天然气形成过程中碳同位素分馏机理——来自热模拟实验的地球化学证据
发布时间：2021-04-15 13:02
选取鄂尔多斯盆地低成熟煤样品开展封闭体系黄金管热模拟实验,分析产物特征,从实验角度探讨天然气碳同位素分馏机理,分析天然气碳同位素组成地球化学"异常"特征。鄂尔多斯盆地低成熟煤2℃/h（慢速）和20℃/h（快速）升温的烷烃气最大产率分别为302.74 mL/g和230.16 mL/g;低成熟煤快速升温和慢速升温的δ13C1值分别为-34.8‰～-23.6‰和-35.5‰～-24.0‰,δ13C2值分别为-28.0‰～-9.0‰和-28.9‰～-8.3‰,δ13C3值分别为-25.8‰～-14.7‰和-26.4‰～-13.2‰。实验产物中烷烃气在快速升温550℃出现了明显的碳同位素组成系列部分倒转,其他温度都表现为正碳同位素组成系列。升温系列中δ13C1表现为先变轻后变重的演化规律,δ13C1值的非单调性变化是由于早期CH4来源并非单一所致,可能是有机质的非均质性或者早期富集12CH4和富集13CH4活化能差值的变化形成的同位素分馏效应所致。重烃气碳同位素值的反转既可以发生在高过成熟的页岩气（油型气）中,也可以发生在煤成气中。结合甲苯热模拟实验,明确烷烃气在高过成熟阶段重烃气碳同位素值可发...
【文章来源】：石油勘探与开发. 2020,47(05)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
鄂尔多斯盆地低成熟煤CH4、烷烃气、重烃气和H2产率
在本次研究中，样品在650℃时没有气体产物数据，这是由于同位素组成分析后气体泄漏所致，因为不影响数据的整体性没有重新补充该温度点数据。快速升温和慢速升温实验中，CH4的相对含量都表现为随温度增加而不断上升，并且在相同温度点上，同一样品快速升温比慢速升温条件下CH4的相对含量要低。快速升温和慢速升温实验中CH4最高含量分别为81.64%和89.72%，对应的模拟温度为625℃。两组实验中气体产物的干燥系数（C1/C1—5）也都表现出相同的变化趋势，并且慢速升温系列的干燥系数在拐点处的温度要低于快速升温的拐点温度（见图2）。重烃气含量的先增大后降低说明在煤的热演化过程中，重烃气既有生成又有裂解，在早期以生成作用为主，后期以裂解作用为主，当二者达到平衡时即为重烃气相对含量达到最高值。重烃气含量最高对应的温度点一般为400～500℃，在实验过程中也形成了少量的正丁烷（n C4H10），异丁烷（i C4H10），正戊烷（n C5H12），异戊烷（i C5H12，见表2）。由于重烃含量呈先增大后降低的变化趋势，使得模拟气的干燥系数先减小后增大，早期模拟气主要表现为干气或湿气特征（样品慢速升温早期表现为干气，快速升温早期表现为湿气），在后期都表现为干气特征（见图2）。在热模拟实验中形成了大量的非烃气体，尤其是CO2气体，在低温实验条件下其相对含量占绝对优势。自然条件下气藏中CO2气体相对含量一般较低，可能是因为CO2在水中的溶解度较大，在其形成过程中被地层水带走了很大一部分[6]，另外CO2还可能参与了成岩作用而进入各种成岩矿物中[30]。
快速升温和慢速升温系列实验中，碳同位素组成总体上具有类似的演化趋势（见表2）。快速升温和慢速升温实验产物的δ13C1值分别为-34.8‰～-23.6‰和-35.5‰～-24.0‰，δ13C2值分别为-28.0‰～-9.0‰和-28.9‰～-8.3‰，δ13C3值分别为-25.8‰～-14.7‰和-26.4‰～-13.2‰（见图3）。这与前人[27,31-32]针对烃源岩或有机质热模拟实验结果类似。值得注意的是，本次实验发现的δ13C2值和δ13C3值在高温阶段的反转现象（δ13C2值和δ13C3值在高温阶段出现极大值后同位素值变轻），早期对这一现象并没有报道，最近才有少量学者在模拟实验中发现了δ13C2值在高温下的反转现象[22,26-27]。总体而言，在慢速升温系列中烷烃气碳同位素组成的分馏效应明显强于快速升温系列。3 不同热演化阶段天然气的碳同位素分馏机理
【参考文献】：
期刊论文
[1]Carbon isotope fractionation during shale gas transport:Mechanism, characterization and significance[J]. Wenbiao LI,Shuangfang LU,Junqian LI,Pengfei ZHANG,Siyuan WANG,Wenjun FENG,Yongbo WEI. Science China（Earth Sciences）. 2020(05)
[2]川中地区须家河组天然气地球化学特征[J]. 翟俪娜,倪云燕,吴朝东,高金亮. 天然气地球科学. 2017(04)
[3]松辽盆地梨树断陷天然气成因类型及勘探方向[J]. 宋振响,顾忆,路清华,周卓明,李贶. 石油学报. 2016(05)
[4]次生型负碳同位素系列成因[J]. 戴金星,倪云燕,黄士鹏,龚德瑜,刘丹,冯子齐,彭威龙,韩文学. 天然气地球科学. 2016(01)
[5]柴北缘鄂博梁Ⅲ号构造天然气成因类型及其成藏特征[J]. 汤国民,罗群,庞雄奇,张永庶,郭继刚,沈卫兵,郭迎春. 新疆石油地质. 2014(01)
[6]三种成因天然气生成时限与生成量及其对深部油气资源预测的影响[J]. 张水昌,胡国艺,米敬奎,帅燕华,何坤,陈建平. 石油学报. 2013(S1)
[7]中国近十年天然气示踪地球化学研究进展[J]. 刘文汇,王晓锋,腾格尔,张殿伟,王杰,陶成,张中宁,卢龙飞. 矿物岩石地球化学通报. 2013(03)
[8]不同煤系源岩生烃特征的黄金管热模拟实验对比研究[J]. 毛榕,米敬奎,张水昌,何坤. 天然气地球科学. 2012(06)
[9]烃源岩过成熟阶段生气潜力的实验室模拟[J]. 王东良,张英,卢双舫,国建英,李志生,莫午零,王民,王义凤. 沉积学报. 2012(06)
[10]费—托合成实验中烷烃气碳同位素分馏机理[J]. 杨春,王京红,米敬奎,高晓辉,陶士振,倪云燕,陶小晚. 天然气地球科学. 2011(02)
本文编号：3139389
【文章来源】：石油勘探与开发. 2020,47(05)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
鄂尔多斯盆地低成熟煤CH4、烷烃气、重烃气和H2产率
在本次研究中，样品在650℃时没有气体产物数据，这是由于同位素组成分析后气体泄漏所致，因为不影响数据的整体性没有重新补充该温度点数据。快速升温和慢速升温实验中，CH4的相对含量都表现为随温度增加而不断上升，并且在相同温度点上，同一样品快速升温比慢速升温条件下CH4的相对含量要低。快速升温和慢速升温实验中CH4最高含量分别为81.64%和89.72%，对应的模拟温度为625℃。两组实验中气体产物的干燥系数（C1/C1—5）也都表现出相同的变化趋势，并且慢速升温系列的干燥系数在拐点处的温度要低于快速升温的拐点温度（见图2）。重烃气含量的先增大后降低说明在煤的热演化过程中，重烃气既有生成又有裂解，在早期以生成作用为主，后期以裂解作用为主，当二者达到平衡时即为重烃气相对含量达到最高值。重烃气含量最高对应的温度点一般为400～500℃，在实验过程中也形成了少量的正丁烷（n C4H10），异丁烷（i C4H10），正戊烷（n C5H12），异戊烷（i C5H12，见表2）。由于重烃含量呈先增大后降低的变化趋势，使得模拟气的干燥系数先减小后增大，早期模拟气主要表现为干气或湿气特征（样品慢速升温早期表现为干气，快速升温早期表现为湿气），在后期都表现为干气特征（见图2）。在热模拟实验中形成了大量的非烃气体，尤其是CO2气体，在低温实验条件下其相对含量占绝对优势。自然条件下气藏中CO2气体相对含量一般较低，可能是因为CO2在水中的溶解度较大，在其形成过程中被地层水带走了很大一部分[6]，另外CO2还可能参与了成岩作用而进入各种成岩矿物中[30]。
快速升温和慢速升温系列实验中，碳同位素组成总体上具有类似的演化趋势（见表2）。快速升温和慢速升温实验产物的δ13C1值分别为-34.8‰～-23.6‰和-35.5‰～-24.0‰，δ13C2值分别为-28.0‰～-9.0‰和-28.9‰～-8.3‰，δ13C3值分别为-25.8‰～-14.7‰和-26.4‰～-13.2‰（见图3）。这与前人[27,31-32]针对烃源岩或有机质热模拟实验结果类似。值得注意的是，本次实验发现的δ13C2值和δ13C3值在高温阶段的反转现象（δ13C2值和δ13C3值在高温阶段出现极大值后同位素值变轻），早期对这一现象并没有报道，最近才有少量学者在模拟实验中发现了δ13C2值在高温下的反转现象[22,26-27]。总体而言，在慢速升温系列中烷烃气碳同位素组成的分馏效应明显强于快速升温系列。3 不同热演化阶段天然气的碳同位素分馏机理
【参考文献】：
期刊论文
[1]Carbon isotope fractionation during shale gas transport:Mechanism, characterization and significance[J]. Wenbiao LI,Shuangfang LU,Junqian LI,Pengfei ZHANG,Siyuan WANG,Wenjun FENG,Yongbo WEI. Science China（Earth Sciences）. 2020(05)
[2]川中地区须家河组天然气地球化学特征[J]. 翟俪娜,倪云燕,吴朝东,高金亮. 天然气地球科学. 2017(04)
[3]松辽盆地梨树断陷天然气成因类型及勘探方向[J]. 宋振响,顾忆,路清华,周卓明,李贶. 石油学报. 2016(05)
[4]次生型负碳同位素系列成因[J]. 戴金星,倪云燕,黄士鹏,龚德瑜,刘丹,冯子齐,彭威龙,韩文学. 天然气地球科学. 2016(01)
[5]柴北缘鄂博梁Ⅲ号构造天然气成因类型及其成藏特征[J]. 汤国民,罗群,庞雄奇,张永庶,郭继刚,沈卫兵,郭迎春. 新疆石油地质. 2014(01)
[6]三种成因天然气生成时限与生成量及其对深部油气资源预测的影响[J]. 张水昌,胡国艺,米敬奎,帅燕华,何坤,陈建平. 石油学报. 2013(S1)
[7]中国近十年天然气示踪地球化学研究进展[J]. 刘文汇,王晓锋,腾格尔,张殿伟,王杰,陶成,张中宁,卢龙飞. 矿物岩石地球化学通报. 2013(03)
[8]不同煤系源岩生烃特征的黄金管热模拟实验对比研究[J]. 毛榕,米敬奎,张水昌,何坤. 天然气地球科学. 2012(06)
[9]烃源岩过成熟阶段生气潜力的实验室模拟[J]. 王东良,张英,卢双舫,国建英,李志生,莫午零,王民,王义凤. 沉积学报. 2012(06)
[10]费—托合成实验中烷烃气碳同位素分馏机理[J]. 杨春,王京红,米敬奎,高晓辉,陶士振,倪云燕,陶小晚. 天然气地球科学. 2011(02)
本文编号：3139389
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