碳同位素组成分析在油气运移研究中的应用

碳同位素组成分析在油气运移研究中的应用

文承贤１，２　　宋东锋２

（１．中国石油大学（北京）资源与信息学院　　北京昌平　　１０２２４９；　　２．中国石化胜利油田分公司河口采油厂　　山东东营　　２５７２００）摘　要：确定含油气区油气运移方向及油气源，是石油地质研究的重要内容，然而，在多产层、多源岩、构造复杂的含油气区，用常规研究方法很难对油气运移方向、油气来源进行正确判定。油气族组分碳同位素组成具有很强的母质继承性，应用这一性质，通过碳同位素组成对比，可以确定油气来源及油气运移方向。用该方法对摆宴井油田及黄骅坳陷孔古３井进行研究，都得到了可信的结论，

说明碳

同位素组成分析是确定油气运移方向、判别油气源的有效手段。

关键词：碳同位素组成　　油气运移　　油气来源　　摆宴井油田　　孔古

３

井

中图分类号：Ｇ６４　　　　　　　　　　　文献标识码：Ａ　　　　　　　　　文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２００８）０６（ｃ）－００１２－０２

１　引言

石油和天然气是流体矿藏，油气从源岩中的分散状态到油气藏中的集聚状态，必定经历漫长的运移过程［１］。事实上，油气自生成后即开始运移，运移过程贯穿于油气生成、集聚或散失的全过程。中外学者对油气运移成藏已无异议，且多已接受了将油气运移分为初次运移和二次运移的观点［２，３］。初次运移即油气生成之后从烃源层向储集层的运移，而油气进入储集层之后发生的一切运移都是二次运移［２］。油气运移对油气藏形成及破坏起着决定性作用［３］，所以研究油气运移、确定油气运移方向、正确判断油气藏油气来源，对圈闭的有效性、油气藏的形成和破坏以及石油的勘探、开发都有重要意义［４］。而油气运移不是向四面八方等强度运移，而是有一定主方向［５］。主方向与其所处的地质情况有关，在多产层，多源岩、构造复杂、断裂发育的地区油气区，比只有单一源岩、构造稳定而简单的油气区，确定油气的运移方向、判断油气藏的油源要困难的多。这些地区，用一般的石油地质学原理和油气组分对比方法，很难确定油气运移方向和追踪油气源［６］

。在产层、源岩多，构造复杂、断裂发育地区确定油气运移，判别油气源，碳同位素组成方法是最有效的［６］。

‰（ＰＤＢ下同）；海相原油分布在－２３．０‰～－２６．２‰。同位素分馏的母质继承性，是用碳同位素组成确定油气运移方向、判别油气源的依据［８］。

３　应用实例

３．１　摆宴井油田油气运移方向及油气源确定

碳同位素组成分析法是用来确定复杂油气区油气运移方向、判别油气源的有效方法。戴金星通过对摆宴井油田油气碳同位素组分的研究，认为摆１０－８井延１０油层原油不是从石炭－二叠系源岩生成运移来的，其源是下伏的三叠统延长组；而其中的溶解气却是石炭－二叠系源岩生成的煤型气［６］。

摆宴井油田位于鄂尔多斯盆地西缘马家滩断褶带的南延部分，为一个由大逆掩

断层覆盖而又为次一级断层复杂化的三个背斜（自北向南分别为摆１０、摆９和摆１）组成，三个背斜被近南北向纵逆断层及近东西向的横平移断层分割成１３个小断块，是个构造性油藏。含油层系为延安组，主力油层是延１０（Ｊ１－２ｙ１０）。

从表１中的值可以看出摆１０背斜上的摆１０－８井延１０油层的δ１３Ｃ值为－３２．９３‰，它与该盆地的马１３－９井及铜川均属于产自延安组原油的碳同位素组成接近，根据长庆油田的研究，这些原油是由延安组下伏上三叠统延长组以Ⅱ型干酪根为主的源岩生成运移而来的，同国内外由Ⅰ、Ⅱ型源岩生成的石油一样具有轻的同位素组成特征（表１）；而与该盆地任４井、任６井和任１１井由石炭－二叠系的形成的煤成油（具有高的碳同位素值特征：δ１３Ｃ值＞－

表１　　一般原油与煤成油δ１３Ｃ值对比（据戴金星　　１９８８

）

２　原理分析

用碳同位素组成确定油气运移方向、判别油源的机理是同位素的分馏效应。Ｃ、Ｏ、Ｈ、Ｓ等元素都含有两种以上的稳定同位素，由于同位素之间的质量不同，在一些物理化学过程中，它们的物理化学性质会显示出细微的差别，这些细微的差别会引起同位素丰度变化，导致同位素在不同化合物中以不同比例分布，

即同位素分馏［７］。同位素组成用δ值表示：

１０００‰，碳同位素值即

为：１０００‰。

油气的碳同位素组成具有很强的母质继承性［４］，即来源于同一母质的油气，碳同位素组成具有相似性与可比性。沉积相控制了有机质的类型，而不同母质又在稳定碳同位素组成上显示出差异。例如：我国陆相原油δ１３Ｃ分布在－２５．８‰～－３０．４

图　

１

摆宴井油田油气运移示意图

（下转１４页）

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玻璃杯、炸弹等物体被视为危险物。选择完成后开始控制，此时另出现窗口显示当前位置和速度信息。在灵巧手的运动过程中，有时难免会出现意外情况，因此设立了急停按钮。另外，针对一些特殊情况，需要人为操作时，可选择手动控制。

另外，针对其实现高速连续运动轨迹要求，分析控制参数的影响，结合控制系统和试验分析，对控制参数进行调整，使得实际运动轨迹与设定轨迹基本相符，也是实现灵巧手控制的关键。

在笛卡尔坐标下分解，采用位置控制方式控制自由方向上的运动，力控制方式控制受限方向上的运动。第二类方法是间接地控制机器人和环境之间的作用力，其设计思想是建立灵巧手所受到的外界作用力与其位置偏差之间的关系，通过控制位置而达到控制作用力的目的，从而保证机器人在受限空间运动而保持适当的接触力。

４　灵巧手控制的实现

两指灵巧手采用开环位置控制、闭环力控制。在分析了两指灵巧手的结构的基础上，以商用１～４轴控制卡为硬件平台，以ＶＢ为软件开发工具编程设计适于该灵巧手的控制软件。通过该控制软件控制步进电机的工作状态来实现灵巧手高速、连续轨迹运动。

由于该系列两指灵巧手没有配备视觉传感器，并且其手掌（腕部）是固定的，因此，灵巧手在进行夹物前，要么需要将物体摆放到合适的位置，要么知道其具体的位置。

对不同的夹取物，其材质和大小也各不相同，如果采用相同的位置控制、力控制和速度控制势必不妥，因此夹取操作前，首先需要人眼估计被夹取物的大小，接下来还需对其材质和危险程度进行判断，最后将以上人为判断结果输入计算机，以便进行下一步的操作。被夹物大小以ｍｍ为单位，以小于灵巧手两指最大开合范围１０ｍｍ为夹取最大值；夹取物材质特性判断分为软、硬、中三种情况；另外，针对夹取物存在易爆、易（上接１２页）

碎等情况设置了危险程度判定的选项；同时针对特殊情况还设置了急停、手动操作等功能，初始界面如图２所示。　因此，在控制界面上，首先要求输入被夹物的大小，如果被夹物的大小超出了夹取范围，则提示再次输入。之所以需要判断物体大小，主要目的是根据物体相对手指的不同距离，采用不

同的控制模式。物体小，

则在手指逼近物体

前，

在保证稳定的前提下，

快速前进；物体大则相反。

５　结语

综上所述，新型两指灵巧手采用开环位置控制、闭环力控制，以普通ＰＣ机和步进电机１～４轴运动卡为硬件平台，以ＶＢ为软件开发工具编程设计适于该灵巧手的控制软件，通过该软件控制步进电机的工作状态可以实现灵巧手高速、连续轨迹运动控制。

参考文献

图２　两指灵巧手控制界面

输入物体大小后，若自动控制，则需在材质中选择软、硬、中。若选择硬按钮，另外会弹出对话框询问危险程度，其中有危险和无危险两个选项按钮。物体材质诸如海绵块等为软；桔子、苹果等为中；玻璃杯、铁块等有一定刚度的为硬。危险程度对话框只在物体为硬时才被激活。鸡蛋、

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表２　孔古３井油岩碳同位素组成对比（据石彦民等　

１

９

９

８

）

２６．１６‰）迥然不同。故该原油不是从石炭－二叠系源岩生成运移而来的。

摆１０－８井延１０油层原油溶解气δ１３Ｃ１值为－３５．０‰，与该盆地由石炭－二叠含煤地层生成的煤成气（任４井δ１３Ｃ１＝－３４．８‰，任６井δ１３Ｃ１＝－３４．８‰，伊１７井δ１３

Ｃ１＝－３４．０‰）具有可比性，而与该盆地由延长统生成的石油溶解气迥然不同，说明该溶解气不是由延长组源岩运移来的，主要由更深的石炭－二叠系源岩生成的煤成气运移来的。图１是摆宴井油田油气运移的示意图。显然，对于象摆宴井油田这样具有复杂地质构造的油气区，只有同位素组成方法才是判别油气运移方向和油气源的有效方法。

３．２　黄骅坳陷孔古３井油源确定

用原油全油及组分的碳同位素组成进行油源对比，是最简便有效的方法［６］。石彦民等（１９９８）用原油及组分的同位素组成特征，确定了黄骅坳陷孔古３井的油源，得到了可信的结论［９］。表２是孔古３井原油族组分碳同位素组成及该井中灰岩族组分碳同位素组成数据。

分析表中的数据，可知孔古３井原油族组分碳同位素组成与该井中灰岩族组分碳同位素组成具有很好的可比性，可以判定孔古３井的原油来自与之邻近的灰岩层。事实证明这一判断是正确的。

４　结论

（１）油气的碳同位素分馏具有母质继承性，同一母质生成的油气碳同位素具有可比性，　　据此可以和判定油气源和确定油气运移方向，特别是在多产层、多油源、构造复杂的油气区，用碳同位素组成判别油源和确定油气运移方向是最有效的手段。

（２）通过油气碳同位素组成分析，认为摆１０－８井延１０油层原油油源是下伏的三叠统延长组；溶解气却是石炭－二叠系源岩生成的煤型气。

（３）在研究孔古３井油源问题时，应用原油族组分碳同位素组成对比的方法，得出其油源为邻近灰岩的正确结论。

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