碳同位素动力学模拟及其在天然气评价中的应用

天然气碳同位素动力学模拟是国际油气地球化学界的前沿性研究方向。它和盆地沉积埋藏史、受热史结合起来,对于评价天然气的成因和成藏历史是一种新而且有效的手段,正逐渐为人们所接受。介绍了天然气形成的碳同位素动力学模拟,以及其在评价天然气的成熟度、气源、运移-聚集史和油气比研究等方面应用的新进展,充分展示了其具有良好的应用价值。天然气碳同位素特征不仅受母源、成熟度的影响,而且与运聚条件、沉积盆地增温速率有关。瞬时聚集气与累积聚集气在碳同位素特征存在明显差别。碳同位素分馏动力学模型在不同含油气盆地会存在差异,不仅取决于气源条件,还与运移-聚集史、沉积-构造史有关。中国叠合型盆地天然气藏成因复杂,具有多期、多源的特点,本研究对这类天然气的研究与评价提供了新思路。     

X射线衍射法在天然气水合物研究中的应用

天然气水合物是一种由气体分子(包括烃类和CO2、H2S等非烃类气体)和水分子在高压低温环境中形成的笼型水合物,主要有Ⅰ型(立方晶体结构)、Ⅱ型(菱形晶体结构)和H型(六方晶体结构)三种晶体结构。研究水合物的结构特征及变化规律,对于认识水合物形成机理、微观动力学、相态转化及水合物样品鉴定等具有重要意义。X射线衍射(XRD)是一种利用X射线照射晶体(或某些非晶态物质)时产生的衍射来研究晶体内部结构(即内部原子排布)的分析技术。该技术应用于天然气水合物研究,不仅能准确获取水合物的结构类型及晶格参数等重要信息,还能观测水合物生成分解的微观动力学过程。本文阐述了XRD技术应用于水合物结构特征研究、水合物生成/分解动力学过程原位观测以及野外水合物样品鉴定等方面的研究进展。已知结构Ⅰ型和Ⅱ型水合物立方晶体的边长分别约为12.0×10-10m和17.3×10-10m,而结构H型水合物六方晶体a轴和c轴的边长分别约为12.2×10-10m和10.0×10-10m,因此,通过XRD技术准确测量水合物晶体的晶格参数,即可判定水合物晶体的结构类型,该技术在国外已应用于海洋和冻土区钻获的天然气水合物样品鉴定并获得结构信息。此外,通过测定不同条件下生成的水合物晶体参数的变化,可研究水合物的结构转换及其影响规律,研究表明混合气体的组成、客体分子体积及直径大小、温度等都对水合物晶体参数及结构产生影响。通过在高压环境下的XRD原位技术,可测定水合物的生成与分解过程中衍射峰的变化,研究水合物生成/分解动力学过程,研究表明水合物生成/分解主要分两个阶段,即在气液(固)表面的快速生成/分解过程及气体分子在液(固)体内部的扩散过程,后一个阶段控制着反应速度。目前,国外在水合物研究中应用XRD技术已相对成熟,而我国才刚刚起步。本文认为,将XRD技术应用到天然气水合物的研究中,可解决水合物的结构类型鉴别及晶格参数测量等基本的科学问题,而且XRD技术与核磁共振、红外光谱、X-CT等分析技术的联用,尚有很大的发展空间,将为天然气水合物相关的理论研究提供强有力的技术支撑。     

天然气的混合类型及其判识

通过对天然气独特的物理、化学特征研究,探讨了不同成因来源天然气混合的机理和条件,将天然气混合划分为有机来源与无机来源的混合、有机质不同母质形成天然气的混合和不同成熟阶段有机成因气混合等三大类型。通过具体实例解剖研究了天然气混合的判识,初步建立了不同成因类型天然气的混合的模式。     

新近纪以来的构造运动是中国气藏形成的重要因素

新近纪以来的构造运动是全球最新的地壳形变和造山运动的发展演化阶段。由于中国地处印度陆块、西伯利亚陆块与太平洋板块所围限的三角地带。是世界上新近纪以来构造运动比较活跃的地区,以及天然气极易散失,也难以保存的特点,因此,新近纪以来构造运动特征是研究中国气藏形成和保存不可忽视的重要地质因素。总结中国天然气的成藏历程,虽然各类盆地有所不同,但都有上新世以来构造运动的影响。上新世以来的构造运动对于中国天然气的成藏及分布有一定的破坏作用,促使一些盆地天然气受到了一定程度的散失,但总体上以促进成藏、聚集作用为主：①在西部盆岭之间形成了一系列中国式的前陆型盆地,为形成大中型气田刨造了有利条件。并控制了盆地本部气藏的最终定型。②在中部的四川盆地形成了成排成带的背斜,是四川盆地气藏形成、定型的主要时期;鄂尔多斯盆地的整体快速隆升及进一步西倾,促进了从靖边至乌审旗气田群天然气的进一步聚集。③在东部,上新世末期的渤海运动为以渤中拗陷为主体的渤海海域晚期成藏刨造了有利的地质条件;在其他盆地也促进了二次生烃及次生气藏的形成;并形成了一批无机成因的二氧化碳气田。④在近海海域,既促进了有机成因气藏的形成,也促进了无机成因非烃气藏以及无机与有机成因天然气的混源,致使区内形成了比较复杂的气藏特征。总之,新近纪以来活跃的构造运动形成了中国天然气以晚期、超晚期生烃成藏、定型为主的成藏模式,是研究中国气藏形成不可忽视的重要的地质阶段。     

冻土区天然气水合物勘探低温钻井液理论与试验

天然气水合物是在特定的低温与高压条件下形成的产物。在天然气水合物勘探工作中,低温钻井液是获得天然气水合物真实样品的重要保证条件之一。低温钻井液应具有低的冰点、良好的抵制能力与良好的流动性。结合天然气水合物勘探工作的特点,在试验的基础上,对比分析了PAM、PHPA、PAC-141、Na-CMC与KHm的分子结构、官能团的种类与数量对钻井液的防塌能力和流动性的影响,得出了几种处理剂的耐低温能力大小的顺序为：PAC-141〈PHPA〈PAM〈Na-CMC〈KHm,为天然气水合物勘探中低温钻井液的配制与使用,奠定了重要的基础。     

世界天然气水合物研究开发现状和前景

回顾了世界天然气水合物研究历史,分析了世界气水合物研究现状和开发前景,评价了全球天然气水合物资源潜势,提出了我国对天然气水合物的研究策略。     

柴达木盆地西部地区咸化湖盆天然气地球化学特征及成因类型判识指标——以古近系—新近系为例

根据天然气地球化学基本理论,对柴达木盆地西部（柴西）地区天然气的地球化学特征进行分析。测试和收集该地区18个油气田及含油气构造的83个天然气样品,分析其组分和C同位素数据,结果显示,该区天然气以烃类气体为主,烃类含量介于79.24%~99.81%之间,天然气比重介于0.72~1.36之间,天然气干燥系数（C1/C2+）介于1.04~617.8之间,甲烷C同位素值介于-51.4‰~-24.2‰之间,乙烷C同位素值介于-34.2‰~-17.4‰之间。在此基础上,对该区不同构造带的天然气成因类型进行研究。研究结果表明,柴达木盆地西部地区天然气类型可划分为腐泥型气、腐殖型气、混合气3类,柴西北部天然气主要为腐泥型气和混合气,少量腐殖型气;柴西南部主要为腐泥型气,少量混合气。同时,建立了天然气成因类型的判识指标,对该区的天然气地球化学特征有了较为深入的认识,对今后的天然气勘探具有指导意义。     

页岩气简介

页岩气（ShaleGas）,特指赋存于页岩中的非常规天然气,一种极具开发价值的新能源。页岩气生成于有机成因的各种阶段,常见于泥岩、高碳泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层中。其中,以游离相态（约50％）存在于裂缝、孔隙及其他储集空间;以吸附状态（约50％）存在于干酪根、粘土颗粒及空隙表面;极少量则以溶解状态储存于干酪根、沥青质及含油层中,并在源岩层内就近聚集,为典型的原地成藏模式,而与油页岩、油砂、地沥青等差别较大,亦与常规储层气藏不同。     

成藏过程对天然气地球化学特征的控制作用

克拉2和阿克1天然气都具有组分明显偏干、碳同位素明显偏重的特征,如克拉2和阿克1天然气的干燥系数都接近于1.0,克拉2天然气的δ13C₁为-27.3‰～-31.1‰,阿克1天然气的δ13C₁为-21.9‰～-25.2‰,从“源控”的角度似乎这些天然气应该属于过成熟煤成气,这样计算所得到的天然气成熟度远大于实测和模拟计算的源岩成熟度。因此在解释克拉2和阿克1天然气数据的时候,除了“源控”的因素外,更应强调成藏过程的影响。分析认为晚期阶段聚气是造成克拉2和阿克1天然气都具有组分明显偏干、碳同位素明显偏重的主要因素。