Breakthrough in exploration of helium rich natural gas in Well Datan 1 of Sichuan Basin and main control factors for reservoir formation

doi:10.13745/j.esf.sf.2024.10.17

Abstract

Abstract:

Recently, the second and fourth members (Deng 2 Member and Deng 4 Member) of the Sinian Dengying Formation in Well Datan 1, Sichuan Basin, obtained natural gas at rates of 42×10⁴ m³/d and 81×10⁴ m³/d, respectively. Helium content in both members reached 0.1%, meeting the criterion for helium-rich natural gas. To investigate geological conditions of hydrocarbon accumulation and helium enrichment mechanisms, we researched the geochemical characterization of natural gas in Well Datan 1, clarifying its genesis and helium source. Comprehensive analysis of basement tectonic conditions explored main controlling factors of helium enrichment, deepening the understanding for future exploration. Results show hydrocarbon composition characteristics are similar to those of the Weiyuan, Ziyang, and Anyue gas fields. The dominant hydrocarbon is CH₄, and main non-hydrocarbon components are CO₂ and N₂. Helium content is higher in Well Datan 1 and the Weiyuan Gas Field, lower in the Anyue Gas Field, and variable (locally high) in the Ziyang Gas Field. Helium in Well Datan 1 and Dengying Formation reservoirs of the Weiyuan Gas Field is primarily of crustal, radiogenic origin. The widely developed granite basement beneath Well Datan 1 and Weiyuan Gas Field is its main source. Extensively developed through-source fractures provide migration pathways for basement-derived helium, enabling helium enrichment in Well Datan 1. Good preservation conditions are also critical. We propose a new exploration concept: targeting helium-rich reservoirs by identifying tectonically modified traps in positive tectonic units, combined with hydrocarbon source rocks and radioactive-element-rich rocks (e.g., ancient basement granites) in negative tectonic units. Establishing effective trap-fault-source configurations is essential.

Key words: helium, Well Datan 1, Dengying Formation, Sichuan Basin

CLC Number:

TE122.2

LIU Xiangbai, TAO Shizhen, YANG Dailin, XIE Wuren, ZHAO Rongrong, TIAN Xingwang, WANG Yunlong, GAO Jianrong, LIU Zhuangxiaoxue, LI Chaozheng, SONG Zezhang, CHEN Yanyan, YANG Yiqing, CHEN Yue. Breakthrough in exploration of helium rich natural gas in Well Datan 1 of Sichuan Basin and main control factors for reservoir formation[J]. Earth Science Frontiers, 2025, 32(5): 258-277.

Figures/Tables 19

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样品信息	测试机构	组分含量/%							干燥系数
样品信息	测试机构	He	H₂	N₂	CO₂	CH₄	C₂H₆	C₃H₈	C₁/(C_1-5)
灯四段样品1	机构1	0.100 0	0.000 0	2.050 0	5.750 0	92.060 0	0.040 0	0.000 0	0.999 6
灯四段样品2	机构2	0.126 9	—	2.321 4	4.464 4	92.924 9	0.053 2	0.004 0	0.999 4
灯四段样品3	机构3第1次测试	0.111 6	0.004 2	2.206 8	5.735 5	91.821 8	0.056 8	0.009 8	0.999 3
灯四段样品3	机构3第2次测试	0.115 1	0.004 2	2.215 3	5.745 2	91.799 1	0.057 0	0.009 8	0.999 3
灯四段样品4	机构3	0.110 8	—	2.841 8	5.544 8	91.192 6	0.057 1	0.009 7	0.999 3
灯二段样品1	机构3第1次测试	0.115 6	0.014 1	2.269 3	5.474 1	91.998 1	0.058 6	0.010 1	0.999 2
灯二段样品1	机构3第2次测试	0.116 6	0.014 8	2.252 6	5.491 2	92.003 4	0.058 2	0.009 9	0.999 2

样品信息	测试机构	组分含量/%							干燥系数
样品信息	测试机构	He	H₂	N₂	CO₂	CH₄	C₂H₆	C₃H₈	C₁/(C_1-5)
灯四段样品1	机构1	0.100 0	0.000 0	2.050 0	5.750 0	92.060 0	0.040 0	0.000 0	0.999 6
灯四段样品2	机构2	0.126 9	—	2.321 4	4.464 4	92.924 9	0.053 2	0.004 0	0.999 4
灯四段样品3	机构3第1次测试	0.111 6	0.004 2	2.206 8	5.735 5	91.821 8	0.056 8	0.009 8	0.999 3
灯四段样品3	机构3第2次测试	0.115 1	0.004 2	2.215 3	5.745 2	91.799 1	0.057 0	0.009 8	0.999 3
灯四段样品4	机构3	0.110 8	—	2.841 8	5.544 8	91.192 6	0.057 1	0.009 7	0.999 3
灯二段样品1	机构3第1次测试	0.115 6	0.014 1	2.269 3	5.474 1	91.998 1	0.058 6	0.010 1	0.999 2
灯二段样品1	机构3第2次测试	0.116 6	0.014 8	2.252 6	5.491 2	92.003 4	0.058 2	0.009 9	0.999 2

气田	井号	层位	组分含量/%								干燥系数	数据来源
气田	井号	层位	He	N₂	H₂S	Ar	CO₂	CH₄	C₂H₆	C₃H₈	C₁/(C_1-5)	数据来源
威远气田	威2	Z₂d	0.250	8.33	1.31	0.05	4.66	85.07	0.11	0.00	0.998 7	[29]
	威23	$\epsilon$₁-Z₂	0.262	8.14	1.25	0.02	4.75	85.44	0.15	0.00	0.998 2
	威27	Z₂d	0.218	7.81	1.20	0.02	4.70	85.85	0.17	0.00	0.998 0
	威28	Z₂d	0.248	/	/	/	/	88.30	/	/	/
	威30	Z₂d	0.342	7.55	0.95	0.05	4.40	86.57	0.14	0.00	0.998 4
	威39	Z₂d	0.273	7.08	1.22	0.07	4.53	86.74	0.12	0.00	0.998 6
	威46	Z₂d	0.252	8.11	1.17	0.05	4.66	85.66	0.11	0.00	0.998 7
	威63	Z₂d	0.220	7.89	1.051	0.042	5.63	85.16	0.07	0.00	0.999 2
	威100	Z₂d	0.298	6.47	1.18	0.05	5.07	86.80	0.13	0.00	0.998 5
	威106	Z₂d	0.315	6.26	1.32	0.04	4.82	86.54	0.07	0.00	0.999 2
	威34	Z₂d	0.280	6.00	1.18	0.036	5.78	88.14	0.11	0.00	0.998 8	[67]
	威39	Z₂d	0.270	8.86	1.03	0.053	4.73	84.91	0.10	0.00	0.998 8
	威70	Z₂d	0.360	8.53	1.00	0.052	4.03	85.95	0.09	0.00	0.999 0
	威112	Z₂d	0.230	6.76	/	/	4.07	88.81	/	/	/	[7]
	威46	Z₂d	0.240	9.11	/	/	5.19	84.75	/	/	/
	威118	$\epsilon$	0.200	6.63	/	/	0.36	90.93	/	/	/
	威36-1	$\epsilon$	0.190	6.43	/	/	3.91	89.27	/	/	/
	威71	$\epsilon$	0.220	6.81	/	/	3.10	89.75	/	/	/
	威201-H3	$\epsilon$₁q	0.140	1.54	/	/	0.96	97.02	/	/	/
	威42	O	0.190	6.52	/	/	3.97	89.25	/	/	/
资阳气田	资1	Z₂d	0.040	1.22	0.76	0.00	4.31	93.59	0.12	0.00	0.998 7	[30]
	资2	Z₂d	0.090	4.17	0.00	0.04	3.49	88.23	0.17	0.01	0.998 0
	资3	Z₂d	0.009	0.97	0.83	0.03	5.66	92.20	0.35	0.01	0.996 1
	资5	Z₂d	0.323	11.88	0.00	0.08	0.01	87.57	0.09	0.00	0.999 0
	资6	Z₂d	0.201	9.67	1.37	0.00	6.59	82.05	0.03	0.00	0.999 6
	资7	Z₂d	0.032	1.10	0.91	0.01	3.49	94.22	0.26	0.00	0.997 2

气田	井号	层位	组分含量/%								干燥系数	数据来源
气田	井号	层位	He	N₂	H₂S	Ar	CO₂	CH₄	C₂H₆	C₃H₈	C₁/(C_1-5)	数据来源
威远气田	威2	Z₂d	0.250	8.33	1.31	0.05	4.66	85.07	0.11	0.00	0.998 7	[29]
	威23	$\epsilon$₁-Z₂	0.262	8.14	1.25	0.02	4.75	85.44	0.15	0.00	0.998 2
	威27	Z₂d	0.218	7.81	1.20	0.02	4.70	85.85	0.17	0.00	0.998 0
	威28	Z₂d	0.248	/	/	/	/	88.30	/	/	/
	威30	Z₂d	0.342	7.55	0.95	0.05	4.40	86.57	0.14	0.00	0.998 4
	威39	Z₂d	0.273	7.08	1.22	0.07	4.53	86.74	0.12	0.00	0.998 6
	威46	Z₂d	0.252	8.11	1.17	0.05	4.66	85.66	0.11	0.00	0.998 7
	威63	Z₂d	0.220	7.89	1.051	0.042	5.63	85.16	0.07	0.00	0.999 2
	威100	Z₂d	0.298	6.47	1.18	0.05	5.07	86.80	0.13	0.00	0.998 5
	威106	Z₂d	0.315	6.26	1.32	0.04	4.82	86.54	0.07	0.00	0.999 2
	威34	Z₂d	0.280	6.00	1.18	0.036	5.78	88.14	0.11	0.00	0.998 8	[67]
	威39	Z₂d	0.270	8.86	1.03	0.053	4.73	84.91	0.10	0.00	0.998 8
	威70	Z₂d	0.360	8.53	1.00	0.052	4.03	85.95	0.09	0.00	0.999 0
	威112	Z₂d	0.230	6.76	/	/	4.07	88.81	/	/	/	[7]
	威46	Z₂d	0.240	9.11	/	/	5.19	84.75	/	/	/
	威118	$\epsilon$	0.200	6.63	/	/	0.36	90.93	/	/	/
	威36-1	$\epsilon$	0.190	6.43	/	/	3.91	89.27	/	/	/
	威71	$\epsilon$	0.220	6.81	/	/	3.10	89.75	/	/	/
	威201-H3	$\epsilon$₁q	0.140	1.54	/	/	0.96	97.02	/	/	/
	威42	O	0.190	6.52	/	/	3.97	89.25	/	/	/
资阳气田	资1	Z₂d	0.040	1.22	0.76	0.00	4.31	93.59	0.12	0.00	0.998 7	[30]
	资2	Z₂d	0.090	4.17	0.00	0.04	3.49	88.23	0.17	0.01	0.998 0
	资3	Z₂d	0.009	0.97	0.83	0.03	5.66	92.20	0.35	0.01	0.996 1
	资5	Z₂d	0.323	11.88	0.00	0.08	0.01	87.57	0.09	0.00	0.999 0
	资6	Z₂d	0.201	9.67	1.37	0.00	6.59	82.05	0.03	0.00	0.999 6
	资7	Z₂d	0.032	1.10	0.91	0.01	3.49	94.22	0.26	0.00	0.997 2

井名	地层	组分含量/%					ρ/(g·m^-3)	同位素组成/‰			资料来源
井名	地层	CH₄	C₂H₆	N₂	CO₂	He	H₂S	δ¹³C₁	δ¹³C₂	δD_CH4	资料来源
高石1	灯四段上段	91.22	0.04	1.36	6.35	0.03	15.90	-32.3	-28.1	-137	[52]
高石1	灯四段下段	90.11	0.04	0.44	8.36	0.02	14.53	-32.7	-28.4	-135
高石1	灯二段	82.65	0.04	2.12	14.19	0.04	14.70	-32.3	-27.8	-137
高石2	灯四段上段	92.14	0.04	0.7	6.42	0.02	16.43	-33.1	-27.6	-139
高石3	灯四段	90.19	0.04	0.73	8.3	0.06	22.73	-33.1	-28.1	-138
高石3	灯二段	86.62	0.03	4.56	7.05	0.11	35.13	-32.6	-28.0	-149
高石6	灯四段上段	90.12	0.04	0.81	8.36	0.02	14.91	-33.0	-27.8	-139
高石6	灯四段下段	90.29	0.04	0.8	8.38	0.02	13.07	-32.9	-28.6	-139
高石6	灯二段—灯四段	94.61	0.04	0.93	4.14	0.02	13.53	-32.8	-29.1	-140
高石8	灯四段上段	92.49	0.03	0.92	5.85	0.02	8.83	-32.8	-27.7	-144	[68]
高石8	灯四段下段	91.49	0.04	0.73	6.75	0.02	12.97	-33.2	-28.8	-136
高石9	灯四段上段	89.63	0.03	0.67	8.09	0.02	12.63	-33.5	-28.1	-142
高石9	灯四段下段	91.71	0.03	0.63	6.55	0.03	11.84	-33.5	-27.7	-136
高石9	灯二段	91.21	0.03	1.72	6.41	0.04	12.26	-33.6	-27.3	-146
高石10	灯四段	90.04	0.03	0.81	8.15	0.02	15.92	-33.4	-28.2	-144
高石10	灯二段	91.37	0.03	0.67	6.88	0.01	15.12	-33.4	-27.6	-142
磨溪8	灯四段	91.40	0.04	1.65	5.87	0.05	14.93	-32.8	-28.3	-147	[52]
磨溪8	灯二段	91.42	0.04	2.46	6.01	0.05	15.25	-32.3	-27.5	-147
磨溪9	灯二段	91.82	0.05	0.96	4.24	0.02	45.70	-33.5	-28.8	-141
磨溪10	灯二段	93.13	0.05	0.86	4.64	0.02	34.30	-33.9	-27.8	-139
磨溪11	灯四段上段	92.75	0.05	0.88	4.49	0.02	30.30	-33.9	-27.6	-138
磨溪11	灯二段	89.87	0.03	2.32	7.32	0.05	13.53	-32.0	-26.8	-150
磨溪12	灯四段	92.76	0.04	0.66	5.77	0.02	23.34	-33.1	-29.3	-137	[68]
磨溪13	灯四段	90.47	0.04	1.00	7.52	0.03	13.07	-32.9	-29.5	-141
磨溪17	灯四段	92.45	0.03	1.09	5.42	0.03	14.37	-33.5	-28.9	-142
磨溪17	灯二段	89.88	0.04	2.21	6.85	0.05	27.02	-33.3	-27.5	-146