天然气地球科学 >

2021 , Vol. 32 >Issue 7: 1073 - 1083

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2021.03.014

天然气地球化学

川中地区侏罗系天然气与原油轻烃地球化学特征对比

  • 卢晓林 , 1 ,
  • 李美俊 1, 2 ,
  • 王小娟 3 ,
  • 唐友军 2 ,
  • 韦腾强 3 ,
  • 何大祥 , 1, 2 ,
  • 洪海涛 3 ,
  • 吴长江 3 ,
  • 冉子超 1
展开
  • 1. 油气资源与探测国家重点实验室，中国石油大学（北京）地球科学学院，北京 102249
  • 2. 油气资源与勘探技术教育部重点实验室，长江大学资源与环境学院，湖北 武汉 430100
  • 3. 中国石油西南油气田公司勘探开发研究院，四川 成都 610041
何大祥（1986-），男，江苏淮安人，讲师，博士，主要从事油气地质与油气地球化学研究. E-mail： .

卢晓林（1992-），男，湖北宜昌人，博士研究生，主要从事地球化学研究. E-mail： .

收稿日期: 2021-02-18

  修回日期: 2021-03-18

  网络出版日期: 2021-07-22

收起

Light hydrocarbon characteristics of oil and gas in Jurassic reservoirs in the center of Sichuan Basin， China

  • Xiao-lin LU , 1 ,
  • Mei-jun LI 1, 2 ,
  • Xiao-juan WANG 3 ,
  • You-jun TANG 2 ,
  • Teng-qiang WEI 3 ,
  • Da-xiang HE , 1, 2 ,
  • Hai-tao HONG 3 ,
  • Chang-jiang WU 3 ,
  • Zi-chao RAN 1
Expand
  • 1. State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting，College of Geosciences，China University of Petroleum （Beijing），Beijing 102249，China
  • 2. Key Laboratory of Exploration Technologies for Oil and Gas Resources，Ministry of Education，College of Resources and Environment，Yangtze University，Wuhan 430100，China
  • 3. Exploration and Development Research Institute of Southwest Oil & Gas Field Company，PetroChina，Chengdu 610041，China

Received date: 2021-02-18

  Revised date: 2021-03-18

  Online published: 2021-07-22

Supported by

The National Science Foundation of China(41972148)

the China National Science and Technology Major Project(2016ZX05004⁃005)

the Foundation of the State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting, China University of Petroleum(Beijing)(PRP/open⁃1710)

Fold

本文亮点

天然气伴生凝析油及轻质油的轻烃地球化学参数常常被用于天然气成因和油—气对比研究，但蒸发分馏等次生作用对天然气和伴生原油的轻烃组成会产生一定的影响。基于川中地区16件侏罗系天然气与伴生凝析油或轻质油样品气相色谱分析，探讨了轻烃组成及相关地球化学参数在天然气和原油中的差异。研究表明：蒸发分馏作用对油气轻烃组成影响明显，相对于伴生原油，天然气轻烃组成具有高异构烷烃和正构烷烃相对含量，而贫环烷烃和芳香烃的特征。蒸发分馏作用对甲基环己烷指数、环己烷指数、Mango参数K 1等成因参数影响不大，伴生原油的这类指标均可以较好地反映天然气的成因类型。蒸发分馏作用对成熟度参数异庚烷值影响较小，而对庚烷值、2，4⁃DMC5/2，3⁃DMC5值影响明显。轻烃化合物沸点的不同可能是导致天然气与原油中不同类型化合物相对含量存在差异的主要原因，并且沸点较低的化合物在天然气中相对含量更高。组成轻烃参数的化合物的沸点差异越大，该参数受蒸发分馏作用影响越大，天然气与伴生原油的该参数值相差也越显著。而当比值参数中组成分子与分母的化合物的沸点之差小于2 ℃时，该参数基本不受蒸发分馏作用的影响。

本文引用格式

卢晓林 , 李美俊 , 王小娟 , 唐友军 , 韦腾强 , 何大祥 , 洪海涛 , 吴长江 , 冉子超 . 川中地区侏罗系天然气与原油轻烃地球化学特征对比[J]. 天然气地球科学, 2021 , 32(7) : 1073 -1083 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2021.03.014

Highlights

The geochemical parameters relative to light hydrocarbons in natural gas and its associated condensate or light oil were frequently used in the investigation of the origin of natural gas and gas-oil correlation. However， the secondary alteration， such as evaporative fractionation effect may exert significant impact on the light hydrocarbon compositions of natural gas and its associated oil. Differences in light hydrocarbon compositions and values of related geochemical parameters between natural gas and relative crude oil were investigated on the basis of gas chromatography analyses of 16 gas samples and their associated condensates or light oils. The results show that evaporative fractionation has evident effect on the composition of light hydrocarbon. The relative abundance of iso-alkane and normal-alkanes in both oil type gas and coal type gas of Jurassic reservoirs in the study area is higher than that of associated oil. In contrast， the associated oil is more abundant in cycloalkane and aromatic hydrocarbon （benzene and toluene） than that of natural gas. Evaporative fractionation does not have much effect on the genetic type indicators， such as the MCH index （MCyC6/（nC7+MCyC6+1，1DMCyC5+1，c3DMCyC5+1，t3DMCyC5+1，t2DMCyC5）×100），CH index（CyC6/（nC6+CyC6+MCyC5）×100） and Mango’s LH parameter K1 value （（2-MC6+2，3-DMC5）/（3-MC6+2，4-DMC5））. As for thermal maturity parameters， evaporative fractionation affects iso-heptane value slightly， but significantly on n-Heptane value and 2，4-DMP/2，3-DMP ratio. The difference of the boiling point of compounds may be the main reason for the difference of the relative contents of compounds in natural gas and oil. Moreover， compounds with lower boiling points are relatively more abundant in natural gas. The larger the difference of the boiling points of the compounds， the greater the influence of evaporative fractionation on the light hydrocarbon parameters. While， the parameters were almost unaffected by evaporative fractionation， if the difference between the boiling points of the compounds that serve as the numerator and denominator in the ratio is approximately less than 2 ℃.

0 引言

轻烃（C1-C10低碳数烃类）是原油与天然气的重要组成部分［1］，轻烃地球化学参数被广泛地应用于油气成因类型及成熟度研究［2-5］。除油气成因和热演化程度外，蒸发分馏等次生作用也会对油气轻烃组成产生影响［6-7］。蒸发分馏作用主要是指原油与天然气分离的过程［1， 8］，其对油气轻烃组成的影响有时是相当显著的［9］。然而，蒸发分馏作用对油气轻烃影响的系统研究仍不多见。THOMPSON［8］研究发现蒸发分馏作用可以明显影响残留原油中轻烃的含量，导致其轻烃组分中芳香烃和环烷烃的含量相对高于相应链烷烃。THOMPSON［10］基于模拟实验提出了判识残留原油蒸发分馏作用的Thompson参数（甲苯/正庚烷和正庚烷/甲基环己烷），并且Thompson参数被广泛应用于残留原油的蒸发分馏作用判识［11-12］。然而，MANGO［13］研究发现基于Thompson参数判识为遭受蒸发分馏作用影响的原油，其一些挥发敏感参数并没有表现出异常，Thompson参数似乎对蒸发分馏作用并不敏感。陈建平等［9］通过准噶尔盆地南缘凝析油、蜡质油及稠油的研究也提出，受蒸发分馏作用影响，原油的甲苯/正庚烷参数存在很大的不确定性。因此，蒸发分馏作用的判识需要基于研究区烃源岩生烃史、油气分子组成等多种地质因素综合考虑。胡国艺等［14］基于四川盆地须家河组凝析油与天然气轻烃参数的对比发现，蒸发分馏作用对Ctemp参数［15］、甲苯/正庚烷等参数影响较大，而对一些成因类型参数，如Mango 轻烃参数K 1、K 2值，影响较小。蒸发分馏作用的影响因素较为复杂，可能主要受单个化合物沸点（挥发性）的影响［1］，而化合物的沸点与其分子结构、相对分子质量密切相关。此外，气液两相体系的温度、压力可能也是重要的影响因素［9］。CANIPA-MORALES等［16］基于原油样品蒸发分馏实验发现，原油中较高沸点的轻烃化合物，如正庚烷、甲基环己烷等，相对含量明显增加。孙秀丽等［17］通过原油样品的挥发模拟实验指出C7烃类化合物挥发性由强到弱依次为C7-支链烷烃、正庚烷、甲基环己烷及甲苯。
四川盆地中部侏罗系天然气往往与轻质油、凝析油伴随产出，天然气伴生凝析油的轻烃参数常常被用来研究天然气的成因及来源［18-19］，然而，应用伴生原油样品的轻烃参数能否准确表征天然气的特征仍有待进一步分析。另外，前人对蒸发分馏作用的研究多关注残留原油轻烃组成的变化，而对原油与所分馏出天然气的轻烃组分仍缺乏较为系统地对比。本文对川中地区8口井侏罗系天然气与其伴生凝析油或轻质油的轻烃地球化学特征进行对比研究，从而探讨了蒸发分馏作用对油气轻烃组成以及常用轻烃参数的影响，以期对研究区油气勘探起到一定的指示作用。

1 地质概况

四川盆地油气资源丰富，而研究区位于四川盆地中部，目前在侏罗系已经探明了中台山、公山庙、莲池、桂花及金华5个油田［20］，另外发现秋林、八角场、营山、南充等多个含油气构造显示出一定的勘探潜力（图1）。川中地区烃源岩丰富，发育有多套生储盖组合。上三叠统须家河组主要为受大型缓坡控制的三角洲沉积。须一段、须三段和须五段烃源岩发育，其有机质丰度和成熟度均较高（R O值介于0.82%~1.68%之间），以生气为主［21］。川中地区侏罗系自下而上依次发育自流井组、凉高山组、沙溪庙组、遂宁组和蓬莱镇组，自流井组大安寨段和凉高山组被证明是侏罗系主要的烃源层（图2）。大安寨段以湖相沉积为主，自下而上可进一步划分为大三亚段（Da3）、大一三亚段（Da1 3）和大一亚段（Da1）。其中，大一三亚段黑色湖相泥岩为有机质丰度高，偏腐泥型的成熟（R O值介于0.8%~1.1%之间）烃源岩，具有很高的生烃潜力［18］。而大三亚段和大一亚段介壳灰岩发育，是大安寨段的重要储层。凉高山组自下而上可以进一步划分为凉下段（J1 l 1）和凉上段（J1 l 2）［22］，烃源岩主要分布于凉上段，而凉下段则以红色泥岩和细砂岩沉积为主。川中地区目前已经在下侏罗统自流井组珍珠冲段、东岳庙段、大安寨段，凉高山组以及中侏罗统沙溪庙组沙一段和沙二段多个层系发现工业性油气藏，显示出很大的勘探前景。
图1 川中地理位置及侏罗系主要含油气构造分布

Fig.1 Generalized map showing the main oil or gas fields structures distribution and geographic position in the central Sichuan Basin

图2 川中地区上三叠统及侏罗系地层柱状图

Fig.2 Generalized stratigraphic column of Jurassic and Upper Triassic in the central Sichuan Basin

2 样品及实验方法

本文研究在川中公山庙、八角场、秋林和金华构造共采集了8口井的天然气和伴生凝析油或轻质油。其中，大安寨段天然气和伴生轻质油各2件，沙一段天然气和伴生轻质油各3件，沙二段天然气和伴生凝析油各3件（表1）。天然气和原油样品均在井口分离器采集，并分别采用钢瓶和玻璃瓶密封存储。为避免长时间保存导致轻烃的损失，采样结束后立即进行气相色谱分析。
表1 川中地区侏罗系原油和天然气轻烃地球化学参数

Table 1 Light hydrocarbons data for Jurassic oil and gas samples from the central of Sichuan Basin

井号 层位 类型 MCH 指数 C7化合物含量/% CH 指数 C6化合物含量/% K 1 Ctemp/℃
MCyC6 DCyC5 nC7 MCyC5 CyC6 nC6
H5 J2 s 2 凝析油 69.5 69.5 11.5 19.0 51.9 18.6 51.9 29.6 1.13 134.1
Q8 J2 s 2 凝析油 61.6 61.6 14.1 24.3 56.0 16.9 56.0 27.1 1.14 132.5
J71H J2 s 2 凝析油 68.0 68.0 8.7 23.3 54.5 12.4 54.5 33.1 1.12 135.0
G16 J2 s 1 轻质油 50.0 50.2 11.3 38.5 29.0 20.3 29.5 50.2 1.01 135.0
GH16 J2 s 1 轻质油 46.9 46.9 10.2 42.9 25.5 15.2 25.5 59.3 1.03 135.4
GH18 J2 s 1 轻质油 47.1 47.1 10.9 42.0 25.6 15.7 25.6 58.7 1.03 135.1
G108X J1 dn 轻质油 46.3 46.3 11.2 42.5 28.5 17.3 28.5 54.2 1.04 131.1
J94 J1 dn 轻质油 44.9 44.9 12.5 42.6 29.1 17.8 29.2 53.0 1.12 127.0
H5 J2 s 2 天然气 76.6 76.6 15.0 8.4 43.8 22.7 43.8 33.5 1.16 138.1
Q8 J2 s 2 天然气 68.7 68.7 15.7 15.6 43.9 19.6 43.9 36.5 1.16 136.7
J71H J2 s 2 天然气 74.9 74.9 12.0 13.1 48.7 15.2 48.7 36.1 0.98 141.4
G16 J2 s 1 天然气 43.2 43.2 19.3 37.5 16.7 19.1 16.7 64.2 1.13 136.0
GH16 J2 s 1 天然气 48.2 48.2 12.4 39.4 15.2 14.2 15.2 70.5 1.03 -
GH18 J2 s 1 天然气 39.4 39.4 17.4 43.2 12.8 13.9 12.8 73.3 1.07 141.6
G108X J1 dn 天然气 48.3 48.3 13.1 38.7 19.1 16.8 19.1 64.1 1.17 -
J94 J1 dn 天然气 46.5 46.5 15.8 37.7 21.2 16.5 21.2 62.2 1.12 132.6

MCH指数=MCyC6/（nC7+MCyC6+1，1⁃DMCyC5+1，c3⁃DMCyC5+1，t3⁃DMCyC5+1，t2⁃DMCyC5）×100；CH指数=CyC6/（nC6+CyC6+MCyC5）×100；K 1=（2⁃MC6+2，3⁃DMC5）/（3⁃MC6+2，4⁃DMC5）；Ctemp（℃）=140+15×（Ln［2，4⁃DMC5/2，3⁃DMC5）］

原油和天然气样品均在安捷伦6890GC气相色谱仪上进行。载气为氦气，流量控制在1.0 mL/min。色谱柱采用HP-PONA石英毛细柱（50 m×0.20 mm×0.5 μm）。原油样品色谱升温程序为初温35 ℃，保留5 min，再以3 ℃/min升至70 ℃，然后以4.5 ℃/min升至300 ℃，保留35 min；FID检测器温度为300 ℃，氢气和空气的流量分别为40 mL/min和400 mL/min。天然气样品的升温程序是初温35 ℃，保留5 min，以3 ℃/min升至70 ℃，再以15 ℃/min升至300 ℃。

3 结果与讨论

3.1　油气轻烃分布

四川盆地侏罗系凝析油中富含低碳数烃类化合物［图3（a）］，如Q8井沙二段凝析油碳数分布范围为C4-C20，轻烃化合物含量极为丰富。而本次主要对原油与天然气中的C4-C7轻烃化合物组成特征进行了分析。气相色谱共检测出凝析油中26个C4-C7轻烃化合物，按照结构可以分为链烷烃（异构烷烃和正构烷烃）、环烷烃及芳香烃［图3（b）］。天然气以C1-C4化合物为主，C5-C7轻烃化合物含量明显较凝析油低，并且并未检测出苯和甲苯［图3（c）］。
图3 川中地区Q8井沙二段凝析油和天然气气相色谱

（a） 凝析油全油气相色谱；（b） 凝析油轻烃分布；（c）天然气轻烃分布iC4： 异丁烷；nC4： 正丁烷；iC5： 异戊烷； nC5： 正戊烷；2，2-DMC4： 2，2-二甲基丁烷；CyC5： 环戊烷；2-MC5： 2-甲基戊烷；3-MC5： 3-甲基戊烷；nC6： 正己烷；2，2-DMC5： 2，2-二甲基戊烷；MCyC5： 甲基环戊烷；2，4-DMC5 ： 2，4-二甲基戊烷；Benz： 苯；3，3-DMC5： 3，3-二甲基戊烷；CyC6： 环己烷；2-MC6： 2-甲基己烷；2，3-DMC5： 2，3-二甲基戊烷；1，1-DMCyC5： 1，1-二甲基环戊烷；3-MC6： 3-甲基己烷；1， c3-DMCyC5： 顺-1，3-二甲基环戊烷；1， t3-DMCyC5： 反-1，3-二甲基环戊烷；nC7：正庚烷和反-1，2-二甲基环戊烷交换位置；1， t2-DMCyC5： 反-1，2-二甲基环戊烷；MCyC6： 甲基环己烷；ECyC5： 乙基环戊烷；Tol： 甲苯

Fig.3 Gas chromatogram of the condensate and nature gas from Well Q8 in J2 s 2 of the central of Sichuan Basin

除了芳香烃，油气中链烷烃与环烷烃的相对含量也存在明显差异。C5-C7轻烃组成三角图常常被用于判识天然气的成因类型［23］。如图4所示，川中大安寨及沙一段天然气主要为油型气，沙二段天然气主要为煤型气。这一特征与天然气组分碳同位素特征相符，大安寨段及沙一段天然气的甲烷和乙烷同位素值分别介于-47.9‰~-43.3‰和-35.7‰~-34.0‰之间，表现出油型气的特点。而沙二段气样甲烷和乙烷同位素值介于-38.9‰~-35.8‰和-25.9‰~-24.2‰之间，呈现出煤型气的特征。然而，无论是油型气还是煤型气相较于伴生凝析油或轻质油均具有相对富含链烷烃，而贫环烷烃的特征。由此可见，除了油气成因类型［23］，蒸发分馏作用也是影响研究区原油和天然气轻烃组成的重要因素。iC4/nC4，iC5/nC5，2-MC5/nC6，2-MC6/nC7等轻烃参数常常被用于原油及天然气的对比研究［24］。如图4（a），川中大安寨段—沙一段及沙二段天然气iC4/nC4和iC5/nC5 参数值均较其伴生原油的相应参数值高，2-MC5/nC6与2-MC6/nC7交会图也呈现出相似的特征［图4（b）］。因此，天然气相较于其伴生原油异构烷烃的相对含量更高，并且这一特征在C5-C7轻烃组成三角图（图5）也有体现。所以，受蒸发分馏作用的影响，川中侏罗系天然气轻烃组分相对于其伴生凝析油具有相对富含异构烷烃和正构烷烃，而贫环烷烃和芳香烃的特点。
图4 川中地区侏罗系原油与天然气轻烃组成分析

（a） iC4/nC4 vs. iC5/nC5； （b） 2-MC5/nC6 vs. 2-MC6/nC7

Fig.4 The light hydrocarbon compositionof natural gas and oil in Jurassic reservoirs of the central of Sichuan Basin

图5 川中地区侏罗系原油与天然气C5 -C7轻烃组成三角图

（底图据胡国艺等［23］）

Fig.5 Ternary diagram of C5-C7 n-alkanes， isoalkanes and cycloalkanes （normalized to 1） of gas and oil in Jurassic reservoirs of the central of Sichuan Basin （the base map is modified according to HU et al.［23］）

蒸发分馏作用可能主要受单个化合物沸点（挥发性）的影响［1］。孙秀丽等［17］提出原油中C7化合物挥发性由强到弱依次为C7-支链烷烃、正庚烷、甲基环己烷及甲苯。就C5化合物而言，异戊烷、正戊烷和环戊烷的沸点分别为28 ℃、36.1 ℃和49.3 ℃［1，16］；而对于C6化合物，2，2-二甲基丁烷、2-甲基戊烷、3-甲基戊烷的沸点分别为50.0 ℃、60.0 ℃和63.0 ℃，正己烷与环己烷的沸点为68.7 ℃和80.8 ℃。无论是C5、C6还是C7化合物，相同碳数的化合物其沸点均表现为异构烷烃<正构烷烃<环烷烃的特点。而正是化合物沸点的这种特点导致川中侏罗系天然气轻烃组成中异构烷烃和正构烷烃相对含量相较于伴生原油更高（图5）。所以，总的说来轻烃化合物沸点的不同可能是导致天然气与原油中不同类型化合物相对含量存在差异的主要原因，并且一般而言，沸点较低的化合物在天然气中相对含量更高。

3.2　蒸发分馏作用对轻烃参数的影响

轻烃化合物比值参数被广泛地应用于原油族群划分，油源对比及油气对比的研究中。蒸发分馏作用对油气轻烃组成影响明显，那么对轻烃参数存在怎样的影响？为了探讨蒸发分馏作用对参数影响的强弱与构成该参数的化合物的沸点之间的关系，本文对天然气与伴生原油一系列的轻烃参数进行了对比分析。1，c3-/1，t2-DMCyC5、2-MC6/3-MC6、2-MC5/3-MC5、3-MC5/nC6、3-MC6/nC7、iC5/nC5、2-MC6/nC7、2-MC5/nC6、iC4/nC4 参数比值中分子与分母化合物的沸点之差分别为-1.1 ℃、-2.0 ℃、-3.0 ℃、-5.7 ℃、-6.5 ℃、-8.1 ℃、-8.5 ℃、-8.7 ℃、-11.5 ℃［1，16］。如图6所示，比值中组成分子与分母的化合物的沸点差异越大，该参数受蒸发分馏作用影响越显著，即天然气与伴生原油的该参数值相差越大。而当比值中分子与分母化合物的沸点之差大约小于2.0 ℃时，该参数基本不受蒸发分馏作用的影响，天然气与伴生原油的参数值相差很小。
图6 川中地区原油与天然气轻烃参数对比

横坐标所代表的轻烃参数（参数比值中组成分子与分母的化合物的沸点之差）分别为：1：1， c3-/1， t2-DMCyC5 （1.1℃）；2：2-MC6/3-MC6 （2.0 ℃）；3：2-MC5/3-MC5 （3.0 ℃）；4：3-MC5/nC6 （5.7 ℃）；5：3-MC6/nC7 （6.5 ℃）；6：iC5/nC5 （8.1 ℃）；7：2-MC6/nC7 （8.5 ℃）；8：2-MC5/nC6 （8.7 ℃）；9：iC4 /nC4 （11.5 ℃）

Fig.6 Comparison of light hydrocarbon parameters between natural gas and crude oil from the central of Sichuan Basin

轻烃参数比值中分子与分母化合物的沸点差异越大，该参数受蒸发分馏作用影响也越大。那么，蒸发分馏作用是否会影响应用轻烃参数判识油气成因和评价油气成熟度的结果？我们知道常见的成因类型参数与成熟度参数往往是由多个化合物，甚至是多种结构的化合物构成的，并且不同参数评价标准也存在差异，很难一概而论。下文将对常见的轻烃成因类型参数和成熟度参数进行讨论。

3.3　成因类型参数

3.3.1　C6 及C7不同类型化合物

蒸发分馏作用对油气轻烃组成的影响是相当明显的，为了探讨蒸发分馏对油气成因及成熟度轻烃参数的影响，本文对天然气及其伴生凝析油或轻质油常用的轻烃参数进行了对比。C7轻烃馏分的相对含量常常被用于判识天然气及原油的母质类型［6， 23］。正庚烷被认为主要来源于细菌和藻类，甲基环己烷主要来源于高等植物的纤维素、木质素及糖类，而二甲基环戊烷可能主要来源于水生生物的环状类脂体［25］。MCH指数（甲基环己烷指数）可以用于判识油气母质类型，MCH指数>50% 指示油气来源于腐殖型烃源岩，而MCH指数<50% 指示油气母质偏腐泥型［25-26］。如表1所示，大安寨段—沙一段油气MCH指数基本均小于50%，而沙二段油气样品MCH指数均大于50%。大安寨段及沙一段油气来源于偏腐泥型烃源岩，沙二段油气来源于偏腐殖型烃源岩。然而不同来源的天然气与其伴生原油的甲基环己烷指数均相差不大。甲基环己烷、二甲基环戊烷及正庚烷组分三角图显示（图7），川中大安寨段及沙一段天然气为油型气，沙二段天然气呈现出相对较高的甲基环己烷含量，为煤型气。而无论是煤型气还是油型气总体上均与其伴生原油分布在三角图中相同区域。并且甲基环己烷、二甲基环戊烷及正庚烷沸点较为接近，因此蒸发分馏作用对甲基环己烷、二甲基环戊烷及正庚烷的相对含量影响不大。伴生凝析油或轻质油的C7轻烃化合物组成可以用于判识天然气的成因类型。
图7 川中地区侏罗系原油与天然气甲基环己烷、二甲基环戊烷及正庚烷组成三角图（底图据胡国艺等［23］）

Fig.7 Ternary diagram of methylcyclohexane （MCyC6）， dimethyl-cyclopentanes （DMCyC5） and n-heptane （nC7） for natural gas and oil in Jurassic reservoirs of the central of Sichuan Basin （the base map is modified according to HU et al.［23］）

C6轻烃化合物组成也可以反映原油及天然气的母质类型［27-28］，油气中六元环结构的化合物（如环己烷）主要由植物木质素和纤维素中六元含氧环演化形成，因此可以反映腐殖型有机质的贡献［28］。而油气轻烃化合物中丰富的正构烷烃含量往往反映腐泥型母质的贡献。一般而言，CH指数（环己烷指数）<27%±2% 指示油气母质类型为腐泥型，而CH指数>27%±2% 指示油气母质类型为腐殖型［25］。大安寨段和沙一段油气CH指数基本均小于29%，而沙二段油气的CH指数远大于29%（表1）。值得注意的是，无论是大安寨段和沙一段油型气还是沙二段煤型气，其CH指数均小于伴生原油的CH指数，但这一差异并不大，并不影响油气类型的判识。如图8所示，川中侏罗系大安寨段—沙一段天然气C6轻烃化合物中正己烷含量较高，而沙二段天然气中环己烷含量相对较高。同样反映了大安寨段—沙一段天然气主要来源于偏腐泥型的烃源岩，而沙二段天然气主要来源于偏腐殖型的烃源岩。这一结论与图4、图7反映结果相一致。正己烷、甲基环戊烷和环己烷的沸点分别为68.7 ℃、71.8 ℃和80.8 ℃，其中正己烷沸点最低。大安寨段—沙一段及沙二段天然气相对于其伴生原油均相对富含正己烷，但总体而言，天然气与伴生原油不同类型C6轻烃化合物的相对含量差别不大。所以，伴生原油的C6轻烃化合物组成在一定程度上也可以较好的反映天然气的母质来源。
图8 川中地区侏罗系原油与天然气甲基环戊烷、环己烷及正己烷组成三角图（底图据沈忠民等［28］）

Fig.8 Ternary diagram of cyclohexane （CyC6）， methylcyclopentane （MCyC5） and n-hexane （nC6） for natural gas and oil in Jurassic reservoirs of the central of Sichuan Basin （the base map is modified according to SHEN， et al.［28］）

3.3.2　MANGO参数

MANGO［13］通过大量原油样品的分析发现2-甲基己烷（2-MC6）、2，3-二甲基戊烷（2，3-DMC5）与3-甲基己烷（3-MC6）、2，4-二甲基戊烷（2，4-DMC5）绝对浓度的比值表现出了明显的不变性，并用K 1来表示（2-MC6+2，3-DMC5）/（3- MC6+2，4-DMC5），即K 1≈1.0［13］。（2-MC6+2，3-DMC5） /C7与（3-MC6+2，4-DMC5） /C7 值常常被用于油源对比及原油族群划分［29］。如图9所示，川中侏罗系天然气（2-MC6+2，3-DMC5） /C7与（3-MC6+2，4-DMC5） /C7 值均较其伴生原油高，但天然气与伴生原油样品点总体分布在同一直线上。天然气样品K 1平均值为1.13，其伴生原油的K 1平均值为1.12，呈现出很高一致性（表1）。CANIPA-MORALES等［16］基于原油不同时长的蒸发分馏实验模拟发现，不同蒸发时长的原油其（2-MC6+2，3-DMC5）/C7值与（3-MC6+2，4-DMC5）/C7 值关系不变。因此，蒸发分馏作用并不会改变油气的K 1值。
图9 川中地区侏罗系原油与天然气（2-MC6+2，3-DMC5） /C7与（3-MC6+2，4-DMC5） /C7 关系对比

Fig.9 Plot of （2-MC6+2， 3-DMC5）/C7 vs. （3-MC6+2， 4-DMC5）/C7 between natural gas and oil in Jurassic reservoirs of the central of Sichuan Basin

3.4　成熟度参数

原油和天然气中轻烃的分布受沉积环境，有机质类型，次生变化以及成熟度等多种因素影响。就热稳定性而言，链烷烃和芳香烃的热稳定性要高于环烷烃［1］。由于对热演化具有较高的敏感性，一些轻烃参数常被应用于油气的成熟度评价。THOMPSON［30-31］ 基于大量烃源岩样品的轻烃分析发现，轻烃的组成与其埋藏过程中经历的最高温度相关，并提出了后来被广泛应用于原油分类及成熟度研究的指标—庚烷值和异庚烷值。程克明等［32］应用庚烷值和异庚烷值对东濮凹陷原油成熟度进行了刻画，并建立了使用正庚烷值和异庚烷值评价陆相原油成熟度的标准。如图10所示，川中侏罗系天然气和伴生原油总体处于成熟—高成熟阶段。并且，天然气的异庚烷值与伴生原油相差不大，而庚烷值明显要低于伴生原油的庚烷值。
图10 川中地区侏罗系原油与天然气庚烷值与异庚烷值相关关系（底图据程克明等［32］修改）

Fig.10 Cross plot of heptane values and isoheptane values in natural gas and oil in Jurassic reservoirs of the central of Sichuan Basin （the base map is modified according to CHENG et al.［32］）

异庚烷值的计算公式为I=（2-MC6+3-MC6）/（1，c3-DMCyC5+1，t3-DMCyC5+1，t2-DMCyC5）。从化合物的沸点来看，2-MC6和3-MC6 的沸点分别为90.0 ℃和92.0 ℃，1，c3-DMCyC5、1，t3-DMCyC5和1，t2-DMCyC5 沸点分别为90.8 ℃、91.7 ℃和91.9 ℃。构成分子与分母化合物的沸点差值均小于2 ℃，异庚烷值受蒸发分馏作用的影响很小。庚烷值 H = （nC7×100）/ （CyC6+ 2-MC6+ 1，1-DMCyC5 + 3-MC6+ 1，c3-DMCyC5 + 1，t3-DMCyC5 + 1，t2-DMCyC5 +nC7+ MCyC6）。其中，nC7和MCyC6的沸点分别为98.5 ℃和100.9 ℃，而其他化合物沸点均低于92 ℃。上文已经论述，沸点较低的化合物在天然气中比在原油中相对含量更高。而构成庚烷值化合物的沸点相差很大，必然导致天然气与伴生原油的庚烷值差别较大。因此，蒸发分馏作用对油气异庚烷值的影响不大，而对庚烷值的影响明显。
由于2，4-DMC5/2，3-DMC5值与油气的生成温度具有很好的相关性［33］，该参数也常被用于油气的成熟度研究［28］。BEMENT等［15］提出了应用2，4-DMC5/2，3-DMC5值计算油气生成温度的公式，即：C temp=140+15［Ln（2，4-DMC5/2，3-DMC5）］。川中侏罗系天然气2，4-DMC5/2，3-DMC5值均高于其伴生原油，而天然气Ctemp参数普遍较其伴生原油高1.0~6.5 ℃（表1）。从化合物的沸点来看，2，4-DMC5和2，3-DMC5的沸点分别为80.4 ℃和89.7 ℃，沸点之差达到9.3 ℃。所以，2，4-DMC5/2，3-DMC5值受蒸发分馏作用影响明显。

4 结 论

（1）蒸发分馏作用对油气轻烃组成影响明显，川中侏罗系，无论是煤型气还是油型气，其轻烃组分相对于伴生原油均具有相对富含异构烷烃和正构烷烃，而贫环烷烃和芳香烃的特征。轻烃化合物沸点的不同可能是导致天然气与原油中不同类型化合物相对含量存在差异的主要原因，一般而言，沸点较低的化合物在天然气中相对含量更高。
（2）蒸发分馏作用对甲基环己烷指数、环己烷指数、Mongo参数K 1等成因参数影响不大，伴生原油样品的甲基环己烷、二甲基环戊烷和正庚烷的相对含量，甲基环戊烷、环己烷、正己烷的相对含量等指标均可以较好地反映天然气的成因类型。蒸发分馏作用对可以反映成熟度的异庚烷值影响较小，而对庚烷值、2，4⁃DMC5/2，3⁃DMC5值影响明显。
（3）组成轻烃参数的化合物的沸点差异越大，该参数受蒸发分馏作用影响越显著，天然气与伴生原油的该参数值相差也就越大。而当参数比值中组成分子与分母的化合物的沸点之差小于2 ℃时，该参数基本不受蒸发分馏作用的影响。

参考文献

原文顺序 | 文献年度倒序 | 文中引用次数倒序
1
胡国艺， 李剑， 谢增业， 等.天然气轻烃地球化学［M］. 北京：石油工业出版社，2018：1-262.

HU G Y， LI J， XIE Z Y， et al. Geochemistry of Light Hydrocarbons in Natural Gas［M］.Beijing： Petroleum Industry Press， 2018：1-262.

2
张春明. 石油中轻烃的成因及其应用［J］.石油天然气学报（江汉石油学院学报）， 2005， 27（2）：146-148.

ZHANG C M. Origin and application of light hydrocarbons in petroleum［J］.Journal of Oil and Gas Technology，2005，27（2）：146-148.

3
谢增业， 杨威， 胡国艺， 等. 四川盆地天然气轻烃组成特征及其应用［J］. 天然气地球科学， 2007， 18（5）：720-725.

XIE Z Y， YANG W， HU G Y， et al. Light hydrocarbon compositions of natural gases and their application in Sichuan Basin［J］. Nature Gas Geoscience， 2007， 18（5）：720-725.

4
ZHANG C， LI S， ZHAO H， et al. Applications of Mango’s light hydrocarbon parameters to petroleum from Tarim Basin， NW China［J］. Applied Geochemistry， 2005， 20（3）：545-551.

5
沈忠民， 姜敏， 刘四兵， 等.四川盆地陆相天然气成因类型划分与对比［J］. 石油实验地质， 2010， 32（6）：560-565.

SHEN Z M， JIANG M， LIU S B， et al. Partition and contrast on genetic type of continental natural gas in the Sichuan Basin［J］. Petroleum Geology & Experiment，2010，32（6）：560-565.

6
杨禄， 张春明， 李美俊， 等. 轻度微生物降解作用对原油中C7轻烃的影响：以大宛齐油田为例［J］. 地球化学， 2015， 44（5）：485-492.

YANG L， ZHANG C M， LI M J， et al. Influence of slight biodegradation on C7 hydrocarbons in crude oils： A case study of Dawanqi Oilfield in Tarim Basin［J］. Geochimica， 2015， 44（5）：485-492.

7
CHAI Z， CHEN Z H， LIU H， et al. Light hydrocarbons and diamondoids of light oils in deep reservoirs of Shuntuoguole Low Uplift， Tarim Basin： Implication for the evaluation on thermal maturity， secondary alteration and source characteristics［J］.Marine and Petroleum Geology， 2020，117：1-18.

8
THOMPSON K F M. Gas-condensate migration and oil fractionation in deltaic systems［J］. Marine and Petroleum Geology， 1988， 5（3）：237-246.

9
陈建平， 邓春萍， 王绪龙， 等.准噶尔盆地南缘凝析油、蜡质油与稠油的形成机理［J］. 中国科学：地球科学， 2017， 47（5）：567-585.

CHEN J P， DENG C P， WANG X L， et al. Formation mechanism of condensates， waxy and heavy oils in the southern margin of Junggar Basin［J］. Science China：Earth Sciences，2017， 47（5）：567-585.

10
THOMPSON K F M.Fractionated aromatic petroleums and the generation of gas-condensates［J］. Organic Geochemistry， 1987， 11（6）：573-590.

11
傅宁， 李友川， 陈桂华， 等.东海西湖凹陷油气“蒸发分馏”成藏机制［J］. 石油勘探与开发， 2003， 30（2）：39-42.

FU N， LI Y C， CHEN G H， et al， Pooling mechanisms of “evaporating fractionation” of oil and gas in the Xihu depression， East China Sea［J］. Petroleum Exploration and Development， 2003， 30（2）：39-42.

12
何文祥， 王培荣， 潘贤庄， 等.莺—琼盆地原油的蒸发分馏作用［J］. 石油勘探与开发， 2004， 31（4）：52-54.

HE W X， WANG P R， PAN X Z， et al. Evaporative fractionation of crude oils in the Ying-Qiong Basin［J］. Petroleum Exploration and Development， 2004， 31（4）：52-54.

13
MANGO F D. The light hydrocarbons in petroleum： A critical review［J］. Organic Geochemistry， 1997， 26（7）：417-440.

14
胡国艺， 汪为胜， 廖凤蓉.煤成气轻烃地球化学特征及其影响因素——以四川盆地须家河组为例［J］. 岩石学报， 2012， 28（3）：905-916.

HU G Y， WANG W S， LIAO F R. Geochemical characteristics and its influencing factors of light hydrocarbon in coal-derived gas： A case study of Sichuan Basin［J］. Acta Petrologica Sinica， 2012， 28（3）：905-916.

15
BEMENT W， LEVEY R A， MANGO F D. The temperature of oil generation as defined with C7 chemistry parameter （2， 4-DMP/2，3-DMP ratio）［C］//GRIMALT J O， DORRONSORO C. Organic Geochemistry： Developments and Applications to Energy， Climate， Environment and Human History. Proceedings of the International Meeting on Organic Geochemistry， San Sebastian， 1995.

16
CANIPA-MORALES N K， GALAN-VIDAL C A， GUZMAN-VEGA M A， et al. Effect of evaporation on C7 light hydrocarbon parameters［J］. Organic Geochemistry，2003，34（6）：813-826.

17
孙秀丽， 万永刚， 刘照伟， 等. 挥发作用对C5-C8轻烃指标的影响：模拟实验证据［J］. 石油学报， 2013， 34（6）：1060-1069.

SUN X L， WAN Y G， LIU Z W， et al. Effects of natural evaporation on C5-C8 light hydrocarbon indicators： Evidence from experimental results in the laboratory［J］. Acta Petrolei Sinica， 2013， 34（6）：1060-1069.

18
陈世加， 刘超威， 杨跃明， 等.川中八角场构造大安寨段凝析气藏形成机制再认识［J］. 天然气工业， 2013， 33（9）：29-35.

CHEN S J， LIU C W， YANG Y M， et al. Restudy of the formation mechanism of the Da'anzhai condensate gas reservoir in the Bajiaochang structure， Middle Sichuan Basin［J］. Natural Gas Industry， 2013， 33（9）：29-35.

19
王玮， 沈忠明， 裴森奇， 等.致密砂岩气藏油气轻烃特征及其地质——以四川盆地西北部须家河组气藏为例［J］. 石油实验地质， 2018， 40（6）：818-827.

WANG W， SHEN Z M， PEI S Q， et al. Light hydrocarbon characteristics of petroleum in a tight sandstone gas reservoir and its geological significance： A case study of the Upper Triassic Xujiahe Formation gas reservoir in the northwestern Sichuan Basin［J］. Petroleum Geology & Experiment， 2018， 40（6）：818-827.

20
陈世加， 张焕旭， 路俊刚， 等.四川盆地中部侏罗系大安寨段致密油富集高产控制因素［J］. 石油勘探与开发， 2015， 42（2）：186-193.

CHEN S J， ZHANG H X， LU J G， et al. Controlling factors of Jurassic Da’anzhai Member tight oil accumulation and high production in central Sichuan Basin， SW China［J］. Petroleum Exploration and Development， 2015， 42（2）：186-193.

21
张武.川中地区须家河组天然气成藏条件研究［D］. 成都：成都理工大学， 2013：1-73.

ZHANG W. The Formation Conditions of Gas Reservoiring in the Xujiahe Formation in Central Sichuan Basin［D］. Chengdu：Chengdu Univerisity of Technology， 2013：1-73.

22
QING Y H， LV Z X， WU J Y， et al.Formation mechanisms of calcite cements in tight sandstones of the Jurassic Lianggaoshan Formation， northeastern Central Sichuan Basin［J］. Australian Journal of Earth sciences， 2019， 66（5）：723-740.

23
胡国艺， 李剑， 李谨， 等. 判识天然气成因的轻烃指标探讨［J］. 中国科学：D辑：地球科学， 2007， 37（2）：111-117.

HU G Y， LI J， LI J， et al. Preliminary study on the origin identification of natural gas by the parameters of light hydrocarbon［J］. Science in China：Series D， 2007， 37（2）：111-117.

24
王涛.中国天然气地质理论基础与实践［M］. 北京： 石油工业出版社， 1997： 1-285.

WANG T. Theoretical Foundation and Practice of Natural Gas Geology in China［M］.Beijing： Petroleum Industry Press， 1997：1-285.

25
胡惕麟， 戈葆雄， 张义纲， 等.源岩吸附烃和天然气轻烃指纹参数的开发和应用［J］. 石油实验地质，1990，12（4）：375-394.

HU T L， GE B X， ZHANG Y G， et al. The development and application of fingerprint parameters for hydrocarbons absorbed by source rocks and light hydrocarbons in natural gas［J］.Petroleum Geology & Experiment，1990，12（4）：375-394.

26
YANG L， ZHANG C， LI M， et al.The effect of slight to minor biodegradation on C6 to C7 light hydrocarbons in crude oils： A case study from Dawanqi Oilfield in the Tarim Basin NW China［J］. Acta Geochimica， 2016， 35（2）：203-214.

27
任拥军， 吕琳， 柳飒， 等.板桥凹陷原油轻烃地球化学特征［J］. 天然气地球科学， 2014， 25（8）：1218-1225.

REN Y J， LV L， LIU S， et al. Geochemical characteristics of light hydrocarbons in Banqiao Sag［J］. Natural Gas Geosci-ence， 2014， 25（8）：1218-1225.

28
沈忠民， 王鹏， 刘四兵， 等.川西坳陷中段天然气轻烃地球化学特征［J］. 成都理工大学学报：自然科学版， 2011， 38（5）：500-506.

SHEN Z M， WANG P， LIU S B， et al. Geochemical characteristics of light hydrocarbon in natural gas in the middle member of the west Sichuan Depression，China［J］.Journal of Cheng-du University of Technology：Science & Technology Edition， 2011， 38（5）：500-506.

29
朱扬明， 张春明. Mango轻烃参数在塔里木原油分类中的应用［J］. 地球化学， 1999， 28（1）：26-33.

ZHU Y M， ZHANG C M. Applicaton of Mango's light hydrocarbon parameters in classification of oils from Tarim Basin［J］. Geochimica， 1999， 28（1）：26-33.

30
THOMPSON K F M. Light hydrocarbons in subsurface sediments［J］. Geochimica et Cosmochimica Acta， 1979，43（5）：657-672.

31
THOMPSON K F M. Classification and thermal history of petroleum based on light hydrocarbons［J］. Geochimica et Cosmochimica Acta， 1983，47（2）：303-316.

32
程克明， 金伟明， 何忠华， 等.陆相原油及凝析油的轻烃单体组成特征及地质意义［J］. 石油勘探与开发，1987，14（1）：34-43.

CHENG K M， JIN W M， HE Z H， et al. Composition Characteristics of light hydrocarbons in continental oil and condensate and their geological significance［J］. Petroleum Exploration and Development， 1987，14（1）：34-43.

33
MANGO F D. An invariance in the isoheptanes of petroleum［J］. Science， 1987， 273：514-517.

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