摘要：土庫曼斯坦阿姆河右岸區(qū)塊內(nèi)的氣藏天然氣中普遍含有H₂S，尤其是西北部氣藏H₂S含量相對較高，深入研究其成因和分布規(guī)律，才能最大限度地減少和控制由此產(chǎn)生的危害。根據(jù)該區(qū)地質(zhì)條件和天然氣組分特征，結(jié)合H₂S形成機(jī)理，分析認(rèn)為：①天然氣中的H₂S主要來源于硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)。由于西北部卡洛夫-牛津階碳酸鹽巖儲層頂部為石灰?guī)r和膏鹽巖互層，并直接被膏鹽層覆蓋，具有發(fā)生硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)的物質(zhì)條件，故其H₂S含量高；東南部無石灰?guī)r和膏鹽巖互層，且有泥巖段將石灰?guī)r儲層與上覆膏鹽巖層分隔，故其H₂S含量低。②H₂S含量的高低整體上受沉積相帶的控制。在深水高伽馬泥巖分布區(qū)及開闊臺地深水沉積區(qū)，H₂S含量普遍較低；而在無高伽馬泥巖分布區(qū)H₂S含量普遍較高。③東南部較大的逆斷裂破壞了高伽馬泥巖層的封隔性，使H₂S分布規(guī)律更復(fù)雜化。

關(guān)鍵詞：土庫曼斯坦；阿姆河右岸；碳酸鹽巖氣藏；硫化氫；成因；分布規(guī)律；硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)；沉積相

    土庫曼斯坦阿姆河右岸區(qū)域構(gòu)造上位于阿姆河盆地東北部，橫跨查爾朱階地、別什肯特坳陷和西南基薩爾山脈。整個阿姆河右岸區(qū)鄰近阿姆河盆地生烴凹陷，其烴源主要來自于中 下侏羅統(tǒng)煤系地層。儲層為卡洛夫牛津階碳酸鹽巖，上覆基末利階鹽膏鹽巖，既為直接蓋層，又為區(qū)域蓋層，保存條件好^[1～2]。該區(qū)天然氣中非烴含量低，多小于10%，但普遍含H₂S，分布嚴(yán)重不均，從0.0004%～3.98%均有分布^[3]。H₂S的高危害性給油氣勘探開發(fā)造成了極大的困難。

    阿姆河右岸區(qū)域內(nèi)各氣田天然氣中H₂S含量嚴(yán)重不均，法拉勃?dú)馓颒2S含量最低，為0.0004%；麥捷讓氣田H₂S含量最高，達(dá)3.98%。總體看，西北部氣田的H₂S含量普遍較高，如雅希爾捷佩氣田、麥捷讓氣田、薩曼杰佩氣田、伊利吉克氣田，僅少量氣田H₂S含量較低，如法拉勃?dú)馓?0.000 4%)、基什圖凡氣田(0.22%)。而中部和東南部氣田內(nèi)H：S含量普遍較低，主要分布在0.001%～0.267%，如坦格古伊氣田(0.005%)，揚(yáng)古伊氣田(0.267%)、別列克特利氣田(0.01%)，但東南部的阿克庫姆拉姆氣田H₂S含量又相對較高，為1.44%。因此，該區(qū)西北部氣田為中高含H₂S氣田，中部和東南部氣田為低 微含H₂S氣田，僅局部氣田為中 高含H₂S氣田(表1、圖1)。

 2 H₂S成因與分布控制因素

    H₂S易溶于水，常溫常壓溶解度為1：2.6，其在水中的溶解度在90℃以下時隨溫度的升高而降低；90℃以上時隨溫度的升高而增加。H₂S的地質(zhì)成因主要有含硫有機(jī)質(zhì)的裂解、細(xì)菌硫酸鹽還原作用和硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)等類型^[4]。根據(jù)該區(qū)天然氣氣藏以濕氣為主和溫度介于100～120℃的特征，認(rèn)為其天然氣所含H₂S為硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)(TSR)產(chǎn)生，即烴類作為還原劑在高溫條件下被還原生成H₂S。目前多數(shù)研究成果表明該過程發(fā)生在100～200℃、R_o相當(dāng)于1%～4%的深埋高溫環(huán)境，同時必須有硫酸鹽存在。據(jù)Cross等人的研究^[5～6]，烴類還原硫酸鹽總的反應(yīng)過程可概括為：

    烴類+S0₄^2-→蝕變的烴類+固體瀝青+HC0₃^-(C0₂)+H₂S(HS^-)+熱

    根據(jù)盆地天然氣藏的特征和成藏地質(zhì)條件分析，該區(qū)H₂S應(yīng)為硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)成因。依據(jù)如下：

2.1.1 物質(zhì)條件

    該區(qū)西北部的卡洛夫-牛津階儲層頂部為石灰?guī)r和膏鹽巖互層，其上即為巨厚的膏鹽巖層。這些良好儲層內(nèi)大量聚集的天然氣與巨厚膏鹽巖為硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)提供了物質(zhì)條件。同時，膏鹽巖和石灰?guī)r儲層的互層為這一反應(yīng)提供了空間上的有利條件。

2.1.2 溫度條件

    阿姆河右岸地區(qū)現(xiàn)今儲層溫度一般都在100℃左右；而該地區(qū)受新阿爾卑斯構(gòu)造運(yùn)動的影響，曾有顯著的抬升，因此儲層的古地溫比現(xiàn)今地溫更高。Sam-53-1井儲層包裹體均一化溫度表明，儲層內(nèi)發(fā)生了2期流體流動：一期溫度為80～110℃，另一期溫度為120～140℃，說明現(xiàn)今地溫最低(約100℃)的薩曼杰佩氣田的儲層古地溫曾達(dá)140℃(圖2)。因此，區(qū)塊完全滿足硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)所需的溫度條件。

    硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)的一個重要特征就是隨天然氣中H₂S含量增高，CO₂的含量也相應(yīng)增高，且C0₂的含量高于H₂S含量^[7～8]。這一反應(yīng)要產(chǎn)生H₂S或HS^-，這些產(chǎn)物溶于水變成為氫硫酸，氫硫酸在碳酸鹽巖儲層中與巖石孔壁反應(yīng)產(chǎn)生溶蝕作用，造成儲層溶蝕孔洞發(fā)育，釋放的C0₂造成天然氣中C0₂含量高于H₂S含量。該區(qū)各氣藏正好具有C0₂含量高于H₂S含量的特征(圖3)。另外，在高H₂S含量的Sam-53-1井巖心觀察和薄片分析表明，儲層內(nèi)溶蝕孔洞發(fā)育，而H₂S含量低的構(gòu)造內(nèi)，溶蝕孔洞不發(fā)育，這些均說明該區(qū)H₂S的確為硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)產(chǎn)生。

 

2.3.1 高伽馬泥巖分布的影響

    從該區(qū)H₂S含量分布看，西北部區(qū)塊普遍較高，東南部區(qū)塊含量普遍較低(圖1)，這種非均勻分布是由于石灰?guī)r儲層與膏鹽巖的接觸關(guān)系所造成的。前述分析表明，該區(qū)西北部石灰?guī)r儲層與膏鹽巖互層，而東南部一般無石灰?guī)r與膏鹽巖互層，通常是石灰?guī)r儲層之上覆蓋一套6～30m厚的高伽馬泥巖層，其上才為巨厚的膏鹽巖層。正是這套高伽馬泥巖層的良好封隔，阻止了烴類與膏鹽巖的直接接觸，硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)難以大量發(fā)生，造成東南部區(qū)塊H₂S含量普遍較低，基本小于0.5%(圖3)。西北部石灰?guī)r儲層與膏鹽巖層呈互層接觸，使石灰?guī)r儲層內(nèi)烴類與硫酸鹽巖直接接觸，為硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)發(fā)生創(chuàng)造了條件，造成西北部H₂S含量普遍高。因此，阿姆河右岸區(qū)H₂S含量受高伽馬泥巖層分布的控制，高伽馬泥巖分布區(qū)H₂S含量普遍較低，無高伽馬泥巖分布區(qū)H₂S含量普遍較高。

2.3.2 斷裂的影響

    在東南部H₂S含量整體較低的背景下，仍有局部H₂S含量相對較高區(qū)域，如阿克庫姆拉姆構(gòu)造H₂S含量達(dá)1.44%，這是由于阿姆河右岸區(qū)塊受東南部印度板塊的擠壓，其東南部受擠壓力最強(qiáng)，形成了西南基薩爾山，同時在東南部形成較多的大斷裂，阿克庫姆拉姆構(gòu)造正好處于大斷裂上，并已得到實鉆井資料證實(Akk-2、Akk-4井鉆遇該構(gòu)造主斷層帶)。正是這些大斷裂破壞了高伽馬泥巖層的封隔性，使石灰?guī)r儲層內(nèi)的烴類與膏鹽巖形成良好接觸，硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)得以順利進(jìn)行，造成H₂S含量明顯增高。

2.3.3 儲層沉積相變化的影響

    在阿姆河右岸地區(qū)西北部H₂S含量普遍較高的背景下，有少量氣田H₂S含量低，這些低H₂S含量的氣田，正好位于開闊臺地深水沉積區(qū)(圖4)，沉積物較細(xì)，類似于東南部高伽馬泥巖層，有較好的封隔性能，從而阻止了烴類和膏鹽巖的直接接觸，硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)不能夠大量發(fā)生，造成H₂S含量較低。

    1) 阿姆河右岸區(qū)塊西北部氣藏為中-高含H₂S氣藏，而東南部氣藏一般為中低-微含H₂S氣藏，天然氣中的H₂S為硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)所形成。

    2)該區(qū)天然氣中H₂S含量高低整體上受沉積相帶的控制，即在深水高伽馬泥巖層分布區(qū)及開闊臺地深水沉積區(qū)H₂S含量普遍較低；而在無高伽馬泥巖層分布區(qū)H₂S含量普遍較高。東南部較大的逆斷裂又進(jìn)一步復(fù)雜化這種關(guān)系。

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(本文作者：鄧燕¹ 王強(qiáng)² 程緒彬² 吳蕾³ 趙長城² 陳仁金³ 1.西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院；2.川慶鉆探工程有限公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院；3.中國石油(土庫曼斯坦)阿姆河天然氣公司)