准噶尔盆地南缘环博格达山中二叠统黑色泥页岩生烃动力学研究:对周边探区油气勘探启示

为了探究准噶尔盆地南缘环博格达山中二叠统富有机质泥页岩的生烃潜力,对该地区不同构造单元的烃源岩进行生烃动力学研究,并讨论不同研究结果的物理化学意义以及影响活化能分布的化学反应机理。研究结果显示,受控于加热温度,含水体系恒温裂解模拟结果侧重于揭示干酪根生油的过程,而Rock-Eval开放体系的结果反映烃源岩产生所有烃类的过程。位于博格达山东北麓的中二叠统黑色泥页岩生烃活化能主峰约为55 kcal/mol,在北麓泉子街地区的活化能主峰约为60 kcal/mol,在西部的井井子沟地区和南部柴窝堡凹陷的活化能主峰约分布在65~70 kcal/mol之间。I型有机质表现出的高热解活化能可能与高峰度的链烷烃组分相关,因为链烷烃环化所需要的活化能高于其他脱氢反应。环博格达山地区,逆冲断层下盘的深部地层存在一定规模的油气聚集。

高、中、低氢指数芦草沟组干酪根生烃动力学差异性研究

芦草沟组油页岩在吉木萨尔盆地内广泛分布,具有很强的非均质性。为探究烃源岩非均质性对生烃动力学的影响,选取大龙口剖面芦草沟组高(724 mg/g)、中(555 mg/g)、低(219 mg/g)3个不同氢指数(HI)的干酪根样品,进行生烃动力学热模拟实验对比研究。结果表明:HI控制烃源岩的生烃潜力, HI越高,烃源岩的生烃能力越强,倾油性越强,生油气转化率越快,气油比(GOR)越低,生成的油芳香度越小,生成的气态烃干燥系数越小;HI越低,生烃能力越弱,倾气性越强,生油气转化率越慢,GOR越高,生成的油芳香度越大,生成的气态烃干燥系数越大。3个干酪根生油气动力学参数计算结果表明:HI越高,生油气活化能分布越集中;反之,生油气活化能分布越分散。生烃动力学参数反演生烃史(5℃/Ma)结果表明:HI越高,烃源岩生油量越大,排油越早,生气期越短;反之,生油量越小,排油越晚,生气期越长。根据烃源岩排油门限(100mg/g)和排气门限(20mg/g)研究,将芦草沟组干酪根生烃动力学结果应用于吉木萨尔凹陷烃源岩生烃评价,结果表明:吉木萨尔凹陷芦草沟组成熟度为低熟–生油窗阶段,大部分已达到排油门限但未至排气门限,具有很高的页岩油开采潜能,不具有天然气开采潜力。烃源岩非均质性对油气差异聚集和相态变化的启示为:HI高的烃源岩生烃占优势时产物以油相为主, HI低的烃源岩生烃占优势时产物以气相为主,二者搭配可形成“油溶气、气溶油”的运移模式;此外,在高演化阶段,低HI烃源岩的高产气能力可以对之前充注的油藏产生次生改造,形成次生凝析气藏。

利用生烃动力学方法确定海相有机质的主生气期及其初步应用

利用已获得的国内外典型海相有机质(原油与干酪根)的生气动力学参数,采用生烃动力学方法,计算地质历史中天然气的产率和产气速率,利用EasyRo方法计算成熟度。经过二者的耦合,确定Ⅰ型干酪根主生气期的Ro值为1.4%～2.4%,Ⅱ型干酪根主生气期的Ro值为1.5%～3.0%,原油裂解气主生气期的Ro值为1.6%～3.2%。以塔里木盆地塔西南地区为例,初步探讨系统的开放度对主生气期的影响及天然气“死亡线”的问题,研究结果,模拟系统开放度对主生气期的动力学参数计算有一定影响,开放系统Ⅱ型干酪根主生气期的Ro值为1.4%～3.1%,天然气主生气期比封闭系统要早。根据研究结果,初步确定海相有机质天然气“死亡线”为Ⅰ型干酪根Ro值约为3.5%,Ⅱ型干酪根Ro值为4.4%～4.5%,海相原油Ro值约为4.6%。

生烃动力学模拟实验结合GC-IRMS测定在有效气源岩判识中的应用

采用动力学模拟实验对Ⅰ型干酪根的生烃过程进行了模拟,并对热解产物中的正烷烃组分进行了GC-IRMS分析。分析结果表明,当Ro<1.6%时,C8+正烷烃的碳同位素组成主要继承了母质的特征,而随热演化程度的变化不显著,因此可用于油(气)/源对比。当Ro在1.6%～2.0%之间时,C8+正烷烃迅速裂解,其δ13C显著增重。Ro>2.0%之后,C1—C4气态烃随热演化程度的增加,逐渐富集13C,其δ13C与Ro之间的关系明显受升温速率的影响,所以由模拟实验获得的δ13C1-Ro关系式不适用于高—过成熟的气源岩研究;而δ13C1-F(甲烷生成率)的关系则不受升温速率的影响,适用范围较宽,故可用于高演化阶段的有效气源岩的判识。

用开放体系的热解方法对烃源岩生烃动力学的研究:以东营凹陷某生油岩为例

近年来,烃源岩生烃热模拟实验与生烃动力学研究主要采用封闭体系。然而,在某些地质条件下,烃源岩所处的地质环境更接近于开放体系。应用美国加里福尼亚州理工学院环境能源研究中心多冷阱热解气相色谱仪,结合Kinetics生烃动力学专用软件,对取自东营凹陷的1块ES3页岩生油岩在开放体系条件下进行了生烃动力学研究。结果表明,该生油岩C1～5、C13+、C6～12及C1+生成活化能分别为:238～339、205～268、222～272和251～285kJ/mol。在此基础上,结合利津洼陷埋藏史与受热史,对烃源岩生烃史、生成烃类油气比等成烃特征进行了研究。本研究为生烃动力学方法在油气评价中的应用提供了一个范例。

渤海湾盆地东营凹陷烃源岩生烃动力学研究

大量研究已经证明,将干酪根生烃热模拟实验结果直接应用于含油气盆地烃源岩评价存在很大风险性。生烃动力学方法可将实验生烃数据外推地质过程,因而具有较高的应用价值。本研究采用金管 高压釜封闭体系对渤海湾盆地东营凹陷1块Es4(2)褐色页岩进行了生烃动力学研究,对热模拟产物4种组成C1、C1-5、C6-12及C13+生成动力学参数,采用Kinetics动力学软件进行计算,并模拟了具体地质条件下的成烃规律。将本研究结果与早期研究结果以及实际地质资料进行了对比,结果表明,烃源岩生烃动力学模型可较好吻合地质条件下生烃过程,在油气勘探中具有广泛应用前景。

烃源岩特征与生烃动力学研究——以准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组为例

准噶尔盆地吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组含有丰富的油气资源,其烃源岩主要有页岩、碳酸盐质页岩和粉砂质泥岩,它们均具有有机质丰度高、生烃潜力大、当前处于低成熟至成熟阶段、有机质类型以Ⅰ型和Ⅱ型为主的特征,在对其特征进行评价的基础上,选取中—低成熟度、有机质丰度较高的烃源岩进行开放体系条件下的热解实验和动力学模拟实验,进而研究烃源岩样品的生排烃特征。结果表明,芦草沟组烃源岩活化能主要为210 k J/mol;上述3种烃源岩中,页岩具有最高的生烃量和排烃效率,碳酸盐质页岩次之,而粉砂质泥岩的生烃量和排烃率均最低,但前两者却具有较高的滞留烃含量。综合前人的研究成果,最终认为芦草沟组烃源岩生烃增压作用是烃源岩排烃和致密油气聚集的主要动力,页岩和碳酸盐质页岩段是致密油勘探的目标层段。

应用生烃动力学法研究川东上二叠统烃源岩生烃史

现今川东上二叠统烃源岩生烃史研究具有局限性。首先,没有对上二叠统Ⅰ-Ⅱ1型灰岩生油、Ⅲ型泥岩的生气史分开评价;其次,海相镜质组反射率通过拟合公式换算成镜质体反射率评价烃源岩成熟度具有局限性。针对上述不足,笔者通过热模拟实验,利用化学动力学方法,标定出两类源岩生油、生气的动力学参数,并结合川东地区的埋藏史及热史,模拟出源岩有机质的成烃转化率曲线。研究表明:上二叠统灰岩、泥岩有机质在距今200 Ma和190 Ma分别进入了生油、生气门限,而在距今170 Ma和140 Ma生烃结束。

中国南方海相烃源岩生烃动力学研究

利用Rock-Eval 6热解仪和Optkin动力学软件对中国南方海相烃源岩4种有机质类型样品进行了动力学分析，研究得出在相近演化阶段样品平均活化能是Ⅲ型〉112型〉Ⅱ2型〉Ⅰ型，生烃能力是Ⅰ型〉Ⅱ1型〉Ⅱ2型〉Ⅲ型，有效生烃期间（干酪根生烃转化率10％～90％）活化能跨度△E1〈15kJ／mol，15kJ／mol〈△EⅡ1〈20kJ／mol，20kJ／mol〈△EⅡ2〈30kJ／mol，△EⅡ〉30kJ／mol，有效生烃温度跨度△T1≤65℃，65℃≤△TⅡ1≤75℃，75℃≤△ZⅡ2≤85℃，△TⅢ≥110℃。达到于酪根10％转化率的时间顺序是Ⅲ型最早，Ⅱ2型早于Ⅱ1型，Ⅰ型最晚。而完成90％干酪根转化率时间则是Ⅰ型早于Ⅱ1型，Ⅱ2型次之，Ⅲ型最晚。干酪根有机大分子结构特征和元素组成决定了其生烃活化能的频率分布特征，海相优质烃源岩具有快速生烃的特质。

库车坳陷侏罗系煤系源岩的生烃动力学研究

采用黄金管-高压釜封闭体系热模拟实验,结合专用Kinetics软件,对塔里木盆地库车坳陷侏罗系煤系源岩进行了生烃动力学研究,求取了甲烷、C2-C5气态烃生成的动力学参数。研究结果表明,库车坳陷侏罗系煤系源岩具有高的生气性,在高演化阶段主要产甲烷气;甲烷、C2-C5气态烃的生成活化能分别为43～64和52～72kcal/mol.生烃动力学方法可较好地将实验生烃数据外推到地质过程,在天然气评价与勘探中具有广泛的应用价值。

塔里木盆地库车坳陷中生界烃源岩生烃动力学参数研究

根据封闭体系黄金管热模拟实验结果,应用Kinetics专用软件,研究了塔里木盆地库车坳陷中生界不同类型烃源岩的生烃特征与动力学参数。库车坳陷侏罗系煤、碳质泥岩、泥岩及三叠系湖相泥岩具有各自的活化能分布和频率因子,揭示出其生烃行为的差异性。利用GOR-IsotopeKinetics软件,推导了库车坳陷侏罗系煤、泥岩和三叠系湖相泥岩3类烃源岩的碳同位素动力学参数。上述参数的获取,为盆地模拟、烃源岩评价、生烃量计算及资源量预测提供了重要的基础地球化学数据。

煤岩初次和二次生烃动力学及其对沾化凹陷孤北天然气成因的解释

沾化凹陷孤北地区石炭—二叠系(C—P)潜山产出煤成气,油气勘探需要搞清楚产出的煤成气是煤岩初次埋藏、还是抬升剥蚀后再次埋藏生成的。在查明该区煤岩地质演化的基础上,采用热模拟实验方法,探讨了煤岩初次和二次生烃过程中气态烃与主要单体烃生成动力学特征,发现煤岩二次生烃的活化能比一次生烃高40～50 kJ/mol,认为孤北地区C—P煤系源岩达到4200m深度条件(Ro约0.9%)才发生二次生烃作用。与煤岩初次生气相比,二次生气具有iC4/nC4<1、n(C6+C7)/i(C6+C7)>0.8、甲苯/苯<1.2等特征,据此认为孤北煤成气是煤岩二次生烃形成的。

海相油页岩的生烃动力学特征——以燕山地区下马岭组油页岩为例

油页岩是未来重要的补充与替代能源。通过开放体系程序升温热模拟实验,对燕山地区下马岭组海相油页岩进行了研究。结果表明:其热裂解反应主要发生在440～480℃,表观生烃活化能集中分布于170～290 kJ/mol,主峰约为240 kJ/mol,明显高于陆相油页岩(抚顺油页岩和茂名油页岩),而与下古生界海相烃源岩(甘肃平凉奥陶系灰岩及爱沙尼亚奥陶系Kukersite油页岩)活化能分布范围及主峰位置相似。以ICP技术规范为例,在相同热历史条件下,通过数值模拟认识到下马岭组海相油页岩主生烃温度为275～325℃,高于湖相油页岩(265～305℃),而与下古生界海相烃源岩相似,表明其可能具有与古生界海相有机质相似的生烃机理。

川西北低成熟沥青产气特征及生烃动力学应用

选择川西北矿山梁地区低成熟沥青,采用封闭金管-高压釜体系,以20℃/h和2℃/h的升温速率进行生烃热模拟实验,分析了气体产物组分、产率和烃类气体碳同位素组成及变化特征。结果表明,沥青具有较强的产气潜力,是一种重要的生气有机母质;甲烷、乙烷和丙烷气体的碳同位素值分别为-50.85‰^-37.53‰、-37.93‰^-13.75‰和-37.10‰^-6.45‰。低演化阶段出现δ13C2>δ13C3,之后,不同碳数烃类气体碳同位素组成关系为δ13C1<δ13C2<δ13C3。沥青热模拟甲烷最终碳同位素值为-37.53‰,轻于川中威远地区震旦系—寒武系常规天然气(-32.3‰^-34.7‰)和页岩气(-35.1‰^-37.3‰)的甲烷碳同位素值。川中威远地区常规天然气可能为具较重甲烷碳同位素的干酪根裂解气与具较轻甲烷碳同位素的原油裂解气的混合气。而页岩气中则可能富含更多的原油裂解气,干酪根裂解气相对较少。将生烃动力学结果应用到川中高科1井可见,早—中侏罗世,寒武系烃源岩进入主生油期,生成原油排出,部分进入到震旦系继续生气,侏罗纪进入主生气期及其在早白垩世后期进入生气末期,气态烃转化率达94%,比残留在寒武系中的沥青多约20%。

生烃动力学、同位素动力学方法在烃源岩研究中的应用

生烃动力学、同位素动力学常用于烃源岩评价、油气源对比研究中。生烃动力学参数结合盆地热史,可恢复烃源岩在任一时代的生烃史,对构造复杂盆地的二次生烃研究具有独特的优势。利用生烃动力学方法可以实现有机质总量的恢复,在此基础上对高—过成熟样品原始有机质丰度是否有必要恢复进行了讨论;而基于生烃动力学的油气源对比综合考虑热史、成藏期次、成藏过程等各种地质参数对烃源岩生烃的影响,是一种动态的研究方法。

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。

利用生烃动力学研究鄂尔多斯盆地抬升后上古生界源岩生气作用结束时间

鄂尔多斯盆地上古生界气藏的研究已有较多的报道,但盆地抬升过程中源岩是否生气以及生气作用结束的时间等问题还存在争论或认识不清。本研究通过封闭体系的模拟实验,利用生烃动力学软件,对盆地不同区域代表钻孔的生烃史进行了计算。结果显示,在盆地的南部气体的转化率最高,可达70%以上,向北逐渐降低;在盆地抬升的过程中,源岩仍然有气体生成,不同地区的生气量随源岩的成熟度和降温幅度的不同而有所差别,总体来说盆地南部生气量低,西部高;生气作用在除天环坳陷外的广大地区,一般结束于老第三纪,并具有东早西晚的特点。天环坳陷到晚第三纪甚至现在仍有少量天然气生成。

准噶尔盆地玛湖凹陷二叠系风城组烃源岩生烃动力学特征

准噶尔盆地玛湖凹陷及其周缘累计探明石油地质储量近30×10;t,油源主要来自凹陷内的二叠系风城组碱湖相烃源岩。通过黄金管热模拟试验,并采用Kinetic软件进行计算,获得了玛湖凹陷二叠系风城组烃源岩的各类烃产率和动力学参数,建立了生烃模式,进而对该套烃源岩的生烃能力进行了综合评价。研究结果表明:(1)玛湖凹陷二叠系风城组碱湖相烃源岩总烃产率高达412.24 mg/(g·TOC),其中液态烃类产率随温度升高先增加而后降低,高峰温度为420~460℃,气态烃产率持续增加,总产油率高于产气率,气态烃碳同位素具油型气特征。(2)风城组碱湖相烃源岩C_(1),C_(2)—C_(5),C_(6)—C_(14),C_(14+)的生成活化能主峰值分别为268 k J/mol,255 k J/mol,251 k J/mol,247 k J/mol。(3)玛湖凹陷风城组碱湖相烃源岩的生烃模式与国内外14个不同盆地具有相似性,均为早期出现生油高峰、晚期持续生气的特征,且单位TOC的生烃能力中等偏上。

鄂尔多斯盆地南部地区延长组烃源岩生烃动力学研究及模拟结果分析

通过岩石热解评价仪(Rock-Eval)模拟试验对鄂尔多斯盆地南部地区延长组烃源岩样品进行了生烃动力学研究。结果表明,烃源岩裂解温度区间与样品的有机质类型有关。用平行一级模型求取了动力学参数,频率因子介于7.1×1014～1.6×1019s-1之间,活化能在190～300kJ/mol的范围内。将所求得的动力学参数外推到地质时期的升温速率下,长4+5油层组烃源岩转化率最高,为99.16%,累计生烃量为31.21mg/g;长6油层组烃源岩的转化率可达73.54%,累计生烃量为56.50mg/g;长7油层组4个油页岩的转化率较低,分别为53.17%、84.62%、28.13%和30.95%,但其累计生烃量较高,分别为36.19、73.54、22.18和29.67mg/g;长7油层组2个暗色泥岩的转化率分别为93.88%和85.08%,累计生烃量分别为13.29、10.41mg/g;长8油层组烃源岩的转化率为85.70%,累计生烃量为6.92mg/g;长9油层组烃源岩的转化率为27.87%,累计生烃量仅为0.85mg/g。

柴达木盆地西部第三系烃源岩生烃动力学研究

对柴达木盆地西部第三系烃源岩进行了生烃动力学模拟实验,使用氯仿对产物抽提,结果表明抽提物的生成量不符合经典的生烃动力学规律,无法采用动力学方程模型进行分析,这可能是由于模拟实验中产生了有机酸盐的缘故．柴西烃源岩模拟实验中抽提物的生成可以概括为有机母质→有机酸盐→抽提物和有机母质→抽提物两条途径．