松辽盆地白垩系青山口组一段页岩生、排烃组分特征及页岩油相态演化

松辽盆地白垩系青山口组一段(青一段)页岩有机质热演化程度跨度大、烃类流动性差异强。页岩油相态分析预测是页岩油勘探开发的重要难题。用低成熟页岩样品开展封闭体系及半封闭体系有机质热解实验,根据生、排烃组分特征对滞留烃的轻烃散失进行补偿校正,研究了页岩油组分演化特征。结合中央坳陷区主要生油凹陷典型井埋藏史、热演化史,研究了页岩油相态演化规律,提出了轻质页岩油勘探有利区和开发压力保护条件。研究结果表明:地质条件下随着有机质成熟度的升高,页岩油组分中轻质组分比例不断增加、气体逐渐增多,相包络线从高露点温度、低泡点压力依次向低露点温度、高泡点压力演化。齐家-古龙凹陷青一段页岩油在嫩江组中期油藏向挥发油油藏转化,长岭凹陷青一段页岩油从嫩江组末期开始油藏向挥发油油藏转化,三肇凹陷青一段页岩油则始终为黑油油藏。无论是黑油油藏还是挥发油油藏,均为单一液相。松辽盆地中央坳陷区青一段页岩油挥发油油藏主要分布在齐家-古龙凹陷中心和长岭凹陷北部有机质成熟度(镜质体反射率Ro)为1.3%~1.6%、地层压力为12.2~22.4 MPa的区域。

页岩油资源评价关键参数——含油率的校正

页岩油资源评价过程中,常用热解参数S1(游离烃含量)与氯仿沥青"A"含量反映含油性。但由于实验流程的原因,所测得的S1存在着轻烃、重烃的损失,氯仿沥青"A"含量存在着轻烃损失。为了更准确地对页岩油资源进行定量评价,通过对松辽盆地北部青山口组泥页岩有机质成烃动力学研究以及对样品抽提前、后的热解参数进行对比,对氯仿沥青"A"含量进行轻烃补偿校正,对S1进行轻烃、重烃补偿校正,以获得泥页岩总含油率参数。结果表明,松辽盆地北部青山口组泥页岩校正后S1约为校正前S1平均值的4.2倍,校正后氯仿沥青"A"含量约为校正前氯仿沥青"A"含量平均值的1.2倍。校正前S1仅为氯仿沥青"A"含量的0.28倍,校正后S1与氯仿沥青"A"含量基本相同。可见在页岩油的资源评价过程中,对S1与氯仿沥青"A"含量的补偿校正是十分必要的。

页岩油资源定量评价中关键参数的选取与校正——以松辽盆地北部青山口组为例

页岩油资源评价过程中,常用热解参数（S1）反映含油性。由于实验关系,所测得的S1存在轻烃、重烃的损失,为更准确的对页岩油资源进行定量评价,本文通过有机质成烃动力学研究以及对样品抽提前后的热解参数进行对比,对S1进行轻、重烃补偿校正,获得泥页岩总含油率参数,根据泥页岩排烃门限确定其可动油含量参数（S1/TOC）。研究结果表明,松辽盆地北部青山口组泥页岩S1校正前后相差2-3倍,排烃门限对应的S1/TOC=75mg/g TOC,结合黏土矿物含量（表征可压裂性）,优选出页岩油勘探开发有利区：青一段有利区主要集中在齐家古龙凹陷中北部及龙虎泡大安阶地中部,青二、三段集中在龙虎泡大安阶地中部与齐家古龙凹陷中南部。

开放体系和密闭体系恒速升温实验条件下有机质生烃动力学特征对比及意义

为了揭示不同实验条件下有机质生烃动力学特征及其地质应用的差异性,对松辽盆地煤样进行了开放体系(Rock-Eval)和密闭体系(金管)的恒速升温热模拟实验。根据实验产物产率与温度关系标定了开放系下的有机质成油、成气及密闭体系下有机质成气动力学模型;将标定的2种体系下的动力学参数以实验室升温速率和地质升温速率条件下进行外推,表明密闭体系下的成气转化率相对开放体系下的变化要慢,原因在于开放体系下煤样热解生气为初次裂解,而密闭体系下煤样生气是初次裂解和二次裂解共同贡献的结果。进一步将2种体系下获得的生气动力学参数结合松辽盆地徐家围子地区埋藏史、热史资料进行应用表明:应用开放体系获得的动力学参数外推计算的生气门限对应时间(115 Ma)要比实际生气门限对应时间(110 Ma)偏早;应用密闭体系获得的动力学参数外推计算的生气门限对应时间(92 Ma)要比实际生气门限对应时间偏晚。

松辽盆地沙河子组煤岩TG-MS实验产物特征及动力学分析

针对目前煤系烃源岩评价中热解实验温度较低无法揭示高演化阶段生气特征这一现状,采用TG-MS(热重-质谱联用仪)高温热解仪研究煤岩热解产物特征,并结合化学动力学模型开展烃类气体生成动力学分析。结果显示:煤岩质量损失达40%,可分为3段,即水分及吸附气体的损失、大分子键断裂损失和芳香结构的缩聚反应损失。甲烷在300℃左右开始生成,480℃时生成速率最大,在850℃左右生甲烷结束,比生成其他烃类结束温度要高。苯析出曲线呈双峰特征,且芳香族类和脂肪族类产物生成受控于相同的化学反应。煤岩热降解生气化学动力学模型参数及应用结果表明:随着烃气分子量的降低,生成活化能依次增大,生成时间逐渐变晚。同时煤岩持续生气时间较长,无主生气期。

RBF神经网络法在泥页岩有机非均质性测井评价中的应用

探讨了通过RBF神经网络方法利用常规测井曲线评价泥页岩TOC和S1的可行性.利用RBF神经网络法和ΔlgR法对L69井TOC做测井评价并进行对比,二者建模结果中实测值与计算值R2分别为0.73和0.7,前者略优于后者,当声波或电阻曲线与TOC为非线性关系时表现尤为突出;利用RBF神经网络法对L69井S1进行测井评价,其建模结果中实测值与计算值R2为0.73,精度较高,成功实现了对泥页岩中S1的预测.研究结果表明,RBF神经网络法对泥页岩有机非均质性(包括含油非均质性)的测井评价可行性和模型精度均较高,具有较大应用前景.

松辽盆地古龙地区青山口组泥页岩成岩演化与储集性能

泥页岩成岩演化、孔隙结构及其连通性是页岩油储层评价的关键。通过运用岩心观察及精细描述、薄片鉴定、X射线衍射、场发射电镜、微—纳米CT扫描、氮气吸附等技术,对松辽盆地古龙地区青山口组泥页岩岩性与组构特征、成岩演化特征、孔隙类型及储集特征进行分析。研究认为:古龙地区青山口组主要发育页岩、泥岩、粉砂质岩、灰质岩、云质岩5种岩性,微米—毫米级纹层构造与页理缝发育;泥页岩主体处于中成岩A2期,局部为中成岩A1期和中成岩B期;储层孔隙分为基质孔和裂缝2大类6类12亚类,纹层状页岩中的纹层构造、页理构造和层状页岩、纹层状页岩中的页理缝有效改善储集能力,为油气横向运移的良好通道,层状页岩和纹层状页岩是最有利的储集岩性。该研究明确了松辽盆地古龙地区青山口组泥页岩成岩演化规律与储集特征,为松辽盆地页岩油的规模勘探提供了有力支撑。

中美页岩油、致密油发育的地球化学特征对比

随着非常规油气资源勘探的日益发展及美国页岩气价格的下调,国内外掀起了页岩油勘探的热潮,美国已经取得了巨大经济效益,而我国同样也具有丰富的页岩油资源潜力。通过对我国东部湖相沉积页岩大量地球化学数据统计分析,并与美国页岩油已成功开发区块的地质、地球化学参数进行对比,综合认为采用OSI指标,并结合碳酸盐矿物、脆性矿物含量及薄夹层存在与否,作为初步判断页岩油发育层段的标志。结果表明,济阳坳陷沙三下亚段页岩OSI指标与Monterey,Barnett及Eagle Ford页岩的OSI指标较为接近,具有一定的页岩油、致密油潜力,建议当前国内勘探应瞄准混合型页岩油。

从生烃角度分析排烃效率的影响因素

烃源岩生烃对排烃效率有着重要的影响,其影响因素主要可以分为有机质的丰度、有机质的类型、有机质的成熟度三个方面。通过研究松辽盆地北部齐家古龙凹陷青山口组各类型有机质的原始生烃潜力,并计算古12井和英16井的排烃效率,分析其有机质丰度、有机质类型、有机质成熟度对排烃效率的影响,得出以下结论:有机质丰度越好,排烃效率越高,当TOC>2%时,排烃效率变化不明显;有机质类型越好,排烃效率越高;有机质成熟度越高,排烃效率越高。

界面张力与润湿角校正对高压压汞法计算泥页岩孔径分布的影响——以松辽盆地青山口组为例

泥页岩储层孔隙结构研究对于页岩油气勘探、开发工作具有重要意义。高压压汞实验法是目前研究页岩孔隙结构、孔径分布广泛使用的方法。有学者对汞在石墨烯材料中润湿性研究发现,液态汞在孔隙中的界面张力γ和润湿角θ是孔半径r的函数,根据这一认识将Washburn方程中的界面张力γ和润湿角θ视为定值的传统数据处理方法表现出明显的不合理性,因此需要对Washburn方程进行参数校正。以松辽盆地青山口组页岩样品为例,进行高压压汞实验,利用校正前后的Washburn方程处理压汞数据,结果发现参数校正后得到的微孔(<2 nm)体积占比,比校正前微孔体积占比增加了118%,中孔(2~50 nm)体积占比减小了7%,大孔(>50 nm)体积占比基本不变,参数校正后得到的孔径分布能更加精确地表征页岩的孔径分布。

页岩油评价中的若干关键问题及研究趋势

页岩储层的致密性限制了石油在其中的可动性、可动量,这是制约其勘探开发成效的瓶颈因素。而页岩油的可动性、可动量首先与页岩孔隙、喉道、裂缝及矿物组成密切相关,同时还与油-岩相互作用密切相关。前者事关页岩成储的可能性和机理,后者则事关石油在页岩中的赋存机理。因此,页岩的成储机理、石油在页岩中的赋存机理和石油在页岩中的可动性是页岩油研究中的3个关键科学问题;页岩油的富集性与其有机非均质性有关,页岩油的可采性/可压裂改造性与其无机非均质性有关,这是筛选页岩油"甜点"面临的2个关键技术问题。认识这3个关键的科学问题和2个关键的技术问题并建立定量的表征/评价技术是提高页岩油勘探开发成效的关键基础。结合近期的研究和国内外的成果,探讨了页岩油相关的研究现状和趋势,以期能够对推动页岩油理论研究的深入和勘探开发的实质性进展有所裨益。

湖相、海相泥页岩孔隙分形特征对比

在松辽盆地湖相泥页岩低温氮气吸附实验的基础上,利用FHH模型探讨了湖相泥页岩纳米级孔隙结构分形维数与比表面积、平均孔径及TOC含量的关系,进一步对比了湖相与海相泥页岩孔隙分形维数特征。结果表明：1湖相、海相泥页岩纳米级孔隙均具有明显的分形特征,且大孔隙（孔径为5~100 nm）结构复杂,其分形维数高于小孔隙（孔径小于5 nm）。2湖相泥页岩纳米级孔隙结构相对简单,分形维数小于海相泥页岩。3分形维数与TOC含量呈正相关关系,湖相泥页岩有机质丰度对分形维数影响较小。4湖相泥页岩分形维数D_1与平均孔径具有明显的线性关系,表明D1可以反映湖相泥页岩孔隙结构特征;海相泥页岩分形维数D2与孔隙比表面积具有明显的指数关系,表明D_2可以反映海相泥页岩孔隙比表面积特征。

扫描电镜分析参数对定量评价页岩微观孔隙的影响

以四川盆地龙马溪组富有机质页岩为研究对象,基于氩离子束抛光结合扫描电镜表征技术,研究不同扫描电镜分析参数下页岩微观孔隙结构,并通过“最佳阈值法”提取相同视域下的孔隙定量信息来探讨改变电镜分析参数对定量评价页岩微观孔隙的影响。结果表明,电镜分析参数中电子束流和加速电压对孔隙定量信息提取的准确性影响较大;束流超过170PA时,电压调整的越高提取出的大孔面积反而越小;电压超过15kV时,束流较低,孔隙提取的反而更完整;当束流低于86PA时,扫描时间越长孔隙提取的越完整,而当束流超过86PA时,扫描时间对孔隙提取的影响不大;亮度与对比度值过低或过高都对孔隙提取不利,而当其值分别为47.5和85时孔隙提取的最完整。最终结果表明电镜分析参数对提取有机质孔隙的影响较大,且选择合适的参数可显著提高页岩微观孔隙定量数据提取的准确性,从而得到更加真实的页岩微观孔隙结构信息。

几种常见矿物的油-水-矿物接触角测量及其讨论

采用测量水中油滴在矿物表面接触角的方法,利用接触角测量仪测量了不同矿化度水中,不同单组分油和混合组分油在不同矿物表面的接触角,提出了一套合理的测量方法,保证了测量结果的准确性。经过测量润湿角的大小,对比发现水中矿物的亲油性由强到弱依次为:云母>黄铁矿>方解石>白云石>石英。矿物类型、油组分类型和水的矿化度都对接触角有较大影响:不同的矿物表面油水的润湿性不同;随着油滴中正十八烷含量的增多,油滴在云母表面的接触角变小,润湿性变好,在其它矿物表面的润湿性略有不同;随着水矿化度的提高,油滴在云母表面的接触角呈现出明显变大的趋势,润湿性逐渐变差,在其它矿物表面的润湿性略有不同。

页岩油在纳米级狭缝中吸附特征的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟方法研究了页岩油在纳米级有机质狭缝内和二氧化硅矿物狭缝内的吸附特征。在COMPASS(condensed-phase optimized molecular potential for atomistic simulation study)力场下模拟了355K、18 MPa(松辽盆地青山口组Ro=0.9%时的地质条件)条件下,混合烃类分子在纳米级狭缝内的吸附行为,对比了有机质和矿物的吸附能力以论证前人的研究,证明了模拟的正确性;分析了混合烃、各烃组分在二氧化硅狭缝和有机质狭缝中的密度分布特征及温度对有机质狭缝内烃分子吸附的影响。结果表明:(1)混合烃类分子在纳米级狭缝壁面处出现了3个较明显的吸附层,每个吸附层的厚度在0.4~0.5nm之间,且石墨烯单位面积的吸附能力约为石英的1.31倍;(2)由于竞争吸附作用,并非所有的烃类都在靠近固体壁面处吸附最多,那些容易扩散的气态烃和拥有特殊化学键的芳香烃更容易吸附在狭缝壁面处;(3)温度升高,使狭缝内混合烃类分子吸附相密度降低,但由于多组分竞争吸附作用的存在,并不是所有烷烃的密度峰值随着温度的升高而降低,5种混合烃类分子中的正构烷烃和支链烷烃的第1吸附层的密度峰值有所升高。

分散可溶有机质的气源意义

广泛分布在烃源岩及输导通道中的分散可溶有机质作为一种新的气源逐渐受到重视。分散可溶有机质成气不仅关系到原油的消耗,还关系到天然气的资源评价结果,因而定量评价这一过程对油气勘探有着重要意义。笔者总结对比了传统成烃模式与考虑分散可溶有机质成气模式的异同,建立了分散可溶有机质成气的地质模型,初步计算了塔里木盆地分散可溶有机质的成气量。指出分散可溶有机质这一气源使得地层成气区域突破了烃源岩的分布范围,成气中心向构造高部位偏移,成气期推迟。计算得到塔里木盆地分散可溶有机质成气模式中源内分散可溶有机质裂解成气与源外的比例为1∶2.88,在成气晚期白垩纪末至现今这一阶段油裂解成气量为799千亿m3,是传统油成气模式的4.23倍。

松辽盆地古龙页岩油地质特征及关键科学问题探索

截止目前古龙凹陷页岩油的开发已见成效,总结古龙页岩油富集的地质条件对下一步的勘探开发工作尤为重要.对当前古龙页岩油基础地质特征及勘探成果进行了梳理总结,归纳了规模见产可能面临的科学技术问题,并探讨了下一步科研攻关方向.松辽盆地北部青山口组一段页岩具有机质丰度高(TOC为2.0%~3.0%,平均2.7%)、类型好(以I型干酪根为主,生烃母质为层状藻类体)、成熟度高(Ro为1.20%~1.67%)、黏土矿物含量高(大于35%)等典型特征.受益于较高的地温梯度,古龙凹陷青一段有机质达到高成熟阶段,油质轻(地面密度小于0.8 g/cm^(3))、气油比高(大于50 m^(3)/m^(3)),具备高熟页岩油规模开发潜力.页岩油甜点评价标准的厘定、单井EUR预测存在不确定性及规模效益开发配套技术欠缺是古龙页岩油勘探开发目前面临的主要挑战.黏土矿物对油水赋存状态乃至含油饱和度的影响、复合润湿性对压裂液渗吸置换效率的控制等陆相页岩油特有机理研究的突破,将会推动国家级开发示范区产油目标的快速实现,并有望在轻质油带开发基础上向稀油带扩大古龙页岩油勘探开发成果.

页岩气在孔隙表面的赋存状态及其微观作用机理

吸附态是页岩气的主要赋存状态之一,对吸附气含量的准确评价是页岩气勘探开发中的重要环节.在页岩吸附气含量评价过程中,所选用的等温吸附模型是否遵循页岩气的赋存状态及其微观作用机理,是决定模型适用性的关键所在,也是决定吸附气含量评价准确性的重要因素.因此,需要对页岩气在孔隙表面的赋存状态及其微观作用机理开展深入研究,为科学地优选或建立吸附气评价模型提供理论依据.利用巨正则蒙特卡洛(Grand Canonical Monte Carlo,简称GCMC)法分别模拟甲烷在有机质和伊利石孔隙中的吸附特征并得到分子构型,并进行分子动力学(MD)模拟使体系达到充分平衡.在此基础上,根据气体浓度分布、密度场分布以及分子间相互作用等特征阐明页岩气在孔隙表面的赋存状态及其微观作用机理.研究表明,页岩气在孔隙表面的吸附作用并非单层吸附,吸附相可划分为强吸附层、弱吸附层和二者之间的吸附层波谷.强吸附层主要受到矿物表面的吸附作用;吸附层波谷与弱吸附层既受到矿物表面的吸附作用,又受到不同吸附层之间的吸附作用.Langmiur模型与BET模型的假设条件与此机理不严格相符,可能对模型评价精度造成一定影响.对页岩气在孔隙表面赋存状态及其微观作用机理的研究,有望为吸附模型的优选或建立提供理论依据.