一种He和N<sub>2</sub>联合判识煤成气、油型气的方法及其应用

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一种He和N<sub>2</sub>联合判识煤成气、油型气的方法及其应用
【专利摘要】本发明提供了一种He和N2联合判识煤成气、油型气的方法及其应用。该方法包括以下步骤:采集天然气样本、测定N2含量、测定氮同位素比值、测定氦同位素比值和建立综合判识指标体系,判识天然气样本的;其中,该判综合识指标体系为:R/Ra≤0.2,N2含量≤9%,且δ15NN2≥5‰,则该天然气样本为煤成气;R/Ra≤0.2,N2含量>9%,且δ15NN2≤5‰,则该天然气样本多为油型气;R/Ra≤0.2,N2含量≤9%,且δ15NN2≤?5‰,则该天然气样本多为油型气;R/Ra≤0.2,N2含量≤9%,且?5‰<δ15NN2<5‰,则该天然气样本为煤成气或油型气或二者混合成因气。
【专利说明】
一种He和N2联合判识煤成气、油型气的方法及其应用
技术领域
[0001]本发明属于油气勘探技术领域,涉及一种此和^联合判识煤成气、油型气的方法 及其应用。
【背景技术】
[0002] 天然气主要由(:瓜七^^此义此等烃类气体^量撕^等非烃气体以及痕量到 微量的稀有气体他、此^^&、乂6等组成。中国的天然气以煤成气为主。煤成气是我国天然 气储量和产量增长的主体,在我国天然气工业的发展中占据了举足轻重的地位。开展煤成 气、油型气的判识,对于明确天然气成因及来源,指导天然气勘探、推动我国天然气工业快 速发展具有重要意义。当前,煤成气和油型气的判识主要从天然气碳同位素及组分、轻烃、 生物标志物等指标考虑。虽然非烃气体和稀有气体作为天然气的重要组成部分,与烃类气 体具有十分密切的关系,但目前尚无涉及利用稀有气体He和非烃气体N 2联合判识天然气为 煤成气或油型气的方法及指标。

【发明内容】

[0003] 鉴于上述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种此和^联合判识煤成气、 油型气的方法,该方法能够利用天然气中的稀有气体He和非烃气体N 2联合判识该天然气为 煤成气或油型气。
[0004] 为了达到前述的发明目的,本发明提供的一种He和^联合判识煤成气、油型气的 方法,其包括以下步骤:
[0005] 采集天然气样本;
[0006] 测定所述天然气样本中N2含量;
[0007] 测定所述天然气样本中N2的氮同位素比值δ15ΝΝ2;
[0008] 测定所述天然气样本中氦的同位素比值R/Ra或者3He/4He;
[0009] 建立综合判识指标体系,判识所述天然气样本;
[0010]其中,所述判综合识指标体系为:
[0011] R/Ra < 0.2或者3He/4He < 2.8X 10-7,N2含量 < 9%,且δΙ5Ν 则所述天然气 样本多为煤成气;
[0012] R/Ra < 0 · 2或者3He/4He < 2 · 8 X 10-7,N2含量>9%,且δ15Ν则所述天然气 样本多为油型气;
[0013] R/Ra < 0 · 2或者3He/4He < 2 · 8 X 10-7,N2含量 < 9 %,且δ15ΝΝ2<-5%。,则所述天然气 样本多为油型气;
[0014] R/Ra < 0.2或者3He/4He < 2.8Χ 10-7,Ν2含量 < 9%,且则所述天 然气样本为煤成气或油型气或二者混合成因气。
[0015] 在上述方法中,所述天然气包括天然蕴藏于地层中的烃类和非烃类气体的混合 物。
[0016] 在上述方法中,所述天然气包括但不限于油田气、气田气、煤层气、页岩气、泥火山 气或生物气等。
[0017] 在上述方法中,氦的同位素比值R/Ra和氦的同位素比值3He/4He为氦的同位素比值 的不同表示方法,两者可以根据R/Ra=( 3He/4He)/(1.4Xl(T6)关系式相互转化。
[0018] 在上述方法中,所述判综合识指标体系为:Κ/Κ3-δ15ΝΝ2-Ι%综合判识指标体系,所述 R/Ra4 15N Ν2-Ν2综合判识指标体系为两步法判识指标体系,其中,R/Raj5N Ν2指标判识所 述天然气样本中的非烃气体Ν2的成因,Ν2-δ 15ΝΝ2指标(即δ15ΝΝ:-Ν2指标)判识所述天然气 样本为煤成气、油型气、煤成气或油型气或二者混合成因气(即煤成气和/或油型气不确 定)。
[0019] 在上述方法中,当R/Ra < 0.2时,所述天然气样本中的非烃气体Ν2为有机成因; [0020]所述有机成因包括三大成因,其中,
[0021] 当R/Ra < 0.2, S15NNi<-10%。时,所述天然气样本中的非烃气体Ν2为生物成因,主 要来自微生物反硝化或氮化作用控制;
[0022] 当R/Ra < 0.2,-10 \:<4%。时,所述天然气样本中的非烃气体Ν2为有机质 热解成因,主要来自成熟、高成熟阶段有机质的热氨化作用;
[0023] 当R/Ra <0.2, δ15ΝΝ2彡4%。时,所述天然气样本中的非烃气体仏为有机质热解成 因,主要来自过成熟阶段有机质的裂解作用。
[0024] 在上述方法中,所述Ν2-δ15ΝΝ:指标主要划分为三大区域,即所述天然气样本包括 三大:煤成气型、油气型、煤成气和/或油型气不确定。
[0025] 在上述方法中,所述天然气样本为煤成气和/或油型气不确定(即煤成气或油型气 或二者混合成因气)为不能根据所述处^%指标判识该天然气样本具体为煤成气、油气 型或者煤成气和油型气混合。
[0026] 在上述方法中,优选地,所述采集天然气样本的方法为:将高压钢瓶抽至H^Pa以 下,然后采集天然气的中段气流,直至所述高压钢瓶的气体压力为3_6MPa,得到天然气样 本。
[0027]在上述方法中,所述高压钢瓶的最大工作压力为15MPa。
[0028] 在上述方法中,优选地,该测定所述天然气样本中N2含量的方法为:利用微量进样 针从取样阀提取天然气样品,并注入气相色谱仪中测定所述天然气样品中N 2含量。
[0029] 在上述方法中,优选地,该测定所述天然气样本中N2的氮同位素比值δ15ΝΝ?的方法 为:利用气相色谱仪和同位素质谱仪,或者气相色谱同位素质谱联用仪测定所述天然气样 本中Ν2的氮同位素比值δ 15ΝΝ2。
[0030] 在上述方法中,优选地,该测定所述天然气样本中氦的同位素比值R/Ra或者3He/ 4He的方法为:将所述高压钢瓶与天然气中稀有气体制样装置相连,通过所述天然气中稀有 气体制样装置从所述天然气样本中分离出He,并将所述He送入稀有气体同位素质谱仪中, 测定所述天然气样本中的氦同位素比值R/Ra或者 3He/4He。
[0031] 在上述方法中,优选地,所述高压钢瓶为带有双阀和双接口的高压钢瓶。
[0032] 在上述方法中,所述双阀包括减压阀和/或取样阀。
[0033] 在上述方法中,优选地,在所述采集天然气样本的步骤前还包括清洗所述高压钢 瓶的步骤;
[0034] 该步骤为将所述高压钢瓶抽至H^Pa以下,然后将所述高压钢瓶的第一接口通过 第一减压阀连接与所述采样井口连接,向所述高压钢瓶内通入天然气进行反复冲洗。
[0035] 在上述方法中,在对所述高压钢瓶清洗数次后可以直接采集天然气样本。
[0036] 在上述方法中,所述高压钢瓶包括不锈钢高压钢瓶等,但不限于此。
[0037] 在上述方法中,所述第一减压阀通过连接管线与天然气井阀门连接,然后从该天 然气井中获得天然气冲洗所述高压钢瓶,并采得上述天然气样本。
[0038] 在上述方法中,在所述采集天然气样本的步骤和/或所述清洗高压钢瓶的步骤中, 采用机械栗等真空栗将所述高压钢瓶抽真空,抽真空至H^Pa以下。
[0039] 在上述方法中,在所述测定所述天然气样本中N2含量的步骤中,所述气相色谱仪 可以为常规组分含量分析检测的气相色谱仪。
[0040] 在上述方法中,在该测定所述天然气样本中犯含量的步骤中,所述天然气样品的 用量通过所述微量进样针控制,该用量为本领域常规用量。
[0041 ]在上述方法中,优选地,该测定所述天然气样本中N2的氮同位素比值δ15ΝΝ:的步骤 是将所述天然气样本经所述气相色谱仪分离出Ν2,然后送入所述同位素质谱仪中进行氮同 位素的测定,并以空气中Ν2为标准,计算得到所述天然气样本中Ν2的氮同位素比值义 5Νν>
[0042] 在上述方法中,优选地,在该测定所述天然气样本中Ν2的氮同位素比值δ15ΝΝ:的 步骤中,所述高压钢瓶的第二接口连接所述取样阀,利用微量进样针从该取样阀处提取天 然气样品,并将天然气注入气相色谱仪,经过气相色谱仪分离出Ν 2,利用同位素质谱仪测定 所述天然气样品中他的氮同位素比值&?5Νν:。
[0043] 在上述方法中,在该测定所述天然气样本中Ν2的氮同位素比值δ15Ν?的步骤中,所 述天然气样品的用量通过所述微量进样针控制,该用量为本领域常规用量。
[0044]在上述方法中,所述天然气样品中Ν2含量也为该天然气样本中Ν2含量;所述天然气 样品中的Ν2的氮同位素比值δ15ΝΝ2也为该天然气样本中的Ν2的氮同位素比值δ15Ν Ν:。
[0045] 在上述方法中,优选地,在该测定所述天然气样本中氦的同位素比值R/Ra或者 3He/4He的步骤中,所述高压钢瓶的第二接口连接第二减压阀,该第二减压阀连接所述天然 气中稀有气体制样装置上的进样口、薄膜规和微量取样阀,并通过所述薄膜规和微量取样 阀控制进入所述天然气中稀有气体制样装置的天然气进样量。
[0046] 在上述方法中,所述天然气进样量根据具体实施需要而定。
[0047] 在上述方法中,在该测定所述天然气样本中氦的同位素比值R/Ra或者3He/4He的步 骤中,采用所述天然气中稀有气体制样装置净化、除去稀有气体以外的活性气体,并进行稀 有气体的分呙,分呙出He。
[0048] 在上述方法中,优选地,在该测定所述天然气样本中氦的同位素比值R/Ra或者 3He/4He的步骤中,所述天然气中稀有气体制样装置包括用于制备天然气中稀有气体的制样 装置或天然气中稀有气体痕量分析装置,但不限于此。
[0049] 在上述方法中,优选地,在所述清洗高压钢瓶的步骤中,所述反复冲洗的方法为: 利用天然气反复冲洗4-6次,每次冲洗时间为10分钟以上。
[0050] 在上述方法中,优选地,建立综合判识指标体系,判识所述天然气样本的步骤中, 所述天然气样本为煤成气或油型气或二者混合成因气时,需测定所述天然气样本中烷烃的 碳同位素比值,并根据所述碳同位素比值区分所述天然气样本为煤成气、油型气或者煤成 气和油型气混合。
[0051] 在上述方法中,所述测定所述天然气样本中烷烃的碳同位素比值可以本领域常规 方法。
[0052] 在上述方法中,所述根据所述碳同位素比值区分所述天然气样本为煤成气、油型 气或者煤成气和油型气混合的方法为本领域常规技术。
[0053]在上述方法中,优选地,该方法还包括将所述综合判识指标体系制成图版,并根据 所述图版直观判识所述天然气样本的步骤。
[0054]本发明还提供了上述他和犯联合判识煤成气、油型气的方法在天然气勘探中的应 用。
[0055]本发明提供的上述He和%联合判识煤成气、油型气的方法,可以利用天然气中稀 有气体He和非烃气体N2对该天然气为煤成气或油型气进行快速、准确、有效判识,该方法具 有操作简便、高效、可靠的特点,这为深化天然气成因和来源研究、指导天然气勘探提供了 技术支持。将上述他和犯联合判识煤成气、油型气的方法应用于天然气勘探中,对于开展天 然气成因和来源研究、指导天然气勘探具有重要意义。
【附图说明】
[0056]图1为实施例1-3的He和他联合判识煤成气、油型气的方法流程图;
[0057]图2为实施例1在R/Ra < 0.2条件下的Ν2-δ15ΝΝ2判识图版;
[0058]图3为实施例1-3和验证例1-2的He和他联合判识煤成气、油型气的成果图。
【具体实施方式】
[0059] 为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解,现对本发明的技 术方案进行以下详细说明,但不能理解为对本发明可实施范围的限定。
[0060] 实施例1
[0061] 本实施例提供了一种此和犯联合判识煤成气、油型气的方法,其按照以下步骤进 行:
[0062]采用塔里木盆地天然气田开采的天然气(即塔中油气田)作为研究样本,按照图1 所示的流程进行检测和分析:
[0063] 选用容积为1L带有双阀和双接口的不锈钢高压钢瓶,在天然气样本采集前利用机 械栗将上述不锈钢高压钢瓶抽真空至H^Pa以下;
[0064] 将上述不锈钢高压钢瓶的第一接口通过连接管线和第一减压阀与天然气井口相 连,利用天然气反复冲洗上述钢瓶4-6次,每次持续10分钟以上,然后采集该天然气的中段 气流,直至所述钢瓶的气体压力为3_6MPa,然后停止采样,获得待测天然气样本;
[0065] 将该采集天然气样本的高压钢瓶的第二接口与取样阀相连,利用微量进样针从所 述取样阀处取适量第一天然气样品,注入常规组分含量分析检测的气相色谱仪中测定所述 第一天然气样品中N 2含量,以百分比计(% );
[0066] 将该采集天然气样本的高压钢瓶的第二接口与取样阀相连,利用所述微量进样针 再从所述取样阀处取适量第二天然气样品,注入该气相色谱同位素质谱联用仪中,所述第 二天然气样品经过气相色谱分离出天然气中的N2,然后将该分离出的N2送入相连的同位素 质谱仪中进行氮同位素的测定,以空气中N 2为标准,计算所述第二天然气样品中他的氮同位 素比值δ15ΝΝ2,以千分比计(%〇);
[0067]将采集有天然气样本的高压钢瓶的第二接口通过第二减压阀依次与天然气中稀 有气体痕量分析装置上的进样口、薄膜规和微量取样阀相连,然后通过所述薄膜规和微量 取样阀控制天然气样本的进样量,利用该天然气中稀有气体痕量分析装置净化、去除所述 天然气样本中除稀有气体以外的活性气体,并进行稀有气体的分离,将分离的He送入稀有 气体同位素质谱仪中,测定该天然气样本中稀有气体氦的同位素比值,以 3He/4He或R/Ra计; [0068]利用上述天然气样本中稀有气体氦的同位素比值R/Ra、非烃气体犯含量和N 2的氮 同位素比值&5Nn:,建立He和N2联合判识煤成气、油型气的R/Ra-5 15NN2-N2指标体系及图 版,该版图如图2所示,所述综合判识指标体系为:
[0069] (1)当R/Ra < 0· 2或者3He/4He < 2·8 X 10-7,N2含量 < 9%,且\#5%(1时,则所述 天然气样本一般多为煤成气,如图2第IV区所示;
[0070] (2)当R/Ra< 0.2或者3He/4He < 2.8Χ 10-7,Ν2含量>9%,且δ15Ν Ν2矣5°▲时,则所述 天然气样本一般多为油型气,如图2第I区所示;
[0071 ] (3)当R/Ra < 0 · 2或者3He/4He < 2 · 8 X 10-7,Ν2含量 < 9%,且δ15ΝΝ2彡-5%〇时,则所 述天然气样本一般多为油型气,如图2第Π区所示;
[0072] (4)当R/Ra < 0 · 2或者3He/4He < 2 · 8 X 10-7,Ν2含量 < 9%,且-5%0<δ15ΝΝ2<5%〇时, 则所述天然气样本为煤成气或油型气或二者混合成因气,如图2第m区所示,此时需要测定 所述天然气样本中烷烃的碳同位素比值,并根据该碳同位素比值进一步区分所述天然气样 本为煤成气、油型气或者煤成气和油型气混合。
[0073]经以上检测分析,本实施例采用的塔里木盆地天然气田开采的天然气,其中稀有 气体氦的同位素3He/4He基本在10-8量级,R/Ra<0.1,因此,该天然气中的稀有气体He为典 型的壳源成因;
[0074] 根据He和N2联合判识煤成气、油型气的R/Ra-5I5NN2-N 2指标体系中R/Ra-S15NN2指 标的判识,所述天然气样本测得的R/Ra<0.1,因此,该天然气中的非烃气体N2为壳源有机 成因;
[0075]所述有机成因包括三大成因,其中,
[0076] 当R/Ra < 0.2,δ^?Η)%?时,所述天然气样本中的非烃气体N2为生物成因,主 要来自微生物反硝化或氮化作用;
[0077] 当R/Ra < 0.2,-1〇 %q<.S15NNs<4%g.时,所述天然气样本中的非烃气体N2为有机质 热解成因,主要来自成熟、高成熟阶段有机质的热氨化作用;
[0078] 当R/Ra < 0.2,δ15ΝΝ:彡4%0时,所述天然气样本中的非烃气体仏为有机质热解成 因,主要来自过成熟阶段有机质的裂解作用;
[0079]本实施例采用的塔里木盆地天然气田开采的天然气中的非烃气体仏的氮同位素 比值515>^2主要落在-10 %(,<δ15ΝΝ2<4%?的范围中,个别落入δ 15ΝΝ;?Ξ-10%()的范围中,因 此,本实施例采用的塔里木盆地天然气田开采的天然气中的非烃气体Ν2主要为有机质成 因,主要来自成熟、高成熟阶段有机质热解作用;
[0080]进一步利用根据上述He和N2联合判识煤成气、油型气的R/Ra-315NN2-N;!指标体系 中的Ν2-δ15ΝΝ2指标对该天然气的烃类气体进行煤成气和油型气的判识,该天然气样本测 得的Ν 2含量和δ15ΝΝ2的范围落在Ν2含量>9%且δ 15ΝΝ2?Ξ5%<^ΡΝ2含量< 9%且δ15ΝΝ2彡-5%〇 的区域中,如图3中的第I区和第Π区所示;联合上述He和%联合判识煤成气、油型气的 R/Ra-0 l5NvNdg标体系及图版,本实施例采用的塔里木盆地天然气田开采的天然气基本 为油型气。
[0081 ]本实施例中,实际塔里木盆地天然气田开采的天然气基本为油型气,这与本实施 例提供的He和N2联合判识煤成气、油型气的方法的判识结果一致。
[0082]由此可见,本实施例提供的He和犯联合判识煤成气、油型气的方法,可以利用天然 气中稀有气体He和非烃气体N2对该天然气为煤成气或油型气进行快速、准确、有效判识,该 方法具有操作简便、高效、可靠的特点,为深化天然气成因和来源研究、指导天然气勘探提 供了技术支持。
[0083] 实施例2
[0084]本实施例提供了一种此和犯联合判识煤成气、油型气的方法,其按照以下步骤进 行:
[0085] 本实施例采用迪娜2气田开采的天然作为研究样本,按照图1所示的流程进行检测 和分析:
[0086] 本实施例采用实施例1的方法来对所述迪娜2气田开采的天然气样本进行采样,并 对该天然气样本进行N2含量的检测、犯的氮同位素比值&15NN2及氦的同位素比值R/Ra的检 测;然后根据实施例1建立的He和N2联合判识煤成气、油型气的R/Ra-C:N 指标体系及 图版对本实施例天然气样本测得的氦同位素比值R/Ra、非烃气体犯含量以及犯的氮同位素 比值δ15ΝΝ2进行分析;
[0087] 经测定,该天然气样本中稀有气体氦的同位素比值R/Ra <0.1 (即R/Ra < 0.2),且 3Ηθ/4Ηθ<2.8Χ10-7,因此,该天然气样本中的稀有气体He为典型的壳源成因;根据上述He 和N2联合判识煤成气、油型气的R/Ra-5 ISN Ν2-Ν:2指标体系中R/Ra-515N N2指标的判识,所述 天然气样本中的非烃气体N2的氮同位素比值δ15Ν Ν2落在5]5NN25s4%〇的范围中,因此,该天 然气样本中的非烃气体他为有机质成因,主要来自过成熟阶段有机质裂解作用;
[0088]进一步利用根据上述He和N2联合判识煤成气、油型气的R/Ra-标体系 中的N2-61sNN2指标该天然气样本中的烃类气体进行煤成气和油型气的判识,该天然气样 本测得的N2含量和δ 15ΝΝ2的范围落在N2含量<9%且δ15ΝΝ2多5%〇的区域中,如图3中的第IV 区所示;联合上述He和關关合判识煤成气、油型气的腹以 151^2-处指标体系及图版,本实 施例采用的迪娜2气田开采的天然气基本为煤成气。
[0089]本实施例中,实际迪娜2气田开采的天然气基本为煤成气,这与本实施例提供的He 和N2联合判识煤成气、油型气的方法的判识结果一致。
[0090] 实施例3
[0091]本实施例提供了一种此和犯联合判识煤成气、油型气的方法,其按照以下步骤进 行:
[0092] 本实施例采用克拉2气田开采的天然作为研究样本,按照图1所示的流程进行检测 和分析:
[0093] 本实施例采用实施例1的方法来对所述克拉2气田开采的天然气样本进行采样,并 对该天然气样本进行N2含量的检测、N2的氮同位素比值《 5NN2及氦的同位素比值R/Ra的检 测;然后根据实施例1建立的He和關关合判识煤成气、油型气的R/Ra-S 15NN2-N2指标体系及图 版对本实施例天然气样本测得的氦同位素比值R/Ra、非烃气体N2含量以及N2的氮同位素比 值δ 15ΝΝ2进行分析;
[0094] 经测定,该天然气样本中稀有气体氦的同位素比值R/Ra<0.1 (即R/Ra < 0.2),且 3Ηθ/4Ηθ<2.8Χ10-7,因此,该天然气样本中的稀有气体He为典型的壳源成因;根据上述He 和N2联合判识煤成气、油型气的R/Ra-5 15NN2-N2指标体系中R/Ra-S15N N2指标的判识,所述 天然气样本中的非烃气体N2的氮同位素比值δ15Ν N:落在_1〇%〇<δ15ΝΝ2<4 %&的范围中,因 此,该天然气样本中的非烃气体Ν2为有机成因,主要来自成熟、高成熟阶段有机质热氨化作 用;
[0095] 进一步利用根据上述He和Ν2联合判识煤成气、油型气的R/Ra-&15NH2-N 2指标体系 中的Νρδ15N N2指标对该天然气样本中的烃类气体进行煤成气和油型气的判识,该天然气 样本测得的N2含量和δ15Ν Ν:的范围落在N2含量< 9%且-5%C<515NN2<5%?的区域中,即煤 成气或油型气或二者混合成因气区域中,如图3中的第ΙΠ区所示,因此,联合上述He和N 2联 合判识煤成气、油型气的R/Ra-tfNv-N:指标体系及图版,本实施例采用的克拉2气田开采 的天然气还需进一步测定该天然气样本中烷烃的碳同位素比值,并根据该碳同位素比值对 该天然气样本为煤成气、油型气或者煤成气和油型气混合加以区分。
[0096]此外,本实施例还对大北气田、柯克亚气田、东河塘油气田、轮南油气田采集的天 然气样本分别采用实施例1的方法进行测试和分析,均测得天然气样本中的非烃气体犯为 壳源有机成因;此外,测得各天然气样本的仏含量和 N2的范围均落在N2含量< 9%且 -5%?<S15NN2<5%?的区域中,即煤成气或油型气或二者混合成因气区域中,如图3中的第m 区所示,因此,联合上述He和關关合判识煤成气、油型气的R/Ra-5 15NN2-N2指标体系及图版, 对大北气田、柯克亚气田、东河塘油气田、轮南油气田开采的天然气还需分别进一步测定各 中烷烃的碳同位素比值,并根据该碳同位素比值对各天然气样本为煤成气、油型气或者煤 成气和油型气混合分别加以区分。
[0097] 验证例1
[0098]本验证例采用和田河油气田开采的天然气作为验证对象,按照实施例1的方法来 对所述和田河油气田开采的天然气样本进行测试,然后根据实施例1建立的此和仏联合判 识煤成气、油型气的R/Ra-δ1、 1 指标体系及图版对本验证例天然气样本测得的氦同位 素比值R/Ra、非烃气体他含量以及他的氮同位素比值δΙ5ΝΝ2进行验证分析;
[0099] 该天然气样本中稀有气体氦的同位素比值R/Ra<0 · 2,且3He/4He<2 · 8 X 10-7,因 此,该天然气样本中的稀有气体He为典型的壳源成因;根据上述He和犯联合判识煤成气、油 型气的R/Ra-S15Nis 2-N2指标体系中R/Ra-S15NN2指标的判识,所述天然气样本中的非烃气体 N2的氮同位素比值S15NN2落在-10%〇<δ15Ν Ν2<4 %。的范围中,因此,该天然气样本中的非 烃气体N2为有机成因,主要来自成熟、高成熟阶段有机质热氨化作用;
[0100] 进一步利用根据上述He和N2联合判识煤成气、油型气的Κ/1^ι-δΗΝ\:-Ν2指标体系 中的Ν 2-δ15Ν Ν2指标对该天然气样本中的烃类气体进行煤成气和油型气的判识,该天然气 样本测得的Ν2含量和δ15Ν Ν:的范围落在Ν2含量>9%且δ15Ν Ν2彡5%。的区域中,如图3中的第 I区所示;联合上述He和他联合判识煤成气、油型气的R/Ra-5 15N Ν2-Ν2指标体系及图版,本验 证例采用的和田河油气田开采的天然气基本为油型气,该判识结果与实际结果一致。
[0101] 验证例2
[0102]本验证例采用牙哈气田开采的天然气作为验证对象,按照实施例1的方法来对所 述牙哈气田开采的天然气样本进行测试,然后根据实施例1建立的他和他联合判识煤成气、 油型气的R/Ra-S15N N2-N2指标体系及图版对本验证例天然气样本测得的氦同位素比值R/ Ra、非烃气体处含量以及他的氮同位素比值δ 15ΝΝ2进行验证分析;
[0103] 该天然气样本中稀有气体氦的同位素比值R/Ra<0.2,且3He/4He<2.8 X 10-7,因 此,该天然气样本中的稀有气体He为典型的壳源成因;根据上述He和犯联合判识煤成气、油 型气的R/Ra4 15N N2媽指标体系中R/Ra-515N N2指标的判识,所述天然气样本中的非烃气体 N2的氮同位素比值δΙ5Ν N:落在δ15ΝN2彡4%〇的范围中,因此,该天然气样本中的非烃气体N2 为有机成因,主要来自过成熟阶段有机质的裂解作用;
[0104] 进一步利用根据上述He和N2联合判识煤成气、油型气的:R/Ra-iVi%-]%指标体系 中的Ν2-δ 15Ν:Ν2指标该天然气样本中的烃类气体进行煤成气和油型气的判识,该天然气样 本测得的Ν 2含量和Nl的范围落在< 9%且S15N Ν2彡5%〇的区域中,如图3中的第IV区所 示;联合上述He和關关合判识煤成气、油型气的R/Ra-5 15NN2-N#标体系及图版,本验证例 采用的牙哈气田开采的天然气基本为煤成气,该判识结果与实际结果一致。
[0105] 综上所述,本发明提供的上述他和他联合判识煤成气、油型气的方法,可以利用天 然气中稀有气体He和非烃气体犯对该天然气为煤成气或油型气基本进行快速、准确、有效 判识,该方法具有操作简便、高效、可靠的特点,这为深化天然气成因和来源研究、指导天然 气勘探提供了技术支持。将上述He和犯联合判识煤成气、油型气的方法应用于天然气勘探 中,对于开展天然气成因和来源研究、指导天然气勘探具有重要意义。
【主权项】
1. 一种他和他联合判识煤成气、油型气的方法,其包括以下步骤: 采集天然气样本; 测定所述天然气样本中N2含量; 测定所述天然气样本中N2的氮同位素比值δ15ΝΝ2; 测定所述天然气样本中氦的同位素比值R/Ra或者3He/4He; 建立综合判识指标体系,判识所述天然气样本; 其中,所述判综合识指标体系为: R/Ra < 0.2或者3He/4He < 2.8 X 10-7,N2含量< 9 %,且δ15ΝΝ2 2 5%。,则所述天然气样本多 为煤成气; R/Ra < 0.2或者3He/4He < 2.8Χ 10-7,Ν2含量>9%,且δ15ΝΝ2 < 5%。,则所述天然气样本多 为油型气; R/Ra < 0.2或者3He/4He < 2.8 X 10-7,Ν2含量 < 9 %,且δ15ΝΝ2 < -5%。,则所述天然气样本 多为油型气; R/Ra < 0 · 2或者3He/4He < 2 · 8 X 10-7,含量 < 9 %,且-5%。< δ15ΝΝ2 < 5%。,则所述天然气 样本为煤成气或油型气或二者混合成因气。2. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述采集天然气样本的方法为:将高压钢 瓶抽至H^Pa以下,然后采集天然气的中段气流,直至所述高压钢瓶的气体压力为3-6MPa, 得到天然气样本; 优选地,测定所述天然气样本中N2含量的方法为:利用微量进样针从取样阀提取天然气 样品,并注入气相色谱仪中测定所述天然气样品中N2含量; 优选地,测定所述天然气样本中犯的氮同位素比值δ15ΝΝ2的方法为:利用气相色谱仪和 同位素质谱仪,或者气相色谱同位素质谱联用仪测定所述天然气样本中犯的氮同位素比值 515Nn2 ; 优选地,测定所述天然气样本中氦的同位素比值R/Ra或者3He/4He的方法为:将所述高 压钢瓶与天然气中稀有气体制样装置相连,通过所述天然气中稀有气体制样装置从所述天 然气样本中分离出He,并将所述He送入稀有气体同位素质谱仪中,测定所述天然气样本中 的氦同位素比值R/Ra或者 3He/4He; 优选地,所述高压钢瓶为带有双阀和双接口的高压钢瓶。3. 根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于:在所述采集天然气样本的步骤前还包 括清洗所述高压钢瓶的步骤; 该步骤为将所述高压钢瓶抽至H^Pa以下,然后将所述高压钢瓶的第一接口通过第一 减压阀与所述采样井口连接,向所述高压钢瓶内通入天然气进行反复冲洗。4. 根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于:该测定所述天然气样本中N2的氮同位素 比值δ15Ν Ν2的步骤是将所述天然气样本经所述气相色谱仪分离出N2,然后送入所述同位素质 谱仪中进行氮同位素的测定,并以空气中N2为标准,计算得到所述天然气样本中N2的氮同位 素比值δ 15ΝΝ2。5. 根据权利要求2所述的方法,其特征在于: 在该测定所述天然气样本中他的氮同位素比值δ15ΝΝ2的步骤中,所述高压钢瓶的第二接 口连接所述取样阀,利用微量进样针从该取样阀处提取天然气样品,并将天然气注入气相 色谱仪,经过气相色谱仪分离出N2,利用同位素质谱仪测定所述天然气样品中N2的氮同位素 比值δ15ΝΝ2; 优选地,在该测定所述天然气样本中氦的同位素比值R/Ra或者3He/4He的步骤中,所述 高压钢瓶的第二接口连接第二减压阀,该第二减压阀连接所述天然气中稀有气体制样装置 上的进样口、薄膜规和微量取样阀,并通过所述薄膜规和微量取样阀控制进入所述天然气 中稀有气体制样装置的天然气进样量。6. 根据权利要求2或5所述的方法,其特征在于:在该测定所述天然气样本中氦的同位 素比值R/Ra或者3He/ 4He的步骤中,所述天然气中稀有气体制样装置包括用于制备天然气中 稀有气体的制样装置或天然气中稀有气体痕量分析装置。7. 根据权利要求3所述的方法,其特征在于:在所述清洗高压钢瓶的步骤中,所述反复 冲洗的方法为:利用天然气反复冲洗4-6次,每次冲洗时间为10分钟以上。8. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于:建立综合判识指标体系,判识所述天然气 样本的步骤中,所述天然气样本为煤成气或油型气或二者混合成因气时,需测定所述天然 气样本中烷烃的碳同位素比值,并根据所述碳同位素比值区分所述天然气样本为煤成气、 油型气或者煤成气和油型气混合。9. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于:该方法还包括将所述综合判识指标体系制 成图版,并根据所述图版直观判识所述天然气样本的步骤。10. 权利要求1-9任一项所述的He和犯联合判识煤成气、油型气的方法在天然气勘探中 的应用。
【文档编号】G01N27/62GK105866293SQ201610379611
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月1日
【发明人】王晓波, 王东良, 李剑, 李志生, 谢增业, 李谨, 王义凤, 王志宏, 崔会英, 于荣泽, 郝爱胜, 王蓉
【申请人】中国石油天然气股份有限公司
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