水溶气运移成藏物理模拟实验技术

文章编号:167221926(2004)0120032205

收稿日期:2003209224;修回日期:20032112201

基金项目:国家“973”项目“天然气动态形成过程和富集度研究”

(编号:2001CB 30913)资助1作者简介:刘朝露(19682),男,江西莲花人,硕士研究生,主要从事天然气地球化学研究.

水溶气运移成藏物理模拟实验技术

刘朝露1,李　剑2,方家虎1,胡国艺2,严启团2,李志生2,马成华2,孙庆武2

(1.中国矿业大学(北京),北京　100083;2.中国石油勘探开发研究院廊坊分院,河北廊坊　065007)

摘　要:通过自行设计的天然气运移成藏物理模拟仪,对实际岩芯样品进行了高压水溶气运移成藏的物理模拟实验,目的是研究水溶作用对天然气运移指标产生的影响以及水溶气甲烷和乙烷碳氢同位素、C 2+ 总烃、i C 4 n C 4等8项地球化学参数的变化。实验结果表明:随着运移距离的增加,水溶气中的非烃CO 2含量普遍增大,烃类气体“甲烷化”趋势明显,C 2+以上的含量随碳数升高而降低(至C 5含量基本可以忽略不计),轻烃组分中的苯和甲苯含量由低(气源)到高(运移距离近)再变低(运移距离远),甲烷碳和氢同位素变化幅度均不大(仍具有略偏正的特征)。认为这些地球化学参数的变化特征对水溶气气藏的识别和油气运移的研究均具有重要的参考价值。关键词:水溶气;运移成藏;物理模拟

中图分类号:T E 12211 文献标识码:A

0　前言

早在20世纪60年代,国外已有不少学者测定了烃类气体在水中的溶解度[1,2],并提出水溶气藏形成的可能性[2]。70年代,P rice [3]提出了可以用烃类在水中的溶解度研究石油初次运移,同时,在意大利、匈牙利、菲律宾、尼泊尔、伊朗和日本等国家相继发现了水溶性天然气藏并生产了水溶性天然气[1];这些发现更增加了人们对天然气溶解实验研究的兴趣[4,5]。目前,这些成果已应用于天然气的运移与聚集的定量研究[6～8]。

与国外相比,我国对水溶气运移成藏的研究起步较晚。我国学者孙永祥[9]多次探讨了地下水对气藏形成的影响,郝石生[10]等研究了天然气在地层水中溶解度的变化特征,付晓泰等[11]提出了气体在地层水中的两种主要溶解机理。上述研究工作主要是在不同的温压条件下探讨地层水对天然气溶解的一些物理参数,解决了水溶气量的问题,而对天然气以水溶相运移而形成的水溶气藏的一些地球化学参数的变化特征,如水溶气的组分组成及其碳氢同位素和轻烃特征的研究却进行得较少。本文通过自行设计的天然气运移成藏物理模拟仪来对际岩芯进行高

压水溶气运移成藏物理模拟实验,目的是研究水溶气在运移成藏过程中的组分组成及其碳氢同位素和轻烃等一些地球化学参数的变化特征。这些参数特征对天然气的运聚以及水溶气藏的寻找和识别均具有重要的参考价值。

1　水溶相天然气释放的地质条件

付晓泰等[11]通过实验研究认为,天然气在地层水中的溶解主要存在两种机理:一种是天然气分子与水分子作用形成水合分子;另一种是天然气分子填充在水分子的间隙中。无论是哪一种机理,天然气的溶解度都会受到温度和压力变化的影响。压力增大,天然气在地层水中的总溶解度增大,反之,则减小。温度对其影响相对较为复杂,当温度小于80℃左右时,天然气溶解度随温度升高而减小;当温度大于80℃左右时,天然气溶解度随温度升高而逐渐增大。矿化度也对天然气溶解度有一定的影响:矿化度越高,溶解度越小;反之,矿化度越低,溶解度越大。但矿化度对天然气在地层水中的溶解度较温度和压力的影响要小得多。

由上述分析可以看出,地层水中天然气的溶解度与其所处温度、压力和矿化度存在密切关系。Ko 2

第15卷第1期

2004年2月

天然气地球科学

NA TU RAL GA S GEO SC IENCE

V o l .15N o.1Feb .　2004

rsen shejin

[12,13]

,zo rk ing 等[14,15]学者在研究西伯利

亚大气田中的水溶作用时认为,水溶相天然气在运移的过程中,由于地质条件的改变(如沿断层垂向运移)或由于地壳抬升,使含水层隆起或地层水基准面区域性或局部性降低和温度、压力逐渐降低,导致被地层水溶解的天然气由未饱和-饱和-过饱和而释放出来成为游离气,并在有利的圈闭中(低势区)聚集成水溶气藏。

2　模拟实验

2.1　样品的选取

岩样:选取苏6井两块深灰色致密砂岩作为岩芯样品。该样品孔隙度为0.37%～0.75%,渗透率

为(0.0024～0.0027)×10-3Λm 2

,长度30114～30137mm 。内径:24.9c m 。

气样:气源气样品采自华北油田采油四厂气站,其组分组成见表1,轻烃组分特征见图2。

水样:通过人工配制浓度为100g dm 3

的N aC l 溶液代替地层水。2.2　实验装置及步骤

实验装置如图1所示[16]。实验装置是由长岩芯夹持器、手动泵、中间容器、阀门、高压气瓶及一些管

线组成,以长岩芯夹持器为主体。采用实际岩芯,根据不同的地层情况和地质条件,组成运、聚、盖圈闭系统,综合模拟天然气在岩石中的运聚特征和成藏过程。该装置具有以下特点:

(1)采用实际岩芯。岩芯柱最长可达80c m ,根据不同的地层实际情况,可以对不同物性的岩芯进行组合。

(2)实验装置耐高温高压。可模拟上覆地层压力0～70M Pa ,气体充注压力0～30M Pa ,实际温度为室温到120℃。

(3)岩芯夹持器具有多测孔,可在不同长度段观测取样和检测天然气在运移过程中的特征参数和

表1　水溶气模拟实验样品测定数据

样品编号烃类气体组成(%)

C 1

C 2

C 3i C 4

n C 4

i C 5

n C 5

C 6+非烃气体含量

(%)

CO 2N 2i C 4 n C 4

C 2+ 总烃(%)∆13C (‰)C 1

C 2

C 3

∆D (‰)

C 1

C 2备注188.158.712.530.280.270.030.020.011.030.351.0411.85-40.8-28.2-25.8-216.7-177.6气源气14M Pa

288.308.552.560.260.260.030.020.021.350.43111.70-40.6-28.0-25.6-213.4-176.5气顶气14M Pa

398.051.320.490.0520.048

000.04

26.701.081.95-40.6-28.0-25.8-214.5-175.5498.071.510.310.040.03000.0424.701.331.93-40.4-27.9-26.0-213.9-176.1水溶气

597.731.910.280.030.02000.0320.001.502.27-40.5-28.2-25.4-214.6-175.3696.892.770.280.030.02000.0115.301.53.11-40.2-27.5-25.3-213.8-174.97

96.393.16

0.40

0.03

0.02

10.8

1.5

3.61

-40.3-27.6-25.7

-214.5

-175.2

图1　水溶气运移成藏物理模拟实验装置示意

压力变化规律。实验步骤如下:

(1)进样。将配好的(根据气田水文地质资料或直接用地层水)矿化水注入中间容器中,抽真空,检查装置的气密性,然后再将天然气注入中间容器中,并使之压力达到指定值(14M Pa ),恒压4h 。

(2)溶解:经过一段时间(时间长短与介质有

关,一般为7～15d ),使天然气在水中充分溶解并达到平衡。

(3)解析:将干燥后的岩芯装入岩芯夹持器中,加环压5M Pa ,抽真空,然后将中间容器中的水溶气通过阀门调节缓慢向岩芯夹持器中充注,最后在饱和盐水中采集水溶气样。

(4)测试:对采集的样品进行相关分析测试。

33N o .1 刘朝露等:水溶气运移成藏物理模拟实验技术