富有机质泥页岩高压生烃模拟与孔隙演化特征

针对深层高演化气页岩储层勘探和潜力评价的需求,通过高温高压模拟实验探讨了泥页岩在深层高演化阶段的成烃规律和孔隙演化。研究表明,高压条件下富有机质泥页岩中的纳米级微孔隙随温度和压力的升高不断增加,增加高峰与气态及液态烃产率高峰相一致,并导致页岩孔隙率升高,但进入高—过成熟阶段后页岩孔隙率将随模拟条件的进一步升高而降低。与微孔隙相反,页岩中的微米级毛细孔和巨孔随模拟温度或压力的升高不断减少,指示深层条件不利于游离气的储存,而该阶段微孔隙和表面积的显著增加,可弥补随温度和压力升高吸附能力下降引起的页岩吸附态天然气的减少,从而使深层页岩仍然具有较高的页岩气潜力。模拟样品黄铁矿、白云石等组分中发现大量次生微孔隙,证明页岩碎屑及矿物基质在深层演化阶段也能形成丰富的次生微孔隙,作为烃源岩页岩在演化过程中能形成大量酸性流体,有利于次生孔隙的发育。

高压生烃模拟实验及其成油滞后特征

为探究压力对泥质烃源岩热演化和生烃特征的影响,利用高温高压模拟仪对辽河盆地东部凹陷桃10井的泥质烃源岩进行了研究,在半开放体系条件下开展了恒压和增压系列生烃热模拟实验。发现2个系列实验热解油产率峰值出现在500~520℃,与辽河盆地同层位烃源岩常规模拟实验结果相比滞后至少150℃,表明半开放体系生烃模拟实验中的生油高峰可能滞后于常规封闭体系模拟结果,利用常规封闭体系模拟实验进行烃源岩评价可能低估了泥质烃源岩的生烃潜力,尤其是在评价深层泥质烃源岩时可能存在较大偏差。研究认为,在半开放体系中流体压力的升高和频繁排烃作用是导致成油滞后现象的原因。该研究为重新认识泥质烃源岩自然演化提供了依据,在泥质烃源岩的生烃潜力评价方面取得了新的认识,为评价盆地或凹陷深层泥质烃源岩的生烃潜力提供了理论指导。

加热时间对生烃模拟过程的影响

通过 36 0℃、不同模拟时间下生油岩生烃演化过程的分析 ,探讨了加热时间对模拟结果的影响。发现延长加热时间 ,气体产率将不断增加 ,其中总烃气增加幅度大于非烃气体。同时丁烷、戊烷和 C+ 5烃类含量在时间很长时发生裂解生成更小分子的甲烷、乙烷和丙烷。随模拟时间的延长 ,非烃气中除氢气含量随加热时间延长而增加外 ,其余非烃气包括二氧化碳、氮气、氧气和一氧化碳等气体和液态产物产率降低 ,干酪根元素组成中 x( H) /x( C)值和 x( O) /x( C)值不断降低 ,而镜质体反射率变化不明显。

准噶尔盆地南缘中二叠统烃源岩封闭体系与开放体系生烃模拟试验研究

准噶尔盆地南缘地区二叠系烃源岩生烃潜力较好,部分层段达到优质烃源岩标准,勘探前景广阔。选取了南缘东部野外妖魔山和红雁池地区的野外地质剖面中二叠统不同类型干酪根的烃源岩样品,进行了开放体系与封闭体系的生烃模拟试验的研究。密闭体系的生烃模拟试验表明,南缘二叠系烃源岩Ⅰ型干酪根生油量与生气量均较高,好于Ⅱ型。并且二者的生烃演化过程也不同,Ⅰ型干酪根的镜质体反射率Ro值在1.0%左右时,吸附油量达到高峰,Ro值在1.3%左右时,排出油量达到高峰;Ⅱ型干酪根的Ro值在1.0%左右时,排出油量与吸附油量均达到高峰。开放体系模拟试验表明,不同类型干酪根的活化能存在差异,与干酪根的显微组分有关,并且从生烃转化表明,Ⅰ型干酪根的生烃转化早、快,在Ro值为0.90%左右时达到生烃高峰,Ⅱ型与Ⅲ型干酪根依次变慢。

辽中凹陷古近系烃源岩生烃模拟

在统计分析辽中凹陷多套烃源岩地球化学数据的基础上,计算地层剥蚀厚度,选择多种生烃模拟参数,利用盆地模拟软件对辽中凹陷古近系沙三段、沙一段、东下段烃源岩进行生烃模拟,分析辽中凹陷古近系多套烃源岩的生烃现象。研究结果表明:辽中凹陷沙一段、东三段烃源岩都具有两期生烃现象,并且位于盆地沉降中心的烃源岩生烃速率比斜坡带上烃源岩生烃速率高。沙三段烃源岩由于埋藏深度深、沉积厚度大、有机质丰度高等因素的影响虽然生烃期次只有一次但生烃效果较沙一段和东三段好;平面上,各套烃源岩的成熟度在凹陷的中心部位表现更高,部分位置进入高成熟阶段,所以凹陷中心部位属于有利勘探区域。

松辽盆地南部青山口组一段油页岩生烃模拟及产物生物标志物变化特征

为了查明油页岩生排烃过程中产物的变化规律和影响因素,分析松辽盆地南部油页岩地下原位转化的实验条件,笔者选取东南隆起区油页岩样品进行高温高压热模拟实验,研究不同升温阶段液态烃和气态烃产率特征,并对液态烃产物饱和烃组分进行GC/MS分析,了解不同生物标志化合物随温度变化特征。结果表明,油页岩气态烃产率上升至500℃后稳定;液态烃产率呈单峰型变化,440℃时液态烃产率达到峰值68.9 mg/g;正构烷烃参数变化指示生烃优势温度为420℃,由C_(29)ββ/(αα+ββ)甾烷、C_(29)20S/(20S+20R)甾烷等成熟度参数的变化,将420℃划分为地区油页岩的生油门限;Ts/Tm、C_(31)αβ22S/(22S+22R)藿烷比值在未-低成熟阶段有指示意义,C_(29)ββ/(αα+ββ)甾烷、C_(30)βα莫烷/C_(30)αβ藿烷在成熟-过成熟阶段指示成熟度变化意义更强。

塔斯马尼亚油页岩生烃模拟排出油与滞留油地球化学对比Ⅰ:族组分及同位素组成

澳大利亚塔斯马尼亚下二叠统油页岩富含有机质,有机质的生物来源相对单一,主要为塔斯马尼亚藻,且成熟度较低,是热模拟实验的理想样品。为研究排出油与滞留油的地球化学特征和热演化特征,对其进行了生排烃模拟实验。结果表明,该油页岩的生油高峰为340℃;各温度点排出油与滞留油的族组分相对含量对比结果显示,以生油高峰温度点340℃为界,饱和烃和芳烃含量在此温度之前随着温度升高而减少,而生油高峰之后,则随着温度升高而增加;非烃与沥青质的含量则与饱和烃、芳烃的变化趋势相反。排出油中的饱和烃含量比滞留油高,滞留油中的芳烃含量明显大于排出油。排出油与滞留油的族组分稳定碳同位素都发生了倒转,芳烃具有最重的同位素,饱和烃和非烃次之,沥青质一般具有最轻的同位素。在整个模拟过程中,滞留油碳同位素皆重于排出油,芳烃碳同位素最为稳定,表明其可能是油源对比的有效指标。如将模拟生烃后高压釜内含滞留烃的页岩作为页岩油系统,热模拟后高压釜内页岩样品的含油饱和指数(OSI)值在生油高峰附近最高,从一定程度上指示成熟度是影响页岩油勘探的重要因素之一。

鄂尔多斯盆地延长组7段页岩全组分定量生烃模拟及原油可动性评价

页岩油和致密油是中国目前油气勘探的热点,页岩生烃模拟实验可为此类油气资源勘探提供重要数据。以鄂尔多斯盆地延长组7段(长7段)页岩为例,利用金管-高压釜模拟生烃装置,系统研究了II型有机质在与'生油窗'对应的成熟度范围(Easy Ro0.7%~1.6%)内生烃产物中的气体烃(C1-5)、轻烃(C6-14)、重烃(C14+)、各族组分,以及生烃残渣的地球化学特征。发现长7段页岩在生油期可同时生成2.35~103.91 mL/g的气体烃和10.83~88.24 mg/g的轻烃。重烃的生成高峰对应的Easy Ro约为1.0%,与其中的饱和烃、芳烃和非烃的高峰产率对应的成熟度非常接近。重烃中沥青质的产率在Easy Ro约1.35%后开始下降,说明沥青质在此后才开始大量裂解与固化。而对原油物性影响很大的轻重比[(气体烃+轻烃)/重烃]及气油比[气体烃/(轻烃+重烃)]随成熟度增加而不断增大,其增速分别在Easy Ro为1.05%~1.15%之后明显变快。在生油过程中,长7段页岩残渣HI值和H元素的大量减少、干酪根固体碳同位素的变重均发生在Easy Ro约1.00%之前。干酪根碳同位素的变化相对较小,在鄂尔多斯盆地可以作为母源指标。通过对生烃产物中6种常见生物标志物成熟度参数的对比,证实多环芳烃成熟度参数中的甲基菲指数(MPI)和甲基菲比值(F1)在整个生油窗内都与成熟度有很好的线性相关性,可用于鄂尔多斯盆地母源为长7段页岩的原油成熟度判识。生烃产物的各地球化学特征变化节点、以及成熟度指标可用于鄂尔多斯盆地长7段页岩油或相关致密油资源的可采性评价。

水对不同生烃模拟实验系统产物的影响

通过总结分析水对不同生烃模拟实验体系实验产物演化机理的影响,进一步明确了水在有机质演化过程中的作用。生烃模拟实验系统的发展历程为：开放体系→封闭体系→半开放体系,实验介质也由无水模拟发展到加水模拟。研究表明半开放体系下的加水生排烃模拟实验更贴近常规油气实际地质演化过程。液态水在不同温度具有不同的性质,常温液态水（一般T〈100℃）、高温液态水（200-374.5℃）及超过临界点（临界温度T=374.5℃和临界压力P=22.1MPa）的超临界状态水的物理和化学性质均存在较大差异。实验中模拟温度一般都高于200℃,水在不同实验系统条件下具有不同的存在状态,对模拟产物也有不同作用。总体来讲,封闭体系下,水对生烃演化有一定的促进作用,并且气态烃产率与加水量呈正相关关系,而液态烃产率在加水量相当于岩样的20%-50%时最大;相对而言,半开放体系下,高压水蒸汽介质更有利于气态烃的生成,而高温高压条件下的临界态水则更有利于液态烃的生成和保存。所以,综合前人实验结果,总结水介质参与下的不同生烃模拟实验系统产物特征,将为明确水对有机质演化机理的作用提供重要的理论依据。

非烃和沥青质热模拟生烃研究

为弄清楚非烃 +沥青质热演化过程中的生烃情况 ,对未熟非烃 +沥青质进行了低温模拟生烃实验 ,实验结果表明非烃 +沥青质在低温条件下 (<2 5 0℃ )生成烃类气体量很少 ,主要以生成液态烃为主 ,液态烃转化率最高可达 388mg/g ,所生成的液态烃表现出明显的奇碳优势 ,为未熟 低熟油。原始母质类型不同的非烃+沥青质模拟产物特征有所不同。非烃 +沥青质对未熟 低熟油的生成有重要意义。

生烃动力学模拟在页岩油原位转化中的应用

选取松辽盆地西北部的白垩系嫩江组、鄂尔多斯盆地西南部的三叠系延长组7段、柴达木盆地西南部的古近系、准噶尔盆地东部吉木萨尔凹陷的二叠系芦草沟组4块典型页岩样品,通过生烃动力学实验模拟和数值计算,确定其有机质生烃动力学参数。结果表明,有机质生烃活化能与成熟度密切相关,主要分布在197~227 kJ/mol。以此为基础,计算了页岩加热转化生烃所需要的温度。结果表明,在恒温加热条件下,较为理想的加热温度是270~300℃,经过50~300 d即可达到90%以上的成烃转化率。持续恒速升温速率条件下,在1~150℃/月升温速率条件下,主生烃期对应的温度在225~350℃。为了获得较高的经济效益,建议采用相对较快的升温速率(60~150℃/月)。通过实际样品生烃动力学模拟和计算,获得了较为可靠的动力学参数,可以为页岩油地下原位加热转化提供更加合理的加热方案。

准噶尔盆地西部坳陷二叠系下乌尔禾组烃源岩生烃潜力评价

利用岩石热解、镜下观察、热演化史分析、生烃热模拟实验及盆地模拟等手段,从岩性、有机质特征、生物标志物特征、规模有效烃源灶的分布特征等方面对准噶尔盆地西部坳陷二叠系下乌尔禾组烃源岩的生烃潜力进行了系统研究。研究结果表明:(1)西部坳陷下乌尔禾组烃源岩主要为一套纹层不明显的泥岩沉积,岩性包括深灰色泥岩、灰色粉砂质泥岩、灰色泥质粉砂岩及灰色含炭粉砂质泥岩等,局部颜色深。(2)下乌尔禾组烃源岩整体生烃潜力一般且样品间差异性明显,有机质类型主要为Ⅲ型干酪根,岩石热解氢指数HI一般小于100 mg/g,为倾气型烃源岩;有机质成熟度分布范围大,镜质体反射率Ro为0.64%~1.56%,平均1.06%,产率指数PI为0.05~0.74,平均0.33,总体位于主生油窗,现今沙湾凹陷、盆1井西凹陷和玛湖凹陷分别处在生油高峰晚期、生凝析油/湿气和生干气阶段;有机质丰度、生烃潜力差别大,TOC值为0.29%~9.16%,平均0.85%,生烃潜量(S1+S2)为0.29~3.16 mg/g,平均0.74 mg/g,样品中差烃源岩和中等—好烃源岩各占50%。(3)下乌尔禾组烃源岩以浅湖沉积为主,处于淡水、弱氧化环境,以陆源有机质输入为主,几乎无碳酸盐输入,岩性、沉积环境均与风城组烃源岩差异大,生烃潜力更小。(4)下乌尔禾组烃源岩生烃中心为盆1井西凹陷,发育规模大,其中烃源岩厚度大于100 m的区域面积达16 000 km2,生烃强度大于500×10^(4)t/km^(2)的烃源岩分布面积达6 800 km^(2),具备形成大中型油气田的资源潜力。

地层孔隙热压生排烃模拟实验初步研究

热压生排烃模拟实验是研究烃源岩热演化机理的重要手段之一。现有模拟实验技术主要强调的是温度、压力和时间,忽视了地层流体压力、生烃空间、高温高压地层水及初次排烃等重要影响因素。利用自行研制的地层孔隙热压模拟实验仪,同时考虑影响烃源岩生排烃过程的多种因素,建立地层孔隙热压生排烃模拟实验技术,对比研究发现:流体压力、生烃空间和高温高压液态水跟温度、时间一样自始至终影响着沉积有机质的生烃演化,只是在不同演化阶段其影响程度和表现形式不同。在低成熟—成熟阶段,地层孔隙—高温高压液态水热体系对Ⅰ型干酪根黑色泥岩成烃过程的影响主要表现为延缓了油的生成,抑制了气体的生成,改变了干酪根的组成特征,提高了烃源岩的生油潜力。

烃源岩有限空间温压共控生排烃模拟实验研究

烃源岩的生烃反应是在其限定的孔隙空间中承受高静岩压力和流体压力下进行的,然而受实验装置和条件的限制,目前大多数的生排烃模拟实验都是在一个低压、相对较大的生烃空间下进行的,与实际地质情况差异较大。通过对同一样品分别进行有限空间和常规高压釜方式加水模拟实验对比研究发现:(1)有限空间热压模拟实验的气态产物更接近地质实际。气体组分中烃气占有更大的比重;重烃气的保存下限大于常规模拟,延迟了重烃气向甲烷的转化;烯烃含量比常规加水模拟条件下更少,基本检测不到。(2)有限空间的限制使水介质参与成烃反应的作用增强,其限定空间内较高的流体压力延迟了油向烃气的转化过程,有利于液态油的生成和保存。(3)有限空间下高压液态水介质条件有利于烃类的排出。

烃源岩生排烃模拟实验技术现状、应用与发展方向

烃源岩生排烃模拟实验已成为研究烃源岩生、排、滞油气机理的重要技术手段。对生排烃模拟实验技术的研究现状及发展趋势进行了归纳与总结。目前根据反应体系的开放程度,生排烃模拟实验方法可分为开放体系、封闭体系和限制体系3类;模拟实验的方式主要有单温阶累计生排油气模拟和多温阶连续生排油气模拟2种;实验边界条件主要有模拟的温度、压力体系、时间、样品形态及无机反应介质等5类。生排烃模拟实验在明确油气生、排、滞过程及其主控因素,建立不同类型沉积有机质的油气演化模式,评价沉积盆地的油气资源潜力和进行油气源对比与示踪等方面起到了重要的作用。目前的生排烃模拟实验具有局限性,需要在实验边界条件、源—储—藏协同成烃成藏物理模拟和多因素共控作用下油气形成动力学模拟方面进行更深入的研究。

腐泥型烃源岩生排烃模拟实验与全过程生烃演化模式

利用半开放体系生排烃模拟实验、封闭体系的黄金管生烃动力学模拟实验与开放体系的高温热解色谱质谱实验数据与实测数据,在经典生烃模式基础上,对烃源岩全过程生烃演化特征、排烃效率与滞留烃量、高过成熟阶段天然气来源及甲烷同系物裂解温度等问题开展了深入探讨。研究认为,腐泥型烃源岩在主生油阶段(R_o值为0.8%~1.3%)的排烃效率为30%~60%,高成熟阶段(R_o值为1.3%~2.0%)的排烃效率在60%~80%;高成熟阶段干酪根降解气与原油裂解气对总生气量的贡献比大致为1∶4,干酪根降解气量占20%,滞留液态烃裂解气量占13.5%,源外原油裂解气(包含聚集型与分散性原油裂解气)量占66.5%。初步确定了天然气的裂解下限,建立了烃源岩全过程生烃演化模式。

准噶尔盆地准东滴水泉组烃源岩生烃物理模拟研究

准噶尔盆地东部乌伦古坳陷石炭系暗色泥岩的生烃潜力对这一地区开展勘探十分重要。热压模拟生烃实验是评价烃源岩的有效手段,对滴水泉剖面石炭系暗色泥岩进行的生烃模拟表明,模拟温度达到360℃时产油率迅速降低到21.61mg_(烃)/g_(有机碳),其残余生烃能力中等,演化阶段处于生油窗底部;390℃时累计烃类气体产率178.55mL/kg_(岩石),达到较好气源岩标准,气体产物中甲烷体积含量占烃类气体的90％,已进入干气演化阶段;原始生烃能力较大,是准东地区一套有利的烃源岩。模拟气的同位素分析认为属混合偏腐殖型气,对应的有机质类型应该为Ⅱ_2型。

湖湘叠层石生排烃模拟及微生物碳酸盐岩生烃潜力

利用地层孔隙热压生排烃模拟实验方法,开展叠层石灰岩从低熟—成熟—高成熟系列的热演化模拟实验。结果表明:叠层石灰岩单位有机碳的生油产率随着温度增加先增后降,生油高峰约在360℃,对应最大生油产率约为379. 99 kg/t,排油率为34%～68%;模拟气体产物中以二氧化碳产率最大,其次为氢气产率,烃气产率最小,烃气生成高峰约在380℃,对应最大烃气质量产率为101. 74 kg/t;模拟所得残留油和排出油总体上表现为高含非烃和沥青质、低含饱和烃和芳香烃的特点;在含相同有机碳数量的背景下,叠层石灰岩最大生烃产率小于灰质白云岩和灰色泥岩,但高于泥灰岩,尤其是叠层石灰岩具有更高的烃气产率和更低的有效烃源岩有机碳下限。

孙虎地区烃源岩生排烃史模拟及结果分析

生排烃史是研究成藏过程的关键环节,本文在恢复埋藏史的基础上,通过建立生排烃史模型,模拟并编制各时期的生排烃强度等值线图并分析其生排烃史。结果表明,孙虎地区存在持续沉降型、早期沉降型和二次沉降型三种生排烃类型。沙三段至东营组沉积末期只在北区和前磨头洼陷中心有少量的烃生成排出;孔二段在沙一段沉积末期生排烃范围有所扩大,东营组沉积末期几乎扩展到全区。本区生排烃总量较少,属贫油区块。

温压共控生烃模拟实验烃类产率演化特征及地质意义

为探究深层环境“煤系”烃源岩生排烃潜力及生烃机理,利用WYMN-3型高温高压(HTHP)模拟仪对柴达木盆地北缘DMG1井中侏罗统烃源岩(Ⅲ型有机质,炭质泥岩和煤的R_(O)值分别为0.67%和0.64%)进行了半开放体系温压共控条件下的生排烃模拟实验。结果显示:①炭质泥岩和煤的最大总油产率分别为79.38 mg/g_(TOC)和37.30 mg/g_(TOC),且总油产率整体呈“双峰”型演化规律;②较低演化阶段(T≤300℃,P≤42.0 MPa),2类源岩的排出油产率均小于残留油产率,排烃效率较低,但在400℃(51.0 MPa)排油/烃率大幅增加,分别达到了76.84%和83.72%;③排出油族组分主要为非烃和沥青质,其族组分产率演化特征也与液态烃产率演化规律总体相似,炭质泥岩排出油族组分产率整体较煤的族组分产率高;④模拟气主要由烃类气和非烃气(CO_(2)、N_(2))组成,气态烃产率随着热演化程度的增加而升高,2类源岩最大烃类气产率分别为116.46 mL/g_(TOC)和36.85 mL/g_(TOC);⑤镜质体反射率(R_(O))均随温压条件的升高而增加,与温度呈良好的一致性变化规律。此次温压共控模拟实验结果表明,温度仍然是有机质热演化的主要因素,流体压力对Ⅲ型有机质烃产物的形成具有“双重”控制作用,“煤系”烃源岩在高过演化阶段仍具有较强生烃潜力。该研究为进一步认识柴达木盆地北缘侏罗系深层“煤系”烃源岩生排烃规律提供了一定的数据参考。