一种利用烷烃碳同位素序列倒转指示页岩气高产层位的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用烷烃碳同位素序列倒转指示页岩气高产层位的方法，包括确定指定区块页岩处于高演化阶段，收集页岩解吸试验中的自然解析气并测量甲烷、乙烷、丙烷的碳同位素值，制作页岩气烷烃碳同位素序列和判断页岩气高产层位。本发明专利技术可以精确快速的指示页岩气高产层位。本发明专利技术采样便捷，实验成本低，具有易于推广、实施方便的特点。实施方便的特点。实施方便的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种利用烷烃碳同位素序列倒转指示页岩气高产层位的方法


[0001]本专利技术涉及页岩气开采
，具体涉及一种利用烷烃碳同位素序列倒转指示页岩气高产层位的方法。

技术介绍

[0002]北美海相页岩油气获得巨大成功后，页岩气在全球范围内成为勘探研究热点。近年来我国虽然也在全国范围内开展页岩气地质调查，但是取得实质性突破的页岩气高产富集区集中分布在中上扬子地区的四川盆地及周缘地区，中上扬子以外地区的页岩气勘探总体而言勘探效果甚微。我国广泛发育的多套优质富有机质页岩，具有良好的生烃基础和储集条件，但其高的热演化程度且普遍受强烈的构造改造，复杂的页岩气成藏过程和保存条件已经成为限制我国页岩气勘探的关键因素。
[0003]页岩解吸气的烷烃碳同位素地球化学在气源比对、成因判识、成烃演化、成藏过程示踪、保存条件等方面具有关键指示作用，已经成为构造复杂区页岩气勘探研究的有力工具。页岩气烷烃碳同位素系列是指烷烃碳同位素值(δ
13
C)随烷烃气分子碳数的变化情况，包括：δ
13
C值随烷烃气分子碳数递增为正碳同位素序列(δ
13
C1<δ
13
C2<δ
13
C3)，δ
13
C值随烷烃气分子碳数递减为碳同位素序列完全倒转(δ
13
C1>δ
13
C2>δ
13
C3)，δ
13
C值随烷烃气分子碳数先减后增(δ
13
C1>δ
13
C2<δ
13
C3)为“V字型”同位素序列部分倒转，δ
13
C值随烷烃气分子碳数先增后减(δ
13
C1<δ
13
C2>δ
13
C3)为“倒V字型”同位素序列部分倒转，如图1所示。
[0004]目前全世界很多高产页岩气田中都发现了烷烃的碳同位素序列倒转，虽然学者们对于烷烃同位素序列倒转机制引起了广泛关注，也提出了很多假设，目前同位素序列倒转机制仍然存在很大争议。Tilley et al.(2011)认为页岩气中的烷烃同位素序列倒转可以指示封闭的页岩体系，从而可以用来指示页岩气的高产层位。然而，目前人们对烷烃同位素序列倒转指示页岩气高产层位机理的认识仍然不够深入。
[0005]一般认为导致同位素序列倒转的原因包括：有机烷烃气和无机烷烃气的混合；煤成气和油型气的混合；同型不同源气或同源不同期气的混合；地温增高；排烃过程或扩散过程造成的同位素分馏；TSR反应；与水发生一些特殊的氧化还原反应；烷烃气中某一或某些组分被细菌氧化；烷烃间碳同位素的交换作用(戴金星等，2003，2010，2016；Hill et al.,2003；Hao et al.,2008；Burruss et al.,2010；Tilley et al.,2013；Dai et al.,2016)。我们认为漫长的地质过程中基本不存在快速显著的脱气作用，因此我们认为天然气成藏演化过程中的排烃、运移、散失、吸附/解吸附等作用引起的同位素分馏应该是十分有限的；TSR、细菌降解等次生演化在地质条件下具有较大的局限性也不是造成烷烃碳同位素演化的主要因素；不同成因、不同来源、不同演化程度的混合作用虽然被普遍认为是造成烷烃同位素演化的主要因素，但是在地质过程中并不存在组分和同位素特征不变的固定端元，而且天然气端元中不同气态组分存在着显著活性差异，将天然气端元中的不同组分按照相同的比例进行混合也是不合理的。
[0006]大量的生烃模拟实验表明无论是封闭体系还是开放体系的生烃模拟实验中都没
有出现烷烃的同位素序列倒转，暗示无论是生成的烃类在天然气藏中全部保存还是被全部排出都不会出现同位素序列倒转。此外，近期越来越多的研究表明许多高产页岩气田(如四川焦石坝页岩气田)同样经历了多期生烃、运移和成藏，表明高产页岩气田并不一定是封闭的页岩体系。我们对焦石坝页岩气的研究同样表明其为开放体系中的运移天然气，这可能是焦石坝页岩气田多期运移、成藏过程造成的(Zhao et al.,2018)。因此，我们认为在适度开放条件下，不同气态烃类分子在运移和成藏过程中的差异性聚集/散失是造成同位素序列倒转的重要因素，并且这种造成页岩气烷烃碳同位素序列倒转的机制可以识别页岩气甜点段。
[0007]本专利技术提出了一个导致烷烃同位素序列倒转的全新机制，并且建立了一种利用页岩解析气烷烃碳同位素序列倒转指示页岩气高产层位的方法。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于克服上述问题，提供一种利用烷烃碳同位素序列倒转指示页岩气高产层位的方法。本方案的技术效果如下：
[0009]一种利用烷烃碳同位素序列倒转指示页岩气高产层位的方法，包括如下步骤：
[0010]S1.确定指定区块页岩的热演化程度，若区块页岩处于高演化阶段，且甲烷保存较好的情况下进行S2，否则不适用本方法；
[0011]S2.采集不同层位的页岩岩心样品进行现场解析实验，收集自然解析阶段的页岩气并利用气相同位素比质谱分析页岩气中甲烷、乙烷、丙烷的碳同位素值δ
13
C；
[0012]S3.根据甲烷、乙烷、丙烷的碳同位素值，制作页岩气烷烃碳同位素序列，所述页岩气烷烃碳同位素序列包括：
[0013]正碳同位素序列：δ
13
C1<δ
13
C2<δ
13
C3；
[0014]完全倒转：δ
13
C1>δ
13
C2>δ
13
C3；
[0015]“V字型”同位素序列部分倒转：δ
13
C1>δ
13
C2<δ
13
C3；
[0016]“倒V字型”同位素序列部分倒转：δ
13
C1<δ
13
C2>δ
13
C3；
[0017]S4.当页岩气烷烃碳同位素序列出现完全倒转和“V字形”同位素部分倒转时，指定区块即为页岩气高产层位；
[0018]所述δ
13
C为烷烃碳同位素值，δ
13
C1为甲烷的碳同位素值，δ
13
C2为乙烷的碳同位素值，δ
13
C3为丙烷的碳同位素值。
[0019]本专利技术的优点在于：
[0020]本专利技术可以精确快速的指示页岩气高产层位。本专利技术采样便捷，实验成本低，具有易于推广、实施方便的特点。
附图说明
[0021]图1为页岩气烷烃碳同位素序列类型图；
[0022]图2为平凉页岩在不同演化程度时裂解产生的C...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用烷烃碳同位素序列倒转指示页岩气高产层位的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.确定指定区块页岩的热演化程度，若区块页岩处于高演化阶段，且甲烷保存较好的情况下进行S2，否则不适用本方法；S2.采集不同层位的页岩岩心样品进行现场解析实验，收集自然解析阶段的页岩气并利用气相同位素比质谱分析页岩气中甲烷、乙烷、丙烷的碳同位素值δ
13
C；S3.根据甲烷、乙烷、丙烷的碳同位素值，制作页岩气烷烃碳同位素序列，所述页岩气烷烃碳同位素序列包括：正碳同位素序列：δ
13
C1<δ
13
C2<δ
13
C3；完全倒转：δ
13
C1>δ
13
C2&g...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵恒，李建，
申请(专利权)人：中能化江苏地质矿产设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：