[01135501]天然气生成过程中的碳同位素分馏模型研究及其在徐家围子地区的应用

研究内容及主要技术指标：本项目是黑龙江省教育厅资助的普通高等学校骨干教师创新能力项目，属有机地球化学专业，应用基础类研究。研究内容：本项目系统对比了目前常用的各碳同位素动力学模型(Rooney模型，Cramer模型1，2，3)，认为Cramer模型3是理论基础最为牢固，模拟效果最为理想的模型.进行了有机质直接成气(甲烷，乙烷，丙烷，丁烷)过程中碳同位素分馏实验，建立了碳同位素分馏模型并对模型进行了标定.进行油成气(主要是甲烷)过程中碳同位素分馏实验，建立碳同位素分馏模型并对模型进行标定。把所建立的碳同位素分馏模型，在徐家围子地区进行了初步应用.将已求取的暗色泥岩及煤样有机质热解生甲烷的同位素动力学参数结合徐深1井的热史资料进行地质应用，可得到地质时期该井区煤系源岩热解生甲烷的生烃转化率曲线，从中可以看出甲烷的生烃期较短，主要集中在88.5Ma(K1n沉积初期)～73Ma(K2s沉积末期)，易于聚集成藏.这与前人研究通过火山岩储层中流体包裹体的研究所得到的成藏期基本一致，说明所生天然气均参与了成藏，这可能是徐深1井区形成大型整装气藏的重要原因。从徐深1井煤系源岩热解生甲烷的累积碳同位素值演化曲线，可以看出该区所生天然气甲烷的累积碳同位素值总体上是逐渐增大的，这反映出沉积有机质晚期热解所生甲烷的碳同位素值高于早期的.徐深1井营城组天然气甲烷碳同为值为-26.8‰，与煤成甲烷的累积碳同位素值很接近，与泥岩成甲烷的累积碳同位素值相差较大，反映出现今气藏中的天然气主要源于煤层，湖相泥岩的贡献率较小。钻井资料显示，徐深1井煤系源岩中暗色泥岩厚度约为300m，煤层厚度超过50m，由于煤的有机质丰度是泥岩有机质丰度的数十倍，而两者的生烃潜力相差无几.因此，该井区煤层的生气量应远大于暗色泥岩，这应是煤层成藏贡献率高于暗色泥岩的主要原因。技术指标：1.三塘湖源岩有机质裂解成甲烷的平均活化能为243.00 kJ/mol，成乙烷的平均活化能为221.58 kJ/mol，成丙烷的平均活化能为219.62 kJ/mol，成丁烷的平均活化能为218.88 kJ/mol。2.钟参1井源岩有机质裂解成甲烷的平均活化能为234.54 kJ/mol，成乙烷的平均活化能为225.15 kJ/mol，成丙烷的平均活化能为215.92 kJ/mol，成丁烷的平均活化能为197.26 kJ/mol。3.镇参1井源岩有机质裂解成甲烷的平均活化能为223.00 kJ/mol，成乙烷的平均活化能为212.67 kJ/mol，成丙烷的平均活化能为208.05 kJ/mol，成丁烷的平均活化能为203.05 kJ/mol。4.梁17井油样正常甲烷与重碳甲烷的平均活化能分别为265.42 kJ/mol，265.99 kJ/mol。创新点：1.系统对比了描述天然气碳同位素分馏的众多模型.认为早期的静态模型无法动态地再现天然气的演化历程，无法预测天然气形成过程中的各种复杂变化；以Rayleigh方程为基础的模型和Cramer1模型仅仅能够近似地模拟出碳同位素值随着热解温度的升高而变重的部分，而对低温段和高温段存在的复杂变化都模拟不出来；Cramer2模型虽也能对碳同位素演化趋势进行较好的拟合，但效果不如Cramer3模型，存在波动；Cramer3模型能完全模拟出碳同位素值的变化趋势，是最为完善的模型。2.首次对三塘湖，钟参1井，镇参1井源岩有机质裂解成甲烷，乙烷，丙烷，丁烷的平均活化能进行了标定，并分别对三塘湖，钟参1井，镇参1井暗色泥岩有机质成气过程中的碳同位素分馏的动力学参数进行了标定.使得动态计算有机质成气过程中的碳同位素分馏效应成为可能。3.首次对塔东2井，新疆混合油样，塔中62井，梁17井油样裂解成甲烷的平均活化能进行了标定，并分别对塔东2井，新疆混合油样，塔中62井，梁17井油样裂解成气过程中的碳同位素分馏的动力学参数进行了标定.使得动态计算油成气过程中的碳同位素分馏效应成为可能。推广应用情况，前景及效益：通过本课题的研究，认为Cramer模型3是理论基础最为牢固，模拟效果最为理想的模型.以后再进行有机质成烃过程中碳同位素分馏研究时，便可采用Cramer3型模型。进行了有机质直接成气(甲烷，乙烷，丙烷，丁烷)过程中碳同位素分馏实验，建立了碳同位素分馏模型并对模型进行了标定.进行油成气(主要是甲烷)过程中碳同位素分馏实验，建立碳同位素分馏模型并对模型进行标定.这些工作可以为样品所在区域天然气成藏期次研究奠定基础，具有良好的应用前景。技术水平：本项目在有机质成烃化学动力学及碳同位素化学动力学研究上处于国内先进水平。应用领域：本成果可以用于天然气类型的判断和成藏期次方面的研究。