地层水含盐度对生物气运聚成藏的作用

表 1 三湖地区探井中第四系地层水盐度变化表
正离子 台南 5 涩中 8 聂深 1 台中 2 驼峰 1 察地 2 甜参 1 霍参 1
K+ + Na + 81583 58702 47862 63694 26633 18604 3943 384
Ca2 + 5145 3151 2935 2712 4834 1780 835 10
盐度对天然气溶解度的影响
11 盐度对生物气溶解度影响 随着地层水中盐度增加 ,天然气的溶解度明显
降低 (郝石生等 ,1994) 。据大量测试数据统计 ,盐水 中天然气溶解度与清水中的溶解度之间有如下关系
(杨申镳等 ,1997) :
Gs = Go (1 - x y/ 104)
(1)
式中 : Gs 为天然气在盐水中的溶解度 , m3/ m3 ;
Mg2 + 2693 1621 537 1476 733 934 385 6
方向
西北 →东南
在三湖地区从南向北分别采取地层水样 ,以该 地层水培养生物菌甲烷菌 ,水中微生物细菌的总量 随盐度的增高而减少 ,甲烷细菌个数也大体上与盐 度呈消长关系 (图 1) 。在北斜坡以北随着盐度和氯 根离子含量的增加 ,水体中所含的生物菌数量减少 ; 在中央凹陷以南 (东) 地区随着盐度和氯根离子含量 的减少 ,水体中生物菌含量明显增加 。根据以前研 究认 为 生 物 甲 烷 菌 最 适 宜 生 长 的 氯 离 子 浓 度 为 (0. 635～1. 5) ×104pp m 3 ,当氯离子浓度过高时反 而抑制生物菌的活动 。现今三湖地区北斜坡气藏所 在部位第四系的地层水从地面向地下深处地层水中 氯离子大都在 5 ×104pp m 以上 ,盐度 10 ×104pp m 以
图 1 三湖地区南北方向上生物菌发育特征与地层水含盐度之间的消长关系
上 ,强烈抑制了生物气的发育 ,而中央凹陷及其南部 更适宜生物菌的生长发育 。 21 北斜坡地层水含盐度最高
昆仑山常年雪水补给 ,从山前到三湖凹陷北部 , 形成了明显的水化学分带 。愈向盆地中心地下水的 盐度增高 ,流量变小 ,蒸发量增加 ;水型从硫酸钠型 逐渐变为氯化镁型和氯化钙型 : ①位于昆仑山山麓 或山岳区的地下水自由交替带 ,水的盐度一般小于 1 g/ L ,水性多为重碳酸氢钠型或碳酸钠型 ,地下水的 埋藏深度也不稳定 ; ②分布在山前冲积 、洪积区的交 替阻滞带 ,盐度随着向盆地中心的流向而增高 ,变化 在 (1～50) g/ L 之间 ,水型从硫酸钠型逐渐变化为氯
主题词 生物气 水溶气 溶解度 盐度 水动力 柴达木盆地 三湖坳陷
柴达木盆地东部的三湖地区主要勘探第四系生 物气藏 ,第四系地层厚 3 200 m ,从上到下细分层为 K1～ K13 ;地层成岩程度低 ,高孔高渗 ;第四系砂 、泥 岩互层 ,其中砂岩为储集层 ,泥岩为气源岩和盖层 ; 第四系生物气资源量达 12 476 ×108m3 ,已探明地质 储量 1 472 ×108m3 ,三级储量约 3 500 ×108m3 ,是目 前世界上第四系发现生物气规模最大的地区 。关于 三湖地区生物气的运聚规律 ,顾树松 (1993) 等人一 直认为是由生物气以游离相就近垂向运聚成藏的 。 从 1952 年发现天然气藏以来 ,在包括南斜坡在内的 各个构造部位都进行了钻探 ,几乎所有的工业气流 井或显示井都集中在北斜坡 ,南斜坡虽钻十余口探 井 ,竟然无一口井见天然气显示 。
作者简介 :李本亮 ,1971 年生 ,2000 年获南京大学理学博士学位 ,工程师 ;主攻天然气地质 、构造地质 ,发表论文十余篇 。 地址 : (065007) 河北省廊坊市 。电话 : (010) 69213551 。E - mail :libenliang66 @sohu. com
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另外据第四系地层中介屑类生物组合分类显示 现今的北斜坡为盐水 —咸水属种区 ,属种单一 、趋于 咸化 ,沉积少量膏盐 ;北斜坡北缘 、中央凹陷区及其
3 柴达木盆地低熟油气藏形成条件和勘探方向及勘探技术 ,青海石油管理局 ,1995 。
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地 质 勘 探 天 然 气 工 业 2003 年 9 月
地 质 勘 探 天 然 气 工 业 2003 年 9 月
地层水含盐度对生物气运聚成藏的作用
李本亮1 王明明1 冉启贵1 彭秀丽1 张道伟2 王金鹏2
(1. 中国石油勘探开发研究院廊坊分院天然气地质所 21 中国石油青海油田分公司勘探开发研究院)
别为 0. 3 ×104 、1 ×104 、18 ×104pp m ,根据上述公式 (1) 计算埋深 1 500 m 的地层水溶解度分别为 :南斜 坡 ,99 % ,中央凹陷 , 95 % ,涩北 —台南 , 10 %。可见 盐度对天然气的溶解度影响是非常大的 。在涩北 、
台南等部位由于盐度高 ,地层水溶解度降低 ,水中近 90 %的天然气从地层水中析出来以后在北斜坡以游 离相散失或者运聚成藏 。
×10 - 8 T M - 1. 063 ×10 - 10 p2 M
- 9. 776 ×10 - 8 pM + 2. 974 ×10 - 10 T pM
+ 1. 623 ×10 - 4 T2 - 2. 788 ×10 - 2 T
- 2. 059 ×10 - 5 p2 + 1. 732 ×10 - 2 p
化镁和氯化钙型 ; ③位于滨湖洼地的交替停止带 ,盐 度一般 (50～300) g/ L ,个别为 300 g/ L 以上 ,水性多 属氯化钙 、镁型 。
经过系统 、全面地统计了三湖地区所有钻井试 气资料中的第四系地层水盐度值以后 ,绘制盐度等 值线图 ,显示台南 、涩北部位为盐度最高地区 (高达 18 ×104pp m) 。主要是因为昆仑山雪 (淡) 水在向北 运移过程中由于地面的大量蒸发和地下水沿途溶解 盐层中的矿物质 ,使得运移到北斜坡泄水区时盐度 增加 。
+ 9. 523 ×10 - 6 T p + 1. 194
(2)
R = 0. 996 2 S 为天然气在地层水中的溶解度 , m气3 / m水3 ; T 为地层温度 , ℃; p 为地层压力 ,0. 1 M Pa ; M 为地层 水盐度 ,pp m ; R 为回归相关系数 , %。 21 地层水中天然气溶解度变化情况 系统研究三湖地区现有油气钻井 、水文钻井和
据郝石生等 (1994) 对地层水中天然气溶解度与 温度 、压力和盐度的系统测试研究后 ,获得溶解度与 温度 、压力和盐度之间有如下关系式 。根据这一关
系式就能将天然气在地层水中的溶解度进行定量研
究 ,如公式 (2) 。 S ( T , p , M ) = - 3. 167 ×10 - 10 T2 M + 1. 99 ×
南边 物 种 多 样 , 为 地 层 水 淡 化 地 区 ( 孙 镇 城 等 , 1996) 。
31 生物气生成的有利地区 三湖地区北斜坡气田部位盐度异常高 ,无论是 氯根离子的含量还是金属阳离子的含量都远远高于 生物甲烷菌活动的上限值 ,生物菌的活动受到强烈 抑制 ,难以生成大量的生物气 。据统计 ,北斜坡第四 系现今发现气田部位各个层系的地层水盐度都在 10 ×104pp m 以上 ,如此高的盐度条件强烈抑制了生物 菌的活动 ,并且在研究中所采的水样中检测到的生 物菌数量也充分说明了这一认识 。中央凹陷及南斜 坡盐度明显较低 ,为淡水 —微咸水水体 ,更加适合于 生物菌的生长发育和大量生物气的形成 。
第 23 卷第 5 期 天 然 气 工 业 地 质 勘 探
南 、涩北等气田部位地层水金属阳离子浓度都强烈 抑制生物菌活动 。地层水盐度具有从西北向东南降 低趋势 ,在东南部昆仑山前的甜参 1 、霍参 1 井的地 层水为淡水 ,据此推测在三湖凹陷中央及南斜坡低 盐度水体中适合于生物菌活动 。
根据天然气溶解度与温度 、压力和盐度的统计
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关系式 (2) ,结合地震剖面分别选取第三气层组在南 斜坡 、中央凹陷以及北斜坡部位的埋深及其地温 、压
104pp m 的水中仍发现产甲烷菌 ,但是甲烷产率降低 (包茨 ,1988) 。三湖地区北斜坡部位地层水盐度高 达 10 ×104pp m 以上 ,对生物甲烷菌的生长 、繁殖具 有强烈抑制作用 。
11 盐度对生物菌生长的影响 钠 、钾离子是动植物生长的基本元素 ,钾 、钠阳 离子浓度直接影响生物菌的生长 、发育 ,当外界水体 中离子浓度过高时 ,作为原核生物的甲烷菌细胞体 内与水体由于浓度差而形成渗透膜 ,使甲烷菌细胞 与水体隔开 ,从而影响细胞的生存 。沃氏甲烷球菌 细胞中 K+ 浓度为 15 700 ±500 mg/ L , Na + 浓度为 3 160 ±50 mg/ L ,钾 、钠离子浓度总和在 2 ×104pp m 时就 强 烈 抑 制 生 物 菌 的 活 动 。佩 里. L . 麦 卡 蒂 (1982) 研究了碱金属和碱土金属对厌氧生物消化的 影响 ,钾钠离子总和介于 300～600 pp m 时促进性生 物菌繁殖 ,能提高产甲烷效率 ;钾钠离子总和超过 2 ×104pp m 时 ,水体强烈抑制生物菌生长繁殖 ,产甲 烷能力大大降低 。 三湖地区北斜坡部位地层水盐度几乎都在 10 × 104pp m 以上 ,金属阳离子浓度远远超过了钾钠阳离 子的强烈抑制细菌活动的下限值 ( 表1) 。北斜坡台
李本亮等. 地层水含盐度对生物气运聚成藏的作用. 天然气工业 ,2003 ;23 (5) :16～20 摘 要 柴达木盆地三湖地区受南缘昆仑山冰雪溶水的补给 ,地层水从南向北运移 ;由于剧烈的蒸发作用 ,地
层水含盐度北斜坡最高 。北斜坡泻水 —汇水区高盐度条件下生物菌的活跃程度受到抑制 ,影响游离气垂向运聚成 藏的资源量供给 ,中央凹陷及其南部低盐度条件下更适宜生物气的生成 。生物气在地层水中的溶解度随盐度的增 高而降低 ,南缘低盐度水中饱含的生物气经地层水从南向北携带 ,在北斜坡高盐度条件下大量游离出来 。三湖地 区早成岩阶段的泥岩盖层虽然不能成为传统意义上的盖层 ,但是实验测试证明该泥岩饱和高盐度地层水时 ,其突 破压力增加约 100 倍 ,封盖性能大大提高 ,有效地保存了北斜坡游离相生物气 。研究显示生物气总体上具有向北 斜坡以水溶气横向运聚的特征 ,也暗示了北斜坡气源补给充足 ,具有满坡含气的巨大勘探潜力 。文章结合生物气 藏本身的发育特征和三湖地区的水文地质条件 ,认为生物气首先以水溶气发生远距离的横向运移以后再以游离相 进行垂向运聚成藏 。
Go 为天然气在纯水中的溶解度 ,m3/ m3 ; y 为含盐浓
度 ,pp m ; x 为 校 正 系 数 [ 温 度 ( ℃) T = 37. 8 , x =
0. 074 ; T = 66. 7 , x = 0. 05 ; T = 93. 3 , x = 0. 044 ; T = 121. 0 , x = 0. 033 ] 。
钾盐钻井中获得的地层水盐度数据 ,北斜坡地层水 盐度最高 ,在台南 、涩北部位第四系地层水含盐度高 度 15 ×104pp m 以上 ; 南斜坡及其以南地区盐度低 , 在昆仑山前完全为淡水 ,乌深 1 井第四系下部地下 水盐度仅 0. 3 ×104pp m ,上部盐度 010392 ×104pp m 。 如果以南斜坡 、中央凹陷 、涩北 —台南部位的盐度分
盐度对生物气生成的影响
生物气的形成除了受到氧化还原条件 、温度 、压 力 、p H 值等因素影响外 (D. D. Rice 等 ,1981 ;张义刚 等 ,1983) ,还受到水介质中盐度的影响 。据测定水 介质含盐度小于 0. 4 ×104pp m 时甲烷菌最活跃 ,产 气率最高 ,盐度太高 (或太低) 对甲烷菌的生长发育 都不利 ; 前 苏 联 虽 然 在 地 层 水 盐 度 ( 2 ～ 3. 5 ) ×