Determination of the Chemical Structure of the Iraqi Oil Shale and Its Hydrocarbon Forms

The global impact of shale oil has revolutionized the world’s energy markets, resulting in significantly lower oil prices, higher global gross domestic product, changing geopolitics and shifted business models for oil and gas companies. Further and developed research initiative is required to fill critical gaps in knowledge at the interface of shale oil development along with environmental protection, so countries can prepare better for its energy future. This paper explores the characterization of Iraqi originated oil shale using various analytical techniques, such as mass spectrometry (MS), infrared spectroscopy (IR), and Gas Chromatography Mass Spectrography (GC/MS). Based upon analytical results, it is found that the majority of chemical structure is in aliphatic hydrocarbon forms.

页岩基质孔隙油微观赋存及可动性定量表征——以东营凹陷沙河街组为例

页岩基质孔隙油微观赋存特征及可动性是制约陆相页岩油高效开采的关键要素。本文针对页岩基质孔隙内不同相态油的含量、比例、分布及可动性开展定量化表征研究,从理论上提出了页岩油吸附量、游离量、可动量评价模型以及吸附油占比评价模型(即吸附比例方程),建立了基于饱和—离心—核磁共振联合实验的孔隙油微观赋存及可动性评价方法。上述模型与方法在渤海湾盆地济阳坳陷东营凹陷沙河街组页岩油储层中进行了应用,揭示了实验条件(20℃、常压)下页岩基质孔隙中轻质油(正十二烷)微观赋存与可动性特征。结果显示:(1)富有机质页岩吸附油、游离油含量普遍大于含有机质页岩,吸/游比主体介于1~2,不同类型页岩中吸附油、游离油赋存空间具有差异性。(2)富有机质页岩吸附油平均密度(0.8331 g/cm^(3))略大于含有机质页岩(0.8067 g/cm^(3)),富有机质页岩吸附油平均厚度(1.7475 nm)约为含有机质页岩(0.5734 nm)的3倍,富有机质页岩具有更强的油—岩相互作用。(3)游离油赋存孔隙直径下限(d_(min))数值上等于吸附油平均厚度与孔隙形状因子的乘积,富有机质页岩d_(min)介于3.5~10.5 nm,开始主要富集游离油的孔隙直径约为100 nm;含有机质页岩d_(min)介于1.1~3.4 nm,开始主要富集游离油的孔隙直径约为30 nm。(4)富有机质页岩孔隙油可动性相对更好,其可动性指数(平均6.24 mg·g^(-1)·MPa^(-1))高于含有机质页岩(平均5.20 mg·g^(-1)·MPa^(-1)),孔隙油吸/游比约为1.5时具有较好可动性。(5)以油—岩相互作用为纽带,构建了页岩含油性、储集性及页岩油可动性之间的耦合关系,并数学描述了它们之间的内在联系,为寻找优质页岩油储层奠定了理论基础。

油页岩临界热解中间体的结构表征

为探究抚顺油页岩有机质热解机理,以其热解产物抽提率最高时获得有机体——临界热解中间体为研究对象,采用核磁共振(NMR)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、快速裂解气相色谱质谱联用(Py-GC/MS)技术对临界热解中间体进行了原子结构表征,提出了该热解中间体平均分子结构模型的分子式C_(370)H_(570)O_(29)N_(4)S.结果表明:临界热解中间体的碳骨架结构主要由脂肪族碳构成,脂碳率与芳碳率分别为74.7%和25.3%,脂肪烷烃链的支化度Bi为4.31%,亚甲基长链的平均碳数约为18个;芳香碳以单环形式为主,芳香环的平均取代程度为0.4左右;杂原子主要以羰基氧、吡咯氮和噻吩硫的赋存形式存在.

基于三维数字岩心的油页岩裂解孔隙重构及表征研究

油页岩孔隙结构作为油气渗流的主要通道,高温热解过程中将产生复杂变化,然而其变化规律不明严重制约储集层分类评价和高效开发。因此,开展不同温度及不同有机质含量条件下油页岩热解对孔隙结构影响的研究对于油页岩的有效开发具有重要意义。针对热解前后油页岩孔缝结构变化精细表征难的问题,本文通过编程方法提出了一种基于三维数字岩心重构的裂缝及孔隙结构表征新方法,定量分析了热解过程中样品裂缝宽度、裂缝方向、分形维数及孔隙度等参数的变化规律。研究结果表明:(1)本文所提出的裂缝性数字岩心精细化处理方法结合等位精细化中面提取算法,在准确计算岩石物性参数的基础上可实现对缝宽及裂缝方向分布的精确计算,可达到对裂缝孔隙精细表征的目的;(2)随着热解温度的升高,油页岩样品孔隙度由18.3%升至20.9%,且裂缝宽度不断增大,油页岩样品物性得到持续改善,但当热解进行到一定程度后油页岩孔隙结构变化趋势放缓;(3)相同温度条件下随着有机质含量的升高,热解后油页岩样品孔隙度由12.1%升至29.3%,但4种样品分形维数未随着有机质含量升高呈现出单调递增趋势,表明热解裂缝复杂性除受有机质含量影响外,也受到样品中有机质初始分布的影响。本文可为油页岩热解后孔隙结构精细表征提供新思路。

中国陆相页岩油勘探理论与技术进展

陆相页岩油是一个全新领域,近期的勘探实践已在鄂尔多斯盆地、松辽盆地、渤海湾盆地、准噶尔盆地、柴达木盆地等不同页岩层系取得了重要进展,截止2022年底,页岩油探明、控制、预测三级地质储量达44亿t,2022年产量达318万t。页岩油勘探理论和技术也取得了一系列进展,创新了有机母质类型分析与有机质生排烃实验、储层表征技术、页岩油赋存状态与含油性分析、保压取心与现场测试等页岩实验测试分析技术,基本上能满足页岩油相关实验测试要求;在细粒沉积与有机质富集机理、陆相页岩纹层结构与组合类型、储层孔缝结构与储集性、页岩油富集机理取得了一系列新的认识,指导了重点地区选区选带评价研究。研发了烃源岩品质测井评价、储层品质测井评价、工程品质测井评价、岩石物理敏感参数分析和定量预测、多任务学习储层参数预测、各向异性地应力预测、水平井地震地质导向评价、富集层(甜点)综合评价等技术,并推广应用,在页岩油储量提交、甜点区优选、水平井部署、随钻导向预警和钻完井工程改造方面提供了重要且面向全周期的技术支撑。但陆相页岩油规模勘探与效益开发目前还面临诸多挑战,必须建立全新的研究内容与研究重点,特别需要把研究精度升级并要加强微观研究,加强固/液/气多相多场耦合流动机理研究,加强多学科交叉研究等,以建立页岩油成藏新学科。

基于人工神经网络的页岩油藏产量预测定量表征模型

页岩油藏开采过程通常包括压裂、闷井、返排,较常规油藏其流体渗流机理复杂,采用传统产量预测模型难以描述其复杂生产变化特征。传统定量表征模型虽可以描述页岩油藏产量变化特征,但其需要根据实际生产数据人工提取特征参数,无法适用于新井产量预测。通过收集现场实际生产数据建立样本库,运用人工神经网络建立产量主控因素与定量表征模型特征参数关系模型,形成了一种基于人工神经网络的定量表征产量预测新方法。训练后模型预测值与实际值相关性较好,通过输入压裂施工、油层品质、生产因素等参数即可预测新井全周期生产动态及不同施工措施下的产量变化规律。研究成果对页岩油开发技术政策研究具有重要的指导作用。

吉木萨尔页岩储层孔隙结构表征及空气可注入性实验研究

利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜矿物定量评价(QEMSCAN)、微米CT扫描技术及AVIZO可视化软件先进的数学算法,构建了新疆吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩储层的三维数字岩心,开展了不同类别页岩储层的微观孔隙结构表征研究。在此基础上,辅以高温高压物理模拟驱替系统进行了不同类别页岩储层的空气可注入性实验研究,并探讨了裂缝对于空气注入能力的影响。结果表明,研究区页岩储层的矿物分布及孔隙结构特征差异显著,层理分布呈现明暗交互的纹层状排布,孔隙结构主要以连续带状或孤立状分布,孔隙结构连通性差,非均质性较强。向页岩储层注入空气可与原油接触发生低温氧化反应(LTO),具有较好的膨胀降粘,增强流动性作用,空气注入能力的变化过程可划分为注入指数降低、注入指数上升、注入指数稳定3个阶段,升高注采压差能有效改善空气注入效果,缩短注采周期。裂缝可有效降低注采压差,减小基质内油气渗流阻力,提高页岩储层的空气注入指数,但突破时间相对变快,在合理生产压差下,结合空气泡沫等调剖体系进行适当的压裂改造有助于提高空气注入效果。该研究成果可为页岩储层注空气的高效开发提供借鉴。

南川地区QQ-1井龙马溪组下部页岩储层有机质发育特征精细表征

寻找优质页岩储层是开展页岩气地质理论研究的基础,也是开展页岩气地质勘探的首要目标。以南川地区QQ-1井龙马溪组下部优质页岩储层为例,对页岩有机质类型、有机碳含量、有机质赋存状态、有机质热演化程度及有机质在小尺度岩石结构中的分布进行了研究,明确了优质页岩储层有机质发育特点,讨论其对储层物性及含气性的影响。结果表明:QQ-1井龙马溪组下部优质页岩储层有机质类型为Ⅰ型腐泥型,有机碳含量相对较高(普遍大于2%),等效海相镜质组反射率值较高(3.82%~3.98%),热演化程度达到了过成熟阶段;有机质赋存状态主要包括团块状有机质、固体沥青态有机质、笔石化石残余有机质以及莓状黄铁矿微晶间有机质,其微观分布受到了小尺度沉积构造的显著控制。储层相对丰富的有机质含量和较高的热演化程度,有助于有机质相关纳米孔隙发育形成微观储集空间,是储层优质孔隙性、渗透性及含气性耦合发育的重要机制。精细有机质表征与研究可为进一步精细化储层评价方案提供支撑。

鄂尔多斯盆地三叠系延长组页岩油储层裂缝特征及常规测井识别方法

鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7油层组底部广泛发育张家滩页岩,厚度15～60m,中间夹薄层细砂岩或泥质粉砂岩,是很好的页岩油储层。野外露头观察、岩心分析及成像测井资料解释均表明该页岩段近东西向高角度构造裂缝和近水平页理缝发育,为致密页岩油储层提供了良好的渗流通道。依据岩心分析和成像测井资料解释确定单井内裂缝类型和分布;选取对裂缝敏感的常规测井曲线自然电位、声波时差、密度、中子及深浅电阻率差比,根据岩心分析和成像测井解释结果,利用模糊神经网络推理系统确定不同测井曲线的权系数,采用综合概率指数法和分形维数法识别页岩油储层及裂缝。

油页岩孔隙表征方法及孔隙特征综述

页岩不仅能成为生油岩和盖层,还能成为储层,实现自生自储。油页岩孔隙的研究有助于页岩油勘探层位选取,资源潜力评价,原位开采,干馏温度的确定等多方面研究。油页岩的孔隙度主要受干酪根和矿物组分影响,通常其与TOC含量呈正相关。而构造应力、沉积环境、埋深以及含水量等因素也对其有很大影响。因此不同时代以及地域的油页岩孔隙度受控制因素影响会存在一定差异。油页岩热解过程中,半焦孔隙度整体上呈不断增大的趋势,但在达到一定温度后,孔隙度将不在发生明显变化。

富含有机质泥页岩岩相表征的研究现状与趋势

富含有机质泥页岩往往具有丰富、多变的岩相特征;岩相提供了泥页岩储层形成的基础地质条件,岩相表征的方式与精细程度直接影响着页岩油、页岩气的储层质量评价及开发方案研究。通过对比大量国内外泥页岩岩相研究实例,综述分析了近年来泥页岩的岩相分类方法、测试表征技术与研究思路,总结了各种方法的优缺点,探讨了岩相表征研究的发展趋势。分析表明,泥页岩岩相的分类方案逐渐向适合于地质规律研究的双层次、多参数精细分类方向发展,向方便于工程应用的实用性方向发展;岩相参数测试呈现出测试新技术普及应用、多技术组合应用的趋势;岩相表征方式具有向多参数定量表征、岩相建模方向发展的趋势。针对泥页岩海(湖)相沉积背景,构建研究区的岩相模型分布体系。在岩相表征基础上,泥页岩储层非均质性研究、储层建模研究,以及典型岩相的储层形成机理研究逐渐得到重视,以服务于储层质量评价与储层预测模型研究。

页岩油窄馏分性质表征及其催化裂化性能研究

通过实沸点蒸馏装置按组分沸点将抚顺页岩油切割成5个窄馏分,测定每个馏分元素组成、残炭、碱性氮含量等基本性质;又利用红外光谱和1H-NMR谱图,通过B-L法计算各馏分的平均结构参数;再通过GCMS对各馏分饱和分、芳香分的组成进行定性定量分析;最后考察随馏分沸程升高其催化裂化性能的变化。结果表明:随馏分沸程升高,其密度、残炭增大,页岩油氮元素及碱氮含量均远高于常规原油;且馏分越重,其芳碳率、侧链平均长度越大,三环及以上稠环芳烃所占比例越大;此外,较重馏分催化裂化结焦严重,但较轻馏分裂化反应的产物分布较为理想,说明页岩油具有催化裂化加工潜力。

致密页岩油气赋存运移机理及应用模型

致密页岩油气已经成为当前非常规油气资源勘探与开发的核心领域,致密页岩油气的赋存运移机理研究对于这项资源的勘探、资源评估、开发方式等方面都具有重要意义。近些年随着北美页岩气革命的兴起,国内外开展了大量研究工作,主要的研究进展包括:致密储层微观孔隙结构的观察与描述,表明致密储层中的微纳米孔隙大量发育,对油气的赋存与运移有重要影响;页岩气在低渗储层中的流动运移机理,其中以渗流-扩散-解吸附为框架的模型已经被广泛接受和应用;单井产量与可采资源量预测,以L型衰减曲线为代表的单井产量模型和EUR预测模型在生产中已经大量采用。然而当前的研究还存在许多不尽完善之处,例如:微观孔隙结构的表征尚未能为宏观分析提供很好的量化参数;现有的页岩气流动运移理论不适用于页岩油;非常规资源评估方法经验性太强等。

桦甸油页岩有氧热解反应及其产物分布

利用X射线衍射、热重分析、红外光谱、元素分析、四组分和气相色谱等手段研究热解气氛和温度对固体残渣和页岩油气的产率及组成的影响。结果表明有氧气氛中油页岩能够在较低的外部温度下发生热解,空气气氛中350℃时的页岩油产率可达到Fisher含油率的51%,为氮气气氛下的3.5倍,且提高了页岩油品质量;气氛和温度是油页岩热解的关键影响因素,有氧气氛在油页岩的开发利用中潜力巨大。

松辽盆地古龙页岩油富集层地球物理定量表征方法及其应用

松辽盆地古龙页岩为陆相淡水湖盆沉积,地质条件优越、资源量潜力大,与海相页岩油相比,具有自身的特殊性,相应的地球物理定量评价方法匮乏。在岩心、测井、地震、地质等多种资料综合分析的基础上,提出了古龙页岩油富集层井—震联合定量评价技术体系。以岩石物理分析为基础,确定古龙页岩油富集层岩石物理特征,优选w(TOC)、总孔隙度、脆性等富集层地质工程参数的敏感弹性参数,建立基于弹性模量和泊松比的新弹性参数脆性评价因子;通过叠前地质统计学反演获得高精度弹性参数反演数据体,并根据岩石物理分析结果进行古龙页岩储层w(TOC)、总孔隙度、脆性等富集层地质工程参数的地震定量预测;再利用叠后地震属性分析裂缝检测技术及叠前各向异性反演手段,实现高角度构造缝和水平页理缝地震定量表征;对w(TOC)、总孔隙度、脆性和裂缝等参数的预测结果进行综合分析及评价。结果表明:研究区地震预测结果与实钻结果吻合较好,w(TOC)、孔隙度、脆性等参数预测符合率较高,证实了地震预测方法及结果的可靠性。研究成果为松辽盆地古龙页岩油富集层的勘探开发提供有力的依据。

页岩油中碱性氮化物对催化裂化反应的阻滞作用及其结构表征

通过以不同浓度盐酸对页岩油中的碱性氮化物进行分离及定量添加碱氮模型化合物的方法,辅以高分辨质谱对不同样品中碱性氮化物的结构进行表征,研究了页岩油中碱性氮化物对其裂化反应的阻滞作用。结果表明:页岩油中碱性氮化物主要为带烷基侧链的吡啶、环烷基吡啶,而且盐酸浓度越高,所富集出的碱性氮化物类型越多;碱性氮化物的去除有利于页岩油催化裂化反应的发生,且除含量外,碱性氮化物的结构对页岩油裂化过程也存在较大的影响,相对分子质量越大、缩合程度越高的碱性氮化物越不利于页岩油催化裂化反应的进行。

页岩储层非均质性地质理论的研究现状、进展与方向评述

非均质性是页岩储层的固有性质,影响了页岩储层的物性、含气性及其勘探开发。对页岩储层非均质性的地质认识,目前还集中在对不同参数的评述表征上,非均质性地质理论的进一步发展受到了缺乏标准工作流程、量化程度不足、未以动态指标纳入评价预测体系,以及对多影响因素下的关键控制因素认识不足等方面的影响。针对以上问题,本文在总结、评述前人研究的基础上,提出一系列方案、思路与建议,为非常规油气地质工作者提供参考。

吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组页岩储层孔隙结构定量表征

吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组是重要的页岩油气聚集区。通过铸体薄片、压汞及核磁共振等分析,结合医用CT、微米CT扫描技术、扫描电镜矿物定量评价(QEMSCAN)及Avizo可视化软件先进的数学算法,构建了吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩储层的三维数字岩心并提取了孔隙网络模型参数,获取全尺度孔径分布曲线,从多个维度综合开展其微观孔隙结构定量表征研究。研究结果表明:(1)研究区芦草沟组页岩储层的孔隙度平均为7.6%,渗透率平均为0.37 mD,为“低孔-特低渗”型致密页岩储层,其主要储集空间类型为次生溶蚀孔,含残余粒间孔、生物体腔孔和成岩微裂缝。(2)孔喉尺度为纳米—微米级不等,以0.12~1.75μm喉道贡献率最高,亚微米—微米级孔喉对渗流的贡献较大,孔隙展布形态多为孤立状和条带状,孔隙半径大多为4.5~12.5μm;喉道半径大多为1.3~5.1μm,喉道长度为5~15μm;孔喉配位数为1~2,孔隙结构具有非均质性强、连通性差等特点,孔喉连通性比孔隙尺度对渗流的贡献更大。(3)纳米尺度下,基质矿物主要为石英和钠长石,纳米级微孔大多分布于矿物颗粒(晶体)内部有机质孔及胶结物微孔隙,孔径为0.015~5.000μm。

潜江凹陷盐间页岩油储层微观孔隙结构综合表征

潜江凹陷盐间页岩油藏开发难度大,基质流体动用困难。为了提高其开发效率,必须深入研究盐间页岩油储层储集空间及微观孔隙结构特征。以潜江凹陷盐间页岩油储层岩心为研究对象,利用扫描电镜、高压压汞及低温氮气吸附对其微观孔隙结构进行综合定量表征,明确了盐间页岩油储层微观孔隙结构特征。研究结果表明:潜江凹陷盐间页岩油储层孔隙总体上是以纳米级孔隙为主,并伴随着少量微米级溶蚀孔及微裂缝;盐间页岩储层孔喉发育类型单一且分布较为集中连续,微孔含量低,介孔和大孔占比高,最可几孔径峰值范围在40~60 nm,主要孔隙控制区间为10~200 nm。定量表征盐间页岩储层微观孔隙结构特征对研究认识页岩储层流体流动机理具有重要意义。

页岩油储层实验技术进展及应用——以松辽盆地古龙地区为例

页岩油是源储一体的非常规资源,页岩油储层实验是进行页岩油勘探开发的重要基础。松辽盆地古龙地区青山口组页岩作为烃源岩已具有完备的分析手段,但作为储层还需进一步开发实验技术。通过建立页岩微—纳米孔隙全尺度分析技术和页岩油激光共聚焦三维重建技术,对松辽盆地青山口组页岩储层特征和页岩油分布状态进行分析。页岩微—纳米孔隙全尺度分析技术可对页岩微—纳米级孔隙成因类型进行定量分析,页岩油激光共聚焦三维重建技术可分析页岩油在不同岩性中的分布特征和不同成熟度页岩油的相对含量、分布规律。研究认为:松辽盆地青山口组纹层状页岩、层状页岩为有利岩性,孔缝体系以粒间缝状孔和页理缝为主,页理对微—纳米级孔隙和裂缝的发育和分布影响较大;成熟页岩油多分布在泥质与夹层的接触部位,砂质或碳酸盐夹层中分布较少,高熟页岩油轻质组分在砂质或碳酸盐夹层中相对富集,重质组分在泥质中相对富集。页岩油储层实验技术为松辽盆地页岩油储层微—纳米级颗粒、孔隙及页岩油赋存状态研究提供了重要支撑。