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李开开:深部储层热化学硫酸盐还原作用的流体包裹体和同位素记录【GCA,2019】
发布:科技处 2019-01-31 阅读:

深层、超深层高温油气藏中烃类可能与硫酸盐之间发生氧化-还原反应(TSR),生成H2SCaCO3(或CO2):SO42-+ 烃类 →H2S (HS-) + CO2 (HCO3-) ± H2O ± S ±蚀变烃类,导致油气品质降低和储层强烈非均质性。目前针对TSR机理的研究多基于现今油气藏中流体(油、天然气和水)和矿物的地球化学分析结果,这可能掩盖了地质历史时期内多阶段TSR反应及其产物后期演化的一些细节特征和信息,导致一些基本问题仍存在较大的争议,如:1)甲烷在TSR反应和气藏酸化过程中究竟扮演什么角色;2TSR究竟产不产水?3TSR作用对碳酸盐岩储层次生孔隙的贡献怎样?

针对上述科学问题,我校能源学院化石能源勘探理论与开发技术求真团队李开开副教授及其合作者Simion C. George教授和蔡春芳研究员等,选择成岩矿物流体包裹体这一微观流体封闭体系为对象,应用激光拉曼原位成分分析、群体包裹体在线碳、氢同位素分析以及显微温度测试技术,对川东北飞仙关组TSR成因方解石中流体包裹体CH4CO2 δ13C、水δ2H,以及均一温度、盐度进行分析。取得了如下创新认识:

1、在不同温度TSR成因方解石晶体内分别发现了富含H2S的油包裹体、湿气包裹体和甲烷气包裹体(图1),提供了TSR经历油-TSR、湿气-TSR和甲烷气-TSR三个阶段的确凿证据;并明确了整个TSR反应过程中甲烷气碳同位素变化趋势和规律。

2、流体包裹体水随温度的增大呈现明显负偏的δ2H特征(-36.4‰ ~ -67.8‰ 和降低的盐度特征(低至0.9wt% NaCl),表明TSR是一个产水反应;甲烷气-TSR相对油-TSR和湿气-TSR具有明显较高的产水能力。

3、提供了深层TSR体系下碳酸盐矿物发生溶解的流体包裹体CO2碳同位素证据,并提出TSR期间碳酸盐矿物的溶解-沉淀效应在全球并非一成不变,而是主要受控于储层原始物性。

以上研究为深化TSR反应机理的认识提供了新思路和新证据,对预测深埋碳酸盐岩储层孔隙分布具有重要的实际意义。

 

1 不同均一温度TSR方解石晶体内流体包裹体激光拉曼成分差异特征

 

2 TSR成因方解石流体包裹体CO2碳同位素和水氢同位素特征

 

3 阿布扎比地区Khuff组(ab)和川东北地区飞仙关组(cdTSR反应环境对比图

 

上述研究成果发表在地球化学国际权威刊物《Geochimica et Cosmochimica Acta》上:Kaikai Li*, Simon C. George, Chunfang Cai*, Se Gong, Stephen Sestak, Stephane Armand, Xuefeng Zhang. 2019. Fluid inclusion and stable isotopic studies of thermochemical sulfate reduction: Upper Permian and Lower Triassic gasfields, northeast Sichuan Basin, China. Geochimica et Cosmochimica Acta 246: 86-108. [IF2017=4.69]

全文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703718306628

附件20190131082806447384.pdf (2.6497679MB)