页岩中单体有机质孔隙演化的原位热模拟实验

有机质孔隙是我国南方页岩气重要的储集空间,而有机质类型与有机质孔隙发育息息相关。为实现单体有机质孔隙演化过程的原位观测,揭示下古生界页岩显微组分热解过程中的孔隙演化过程,以低成熟度的美国俄亥俄上奥陶统页岩以及欧洲波罗的海东部下志留统页岩为研究对象,联合运用飞秒激光、冷热台、显微镜以及扫描电镜等技术,实现页岩中单体有机质孔隙演化过程的原位观测,进而辨别不同类型有机质的孔隙发育过程和演化规律。对低成熟度的“倾气”型笔石以及“倾油”型层状藻类体孔隙热演化过程的原位观测分析结果表明:(1)笔石的体积开始发生明显变化的起始温度要高于层状藻类体,生烃演化要晚于层状藻类体;(2)笔石和层状藻类体在热演化过程中均形成了明显的收缩缝,但就形成收缩缝的规模而言,笔石明显较小,生烃转化率要低于层状藻类体;(3)笔石与层状藻类体内部孔隙的演化存在明显的差异,笔石原有的生物组织孔在高温阶段发生了明显的扩容并且有新的内部孔隙生成,而层状藻类体在整个热演化过程中并未形成内部孔隙,证实了“生气窗”是有机质孔隙大量发育的主要阶段。有机质组成以及结构的不同可能是造成上述两种有机质孔隙演化过程存在差异的主要原因。

基于热模拟实验的页岩孔隙连通性与形状系数演化研究及其地质意义

富有机质页岩的孔隙演化与页岩气赋存富集关系密切,孔隙连通性与形状演化特征对储集空间精细表征和页岩气赋存机理的揭示具有重要意义。本文对山东半岛北部古近系黄县组低成熟富有机质页岩不同热演化阶段的模拟产物开展低温液氮吸附和扫描电镜实验,并辅以数字图像处理技术分析页岩孔隙连通性和形状系数演化过程。结果表明:(1)低成熟阶段,有机孔少量发育,无机孔主要为矿物基质孔;随热演化程度增加,大量近圆形有机孔逐渐形成,少量溶蚀孔和黏土矿物层间孔生成;到过成熟阶段,压实作用导致部分孔隙减小或消失;(2)随热演化程度增加,有机孔和无机孔孔径均呈先增大后减小的趋势,孔隙形状系数均呈现近“V”型变化趋势;(3)高温高压导致样品孔隙系统第二个优势孔径峰值变大,表明孔隙系统增加了狭长-裂缝型孔隙,有助于沟通其他类型孔隙,提高孔隙系统的连通性;(4)热演化过程中生成的大量近圆形有机孔能为甲烷提供更多吸附位,生成的黏土矿物层间孔等狭缝型无机孔能够提高孔隙连通性,从而有助于提高页岩气的赋存和运移能力。本研究可为页岩气储层表征与页岩气赋存富集研究提供基础。

富有机质页岩有机孔隙形成与演化的热模拟实验

针对页岩有机孔隙的形成与演化,开展了从未熟—低熟—成熟—高成熟—过成熟全系列的地质条件约束下的成岩成烃演化热模拟实验,利用氩离子抛光-场发射扫描电镜对原始样品和模拟不同演化阶段反应后的样品进行了微观特征分析,研究表明:1未熟、低熟阶段生物化学作用和低温热作用生烃过程中可以形成有机孔隙,其当时较浅的埋深可能有助于有机孔隙的保存;2有机孔隙的形成与演变具有非均质性,成熟度不是控制有机孔隙形成与发育的决定性因素,有机质物理化学结构的差异对有机孔隙的形成与演化具有重要作用;3有机孔隙的发育与滞留油具有明显的相关性,生油阶段生成的有机孔隙,易被热解沥青所占据;4有机质收缩缝/有机质边缘孔可能是页岩气赋存的重要空间,其发育主要受控于在从"化学吸附有机质"向"物理吸附有机质"和"游离有机质"转化时有机质的物理化学结构及演化程度。

富有机质页岩生烃阶段孔隙演化——来自鄂尔多斯延长组地质条件约束下的热模拟实验证据

通过加水的高温高压热模拟实验对鄂尔多斯盆地延长组长7段陆相低熟油页岩进行地质条件约束下的模拟,获得不同热演化程度的页岩样品,并对其孔隙特征及纳米级孔隙的分布进行研究。结果表明,原始样品微孔隙类型主要有原生残留孔隙、次生溶蚀孔隙、黏土矿物粒间孔和黄铁矿晶间孔,及一些表生作用形成的收缩孔,其中一些孔隙被残留烃所充填。随着温、压的升高,有机质孔开始发育,样品孔隙度呈现出先增加后减小的演化规律,从原始样品的3.8%升高至350℃、32.5 MPa的17.53%后又逐渐降低,370℃、42.9 MPa时为8.15%,孔径峰值从20～100nm变为2～10nm,尔后又升至20～200nm,页岩孔隙度的增加主要是有机孔的贡献。低熟阶段样品中有机质纳米级孔隙发育有限,而是多在有机质与骨架颗粒接触边缘发育长条形、狭缝状的孔隙。随着成熟度的升高,在有机质内部开始出现孔隙,黏土颗粒间的有机质也开始分解,出现纳米级层间孔。随温度、压力的继续增大,压实作用、矿物相变及有机孔形成速度减缓的共同作用而减孔显著,岩样孔隙度减小幅度达5.68%,因此对于富有机质页岩来说,深埋阶段压实作用不容小视。

泥页岩热模拟实验及成岩演化模式

随着泥页岩油气勘探开发的不断推进,对泥页岩的成岩作用研究越来越受到重视。通过对三种不同干酪根类型的泥页岩样品的热模拟实验发现,随着有机质成熟度的增加,干酪根热解生烃产生的有机质孔及不稳定矿物溶蚀孔增加,是泥页岩储集空间增加的主要原因;泥页岩成岩作用类型主要有黏土矿物转化、不稳定矿物溶蚀作用和重结晶作用;结合镜质体反射率,建立了基于热模拟实验的泥页岩综合成岩演化模式。研究表明:不同类型的干酪根在生烃过程中演化特征不同,Ⅰ型干酪根以"解聚型"的途径生烃,以产生有机质边缘孔为主;Ⅲ型干酪根以"平行脱官能团型"的途径生烃,以产生有机质内部孔为主;Ⅱ型干酪根介于两者之间,既可以产生有机质内部孔,也可以产生有机质边缘孔。

塔里木盆地煤岩显微组分热模拟实验中液态烃特征研究

对塔里木盆地满加尔凹陷侏罗系演化程度较低(Ro=0.40%)的煤岩显微组分进行了从250℃到550℃(50℃为一温阶,恒温72h)的热模拟实验。用氯仿抽提获得了赋存在固体残余物中的可溶液态有机物,即饱和烃、芳烃和非烃。实验结果表明:1组成煤岩的显微组分产液态物时具有镜质组较早(主要发生在350℃时)、壳质组略晚(发生在400℃)且显微组分产率大小顺序为壳质组(1)>壳质组(2)>镜质组的特征;2各显微组分的液态烃产率均表现为壳质组>镜质组的特征,镜质组和壳质组均存在一个明显的产液态烃高峰,壳质组是煤岩中液态物质的主力贡献者,其产液态物率是镜质组的5～15倍;3在显微组分中,低演化阶段具低总烃、高非烃+沥青质的特征,随着煤化作用的加强,总烃有大于非烃+沥青质趋势。同时,在液态物产率高峰,饱和烃一般都占优势,不同显微组分液态物质的产程有所不同,因此,尽管在煤岩中壳质组是液态烃的主要来源,但由于其在煤岩中所占比较较小,难以肯定其为主力源,而尽管镜质组产液态物率低于壳质组,但因其是煤岩的主体部分,且具有广泛的分布,因此,应该是重视的对象;4不同显微组分的烷/芳值大于1,且壳质组的烷/芳值具有两阶段性。

干酪根二次生烃热模拟实验研究

本文通过热模拟实验研究，认为未进入高、过成熟阶段的生油岩因构造运动等因素使其上升或被剥蚀，地温下降，生烃过程停止。当再次下沉达到一定温度时，未耗尽的有机质则可能再次生烃。连续生烃的量与二次生烃总量很接近，表明二次生烃不影响生烃总量，只是延缓了生烃过程而已。即是说，单从生烃量的角度看，如果不考虑其它因素．二次生烃并不影响对生油岩的质量评价。

东营凹陷沙四段原油裂解热模拟实验及产物特征

对东营凹陷沙四段成熟阶段早期的原油样品(按比例与水、砂混合封入金管),采用高压釜封闭连续加热方式进行热压模拟实验。根据11个模拟温度点的烃类裂解气产率分析,原油裂解气累计产率为650～660m3/tTOC。原油裂解气RO值在1.3%～1.5%和2.3%～2.7%区间存在2个明显的高峰。原油裂解气中甲烷含量和C2/C3值随模拟温度升高而明显增加,但C1/C2值变化较小。原油裂解气碳同位素在成熟阶段相对较轻,高—过成熟阶段不断变重,并且甲烷与乙烷、乙烷与丙烷的碳同位素差值具有逐渐增加的趋势。

沉积有机质的成烃热模拟实验研究

作者采用小玻管热模拟方法研究了煤及碳质泥岩中藻类体、基质镜质体、沥青质体、运移沥青、角质体、树脂体、孢子体、现代栓皮栎的木栓层,水生植物蓝藻(粘球藻)和水生动物虾蛄的成烃规律。并根据有机组分的荧光特性和显微傅利叶红外光谱特征初步建立了我国煤系源岩生油组分及现代海生生物蓝藻和虾蛄的生油模式。研究结果表明:结构藻类体生油晚,结束晚;不同类型的基质镜质体和沥青质体的成烃过程存在差异,且基质镜质体可早期生油;现代木栓组织的成烃模拟支持了木栓质体早期生油的观点;角质体、基质镜质体B的成烃具多阶段性的特点;现代粘球藻具生油晚,结束晚,且成烃范围宽;水生动物虾蛄具成烃早,结束早,且成烃范围窄的特点。

张家口下花园青白口系下马岭组灰质页岩热模拟实验

华北地区中上元古界地层烃源岩的有机质热演化普遍处于高成熟-过成熟阶段,而张家口下花园青白口系下马岭组页岩和灰质页岩的Rb仅有0.38～0.6％,处于低成熟阶段,是系统研究中上元古界地层的生烃模式及有机质热演化特征的较理想模拟实验样品。本次模拟结果表明:模拟温度在27.5℃以前（R。<0.80％）为低成熟阶段,275℃～350℃（R0为0.8～1.32％）为成熟阶段;其中325℃（R0为1.16％）为生油高峰,350℃（R0为1.32％）为轻质油高峰,350℃～410℃（R0为1.32～2.0％）为高成熟阶段,410℃以后（R0>2.0％）为过成熟阶段。随着温度升高,生成的烃类和干酪根碳同位素（δ13C）逐渐变重,验证了δ13C存在温阶效用。在过成熟阶段,可溶有机质亦发生了芳核的缩聚反应,使芳烃含量减少,大分子的沥青质含量增多。可溶有机质在高成熟-过成熟阶段有“逆转”现象,正构烷烃碳数分布出现了双主峰,高碳数部位出现了奇偶优势等特征。当Rb>0.81％以后,同一温度点的Rb％>R。％。无水与加水模拟实验对比表明,加水实验的液态烃产率高,液态烃中重组分相对含量多,说明无水实验中热裂解反应强烈,而加水实验更接近地层热演化条件。

水在有机质形成气态烃演化中作用的热模拟实验研究

为探讨水在气态烃形成演化中的作用,选用鄂尔多斯盆地神山褐煤进行加水和无水的热模拟实验对比研究．实验显示,水参与了成气的化学反应,增加了CO^2和H^2的产率,同时在一定程度上增加了烃类的产率,特别在高演化阶段明显增加了甲烷的产率．无水实验或加水实验中甲烷的δD随甲烷产率的增加呈线性变重,而且在相同产率的情况下,加水实验甲烷的氢同位素组成明显变轻35‰左右．无水、加水实验甲烷的碳同位素组成在相同甲烷产率的情况下基本保持一致．CO_2中δ^(13)C(碳同位素)随着温度的升高变化不大,说明干酪根中羧基的脱落不存在动力学分馏．CO^2中碳同位素组成在加水实验中变轻是水参与成烃演化化学反应的有利证据之一,这种变化是由于水与烯烃反应使得亚甲基碳转变为羧基碳造成的．

碳酸盐岩生气的热模拟实验

采用半封闭外加温加压式热压模拟装置对碳酸盐岩的生烃情况进行了热模拟实验。利用自然样品和人造样品相结合 ,研究了碳酸盐岩生气量随成熟度和温度变化的趋势 ,探讨了碳酸盐岩的生气规律 :碳酸盐岩气态烃产率随温度升高而增大 ,并且在某一温度点 ( 4 60℃ )之后 ,气态烃产率的增大非常明显 ;温度是碳酸盐岩生烃的重要影响因素 ;随着温度增高 ,碳酸盐岩的生烃潜力不断降低 ,其间有一个生烃潜力的巨变阶段 ;碳酸盐岩生烃过程中 ,总有机碳TOC变化不明显 ,这可能与样品本身的TOC太低有关 ;

浅变质岩热模拟实验及天然气成藏潜力

以松辽盆地为例,通过热模拟实验及热模拟产物组分和稳定碳同位素分析,对极低级浅变质岩(泥板岩)的生烃能力及产物进行研究。研究结果表明,产物烷烃气碳同位素组成偏重,大量生气阶段(450~550℃)δ13C1值为-31.4‰^-22.3‰,同位素序列为1δ3C1<1δ3C2<1δ3C3或1δ3C1<1δ3C2、1δ3C3<1δ3C2,共性特征为1δ3C1<1δ3C2、δ13CCO2<-10.0‰,显示为有机成因天然气;导致碳同位素组成偏重的原因是浅变质岩中的生气母质具有较重的碳同位素组成。高温作用可能使碳同位素系列部分倒转,但机制尚不明确。根据模拟实验气态烃产率探讨了浅变质岩的生气潜力,认为肇深6井4 115.47 m泥板岩生气能力达到86.4 m3/t,预测松辽盆地基底浅变质岩在长垣以东地区生气强度能够达到20×108m3/km2,具备形成一定规模气藏的生烃条件。

塔里木盆地煤系有机质热模拟实验中液态烃特征研究

通过对塔里木盆地满加尔凹陷侏罗系演化程度较低的(RO=0.40%)煤岩和煤岩加水进行了从250～550℃(50℃为一温阶,恒温72h)的热模拟实验,用氯仿抽提获得了赋存在固体残余物中的可溶液态有机物,即饱和烃、芳烃和非烃。实验结果表明:煤岩在各演化阶段的液态物产率均低于煤岩原样;饱和烃随演化程度升高逐步增加,而芳烃减少,反映出非烃沥青质,甚至不溶有机质向相对稳定的饱和烃转化以及芳烃随演化程度升高的高聚合作用;沥青质随演化程度升高亦有增大的趋势,而非烃比例变化不大,反映出高温下非烃向饱和烃和沥青质转化的两极分化作用;烷/芳值随着演化程度的升高而增加,反映出高演化期芳烃的聚合作用。在煤岩加水热模拟实验中,液态烃产率随温度升高而逐步增加且芳烃是主体产物。在实验的低温阶段,水的加入使得煤岩样中可溶有机质向气态和不溶有机质转化,从而使得可溶有机质组分呈降低趋势,而在高温阶段时煤岩加水后可溶有机质有所增加。在煤岩加水热模拟实验中,烷/芳值均小于1,再一次说明了水对芳烃缩聚的抑制作用及对烷烃形成的促进作用。

塔里木盆地石炭系烃源岩热模拟实验研究──Ⅱ.生物标志化合物的组成和演化

塔里木盆地群 4井巴楚组 (C1b)的泥岩和灰岩中 ,生物标志化合物可分为两大类 :(1)正构烷烃和类异戊二烯烷烃类 ;(2 )三环和五环萜类。不同的模拟温度点具有不同的生物标志化合物组合 ,与以往的其他模拟实验结果类似。生物标志化合物的不同组合除源于生油岩中生物标志化合物不同外 ,还取决于无机元素的催化作用。不同的生油岩中 ,生物标志化合物先质存在差异 ,并且在不同的热演化阶段 ,释放出不同强度的生物标志化合物。因此 ,可以根据生物标志化合物的组成特征进行油源对比。塔里木盆地石炭系生油岩生成的原油 ,其三环萜烷C2 1/C2 3 比值一般大于 1,明显区别于寒武 奥陶系生油岩生成的原油 (C2 1/C2 3 <1) ,由此判断曲 1井原油可能来自石炭系泥岩生油岩。

祁连山冻土区含天然气水合物层段岩心热模拟实验研究

以热模拟实验为手段,对祁连山冻土区DK-2和DK-3孔含天然气水合物层段岩心(泥岩、油页岩和煤)热模拟烃类气体的组分、碳同位素组成与天然气水合物进行对比,以探寻这些气源岩与天然气水合物气源之间的可能联系。实验结果显示:低温(300℃以下)条件下,产生的气体以非烃CO2为主,烃类气体含量少,且泥岩产生烃类气体量<油页岩产生烃类气体量<煤产生烃类气体量,表现出不同岩石吸附气体的差异性特征;随着热模拟温度增加,产生的烃类气体量明显增加,至500℃时达到最高,相反CO2产气量变化不大;随热模拟温度增加,泥岩、油页岩、煤所产生烃类气体的碳同位素值呈现先变轻后变重的演化趋势和δ13C1<δ13C2<δ13C3的正碳同位素序列特征;泥岩在350～400℃条件下或油页岩在380～400℃条件下所产生的烃类气体在组成和同位素特征上与天然气水合物中烃类气体较为相似,推测天然气水合物气源与深部泥岩或油页岩具有地球化学成生联系,相反煤产生的烃类气体虽然在组成上与天然气水合物中烃类气体较为相近,但两者同位素值相差较远,推测煤与天然气水合物气源关系不大。

热模拟实验中煤岩及显微组分饱和烃甾烷系列化合物有机地球化学特征

通过对塔里木盆地煤岩与壳质组的热模拟实验产物饱和烃进行色-质分析指出,在全煤和壳质组中检测出了丰富的甾族系列化合物,且以C29甾烷占优势;煤岩中异常高的αββ构型异构化甾烷的检出反映了该煤在成岩早期经受过微生物改造;利用C29-5αββ/(αα+ββ)与C29ααα20S/(20S+20R)关系可以判识原油是否为未熟或成熟。孕甾烷/甾烷值与温度之间的关系表明孕甾烷可能不是甾烷的热降解产物;热模拟中Σ重排甾烷/Σ甾烷值在400℃开始降低和C29αα20R/C27αα20R值在400℃达到最大反映了甾烷骨架在该温度点以后发生开环裂解效应。

塔里木盆地煤岩在不同介质条件下热模拟实验中烷烃系列有机地球化学特征

对塔里木盆地侏罗系煤岩在不同介质下的热模拟实验和正构烷烃系列色质测试分析结果表明，在400℃前后煤岩成烃机理不同。结合对峰型、∑C21-／∑C22＋值、OEP指数和Pr／Ph值等地球化学参数的研究，指出了不同热演化阶段的成烃机理：在低温阶段（〈350℃）煤岩主要是裂隙、晶格间吸附烃和结构边缘烃的排出；在350～400℃之间，脱甲基及链断裂效应使得煤岩排烃进入高峰期；在高演化阶段（≥450℃），大量内部结构烃发生断裂重排，550℃以上温度达到第二个热降解高峰，产出烃发生脱甲基、链断裂和开环效应。模拟实验还表明，OEP指数变化较大，其每次变化都伴随一次生烃高峰；Pr／Ph值随着热演化程度呈降低趋势；有水、伊利石和蒙脱石存在时，会改变煤岩在热演化过程中高碳数烃的热降解速率，有利于液态烃的形成。

稠油热采条件下沥青质沉积热模拟实验研究及影响因素分析——以辽河油田曙一区杜84块兴隆台油层稠油油藏为例

该文以辽河油田曙一区杜 84块兴隆台油层超稠油油藏为例 ,进行了 12次热模拟实验。结果分析表明 ,引起地层伤害最本质的因素是沥青质沉积。沥青质在孔隙中的沉积现象非常普遍 ,主要呈星点状、薄膜状、斑块状甚至网状等。沥青质沉积对孔渗的伤害程度随温度的增高呈增大的趋势 ,而随压力增大的变化在小于 11.5MPa时呈增大的趋势 ,在大于 11.5MPa时则呈减小的趋势。其对孔隙度的伤害程度不及对渗透率的那么明显 ,后者的伤害率平均在 80 %以上 ,属强度伤害 ,而前者的伤害率只有 1.3%～6 .5%。影响沥青质沉积的因素主要是稠油的组成、温度。

柴达木盆地东部石炭系烃源岩热模拟实验及生烃潜力

通过热模拟实验及热模拟产物组分和稳定碳同位素分析,对柴达木盆地东部石炭系烃源岩的生烃能力及产物特征进行了研究。结果表明：石炭系烃源岩的气态烃产率为67.27~161.01 m3/t（TOC）,总气体产率为220.51~453.39 m3/t（TOC）,显示柴达木盆地东部石炭系烃源岩具有较高的生气能力;液态有机质产率仅为1.73~4.30 kg/t（TOC）,残余生油能力相对较低,但考虑到石炭系烃源岩的成熟度已经接近生油窗的下限值（1.3%）,因此模拟实验的液态有机质产率不能真实反映石炭系烃源岩的生油潜力。根据模拟实验的气态烃产率可知,柴达木盆地东部石炭系泥质烃源岩的生气强度为14.2×108~42.5×108 m3/km2,显示其具备形成规模气藏的生烃条件。