0 引言
油气藏中的轻烃在地下驱动力作用下能够以微弱但可检出的量近似垂直地渗漏到地表土壤中,这是油气地球化学勘探的理论基础[1-6]。微渗漏烃类在土壤中主要以吸附态(包括物理吸附和化学吸附)、游离态、水溶态存在,另有一部分被氧化成为衍生物[5],其中游离烃是以游离态形式存在于土壤介质或岩屑空隙中的烃类物质(通常为C1~C5),能够反映深部油气藏烃类的现代补偿性活跃微渗漏。壤中游离气方法以其直接、快速、受干扰小而成为地球化学勘探最受推崇的方法之一[7-11]。中国石油东方地球物理公司拥有采集土壤游离气的车载动力机械钻[7],但该方法需要车队相随,设备庞大,难以适应复杂地形条件。中国石化无锡石油地质研究所经过多年的研究和反复试验,自行设计并研制了可快速拆卸组装、采气操作方便、采气深度较大、工艺先进的便携式壤中游离气采集新装置,游离气方法在渤海湾盆地临南地区、塔里木盆地阿克亚苏地区油气勘探中取得了良好效果。
1 方法的技术要素
1.1 采集装置
图1是壤中游离气采集装置的结构示意,主要由螺旋钻头、集气室、封盖螺旋、钻杆、毛细管、手动把手等组成。最底部是螺旋钻头,其作用是在钻进的过程中将土壤剖开,使土壤颗粒空隙中的游离气释放出来进入其上部的集气装置,再上部是封盖螺旋,起到密封壤气不与大气交换的作用,集气部位由毛细管连接到钻杆把手处,可以由取气孔抽取壤中气。
图1
图1
壤中游离气钻具结构示意
Fig.1
Schematic diagram of spiral auger for collecting soil gas
该装置优点在于:通过在进气通道入口处设置弹性件,有效解决野外施工过程中进气口易堵的问题,提高取气质量;通过弹性件与多个进气通道配合设置,提高气体排空效果,也使钻具强度和使用寿命得以提高;通过反转防脱落接口多级连接钻杆,确保钻具适应第四系沉积层不同深度的气体采集需要。
1.2 采气方法
该钻具采集壤中游离气的原理是将钻具钻至第四系沉积层的目的采气层位,土壤中的游离气经过滤器扩散到集气管中,以螺旋叶片作为隔绝空气的密封圈,用直接排水真空取气法排去毛细管中的空气,然后就可以有效地抽取目的采气层位中的游离气,密封在盐水瓶中(图2)。壤中游离气采集过程中要注意以下几点:①集气瓶要注满饱和盐水,不能有较大的空气气泡(气泡直径一般不大于2 mm)以免稀释所采集的壤中烃类浓度。②采样前,排空的气体体积要根据集气腔体积与毛细管体积之和(V空)而定,一般排空体积(V排)要大于V空2~3 mL,确保下步采集气样为地下土壤中游离气。③在用一次性注射器进行抽取气体时,无论是排空或是采气,活塞抽动要缓慢均匀,以防空气因负压进入注射器,不慎操作会导致这部分空气进入到集气瓶中,影响样品真实性。④现场抽入集气瓶的气体的压强一般是负压,需要在拔出注射器针头前,关闭连接毛细管气路,并向集气瓶中注入少量盐水,使得集气瓶中气压恢复常压或少许正压,再拔出针头,将集气瓶口朝下倒置存放。
图2
1.3 测试分析
将采集的游离气样品送到实验室分析测试,抽取集气瓶中的气体进入气相色谱仪分析C1~C5组份浓度。气相色谱仪配置:氢火焰离子化检测器(FID); 分流/ 不分流进样系统;色谱工作站;色谱柱(HP—PLOT/ Al2O3型50 m×0.53 mm毛细柱)。需要说明的是,尽量建立野外现场测试实验室,对游离气样品进行现场分析测试,发现采集不合格样品可立即进行复采,也可对高浓度异常样品进行查证。
2 应用实例
2.1 渤海湾盆地济阳坳陷惠民凹陷南坡临南—钱官屯地区
2.1.1 地质背景及化探部署
图3
图3
临南—钱官屯油田构造图及游离烃化探部署
Fig.3
Structural map and study area of soil gas geochemical exploration in Linnan-Qianguantun oilfield
剖面化探:对钱15井—钱6井—钱4井—钱斜5井—钱斜141井—钱斜14井—夏52—夏326井—夏31井联井剖面近地表进行游离烃化探测量(图3),剖面长32 km,点距100 m。解剖临南—钱官屯地区烃类垂向微渗漏的近地表游离烃异常特征,结合地质特征,建立烃类微渗漏的地质—地球化学模型,研究游离烃化探异常成因。
面积化探:对临南—钱官屯地区进行游离烃化探精查,化探精查面积覆盖北部洼陷区、临南油田区、钱官屯油田区、背景区(图3),勘查面积130 km2,测量网度0.25 km×0.25 km进行二维空间结构分析,解剖游离烃微渗漏异常与下伏油藏分布的关系。
2.1.2 联井剖面游离烃化探异常特征
相关分析结果表明,联井剖面地表游离烃甲烷与重烃相关系数为0.22,尽管在数理统计上通过显著性检验认为它们之间显著相关,但是相关系数仍然偏低,说明游离烃甲烷和重烃在来源上还是有很大的不同。地表游离烃甲烷的来源相对复杂,容易受到地表因素影响,而乙烷以上重烃在地表环境不易生成(即使生成也是极微量),受近地表干扰小[20]。因此,选择游离烃重烃作为代表性指标来研究地球化学异常与地下油藏分布的关系。
图4是钱15井—钱6井—钱4井—钱斜5井—钱斜141井—钱斜14井—夏52井联井剖面近地表游离烃重烃浓度分布特征。由北向南,近地表地球化学剖面可以看到,在临南洼陷区夏31井南部存在高浓度的游离烃重烃异常带,主要可能是由于存在营子街深大断层,深切至古近系孔店组,向上延伸至新近系地层[21],因其向北倾,倾角为72°[22],断层面朝南向上覆地层延伸,街斜2油藏烃类沿断层向上渗漏,在地表形成的高丰度异常。夏52井(临南油田及夏口断层)—钱斜14油藏—钱斜141油藏上方均存在游离烃浓度异常带,夏52井断块为高产油藏,钱斜14油藏、钱斜141油藏目前均存在产能,因此渗漏源丰度充足,油藏烃类在地下各种驱动力的作用下垂向微渗漏在地表形成高浓度游离烃异常。而再往南的钱斜5井目前为捞油,钱4井已停产,钱6井为干井,渗漏源不足或无渗漏源,游离烃则没有出现浓度异常。可见,联井剖面上游离烃浓度与下伏油藏分布特征吻合度较高,能指示下伏油气藏的“生命体征”:在主力产区,地球化学异常更显著,在停产区,则没有明显地球化学异常。
图4
图4
临南—钱官屯地区联井剖面近地表游离烃重烃浓度分布特征
Fig.4
Distribution characteristics of hydrocarbon concentration (C2+) of soil gas through the joint well section of Linnan-Qianguantun area
2.1.3 面积精查游离烃化探异常特征
应用壤中游离气方法,对济阳坳陷惠民凹陷南坡临南—钱官屯地区进行化探精查,化探精查面积覆盖北部洼陷区、临南油田区、钱官屯油田区、背景区(图3)。图5展示了精查区游离烃地球化学指标异常分布特征,游离烃重烃浓度异常在不同的区域内具有不同的分布特征:①从临南油田区到钱斜14井油藏上方地表,游离烃重烃浓度呈现一个较大的环状异常晕,包含了临南油田、钱斜14井油藏,较好地反映了下伏油藏垂向微渗漏信息。②宽缓斜坡带上的钱斜141井油藏、钱斜19井油藏、钱斜5井油藏、钱4井油藏区上方地表,游离烃重烃浓度在钱斜141井油藏北边缘地表出现游离烃异常,并与钱斜14井油藏区地表异常连成一片;钱斜19井油藏区上方地表游离烃异常呈半环状分布。钱斜5井油藏目前为捞油、钱4井油藏已停产,它们正上方地表游离烃无明显异常,只在东南边缘出现一块异常,可能与钱4井残余油藏烃类沿断层微渗漏有关。③研究区的典型背景区指西北角的北部洼陷区、东北角的无油气发现区、钱斜5井油藏和钱4井油藏的西部地区,北部洼陷区作为生烃供烃洼陷,游离烃指标只有零星异常分布,东北角游离烃无明显地球化学异常,该区域经多口井钻探无油气发现。钱斜5井油藏、钱4井油藏区西部地区的游离烃指标分布特征与异常区明显区分开来,无明显异常显示。上述不同地质单元内,游离烃类指标具有不同的分布规律,化探异常与下伏油藏分布相关性密切。
图5
图5
临南—钱官屯地区近地表游离烃浓度异常分布特征
Fig.5
Distribution characteristics of hydrocarbon concentration anomalies of soil gas in Linnan-Qianguantun area
2.2 塔里木盆地阿克亚苏地区X井区
X井区位于塔里木盆地沙雅隆起阿克库勒凸起南部,X井是阿克亚苏地区X区块三叠系油气藏内的第一口发现井[23]。通过对X井区的三维地震资料重新处理解释,认为X井区中油组圈闭西部存在一个圈闭A,在地质上认为有两种可能,一是A圈闭与X井圈闭整体为同一圈闭,油水界面一致,后期可向东评价、向西产建,进一步落实构造。二是A圈闭与X井圈闭是两个独立的圈闭,A圈闭油水界面与X井不一致,可进一步西扩评价。
应用游离烃方法在X井区开展了高密度精查, 游离烃甲烷指标和游离烃重烃指标相关系数达到0.93,为显著相关,说明游离烃甲烷与重烃来源基本相同,受地表生物甲烷干扰很小。图6是X井区游离烃甲烷浓度异常分布图。可以看到,X井圈闭及其西部的A圈闭上方的游离烃甲烷分别以较好的环状异常形态围绕X井圈闭和A圈闭,两个圈闭的游离烃甲烷异常明显具有连续性,圈定的A圈闭游离烃甲烷异常区与X井圈闭的游离烃异常区相接,显示两个圈闭应属同一油水界面,这在后期的钻探中得到了验证,说明游离烃化探方法的有效性。
图6
图6
阿克亚苏地区X井区游离烃浓度异常分布
Fig.6
Geochemical anomalies distribution of hydrocarbon concentration of soil gas in well X, Akyasu area
3 结论
1) 便携式壤中游离气采集装置操作简便、取气效果好,适用于多种地形地貌野外现场,是游离烃方法的重要技术之一。
2) 壤中游离气方法作为地球化学勘探活动态烃类的代表性方法,是反映现今油气藏是否存在的最直接指标,通过在渤海湾盆地临南地区和塔里木盆地阿克亚苏地区的应用,采集和提取的烃类气体异常较好地响应了下伏油藏分布位置,指示了下伏油气藏的“生命体征”。
3) 壤中游离气方法适用范围包括地表油气地球化学勘探、矿产勘查、环境调查等,具有较广阔的应用前景。
参考文献
Hydrocarbon migration and its near surface expressions
[J].
一种物理吸附烃解吸密封罐及其化探应用效果
[J].油气藏中的轻烃可以以微弱但可检出的量近似垂直地渗漏到地表土壤中，其中一部分烃类以物理吸附态赋存在土壤或岩石颗粒表面。物理吸附烃是反映现今油气藏是否存在的最直接指标之一，因此在油气地球化学勘探中得到了广泛的重视和应用。以往对于提取土壤物理吸附烃的方法主要有密封盐水瓶顶空间轻烃技术和物理吸附气技术，在方法手段上存在一定的缺陷。针对以往技术存在的问题，自行设计、研制一种新型土壤物理吸附烃真空解吸密封罐，集样品全密封、移动活塞负压脱气、正压抽气，能够充分提取土壤、岩石、水介质样品中物理吸附烃组分和含量，装置小巧，操作简单，方便实用，适合批量样品的气体解吸实验。经过对济阳坳陷惠民凹陷南坡临南油田上方野外现场采集的新鲜土壤样品进行处理，获得的烃类组分含量远远高于传统顶空气技术所提取的烃类含量的3～4倍，且C1—C5组分齐全，所反映的油气微渗漏异常区与背景区分离明显，先验效果显著，为预测地下油气藏提供了有效的技术指标，具有良好的推广应用前景。 ]]>
A seal jar for desorbing physical-adsorption hydrocarbons and its application effect
[J].
断层对烃类微渗漏主控作用及异常分布影响的实验模拟研究
[J].
Experimental simulation of the effect of faults on vertical hydrocarbon microseepage
[J].
近地表游离烃化探系统及其应用效果
[J].
Geochemical exploration system for near-surface free hydrocarbon and its application effect
[J].
用壤中游离烃现场分析解释技术直接寻找浅层油气藏
[J].
Shallow oil and gas reservoir exploration in using on-site analysis and interpretation technology of free hydrocarbons in soil
[J].
土壤中游离烃技术的油气化探意义
[J].1表示)是独立因子，加之其浓度分布分异性好，证明了YC1中储存与油气有关的信息，具有重要的化探意义。通过游离烃组分与其它化探指标关系的分析研究，得出了与其它化探指标不相关的认识，证明游离烃在其它化探指标中是独立因子，指出其具有独立的化探意义。最后阐述了其化探意义表现的3个方面：已知区验证效果良好；应用地域广阔，不仅适用于北方碱性土壤区，更适用于南方酸性土壤区；YC1的δ13C1具有良好的应用前景。]]>
Petroleum geochemical exploration significance of soil free hydrocarbon technique
[J].
油气勘探中壤气烃的采集与应用
[J].气体地球化学在寻找矿藏和隐伏断裂中已经得到广泛应用，针对不同的土壤条件，如何采集合格的壤中气样品，是气体地球化学方法取得成功的关键因素之一。国内外不同类型的壤中气采集器，每一种只能适应一种特定的土壤环境，而对于潮湿黏土，易于积水的土壤层，缺少有效的办法。最新发明的“地气采集螺旋钻”可以解决此问题，易于采集到合格的壤中气样品。不同类型的已知油气藏上方的应用事例说明，利用壤中气进行烃类分析，可以有效地预测下伏油气藏。
The collection and application of soil gas hydrocarbon in oil and gas exploration
[J].
应用壤中气方法圈定沉积盆地型地热田的地热最有利富集区
[J].
The application of soil gas method to delineation of the most favorable enrichment area of he sedimentary basin type geothermal system
[J].
济阳坳陷南部油气成藏特征对比分析
[J].
Petroleum accumulation and occurrence in the Dongying and the Huimin Sags
[J].
临南洼陷沙三段异常地层压力及其演化特征
[J].
Abnormal formation pressure and its evolution features of the third member, Shahejie Formation, Linnan Sag
[J].
惠民凹陷临南斜坡带油气成藏模式
[J].
Hydrocarbon accumulation models in Linnan slope zone, Huimin depression
[J].
惠民凹陷夏口断裂带油气藏机制研究
[J].
DOI:10.11781/sysydz200202136
URL
[本文引用: 1]
在埋藏史、构造演化史和应力场演化史研究的基础上,计算了夏口断裂带不同走向段、不同时期泥岩沾污因子和断面正应力的大小,并结合断层的力学性质、断层活动时期与油气运移期的关系等方面研究,进行了夏口断裂带的断层封闭史研究,重塑了夏口断裂带的成藏机制。
Pool-forming mechanism of the Xiakou faulted zone in the Huimin depression
[J].
夏口断层封闭性及对油气成藏的控制作用模式
[J].
The sealing of Xiakou fault and its model of controlling on the petroleum accumulation
[J].
临南地区石油运移方向与成藏期次研究
[J].根据原油及油砂抽提物中含氮化合物分析、原油生物标志成熟度参数及储层流体包裹体烃类成分分析,研究了临南地区石油运移的方向、距离、成藏期次。结果表明临南油田仅有一期油气运聚成藏过程,属中新世末形成的成熟原油,4 甲基甾烷含量较高。曲堤油田存在两期油气运聚成藏过程,早期原油成熟度低,4 甲基甾烷含量低,运移距离较远,成藏后大部分散失 ;晚期充注的原油成熟度较高,4 甲基甾烷含量也较高,并保存至今。
Analysis of oil migration direction and accumulation time in Linnan area
[J].
惠民凹陷西南缓坡带新生代构造演化与油气成藏特征
[J].惠民凹陷西南斜坡是一长期发育的稳定斜坡,其上发育不同产状的基底断层,构成复杂的断块构造。早第三纪断陷阶段,断裂强烈活动,对沙河街组沉积有明显的控制作用。晚第三纪、第四纪,大多数断裂均停止了活动。运用泥涂抹系数,对夏口断层封闭性进行研究,结果表明,以夏口断层的沙河街组三段中亚段为界,之上封闭性好,之下封闭性差。这一特征决定了临南洼陷沙河街组三段中亚段以上层位的油气无法穿过夏口断层,只能在断层上盘形成聚集;以下层位的油气却能穿过夏口断层,进入到西南斜坡。因此,西南斜坡的油气勘探重点应放在沙河街组四段及以下层位
Study of Cenozoic tectonic evolution and hydrocarbon accumulation in southwest gentle slope belt,Huimin sag
[J].
济阳坳陷临南—钱官屯地区烃类微渗漏特征及异常成因
[J].
Characteristics of hydrocarbon micro-leakage and its abnormal genesis in Linna-Qianguantun area, Jiyang depression, Shandong, China
[J].
烃类垂向微渗漏近地表显示与运移通道的关系——以苏北盆地盐城凹陷朱家墩气田为例
[J].
DOI:10.11781/sysydz200803302
URL
[本文引用: 1]
烃类垂向微渗漏是油气化探的理论基础,在地表形成的化探异常形态和特征受油气分布、盖层、断裂与裂隙系统、储层流体属性等因素影响。为了研究油气藏中烃类垂向微渗漏近地表异常显示的主要受控因素,在苏北盆地盐城凹陷朱家墩气田上方近地表开展了以游离烃、顶空气法为主的地球化学勘探研究。结果显示,这些活跃的烃类指标异常分布与下伏气藏上方的优势运移通道具有良好的响应关系,表明油气藏中的烃类垂向微渗漏至地表是客观存在的事实。通过对已知气藏封盖条件和运移通道的分析,认为对该气田上方烃类垂向微渗漏的近地表异常显示起主控作用的是断层、盖层中的裂缝发育带和地层中的微裂缝系统。试验结果为今后研究油气藏上置化探异常模式及成因机理提供了较好的证据。
Relationship between near-surface expressions of hydrocarbon microseepage and migration pathways-A case study in the Zhujiadun gas field, The Yancheng Sag, the Northern Jiangsu Basin
[J].
营子街断层研究引发的地质构造问题探讨
[J].
Approach to the question of the geological structure found in the research of the Yingzijie fault
[J].
惠民凹陷南部地区断层输导与封闭性能研究
[J].
Study on the transport and sealing performance of faults in southern Huimin sag
[J].
塔河油田AT1 井区中三叠统中油组湖底扇沉积特征研究
[J].白气储层的控制等地质开发问题倍受重视。文中在地震储层反演、岩心描述和测井分析基础上，结合铸享片、粒度分析等大量测试资料，对该地区中油组沉积相类型及特征进行深入研究的结果表明：塔河油田三叠系AT1井区中油组为湖底扇沉积。该区发育AA、AB型非典型鲍玛序列，并主要发育中扇亚相。该亚相可以识别出辫状水道、水道间漫溢、无水道席状砂等微相，主要储集砂体为中扇辫状水道。该文结合戋地质背景．探讨了浊积扇的成因机制，并建立了相应的沉积模式。]]>
Sedimentary characteristics of sublacustrine fan of middle Triassic Zhongyou Formation in AT1 area,Tahe oilfield
[J].
