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碳氢同位素在天然气成因研究中的应用

天然气地球科学 2024年

作者：倪云燕张津川姚立邈董国梁王圆王力陈建平中国石油大学(北京) 中国石油勘探开发研究院

不同类型的天然气具有不同的碳氢同位素组成，因此，天然气碳氢同位素组成是天然气成因判识的重要指标之一。随着天然气勘探技术的不断发展和勘探数据的持续增长，对天然气成因与来源的认识也在不断加深，如何更新和验证现有数据，以确... 详细信息

不同类型的天然气具有不同的碳氢同位素组成，因此，天然气碳氢同位素组成是天然气成因判识的重要指标之一。随着天然气勘探技术的不断发展和勘探数据的持续增长，对天然气成因与来源的认识也在不断加深，如何更新和验证现有数据，以确保天然气成因判识图版的适用性变得至关重要。综合分析了中国四川、塔里木、鄂尔多斯、吐哈、松辽、苏北、三水、柴达木、渤海湾以及北大西洋中脊Lost City等地区不同成因类型天然气的碳氢同位素特征与常用的碳氢同位素相关的成因鉴别图版，得到以下4点结论：① 中国天然气甲烷δ13C1、乙烷δ13C2、丙烷δ13C3、丁烷δ13C4值分布范围分别为-89.4‰～-11.4‰（均值为-36.6 ‰）、-66.0‰～-17.5‰（均值为-29.4‰）、-49.5‰～-13.2‰（均值为-27.3‰）、-38.5‰～-16.0‰（均值为-25.6‰）；② 中国天然气甲烷δD1、乙烷δD2、丙烷δD3值分布范围分别为-287‰～-111‰（均值为-177‰）、-249‰～-94‰（均值为-158‰）、-237‰～-75‰（均值为-146‰）；③ 中国天然气甲烷及其同系物之间碳同位素和氢同位素以正序分布为主(δ13C1 Δ(δ13C3-δ13C2)，Δ(δD2-δD1)>Δ(δD3-δD2))。④δ13C1—δ13C2—δ13C3图版、δ13C1—δD1图版、δ13C1—C1/C2+3图版、Δ(δ13C2-δ13C1)—Δ(δ13C3-δ13C2)图版、Δ(δD2-δD1)—Δ(δD3-δD2)图版等都能对天然气进行一定程度的成因鉴别，不同图版之间的联合应用能够加强鉴别效果。

关键词：天然气碳同位素氢同位素成因鉴别中国

页岩气压裂返排液/采出水同位素地球化学特征与鉴别指标

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天然气地球科学 2022年第1期33卷 78-91页

作者：倪云燕姚立邈隋建立陈建平中国石油天然气股份有限公司油气地球化学重点实验室北京100083 中国石油勘探开发研究院北京100083 中国地震局地质研究所北京100029

中国页岩气资源丰富,主要分布在人口密集的南方海相碳酸盐岩分布区,地质地表条件复杂,生态环境脆弱,水资源匮乏或分布不均,大规模压裂开采存在很高水资源利用压力和严重水环境污染风险。综合分析页岩气压裂返排液/采出水的氢、氧、硼、... 详细信息

中国页岩气资源丰富,主要分布在人口密集的南方海相碳酸盐岩分布区,地质地表条件复杂,生态环境脆弱,水资源匮乏或分布不均,大规模压裂开采存在很高水资源利用压力和严重水环境污染风险。综合分析页岩气压裂返排液/采出水的氢、氧、硼、锂、锶等传统与非传统稳定同位素地球化学特征显示:四川盆地返排液/采出水的氢氧同位素与寒武系、二叠系和三叠系的须家河组、嘉陵江组、雷口坡组常规井采出水演化趋势相近,与震旦系常规井采出水不同,表明四川盆地返排液/采出水为压裂注入液与滞留在志留系页岩中的地层卤水的混合产物,其高盐度端元化学组成更接近寒武系地层卤水,但其δ^(11)B值要高于后者。四川盆地页岩气压裂返排液/采出水δ^(11)B值与美国Marcellus的相近,都与蒸发相海水有关,与盆地内不同层系常规井采出水有一定的重合,无法进行精确区分,但其δ^(11)B和B/Cl值与河水和非海相的柴达木盆地页岩气井返排液/采出水能够明显区分。四川盆地页岩气压裂返排液/采出水δ^(7)Li值稍高于美国Marcellus的,与长江水的δ^(7)Li值有一定重合。威远页岩气示范区返排液/采出水^(87)Sr/^(86)Sr均值为0.7197,长宁示范区则为0.7193,远高于不同层系常规井采出水的^(87)Sr/^(86)Sr值,这是因为志留系页岩受到陆源硅质沉积物和下伏富Sr流体的影响,导致四川盆地南部志留系地层实测^(87)Sr/^(86)Sr值偏高,这使得^(87)Sr/^(86)Sr值成为鉴别四川盆地页岩气压裂返排液/采出水与常规气井采出水和浅层地下水的有效指标。

关键词：压裂返排液传统稳定同位素非传统稳定同位素鉴别指标四川盆地

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准噶尔盆地西北缘车排子凸起原油类型与油源

地质学报 2023年第5期97卷 1576-1597页

作者：刘得光倪云燕陈建平李二庭姚立邈张枝焕王绪龙戴金星中国石油新疆油田公司新疆克拉玛依834000 中国石油大学(北京) 北京102249 中国石油勘探开发研究院北京100083

准噶尔盆地西北缘南部红车断裂带-车排子凸起油气藏众多,原油物理化学性质和地球化学特征十分复杂,原油类型及其来源长期存在很大争议。本文在准噶尔盆地不同时代烃源岩生成原油典型地球化学特征与主要油源判识指标归纳总结的基础上,对... 详细信息

准噶尔盆地西北缘南部红车断裂带-车排子凸起油气藏众多,原油物理化学性质和地球化学特征十分复杂,原油类型及其来源长期存在很大争议。本文在准噶尔盆地不同时代烃源岩生成原油典型地球化学特征与主要油源判识指标归纳总结的基础上,对红车断裂带-车排子凸起原油地球化学特征和来源进行系统分析研究,将该区域原油分为五类,其中三类原油分别来源于二叠系湖相烃源岩、中—下侏罗统煤系烃源岩、古近系安集海河组湖相烃源岩,另外两类为混合原油,分别为来源于二叠系湖相烃源岩的生物降解稠油与中—下侏罗统煤系烃源岩生成的正常原油和古近系湖相烃源岩生成的正常原油的混合原油。红车断裂带石炭系—白垩系油藏原油主要来源于沙湾凹陷二叠系湖相烃源岩,车排子凸起东北部春风油田稠油来源于沙湾凹陷二叠系湖相烃源岩;车排子凸起东侧-红车断裂带西侧新近系沙湾组油藏轻质原油来源于四棵树凹陷古近系湖相烃源岩;车排子凸起中部春光油田白垩系—古近系油藏稠油为二叠系来源稠油和侏罗系正常原油的混合原油,新近系沙湾组油藏稠油为二叠系来源稠油与新近系正常原油的混合原油;车排子凸起西部石炭系—古近系油藏轻质原油来源于四棵树凹陷中—下侏罗统煤系烃源岩,而新近系沙湾组油藏轻质原油来源于四棵树凹陷古近系湖相烃源岩。本文对准噶尔盆地西北缘南部地区油气藏成藏研究及区域油气勘探决策具有重要参考作用。

关键词：车排子凸起原油碳同位素生物标志物油源判识准噶尔盆地

黔北正安区块页岩气压裂返排液/采出水地球化学特征

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天然气地球科学 2023年第11期34卷 2009-2020页

作者：倪云燕刘松李林芝张波姚立邈隋建立陈建平中国石油大学(北京) 北京102249 贵州能源产业研究院有限公司贵州贵阳563400 四川农业大学环境学院四川成都611130 贵州页岩气勘探开发有限责任公司贵州贵阳563400 中国石油勘探开发研究院北京100083 中国地震局地质研究所北京100029

贵州省页岩气资源丰富,近年来,与四川盆地毗邻的黔北正安区块在上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组的页岩气勘探开发上取得了重要进展。由于页岩气分布区地质条件复杂,生态环境脆弱,页岩气开采可能存在严重的环境污染风险,因此,针对黔北... 详细信息

贵州省页岩气资源丰富,近年来,与四川盆地毗邻的黔北正安区块在上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组的页岩气勘探开发上取得了重要进展。由于页岩气分布区地质条件复杂,生态环境脆弱,页岩气开采可能存在严重的环境污染风险,因此,针对黔北地区正安区块AY7-4井页岩气压裂返排液/采出水进行了元素和氢氧同位素分析。结果表明,AY7-4井返排液/采出水K、Na、Ca、Mg、NH_(4)^(+)等组分含量都很高,平均分别为118 mg/L、7616 mg/L、266 mg/L、47 mg/L、76 mg/L,其中Na、Ca、Mg含量与威远页岩气压裂返排液/采出水的相近,但低于长宁和涪陵;NH_(4)^(+)含量则与长宁的类似,但远高于威远的;Cl平均含量为11605 mg/L,与威远的相近,但比长宁和涪陵的低;Br平均含量为48 mg/L,稍低于威远的,是长宁和涪陵的一半左右。相应地,AY7-4井Br/Cl值最低,反映其Br含量相对较低。AY7-4井Li、B、Sr平均含量分别为17 mg/L、10 mg/L、45 mg/L,但与威远、长宁、涪陵3个气田相比,四者之间的Li、Sr整体分布规律与Cl、Br、Na相近,但相对来说,AY7-4井B含量最低,B/Cl值也最低。AY7-4井返排液/采出水与压裂用配水、滑溜水之间的Br和Cl含量之间、δD和δ^(18)O之间有着很好的线性关系,说明AY7-4井返排液/采出水主要为低盐度的压裂注入液与高盐度的页岩地层滞留卤水的混合产物。其氢氧同位素值随着返排时间增长而逐渐变大,说明返排液/采出水中高盐端元地层滞留卤水的占比越来越大。AY7-4井返排液/采出水Cl、Br、Na、NH_(4)^(+)等含量都远高于允许的排放值,存在潜在环境污染风险,不能直接排放。

关键词：压裂返排液采出水页岩气 AY7-4井正安区块贵州省

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酒泉盆地青西凹陷下白垩统致密油成藏过程与机制

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酒泉盆地青西凹陷下白垩统致密油成藏过程与机制

作者：姚立邈中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

靑西凹陷位于酒泉盆地的西部,具有良好的致密油形成条件和很大的致密油勘探潜力。但目前青西凹陷致密油的勘探仍处于起步阶段,认识程度低,勘探目标不明确。因此开展青西凹陷成藏条件研究,并在此基础上深入研究致密油的成藏过程及成藏机... 详细信息

靑西凹陷位于酒泉盆地的西部,具有良好的致密油形成条件和很大的致密油勘探潜力。但目前青西凹陷致密油的勘探仍处于起步阶段,认识程度低,勘探目标不明确。因此开展青西凹陷成藏条件研究,并在此基础上深入研究致密油的成藏过程及成藏机理,对探索并预测青西凹陷致密油甜点目标具有重要意义。通过对靑西凹陷下沟组致密油层系的烃源岩、储层特征进行研究,建立了研究区源储组合的划分标准,并针对研究区划分出了三大类共8种源储组合。针对研究区12小层的试油数据进行统计与分析,发现研究区致密油藏在横纵向上具有沿断裂分布、大面积连片展布、无统一油水界面等典型致密油藏的特征。利用平衡剖面技术,恢复了研究区构造演化史,并运用IES盆地模拟软件再现了研究区目的层的致密油成藏过程。通过开展致密油运聚成藏物理模拟实验,证明了在含油性和充注效率方面三明治型源储组合好于上源下储型和下源上储型源储组合。并依据实验结果及研究区成藏条件和成藏过程的分析,阐明了研究区致密油具有“源储紧邻或共生、压差推进、微孔缝输导、非均匀差异性聚集”的成藏机理与成藏模式。综合以上研究,明确了控制研究区致密油成藏的主要因素为岩性及其组合、断裂与裂缝发育程度及源储组合类型。并根据上述几类控制因素对研究区致密油的甜点分布范围进行了预测,预测结果显示青西凹陷致密油主要甜点区位于凹陷中心柳沟庄地区及其南部。

关键词：靑西凹陷源储组合成藏过程成藏机理甜点预测

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煤成气在产气大国中的重大作用

石油勘探与开发 2019年第3期46卷 417-432页

作者：戴金星倪云燕廖凤蓉洪峰姚立邈中国石油勘探开发研究院北京100083

煤成气核心理论是煤系为气源岩,煤系成烃以气为主以油为辅,故与其相关盆地发现以气田为主。发现与开发大气田,特别是可采储量大于1×10^(12) m^3超大型气田,是决定一个国家成为年产500×10~8 m^3以上产气大国的主要途径和关键。世界煤... 详细信息

煤成气核心理论是煤系为气源岩,煤系成烃以气为主以油为辅,故与其相关盆地发现以气田为主。发现与开发大气田,特别是可采储量大于1×10^(12) m^3超大型气田,是决定一个国家成为年产500×10~8 m^3以上产气大国的主要途径和关键。世界煤资源和煤成气储量丰富而分布广泛,在世界天然气储量、产量上煤成气占有重要地位。截至2017年底世界发现煤成超大型气田13个,总原始可采储量49.995 28×10^(12) m^3,为该年世界总剩余可采储量193.5×10^(12) m^3的25.8%;2017年世界有产气大国15个,共产气28 567×10~8 m^3,其中6个以产煤成气为主的国家共产气11 369×10~8m^3,占产气大国总产量的39.8%。煤成超大型气田乌连戈伊气田是目前世界上累产气最多的气田,2015年底累产气63 043.96×10~8 m^3,并是世界上年产气量最高的气田,1989年产气3 300×10~8 m^3,分别占当年俄罗斯和世界产量的41.4%和15.7%。此外,分别详细介绍俄罗斯、土库曼斯坦、荷兰、莫桑比克和中国等煤成超大型气田所在盆地气源岩特征等,以及对所在国成为世界产气大国的重大作用。

关键词：煤成气产气大国中国俄罗斯超大型气田气源岩

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吐哈盆地台北凹陷天然气碳氢同位素组成特征

石油勘探与开发 2019年第3期46卷 509-520页

作者：倪云燕廖凤蓉龚德瑜焦立新高金亮姚立邈中国石油天然气股份有限公司油气地球化学重点实验室北京100083 中国石油勘探开发研究院北京100083 中国石油吐哈油田公司勘探开发研究院新疆哈密839009

吐哈盆地为中国重要的富油气盆地,目前该盆地的天然气勘探主要集中在台北凹陷,有关台北凹陷的天然气成因和来源一直存在诸多争议。通过分析台北凹陷巴喀、丘陵、鄯善和温米等4个油气田23个天然气样品的组分和碳氢同位素组成,结合前期红... 详细信息

吐哈盆地为中国重要的富油气盆地,目前该盆地的天然气勘探主要集中在台北凹陷,有关台北凹陷的天然气成因和来源一直存在诸多争议。通过分析台北凹陷巴喀、丘陵、鄯善和温米等4个油气田23个天然气样品的组分和碳氢同位素组成,结合前期红台和丘东气田天然气地球化学资料以及前人研究成果和区域地质背景,开展天然气成因和来源研究。结果表明:台北凹陷巴喀、丘陵、鄯善和温米等地区天然气以烃类气体为主。甲烷含量为65.84%～97.94%,重烃(C_(2—5))含量高达34.98%,非烃气体(CO_2、N_2)含量非常低,为湿气。天然气δ^(13)C_1值为–44.9‰～–40.4‰,δ^(13)C2值为–28.2‰～–24.9‰,δ^(13)C_3值为–27.1‰～–18.0‰,δ^(13)C_4值为–26.7‰～–22.1‰;天然气δD1值变化不大,为–272‰～–252‰,δD_2为–236‰～–200‰,δD_3为–222‰～–174‰。甲烷及其同系物(C_(2—5))基本上为碳氢同位素组成正序排列(δ^(13)C1<δ^(13)C_2<δ^(13)C_3<δ^(13)C_4<δ^(13)C_5、δD_1<δD_2<δD_3),与典型的有机成因烷烃气碳氢同位素组成特征一致。研究区天然气为成熟度较低的煤成气(Ro均值为0.7%),主要来自中下侏罗统煤系源岩。天然气氢同位素组成受到烃源岩热演化程度和形成环境水介质的影响,数据表明研究区天然气烃源岩为陆相淡水湖沼沉积。巴喀油田巴23井和柯19井天然气后期发生次生改造,为生物改造气。

关键词：吐哈盆地台北凹陷侏罗系碳同位素组成氢同位素组成煤成气低熟气

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源储组合特征对花海凹陷致密油成藏的影响

特种油气藏 2016年第2期23卷 55-58,153页

作者：高雄雄罗群姚立邈袁青王葡萄油气资源与探测国家重点实验室北京102249 中国石油大学北京102249

为研究不同源储组合对致密油成藏富集的影响,通过分析花海凹陷内的源储组合特征,并针对下源上储型、上源下储型、三明治型3种源储组合类型设计了3组物理模型进行模拟实验,对比不同模型的充注效率与含油性差异,分析不同源储组合的充注机... 详细信息

为研究不同源储组合对致密油成藏富集的影响,通过分析花海凹陷内的源储组合特征,并针对下源上储型、上源下储型、三明治型3种源储组合类型设计了3组物理模型进行模拟实验,对比不同模型的充注效率与含油性差异,分析不同源储组合的充注机制及其对致密油成藏富集的影响。结果表明,储层含油性和充注效率与源储组合类型有较大相关性。源储配置关系、源储压差及储层非均质性共同决定了致密油运移和聚集的差异性,制约了含油饱和度的大小。从充注效率和含油性来看,三明治型好于上源下储型和下源上储型。深化源储组合特征研究对于致密油勘探开发具有指导意义。

关键词：致密油下白垩统源储组合成藏花海凹陷

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渝东南地区页岩气富集区差异性分布成因

西安石油大学学报（自然科学版） 2015年第3期30卷 24-30,35页

作者：唐相路姜振学张莺莺高甜黄何鑫冯洁姚立邈中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室北京102249 中国石油大学(北京)非常规天然气研究院北京102249 重庆地质矿产研究院页岩气所重庆400042

为了揭示我国南方海相页岩分布广泛,但含气性差异巨大的原因,选取渝东南地区五峰组—龙马溪组页岩含气量不同的2个典型井区A井区和B井区进行对比分析,结果表明:含气量高的A井区页岩具有有机碳含量高、成熟度高的特点,而含气量低的B井区... 详细信息

为了揭示我国南方海相页岩分布广泛,但含气性差异巨大的原因,选取渝东南地区五峰组—龙马溪组页岩含气量不同的2个典型井区A井区和B井区进行对比分析,结果表明:含气量高的A井区页岩具有有机碳含量高、成熟度高的特点,而含气量低的B井区页岩具有有机碳含量低、成熟度相对低的特点;A井区页岩具有伊/蒙混层含量低、比表面积大、有机质孔十分发育的特点,而B井区页岩具有伊/蒙混层含量高、比表面积小、有机质孔发育较少、矿物溶蚀孔十分发育的特点;A井区页岩裂缝基本不发育,而B井区页岩裂缝十分发育。因此,A井区生烃条件、储集条件和保存条件均优于B井区,是页岩气富集于A井区而未富集于B井区的原因。预测页岩气地质甜点需综合考虑生烃条件、储集条件和保存条件,三者相匹配是页岩气成藏的关键。

关键词：生烃条件储集条件保存条件页岩气渝东南地区