页岩孔隙演化及其与残留烃量的关系:来自地质过程约束下模拟实验的证据

加强页岩孔隙演化规律研究,特别是定量评价其与残留烃之间的关系对页岩油的勘探具有重要意义。采集鄂尔多斯盆地低成熟度湖相Ⅰ型富有机质页岩,通过地质条件约束(埋藏史、地层压力、地层水矿化度等)成岩物理模拟实验模拟页岩演化,利用压汞法、氮气吸附法和二氧化碳吸附法获得不同温压段页岩的比孔容、比表面积和孔径分布,结合氯仿沥青A抽提定量结果,确定孔隙演化规律及其与残留烃的关系。结果表明页岩大孔比孔容与残留烃含量先增加后减小,微孔和中孔的比孔容随着模拟实验温度的增加呈现先减小后增大。XRD分析显示黄铁矿含量控制大孔,有机质丰度和粘土含量控制微孔和中孔。微孔和中孔的比孔容增加为高—过成熟度阶段页岩气提供储集空间,大孔比孔容与残留烃含量变化一致,生油窗阶段大孔增加是页岩油的有利储集带。

利用生排烃动力学研究海相及煤系烃源岩的残留烃及其裂解成气特征

以煤与海相泥岩的块状样品为研究对象进行多升温速率下的排烃模拟实验,借助生烃动力学方法处理实验模拟结果,对煤与海相泥岩的残留烃特征进行了研究。结果表明:海相泥岩残留烃在Ro为1.0%时达到高峰,然后逐渐降低,而煤中残留烃在Ro为1.0%时达到高峰后便基本上保持稳定。煤吸附能力比海相泥岩的强,其残留烃量也比海相泥岩大。成熟作用对于煤及海相泥岩残留烃都有很大的影响。高过成熟阶段海相地层中烃类构成以油藏或输导层中原油裂解气为主,源岩中的残余液态烃也有一定的贡献,而煤在排烃结束以后煤中分散液态烃对裂解气的贡献更大些。煤中残留烃主要是前期形成的烃类由于排烃效率不高而聚集起来的,而海相残留烃基本上随着残余生烃潜力的降低而降低,这一方面说明海相残留烃受生烃作用的影响,另一方面也受排烃效率的影响。模拟样品中的残留烃及残余生烃潜力均可以与自然样品对比,表明了该方法的实用性。

蒙脱石有机复合体超压下残留烃特征研究

为研究有机质类型对页岩油中轻烃和重烃数量及轻重烃选择性分异的影响,利用人工合成的赖氨酸-蒙脱石和壳聚糖-蒙脱石复合体,通过压力机对其柴油饱和样进行超压下排烃模拟实验。实验结果表明,在超压下,以赖氨酸为代表的Ⅰ型有机质和以壳聚糖为代表的Ⅲ型有机质的介入,可能不利于蒙脱石对正构烷烃的残留。在深层,赖氨酸-蒙脱石复合体残留油品质较差,多重烃化合物,但有机质含量低于7%时利于轻烃的保存;壳聚糖-蒙脱石复合体残留油品质相对较好,多轻烃化合物,且有机质含量越低越好;在有机质含量低于7%时,Ⅰ型有机质的蒙脱石粘土页岩较Ⅲ型有机质的蒙脱石粘土页岩储集更多的页岩油,但有机质含量高时,它们储集页岩油的能力相当。这一结果可对页岩油的资源评价提供理论指导。

不同类型有机黏土超压下残留烃特征

为研究黏土矿物类型对页岩油中轻烃和重烃数量及变化规律的影响,借助人工合成的十六烷基三甲基氯化铵—蒙脱石和十六烷基三甲基氯化铵—伊利石有机黏土,使用压力机对合成有机黏土的柴油饱和样进行超压下孔缝排烃模拟实验。结果表明:在深层,纯黏土矿物选择残留重烃,纯蒙脱石较纯伊利石残留烃量更大;十六烷基三甲基氯化铵的介入直接使蒙脱石选择性残留轻烃,但没有改变伊利石的选择性残留特征;含十六烷基三甲基氯化铵的蒙脱石黏土页岩残留烃品质较好,多为轻烃化合物,十六烷基三甲基氯化铵含量对其影响相对较小;含十六烷基三甲基氯化铵的伊利石黏土页岩残留烃品质较差,多为重烃化合物,十六烷基三甲基氯化铵含量越多越利于残留烃的保存。

失效吸附剂中残留烃类组分的分析研究

变压吸附法分离净化气体装置会使用多种吸附剂,这些吸附剂在使用过程中会因为吸附了难以解吸的组分,致使吸附剂的性能下降甚至失效。可能使吸附剂失效的组分很多,为了探求导致吸附剂性能严重下降的原因,开展了对失效吸附剂中残留烃类组分的分析研究,以寻找导致吸附剂失效的原因。从研究结果看,C_3^+烃类在吸附剂上残留后难以解吸出来,是吸附剂失效的重要原因。

泥页岩烃—孔隙—表面的关系及其对残留烃评价的意义

泥页岩中残留烃具有多种赋存态,且赋存态与赋存空间紧密相关,残留烃的研究必须同时关注赋存态和赋存空间。残留烃的不同赋存态在本质上是由于残留烃组分以及孔隙和表面性质的多样性造成的,导致不同赋存态烃的剥离条件具有差异,基于这种差异,提出有机溶剂抽提—化学湿氧化的相继处理方法分离游离态烃、物理吸附烃和化学结合态烃。泥页岩中存在多种类型的孔隙和表面,气体吸附法、压汞法、化学吸附法和成像方法的配合才能够全面表征泥页岩的孔隙结构。通过分析每一步处理前后烃参数和孔隙结构表征参数的变化特征可以建立烃—孔隙表面的关系,而烃和矿物在分子层面和微观尺度相互作用的研究有助于进一步丰富烃—孔隙—表面的关系,这对于深刻理解残留烃的赋存机理和流动特征具有重要意义。

不同浓度石油烃对油菜产量、土壤中石油烃残留量及土壤微生物的影响

通过盆栽试验,研究了不同浓度石油污染物对油菜产量、土壤石油烃残留量和土壤微生物区系的影响。研究结果表明:石油烃浓度低于500mg/kg时,可以促进油菜生长,表现为油菜产量增加,但是该石油烃浓度已经严重影响土壤中的微生物种类数量,表现为土壤中的放线菌数量急剧降低,细菌、真菌数量增加,油菜收获后土壤中石油烃含量小于安全值300mg/kg;当浓度超过500mg/kg时,随浓度的增加,对油菜的抑制作用增强,表现为油菜产量降低,土壤石油烃含量大于临界值500mg/kg,土壤细菌数量呈下降趋势、放线菌数量急剧降低、真菌数量变化不明显。综合各类指标,可以暂定在潮土上,石油烃对油菜的临界浓度暂定为500mg/kg。

有关烃源岩定量评价的几点意见

烃源岩定量研究是成因法油气资源评价的重要基础 ,在烃源岩定量评价技术与方法日臻完善的背景下 ,仍存在一些问题有待进一步改进 :1对烃源岩的定义仍存在一定分歧 ,应明确区分烃源岩与有效烃源岩的差别 ;2确定有效烃源岩规模时 ,不应以烃源岩成熟范围代表有效烃源岩的展布 ,有效烃源岩的厚度统计标准也应因烃源岩非均质性的发现和有效排烃厚度的否定而需重新审视 ;3烃源岩中实测残留烃由于取样、搁置等原因损失很大 ,但对其进行轻烃校正至今并未引起足够重视 ,目前所用方法不够成熟 .另外 ,利用氯仿“A”或热解参数 S1 模拟烃源岩残留烃变化规律及能力同样也需慎重 .

确定烃源岩有效排烃总有机碳阈值的方法及应用

针对油气地质学中排烃源岩难以识别的问题,依据生排烃原理,利用常规烃源岩有机碳和热解(Rock-Eval)分析测试参数,建立了判别排烃源岩的实用方法。该方法主要基于生烃量参数[I_(HC)=S_1/w(TOC)]和沥青转化率[w(A)/w(TOC)],判别排烃源岩的总有机碳阈值,高于该值的烃源岩即为排烃源岩。根据分析测试资料,对准噶尔盆地和三塘湖盆地二叠系芦草沟组、酒泉盆地营尔凹陷和青西凹陷白垩系下沟组以及鄂尔多斯盆地上三叠统延长组长7段的排烃源岩进行判别,判别效果较好,应用该方法时要求烃源岩的母质特征与热演化程度接近。由于气态烃易散失,所以采用的参数主要反映烃源岩中生成的液态烃量。该方法对于油源岩的判别更为有效。

鄂尔多斯盆地南部延长组泥页岩孔隙特征及其控制因素

泥页岩孔隙特征是页岩气藏储集能力及可开采性评价的关键参数。以鄂尔多斯盆地南部铜川地区瑶科一井延长组泥页岩样品为研究对象,通过扫描电镜、低温氮气吸附等实验手段,对延长组各段泥页岩孔隙特征及影响孔隙发育的控制因素进行了研究。研究表明:鄂尔多斯盆地南部延长组泥页岩孔隙类型主要有粒间孔、粒内孔、黄铁矿晶间孔、溶蚀孔、微裂缝,其中黏土矿物粒间孔最发育,有机孔基本不发育。延长组不同段的纳米孔隙发育特征有明显的差异性,长9段微孔含量相对较高,BET比表面积较大,长8段中孔比例较高,孔隙形态都以管状孔和平行壁的狭缝状孔为主;长7段有最大的宏孔比例和最小的微孔比例,比表面积最小,孔隙含有相对较多的封闭型孔,还有一端或两端开口的楔V型孔;长6段孔隙比例、比表面积大小介于其他各段之间,以平行板状的狭缝型孔隙为主。黏土矿物含量、石英含量是控制孔隙发育的主要因素,而孔隙总体积、比表面积与TOC含量基本呈负相关关系,这主要是由于孔隙中的残留烃对孔隙的堵塞作用,抽提后可以发现样品孔隙总体积、比表面积都有所增加。

石油和天然气运聚效率的主控因素及定量评价

烃源岩生成的石油和天然气大部分在运聚成藏过程中损失了 ,因此石油和天然气运聚效率主要取决于油气运聚过程中的损耗量的大小。损耗量包括烃源岩残留烃量、储集层滞留烃量、运移流散烃量和构造破坏烃量。天然气的运聚效率远小于石油 ,是由于天然气在溶解性、扩散性、吸附性等物理性质方面与石油有差异。通过对塔里木盆地寒武系—下奥陶统及中、上奥陶统烃源岩的模拟计算 ,认为影响石油运聚效率的主要因素是构造破坏作用和储集层滞留作用 ,而影响天然气运聚效率的主控因素是运移过程中的扩散、溶解及构造破坏作用。构造作用同时控制塔里木盆地石油和天然气的运聚效率 ,对正确评价油气资源量有重大意义。图 3表 5参 2

全油气系统全油气系统生、排烃和运聚定量分析中的关键问题与解决途径

全油气系统定量分析技术应用于成因法油气资源评价时主要面临3方面的问题:(1)生烃量网格计算时如何输入代表性源岩的厚度、总有机碳含量(TOC)和氢指数(HI)以及对应的生烃动力学模型;(2)如何建立和选择合理的源岩生烃动力学模型参数;(3)如何合理分析源岩的排烃效率和油气运聚效率。根据含油气盆地源岩和油气数据分析,结合生、排烃算法的演变和发展过程,讨论了如何推动解决以上3个关键问题。一是通过源岩有机相的分级评价来解决在生烃量网格计算中输入参数的代表性问题;二是利用源岩的实测数据和模拟实验数据来联合标定生烃动力学模型;三是利用残留烃数据和运移损失量来确定排烃效率和运聚效率,由此降低成因法油气资源评价的不确定性。

松辽盆地青一段常规与非常规油气资源评价

计算源外排烃量和源内残留烃量是油气资源评价中不可缺少的工作,而据此获得的常规和非常规油气烃量是评价2种油气资源的指标。分析了松辽盆地青一段烃源岩基本特征,并根据排烃门限理论利用生烃潜力法确定了烃源岩生排烃特征,结合烃源岩的面积、厚度、密度等进行积分计算得到了源外排烃量和源内残留烃量,结果表明:松辽盆地青一段烃源岩排烃门限为0.7%,最大生烃潜力指数为2 000 mg/g,最大排烃率为1 525 mg/g,源外排烃量为2 165×10~8 t,源内残留烃量为1 102×10~8 t。再根据松辽盆地浮力成藏下限理论,确定松辽盆地青一段源外常规油气排烃量为618×10~8 t,源外非常规致密油气排烃量1 547×10~8 t,源内非常规残留烃量为1 102×10~8 t。综合分析认为,松辽盆地青一段常规与非常规油气资源较为丰富,2种类型油气烃量占比约为1:5,因此非常规油气资源更为丰富。

鄂尔多斯盆地延长组7段凝灰质页岩油层的润湿性及自发渗吸特征

页岩油源-储体系内通常发育大量凝灰质泥岩层,由于大量火山凝灰质的沉积导致页岩层系内页岩油储层结构发生变化,因此,凝灰质泥岩层内烃类物质的流动性引起广泛关注。为研究页岩体系内凝灰质泥岩成分对烃类流体流动行为的影响,利用储层润湿性接触角实验表征凝灰质泥岩样品的亲油性,利用轻质油自发渗吸实验的渗吸率表征储层流体流动性。结合生烃热解实验和放射性Th、U元素测试,探讨火山凝灰质成分和残留有机质对页岩油自发渗吸作用的影响,并将这两项关键因素引入凝灰质泥岩层流体自发渗吸刻度模型,半定量刻画了火山凝灰质成分对页岩油流动能力的控制作用。研究结果表明:对于页岩油源-储体系,几乎所有凝灰质泥岩层段都是亲油性的。岩层内流体自发渗吸率随着凝灰质主控孔和残留烃覆盖孔的增加而增加,大量凝灰质沉积物自生的多孔沸石有利于提高页岩油的流动性。