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准噶尔盆地上三叠统泥页岩解析气特征_高岗

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准噶尔盆地 上三叠统泥 页岩 解析 特征
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非常规天然气收稿日期 :2013-01-31;修回日期 :2013-05-12.基金项目 :全国油气资源战略选区调查与评价专项 “西北区页岩气资源调查评价与选区 ”子项目 (编号 :14B12XQ150903)资助 .作者简介 :高岗 (1966-),男 ,陕西高陵人 ,副教授 ,博士 ,主要从事油气地质与油气勘探研究.E-mail:Gaogang2819@sina.com.准噶尔盆地上三叠统泥页岩解析气特征高岗1,柳广弟1,王绪龙2,张越千2,孔玉华2,张道旻1,高劲1(1.中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室 ,北京102249;2.中国石油新疆油田分公司 ,新疆 克拉玛依834000)摘要 :在准噶尔盆地上三叠统泥页岩地质与有机地球化学特征分析基础上 ,对准噶尔盆地达9井上三叠统泥页岩岩心含气量进行了测定 ,分析了页岩气的成分组成与碳同位素特征 。泥页岩中有一定的含气量 ,主要在0.18~0.24m3/t之间 ,气体成分以烃类气体为主 ,二氧化碳 、氮气等非烃气体含量较低 。甲烷为烃类气体的主要成分 ,重烃含量较低 ,相同分子量的异构烷烃占优势 ,烃类气体具干气特征 。非烃气体中的氮气含量明显高于二氧化碳 。烃类气体碳同位素值较低 ,显示出常规低成熟原地腐泥型天然气特征 ,这种特征可能与短时间解析和烃源岩演化程度有关 ,具体原因有待进一步深入研究 。关键词 :页岩气 ;上三叠统 ;解析气 ;准噶尔盆地中图分类号 :TE132.2   文献标志码 :A   文章编号 :1672-1926(2013)06-1284-06引用格式 :Gao Gang,Liu Guangdi,WangXulong,et al.Characteristics of separated shale gas fromthe Upper Triassic of Junggar Basin[J].Natural Gas Geoscience,2013,24(6):1284-1289.[高岗 ,柳广弟 ,王绪龙 ,等.准噶尔盆地上三叠统泥页岩解析气特征 [J].天然气地球科学 ,2013,24(6):1284-1289.]0 引言虽然页岩气在北美地区已获得了较好的勘探效果[1-2],但中国正处于勘探的早期阶段[3-6],目前仅在上扬子地区的四川盆地进行了较多的钻探和开发试验 ,取得了一定成效[7-9],其他地区总体还处于早期页岩气地质调查阶段 。西北地区含油气盆地多 ,不同层段的泥页岩分布面积广 、厚度大 ,总体具备形成页岩气的基本地质条件[10-11]。但这些泥页岩的含气量和成分组成特征等到底如何 ,目前还没有从井下获取的直接数据 。准噶尔盆地自下而上发育有石炭系 、二叠系 、三叠系 、侏罗系 、白垩系 、古近系 、新近系和第四系[12-13],其中石炭系 、二叠系 、三叠系 、侏罗系 、白垩系和古近系均有富有机质页岩发育[14]。石炭系与下二叠统佳木河组富有机质页岩埋藏深度大 ,以生气为主 ,但泥页岩垂向与横向连续性总体较差 ;下二叠统风城组与中二叠统有机质类型主要为Ⅰ型 ,总体以生油为主 ,对页岩气形成不利 ,但利于页岩油的形成 ;白垩系与古近系富有机质页岩仅分布在昌吉凹陷的中西部局部地区 ,以生油为主 。上三叠统白碱滩组和中 、下侏罗统暗色泥岩发育 ,垂向与侧向连续性较好 ,有机质丰度较高 ,有机质类型以Ⅲ型 、Ⅱ2型为主 ,演化程度从未成熟到成熟 、高过成熟均有分布 ,具备形成页岩气的基本地球化学条件[15-16]。已报道的相关页岩气文献中 ,有关准噶尔盆地页岩气地球化学特征的分析还比较少 。本文通过准噶尔盆地达9井上三叠统白碱滩组泥页岩岩心含气量测试 ,获得了相应的页岩气地球化学参数 ,对上三叠统页岩气的基本地球化学特征进行分析 ,以期能对该区页岩气勘探有所裨益 。1 暗色泥岩地质与地球化学特征准噶尔盆地上三叠统形成于三叠纪晚期的湖盆扩张期 ,岩性组合显著特点是湖相泥页岩发育 ,可能第24卷 第6期2013年12月天然气地球科学NATURAL GAS GEOSCIENCEVol.24No.6Dec. 2013的烃源岩主要是各种黑色 、黑灰色和灰色泥岩 ,这些暗色泥页岩单层连续厚度大 ,分布广 ,砂岩主要以夹层形式存在 (图1)。暗色泥岩的泥地比高 ,最高接近100%,连续厚度最大接近400m,但多数井钻遇厚度在300m以下 。根据东西向剖面 (图1)来看 ,上三叠统暗色泥岩多 ,而中下三叠统暗色泥岩少 ,且多为粉砂质泥岩和杂色泥岩 (图1,图2)。根据达9井上三叠统暗色泥页岩全岩X-射线衍射分析结果 ,黏土 、石英 、钾长石和斜长石相对含量分别为48%、39%、1%和5%;黏土矿物中高岭石 、绿泥石 、伊利石与伊 /蒙间层的相对含量分别为14%、13%、12%和61%,可见 ,脆性矿物含量较高 ,黏土矿物中的伊利石+伊 /蒙间层含量超过70%,利于天然气的吸附 。上三叠统泥页岩有机碳含量主要介于0.05%~8.59%之间 ,均值为1.74%;热解S1+S2值介于0.06~28.72mg/g之间 ,均值为2.99mg/g,具有较高的生烃潜力 。上三叠统暗色泥岩有机质类型主要为Ⅱ2型和Ⅲ型 ,部分为Ⅱ1型 。相对较好的母质类型主要沿盆1井西凹陷 —阜康凹陷方向分布 。实测镜质体反射率 (RO)主要分布在0.53%~1.05%范围内 ,均值为0.68%,凹陷深部位成熟度更高 ,能生成一定量的天然气 。图 1准噶尔盆地艾参 1井 —夏盐 2井 —陆 2井 —泉 1井连井泥页岩剖面Figure 1 Profile of the wel Aican 1-Xiayan 2-Lu 2-Quan 1in Junggar Basin页岩气勘探要求高的TOC含量 ,北美主要页岩气盆地气源岩的TOC含量介于0.3%~25%之间 ,主要分布在1.0%~20%之间[2,17-18]。不同的母质类型中 ,Ⅰ型 、Ⅱ1型干酪根主要以生油为主 ,Ⅱ2型 、Ⅲ型干酪根主要以生气为主 ,当热演化程度较高时 ,它们都可以生成大量的天然气 。在有机质丰度和类型接近时 ,能否生成油气主要取决于热演化程度 。已有的页岩气系统中烃源岩的热演化程度总体以成熟 —高过 成 熟 为 主 ,但 也 存 在 成 熟 度 较 低 的 地区[19-20]。准噶尔盆地上三叠统泥页岩发育 ,有较高的有机质丰度 ,母质类型利于生气 ,热演化处于生油窗范围 ,总体具备页岩气形成的基本条件 。但这些泥页岩的含气量如何 ? 至今还没有相应的测试数据 。2 泥页岩含气量测试方法页岩含气量的确定方法主要包括解析法 、等温吸附法和测井解释法等[21]。等温吸附法实际上确定的是泥页岩在一定温度 、压力下的最大吸附气量 ,并不能表明泥页岩中真实的含气量 ;测井解释法依赖于对已有测试段页岩气含气饱和度的测定结果与5821 No.6         高岗等 :准噶尔盆地上三叠统泥页岩解析气特征测井特征的对比分析 ,而该盆地目前不具备这样的条件 。所以 ,本文主要采用钻井现场岩心解析法直接测定页岩含气量 。页岩解析气量测量装置主要包括解析罐 、集气量筒和恒温设备3部分 ,其基本构成如图2所示 。图 2页岩气解析示意Figure 2 Sketch mapof shale gas separating本文泥页岩解析气测量主要在达9井钻井现场完成 。在钻井现场 ,当钻至目的层取心后 (3 873.02~3 876.02m)起钻时 ,开始准确记录提钻 、岩心到达井口及装罐结束的时间 ,待岩心取出井口后 ,迅速装入解析罐中密封 。然后将解析罐放入恒温水箱中 ,并用导管连接 ,导管另一端放于集气量筒下部开口内 。为了排除空气 ,事先在解析罐 、导管和量筒内充满饱和食盐水 ,水槽内亦为饱和食盐水 。上述工作完成后 ,开始通过程序升温加热 ,让岩心在解析罐中解析 ,记录不同时刻的解析气体积和对应温度 ,当达到目的层温度84℃时 ,继续延长解析时间 ,直到解析结束 。本文测试时 ,同时将4段长度为26.7~28.2cm的岩心放置于4个解析罐中进行解析 。其中2个样品因加热炉出现故障解析失败 ,仅收集到了部分解析的页岩气 ;另外2个样品解析成功 (表1),对4个页岩气样均进行了成分与碳同位素分析测试 。根据2个成功解析的含气量测试结果 (表2,表3),泥页岩的解析气量介于0.18~0.24m3/t之间 。3 页岩气组分特征4个样品的组分含量数据 (表2)显示 ,总体以烃类成分为主 ,其中Gas 4样品较低的甲烷等烃类含量应主要与空气的混入有关 ,其氮气体积含量高达47.16%。烃类气体以甲烷为主 ,随碳数增加 ,含量逐渐降低 。非烃气体主要为氮气和二氧化碳 ,其中氮气含量明显高于二氧化碳 ,由于该方法容易受到空气中氮的影响 ,所以 ,表中根据测试成分中氧的含量对气体成分进行了校正 。尽管如此 ,由于几个样品的氮气含量仍有较大差别 ,这种差别应该归于空气的影响 ,所以 ,该层段页岩气中的氮气含量倾向于低含量值更具代表性 。这样来看 ,Gas 3样品的组分体积含量应更接近天然气的实际组成 ,非烃中氮气含量明显高于二氧化碳 (表2)。烃类气体的干燥系数 (C1/C1+ )主要在0.94~0.96之间 ,显示干气特征 ,C2/C3值主要介于2.3~2.6之间 ,数值分布总体均较为集中 。异丁烷与正丁烷体积含量之比 (iC4/nC4)主要在1.5~1.8之间 ,异戊烷与正戊烷体积之比 (iC5/nC5)在2~4之间 ,可见异构烷烃相对含量较高 ,与烃源岩母质类型较差有关 。表 1准噶尔盆地达 9井上三叠统白碱滩组页岩气含量测试结果Table 1 Shale gas content test results in the Upper Triassic of the wel Da 9,Junggar Basin样号 岩心深度 /m 长度 /cm 岩石重量 /kg解析时间 /min 温度 /℃ 解析气量 /m3备注Gas 1  3 860.00~3 860.30  26.7  5.68  163  5  0.000 072 解析时间短Gas 2  3 860.30~3 860.54  27.3  5.74  281  84  0.001 049Gas 3  3 860.54~3 860.82  27.6  5.77  30  5  0.000 073 解析时间短Gas 4  3 860.82~3 861.10  28.2  5.99  264  84  0.001 423表 2准噶尔盆地达 9井上三叠统白碱滩组页岩气组分体积含量 (%)数据Table 2 Shale gas component volume content(%)data in the Upper Triassic of the wel Da 9,Junggar Basin样号 C1 C2 C3 iC4 nC4 iC5 nC5 C6 C7 N2 CO2Gas 1  80.72  2.65  1.14  0.34  0.22  0.09  0.04  0.06  0.02  12.31  2.41Gas 2  80.94  2.38  0.92  0.25  0.15  0.04  0.01  0.01  13.32  1.99Gas 3  86.29  2.69  1.12  0.34  0.19  0.06  0.02  0.01  7.91  1.37Gas 4  50.14  1.41  0.51  0.14  0.06  0.02  47.16  0.566821 天然气地球科学Vol.24 4 页岩气碳同位素组成特征由于天然气组成中 ,甲烷含量高 ,重烃含量低 ,所以 ,主要获得了甲烷和乙烷以及总气的碳同位素分析数据 (表3)。总体来看 ,各类碳同位素组成的数值分布都非常集中 。全气的碳同位素值 (δ13 C)主要介于-42.4‰~-42.7‰之间 ,甲烷碳同位素值(δ13C1)主要介于-43.8‰~-44.3‰之间 ,乙烷碳同位素值 (δ13 C2)主要介于-31.4‰~-32.7‰之间 。如果从常规天然气特征来看 ,甲烷与乙烷的碳同位素组成普遍较轻 ,乙烷与甲烷碳同位素值之差(δ13C2-δ13C1)较小 ,均显示了典型常规腐泥型气的特征 (图3,图4)。在图5中 ,样品点分布在陆相有机质演化的较低阶段 。表 3准噶尔盆地达 9井上三叠统白碱滩组页岩气态烃类组分碳同位素组成数据Table 3 Hydro carbon carbon isotope composition data of shalegas in the Upper Triassic of the wel Da 9,JunggarBasin样号 全气碳同位素 /‰ 甲烷碳同位素 /‰ 乙烷碳同位素 /‰Gas 1 -42.42 -43.86 -32.62Gas 2 -42.66 -44.29 -31.42Gas 3 -42.55 -44.23 -32.23Gas 4 -42.64 -44.13图 3页岩气δ13C1 值与 δ13C2 值关系Figure 3 Relation ofδ13C1withδ13C2of shale gasⅠ腐殖型气 ;Ⅱ腐泥型气 ;Ⅲ碳同位素倒转混合气 ;Ⅳ腐殖型和腐泥型气 ;Ⅴ腐殖 —腐泥型与混合气 ;Ⅵ生物气 —亚生物气根据戴金星[22]提出的估算常规腐泥型天然气母质成熟度的计算公式估算的烃源岩成熟度在0.74%~0.79%之间 ,但研究区三叠系的母质类型总体较差 ,单纯用腐泥型天然气母质成熟度的计算公式估算的RO值显然高于泥页岩的实际值 ,实际RO值应小于0.7%处于低演化阶段 ,考虑到其烃类碳同位素值总体较低 ,甲烷含量较高 ,所以 ,综合来看 ,这些天然气应该主要与生物 —热催化过渡带气有关 。这与准噶尔盆地三叠系烃源岩的镜质体反射率 —深度关系对应较好 (图6),说明页岩气确实形成于烃源岩的低成熟演化阶段 。图 4页岩气δ13C2-δ13C1 值与 δ13C1 值关系Figure 4 Relation ofδ13C2-δ13C1withδ13C1of shale gas图 5页岩气δ13C1 值与干燥系数(C1/C1+)关系Figure 5 Relation ofδ13C1with C1/C1+of shale gas根据上三叠统烃源岩母质类型来看 ,主要为Ⅲ型和Ⅱ2型 ,部分为Ⅱ1型 ,难以形成典型的腐泥型天然气 。通过进一步分析可以认为 ,本文测试的页岩气是相对短时间直接从泥页岩中解析出来的 ,烃源岩演化程度总体较低 ,而天然气烃类碳同位素值7821 No.6         高岗等 :准噶尔盆地上三叠统泥页岩解析气特征主要随热演化程度增加而变高 ,由于实际烃源岩的演化程度较低 ,而显示了碳同位素值总体较低 。图 6准噶尔盆地上三叠统烃源岩 RO值与深度关系Figure 6 Relation of the Upper Triassic sourcerock ROwith depth in Junggar Basin5 结论准噶尔盆地达9井上三叠统泥页岩有一定的页岩气含量 ,但含气量不高 ,其成分以烃类气体为主 ,非烃气体含量较低 。烃类气体中以甲烷为主 ,重烃含量较低 ,相同分子量的异构烷烃含量高于正构烷烃 ,干燥系数在0.94~0.96之间 ,C2/C3值主要介于2.3~2.6之间 ,总体为干气特征 。非烃气体中的氮气含量较高 ,二氧化碳含量较低 。烃类气体的碳同位素值较低 ,表现为低成熟原地腐泥型天然气 ,这种特征可能与短时间解析和烃源岩演化程度有关 ,但具体原因还有待进一步深入研究 。参考文献 (References):[1]Zhao Jingzhou,Fang Chaoqiang,Zhang Jie,et al.Evaluationof China shale gas from the exploration and development ofNorth America shale gas[J].Journal of Xi′an Shiyou Univer-sity:Natural Science Edition,2011,26(2):1-9.[赵靖舟 ,方朝强 ,张洁 ,等 .由北美页岩气勘探开发看我国页岩气选区评价[J].西安石油大学学报:自然科学版 ,2011,26(2):1-9.][2]Li Xinjing,LüZonggang,Dong Dazhong,et al.Geologic con-trols on accumulation of shale gas in North 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UniversityofPetroleum(Beijing),Beijing102249,China;2.XinjiangOilfield Company,CNPC,Karamay834000,China)Abstract:Based on the geological and organic geochemical features of the Upper Triassic mudstone in Jung-gar Basin,mudstone core gas content of the Upper Triassic in the wel Da 9wad determined,as wel as themolecular composition and carbon isotopes of the gaseous hydrocarbons.Mudstone has some content ofgas,mainly0.18-0.24m3/t.The gas is dominated byalkane gas,with low level of nonhydrocarbon such asCO2and N2,etc.The alkane gas is dominated bymethane with low content of heavyhydrocarbon,indicatingdrygas.For hydrocarbons with same molecular weight,isoparaffin is more predominant than normal paraf-fin.Amongthe nonhydrocarbon,nitrogen has apparentlyhigher content than CO2.Alkane gas has relative-lylow carbon isotopes,demonstratingfeatures of low-mature sapropel-type natural gas in place whichmight be related to short time desorption and lower maturityof source rock etc.Keywords:Shale gas;Upper Triassic;Separatinggas;Junggar Basin9821 No.6         高岗等 :准噶尔盆地上三叠统泥页岩解析气特征
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