摘要:土库曼斯坦阿姆河右岸区块内的气藏天然气中普遍含有H2S,尤其是西北部气藏H2S含量相对较高,深入研究其成因和分布规律,才能最大限度地减少和控制由此产生的危害。根据该区地质条件和天然气组分特征,结合H2S形成机理,分析认为:①天然气中的H2S主要来源于硫酸盐热化学还原反应。由于西北部卡洛夫-牛津阶碳酸盐岩储层顶部为石灰岩和膏盐岩互层,并直接被膏盐层覆盖,具有发生硫酸盐热化学还原反应的物质条件,故其H2S含量高;东南部无石灰岩和膏盐岩互层,且有泥岩段将石灰岩储层与上覆膏盐岩层分隔,故其H2S含量低。②H2S含量的高低整体上受沉积相带的控制。在深水高伽马泥岩分布区及开阔台地深水沉积区,H2S含量普遍较低;而在无高伽马泥岩分布区H2S含量普遍较高。③东南部较大的逆断裂破坏了高伽马泥岩层的封隔性,使H2S分布规律更复杂化。
关键词:土库曼斯坦;阿姆河右岸;碳酸盐岩气藏;硫化氢;成因;分布规律;硫酸盐热化学还原反应;沉积相
土库曼斯坦阿姆河右岸区域构造上位于阿姆河盆地东北部,横跨查尔朱阶地、别什肯特坳陷和西南基萨尔山脉。整个阿姆河右岸区邻近阿姆河盆地生烃凹陷,其烃源主要来自于中 下侏罗统煤系地层。储层为卡洛夫牛津阶碳酸盐岩,上覆基末利阶盐膏盐岩,既为直接盖层,又为区域盖层,保存条件好[1~2]。该区天然气中非烃含量低,多小于10%,但普遍含H2S,分布严重不均,从0.0004%~3.98%均有分布[3]。H2S的高危害性给油气勘探开发造成了极大的困难。
1 气田含硫特点及其分布
阿姆河右岸区域内各气田天然气中H2S含量严重不均,法拉勃气田H2S含量最低,为0.0004%;麦捷让气田H2S含量最高,达3.98%。总体看,西北部气田的H2S含量普遍较高,如雅希尔捷佩气田、麦捷让气田、萨曼杰佩气田、伊利吉克气田,仅少量气田H2S含量较低,如法拉勃气田(0.000 4%)、基什图凡气田(0.22%)。而中部和东南部气田内H:S含量普遍较低,主要分布在0.001%~0.267%,如坦格古伊气田(0.005%),扬古伊气田(0.267%)、别列克特利气田(0.01%),但东南部的阿克库姆拉姆气田H2S含量又相对较高,为1.44%。因此,该区西北部气田为中高含H2S气田,中部和东南部气田为低 微含H2S气田,仅局部气田为中 高含H2S气田(表1、图1)。
表1 阿姆河右岸区块内气田H2S含量表
气田名称H2S含量
|
气田名称H2S含量
|
萨曼杰佩 2.9880%
|
扬古伊 0.2670%
|
法拉勃 0.0004%
|
北扬古伊 0.0650%
|
基什图凡 0.2200%
|
阿克库姆拉姆 1.4400%
|
麦捷让 3.9800%
|
雅希尔捷佩 1.8900%
|
伊利吉克 2.9400%
|
恰什古伊 0.1130%
|
坦格古伊 0.0050%
|
别列克特利 0.0100%
|
乌兹恩古伊 0.0900%
|
别希尔 0.0010%
|
鲍塔 0.0025%
|
基尔桑 0.0004%
|
2 H2S成因与分布控制因素
2.1 西北部气田具有产生H2S的条件
H2S易溶于水,常温常压溶解度为1:2.6,其在水中的溶解度在90℃以下时随温度的升高而降低;90℃以上时随温度的升高而增加。H2S的地质成因主要有含硫有机质的裂解、细菌硫酸盐还原作用和硫酸盐热化学还原反应等类型[4]。根据该区天然气气藏以湿气为主和温度介于100~120℃的特征,认为其天然气所含H2S为硫酸盐热化学还原反应(TSR)产生,即烃类作为还原剂在高温条件下被还原生成H2S。目前多数研究成果表明该过程发生在100~200℃、Ro相当于1%~4%的深埋高温环境,同时必须有硫酸盐存在。据Cross等人的研究[5~6],烃类还原硫酸盐总的反应过程可概括为:
烃类+S042-→蚀变的烃类+固体沥青+HC03-(C02)+H2S(HS-)+热
根据盆地天然气藏的特征和成藏地质条件分析,该区H2S应为硫酸盐热化学还原反应成因。依据如下:
2.1.1 物质条件
该区西北部的卡洛夫-牛津阶储层顶部为石灰岩和膏盐岩互层,其上即为巨厚的膏盐岩层。这些良好储层内大量聚集的天然气与巨厚膏盐岩为硫酸盐热化学还原反应提供了物质条件。同时,膏盐岩和石灰岩储层的互层为这一反应提供了空间上的有利条件。
2.1.2 温度条件
阿姆河右岸地区现今储层温度一般都在100℃左右;而该地区受新阿尔卑斯构造运动的影响,曾有显著的抬升,因此储层的古地温比现今地温更高。Sam-53-1井储层包裹体均一化温度表明,储层内发生了2期流体流动:一期温度为80~110℃,另一期温度为120~140℃,说明现今地温最低(约100℃)的萨曼杰佩气田的储层古地温曾达140℃(图2)。因此,区块完全满足硫酸盐热化学还原反应所需的温度条件。
2.2 天然气特征反映了硫酸盐热化学还原反应特征
硫酸盐热化学还原反应的一个重要特征就是随天然气中H2S含量增高,CO2的含量也相应增高,且C02的含量高于H2S含量[7~8]。这一反应要产生H2S或HS-,这些产物溶于水变成为氢硫酸,氢硫酸在碳酸盐岩储层中与岩石孔壁反应产生溶蚀作用,造成储层溶蚀孔洞发育,释放的C02造成天然气中C02含量高于H2S含量。该区各气藏正好具有C02含量高于H2S含量的特征(图3)。另外,在高H2S含量的Sam-53-1井岩心观察和薄片分析表明,储层内溶蚀孔洞发育,而H2S含量低的构造内,溶蚀孔洞不发育,这些均说明该区H2S的确为硫酸盐热化学还原反应产生。
2.3 H2S分布规律及其控制因素
2.3.1 高伽马泥岩分布的影响
从该区H2S含量分布看,西北部区块普遍较高,东南部区块含量普遍较低(图1),这种非均匀分布是由于石灰岩储层与膏盐岩的接触关系所造成的。前述分析表明,该区西北部石灰岩储层与膏盐岩互层,而东南部一般无石灰岩与膏盐岩互层,通常是石灰岩储层之上覆盖一套6~30m厚的高伽马泥岩层,其上才为巨厚的膏盐岩层。正是这套高伽马泥岩层的良好封隔,阻止了烃类与膏盐岩的直接接触,硫酸盐热化学还原反应难以大量发生,造成东南部区块H2S含量普遍较低,基本小于0.5%(图3)。西北部石灰岩储层与膏盐岩层呈互层接触,使石灰岩储层内烃类与硫酸盐岩直接接触,为硫酸盐热化学还原反应发生创造了条件,造成西北部H2S含量普遍高。因此,阿姆河右岸区H2S含量受高伽马泥岩层分布的控制,高伽马泥岩分布区H2S含量普遍较低,无高伽马泥岩分布区H2S含量普遍较高。
2.3.2 断裂的影响
在东南部H2S含量整体较低的背景下,仍有局部H2S含量相对较高区域,如阿克库姆拉姆构造H2S含量达1.44%,这是由于阿姆河右岸区块受东南部印度板块的挤压,其东南部受挤压力最强,形成了西南基萨尔山,同时在东南部形成较多的大断裂,阿克库姆拉姆构造正好处于大断裂上,并已得到实钻井资料证实(Akk-2、Akk-4井钻遇该构造主断层带)。正是这些大断裂破坏了高伽马泥岩层的封隔性,使石灰岩储层内的烃类与膏盐岩形成良好接触,硫酸盐热化学还原反应得以顺利进行,造成H2S含量明显增高。
2.3.3 储层沉积相变化的影响
在阿姆河右岸地区西北部H2S含量普遍较高的背景下,有少量气田H2S含量低,这些低H2S含量的气田,正好位于开阔台地深水沉积区(图4),沉积物较细,类似于东南部高伽马泥岩层,有较好的封隔性能,从而阻止了烃类和膏盐岩的直接接触,硫酸盐热化学还原反应不能够大量发生,造成H2S含量较低。
3 结论
1) 阿姆河右岸区块西北部气藏为中-高含H2S气藏,而东南部气藏一般为中低-微含H2S气藏,天然气中的H2S为硫酸盐热化学还原反应所形成。
2)该区天然气中H2S含量高低整体上受沉积相带的控制,即在深水高伽马泥岩层分布区及开阔台地深水沉积区H2S含量普遍较低;而在无高伽马泥岩层分布区H2S含量普遍较高。东南部较大的逆断裂又进一步复杂化这种关系。
参考文献
[1] 李浩武,童晓光,王素花,等.阿姆河盆地侏罗系成藏组合地质特征及勘探潜力[J].天然气工业,2010,30(5):6-12.
[2] 严维理,江鸿,吴先忠,等.阿姆河右岸区块地质特征与钻井设计[J].天然气工业,2010,30(5):73-76.
[3] 费怀义,徐刚,王强,等.阿姆河右岸区块气藏特征[J].天然气工业,2010,30(5):13-17.
[4] 戴金星.中国含硫化氢的天然气分布特征、分类及其成因探讨[J].沉积学报,1985,3(4):109-118.
[5] CROSS M M,MANNING D A C,BOTTRELLS H,et al. Thermochemical sulphate reduction(TSR):experimental determination of reaction kinetics and implications of the observed reaction rates for petroleum reservoirs[J].Organic Geochemistry,2004,35(4):393-404.
[6] MACHEL H G,KROUSE H R,SASSEN R.Products and distinguishing criteria of bacterial and thermo chemical sulfate reduction[J].Applied Geochemistry,1995,10(4):373-389.
[7] CAI Chunfang,WORDEN R H,BOTTRELL S H,et al.Thermochemical sulphate red uction and the generation of hydrogen sulphide and thiols(mercaptans)in Triassic car bonate reservoirs from the Sichuan Basin,China[J].Chemical Geology,2003,202(1/2):39-57.
[8] 朱光有,戴金星,张水昌,等.中国含硫化氢天然气的研究及勘探前景[J].天然气工业,2004,24(9):1-4.
(本文作者:邓燕1 王强2 程绪彬2 吴蕾3 赵长城2 陈仁金3 1.西南石油大学石油工程学院;2.川庆钻探工程有限公司地质勘探开发研究院;3.中国石油(土库曼斯坦)阿姆河天然气公司)
您可以选择一种方式赞助本站
支付宝转账赞助
微信转账赞助