[01238475]天然气同位素分馏的定量表征及其在我国大中型气田勘探中的应用

本项目属于有机地球化学和石油与天然气地质学研究领域。 天然气组分简单,不含石油中所富含的大分子指纹化合物,许多重要的成因、成藏信息需依靠同位素组成加以确定。早期天然气同位素指标的应用主要是基于现场统计数据建立成因判别图版或经验公式。该类方法比较适合资料丰富的成熟工区,具有可靠性强、应用简单的特点,至今仍发挥着重要作用。但由于所用数据为现今地质条件下的,该方法不能体现现今气藏中天然气所经历的各种复杂变化,如生成、运移、散失、后期改造等。而之后出现的基于瑞利方程的分馏模型由于对分馏机理的认识不清,拟合效果欠佳。因此,急需建立一种天然气同位素指标的定量表征技术,以满足我国天然气勘探的需要。 在国家自然基金、教育部新世纪优秀人才支持计划和中国石油天然气集团公司科技攻关项目及诸多油田企业连续立项支持下,本项目在对图版法和经验公式法继承的同时,重点设计开展了不同生气母质生气及不同水介质条件下天然气生成的热模拟实验,据此理清了天然气生成过程中碳、氢同位素分馏的机理,继而建立了同位素分馏作用的定量表征技术,并在我国主要含气盆地进行了应用,为我国一系列大中型气田的勘探做出了贡献。项目主要创新成果如下： 1、揭示了天然气生成过程中碳、氢同位素值总体具有相似的演化规律,均受控于母质类型、成气官能团组成和热演化程度,反映碳、氢同位素分馏总体具有相似的机理;发现了地层水会参与天然气的生成过程,增加高过成熟阶段天然气的生成量,降低天然气的氢同位素值,天然气氢同位素值由此还受控于有机质演化的水介质环境。 2、构建了天然气生成过程中碳、氢同位素分馏的动力学模型,实现了对同位素分馏过程的精确描述,揭示了天然气生成过程中碳、氢同位素分馏的动力学机制,即碳、氢同位素分馏的根本原因是化学键能的差异,该差异可以用化学动力学的方法进行良好的表征。 3、综合同位素分馏动力学以及图版、经验公式法的优势,建立了一套行之有效的判别天然气成因、成藏期、成藏效率、源区和运聚模式等的方法体系,解决了地质过程中碳、氢同位素值演化评价的难题,指导了塔里木、松辽、四川、鄂尔多斯等我国主要含气盆地一系列大中型气田天然气的勘探。 发表论文60余篇,其中SCI检索30余篇,EI检索10余篇,出版专著2部;取得发明专利1项,软件著作权2项;团队成员获中国青年科技奖、光华工程科技奖、中国地质学会青年地质科技“金锤奖”1人;培养博士研究生8人,硕士研究生14人。在项目成果指导下,塔里木、松辽盆地累计新增天然气探明储量3928亿方,取得经济效益57.84亿元。