"孤立气藏"(圈闭内气饱和度较高,致密砂岩介质滞留分散气较少).须家河组连片砂体与煤系烃源岩互层,生储盖配置得当,天然气成藏是一个持续充注的过程.大范围烃源层和储集层层状间互展布,产状平缓,油气以短距离垂向运移为主,是形成大面积低丰度大气区的主要原因.

2018

0.0

2014

0.0

1999

0.0

1992

0.0

... 研究人员通过腐殖煤加水热模拟实验得出,从300 ℃到360 ℃生成天然气中iC₄/nC₄和iC₅/nC₅值都逐渐降低,认为热作用可使得其支链断裂而趋于生成碳数更低的正构烷烃,导致烷烃的异正构比降低^[27] ...

1998

0.0

高岗, 刚文哲, 郝石生, 等. 腐殖煤气态产物演化特征的模拟实验研究[J]. 沉积学报, 1998, 16(2): 30-33, 41.

GAO

Gang

, GANG

Wenzhe

, HAO

Shisheng

, et al. The evolution characteristics of gaseous products of humic coal and its geological significance[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 1998, 16(2): 30-33, 41.

In this paper, the evolution characteristics of gaseous products of humic coal by hydrouspy rolysis and it's geological significance are discussed, Maturehumic coal has still large hydrocarbon potential, in main stage of hydrocarbon generation, and it mainly generates oil and a little gaseous hydrocarbon. Afterm oil generation peak, the amount of gaseous hydrocarbons begins increasing rapidly because of splitting of liquid products. In geological condition, there are enormous soluble organic matter in coal. They are main source rocks of coal type gas in high evolution stage. Methane is predominant component of gaseous hydrocarbons. Gaseous non-hydrocarbons are generated in the early stage and in them, dioxide carbon is chief.

1. Petroleum University, Beijing 100083; 2. Exploration and development vesearch institute of Huabei petroleum Administration Bureau, Renqiu, Hebei 062552

本文较详细地探讨了成熟阶段腐殖煤在加水热模拟过程中气态产物的演化特征。成熟阶段的煤仍具有相当的生烃潜力，其主要生烃阶段仍以生油为主，生气相对较少。生油高峰之后由于液态产物的大量热裂解才开始进入气态烃的大量生成阶段。由于地质条件下煤中的可溶有机质十分丰富，在高演化阶段由可溶有机质进一步裂解是煤成气的重要来源。非烃主要形成于早期阶段。成熟煤生成的气态烃中甲烷为之主要成分，非烃中H 2 为主，其次为CO 2 ，甲烷的碳同位素值明显低于乙烷，而乙烷和丙烷的碳同位素值差别较小，并且随演化程度的增加各气态组分的碳同位素值差别愈来愈小。

... 天然气湿度大于5%时,随湿度变小（成熟度的增加）,iC₄/nC₄值缓慢增加^[28] ...

2012

0.0

... 在天然气湿度小于5%时湿气发生裂解,异丁烷的稳定性低于正丁烷,异丁烷减少的速率快于正丁烷^[29],导致iC₄/nC₄值快速降低 ...