烃源岩生烃热模拟实验方法及影响因素探讨

烃源岩生烃热模拟实验能够再现地质条件下有机质热演化过程,对于分析沉积盆地成烃模式、生烃潜力及资源量评估具有重要意义。烃源岩生烃热模拟实验装置分为开放体系和封闭体系两种,对不同实验方法的适用条件及优缺点进行了分析,对不同实验目的地质样品的选择进行了探讨,分析了温度、压力、介质条件及催化剂对生烃热模拟实验的影响,对选择最佳实验条件、提升热模拟实验效果具有重要意义。

鄂尔多斯盆地东南部山西组泥页岩生烃热模拟实验

鄂尔多斯盆地东南部页岩气资源潜力巨大,目前缺乏对山西组泥页岩生烃潜力的系统评价,因而制约了对该区烃源岩资源潜力的客观评价。通过高压釜—封闭式金管的生烃热模拟实验,分析烃源岩生烃过程,对比山1段和山2段的生烃潜力,生烃动力学拟合证明实验结果真实可靠。实验结果表明:(1)甲烷和非烃类气体具有相似产出特征,重烃气C_(2-5)和液态烃具有相似产出特征;(2)当_RO值为0.80%~1.08%时,液态烃达到产率峰值;当R_O值达到1.47%~1.81%时,重烃气C_(2-5)达到产率峰值;当R_O值超过3%,重烃气C_(2-5)几乎全部裂解,干燥系数接近1;(3)实验表明山2段属于更好的烃源岩,结合页岩气井地化数据,进一步确认山2段生烃潜力远远超过山1段,研究认为山2段更适合作为鄂尔多斯盆地海陆过渡相页岩气的有利勘探层段。

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。

惠民凹陷上古生界煤系烃源岩生烃潜力

针对渤海湾盆地东部惠民凹陷上古生界石炭—二叠系的煤系烃源岩的生烃潜力评价问题,为了从多方面综合研究以揭示区内发现具有工业价值的煤成气藏并显示出良好的煤成气勘探潜力的原因,通过对煤系烃源岩有机地球化学特征的研究,结合黄金管封闭体系高温高压生烃热模拟及烃源岩热演化史数值模拟,对区内煤系烃源岩生烃潜力及生烃过程进行了分析。结果表明:研究区内上古生界煤系烃源岩层系中不同岩性的有机质丰度差异较大,其中煤岩显示出中等-较好的烃源岩等级;有机质类型以高等植物来源为主的Ⅱ_(2)-Ⅲ型有机质类型为主;有机质热演化程度受控于区域内构造特征的变化,从低熟-过熟阶段均有分布。此外,封闭体系生烃动力学特征表明,区内煤系烃源岩烃类产率较高,单位总有机碳(total organic carbon,TOC)中的最大液态烃产率和气态烃产率分别超过90 mg/g和180 mL/g。结合烃源岩热演化史模拟结果得出,研究区内煤系烃源岩晚期二次生烃潜力较大,二次生烃产率约占总生烃产率的40%~50%,显示出良好的晚期二次生烃潜力。

碳酸盐岩烃源岩不同热模拟方式下气体碳同位素演变特征

我国海相烃源岩普遍处于高—过成熟阶段,现有的烃气碳同位素指标不能直接应用于判识海相碳酸盐岩天然气成因类型以及进行油气源对比。利用云南禄劝Ⅱ_(1)型低成熟海相碳酸盐岩烃源岩,开展了不同热模拟方式下的系列热解生烃实验,对收集的气体产物进行碳同位素分析。结果表明:①在整个热演化阶段,干酪根碳同位素值随成熟度变化不大,而甲、乙烷碳同位素值均随成熟度增加先变轻再变重,具有相似的演变特征,在油气生成的主要阶段,明显小于其母质干酪根碳同位素值,在过成熟阶段,乙烷碳同位素变重的趋势明显加快,甚至大于其母质干酪根的碳同位素值,呈现出“煤型气”特征,故单纯地采用甲、乙烷碳同位素值来判识天然气类型时需要慎重;②在成熟度相同时,半封闭—半开放体系模拟实验所得气体碳同位素值相比封闭体系模拟实验的要轻,这指示同一烃源岩排出烃气所形成的常规天然气藏,其烃气碳同位素值与滞留在源内的页岩气碳同位素值存在一定的差异,显示出似乎“不同源”的特征,在利用碳同位素模版或回归公式开展气源对比时也需要注意;③两种热模拟方式下、同一种烃源岩在全演化阶段,甲烷碳同位素值总是比乙烷的要小,这表明由单一烃源岩直接供气形成的常规天然气藏,不会发生甲、乙烷碳同位素的“倒转现象”。

南黄海盆地阜宁组烃源岩地层热压生烃特征

通过生烃模拟获取生烃动力学参数是近年来油气资源评价工作中极为重要的一个环节,利用地层热压生排烃模拟装置对南黄海盆地南二凹陷阜四段烃源岩进行了生烃模拟实验,并拟合了生烃动力学参数。实验及研究结果表明,阜四段烃源岩的生烃演化可分为3个阶段:第1阶段产烃量随温度上升快速增大,以产油为主;第2阶段产烃量随温度上升缓慢增加,为油、气同产;第3阶段产烃量随温度上升快速增大,主要是以生气为主。实验拟合出阜四段烃源岩的生油活化能为228 kJ/mol,生气活化能为280 kJ/mol。与常压-完全开放体系试验、金管-高压釜实验装置的实验结果对比,本次实验南黄海盆地阜四段烃源岩在地层热压条件下出现生油窗滞后现象,烃源岩样品在高成熟演化阶段依然具有较高的液态烃产率。阜四段生油活化能值较高,其内在原因是有机质受到烃源岩孔隙中高压水的"保护"作用以及受生烃空间的影响,延缓了烃源岩的热演化进程。综合前人实验结果分析,有限空间热压生烃模拟实验环境更接近于烃源岩在地层条件下的生烃条件,实验结果对南黄海盆地的油气资源潜力评价及油气勘探方向具有指导意义。

内蒙古东部中上二叠统烃源岩地化特征与生烃潜力评价

内蒙古东部地区是油气深部勘探的重点地区。为评价深部源岩层中上二叠统的油气资源前景,在野外地质勘查、典型剖面实测和样品分析测试的基础上,通过有机质丰度、类型、成熟度等地化指标,有机岩石学方法,生物标志化合物以及生烃热模拟实验,对中二叠统哲斯组和上二叠统林西组暗色泥质烃源岩的分布、地化特征和生烃潜力进行研究。研究表明:哲斯组为浅海—半深海相,林西组为近海湖盆—残余海相,两套地层均广泛发育巨厚层暗色泥岩;有机质丰度以中等—好烃源岩为主,类型主要为Ⅱ2—Ⅲ型,处于过成熟演化阶段,有机质以陆源高等植物和水生藻类等混源为主,沉积水体为具有一定盐度的强还原—还原环境;哲斯组和林西组具有一定的生气能力,最大生烃量分别达0.62 m3/t和2.48 m3/t。哲斯组和林西组作为潜在的气源岩,具有良好的天然气勘探前景。

一种页岩含气性热演化规律研究的模拟实验方法

目前针对页岩气赋存规律研究的热模拟实验主要是沿袭常规油气热模拟方法,以粉末态样品开展模拟,研究对象为岩石生成并排出的烃类气体,这种模拟方式未明确页岩气的实质为＂滞留气＂,并且模拟后样品无法开展扫描电镜分析,不能确定岩石孔隙结构变化规律。本文通过石英玻璃管封装块状样开展页岩生烃热模拟实验,并结合一套数据处理方法,尝试建立了一种适合页岩气研究的热模拟实验方法,研究泥页岩在不同演化阶段（Ro范围为0.596%~2.143%）不同赋存状态气体的含量以及岩石微观孔隙特征的变化情况。结果表明,泥岩及油页岩样品的排出气及解析气含量在高成熟度阶段（400℃以后）有明显增加的趋势,结合扫描电镜微观结构分析显示这是由于有机质生气量以及无机孔隙均有增加。本方法可以研究页岩热演化过程中不同赋存状态气体含量及微观孔隙结构的变化,为页岩气勘探开发提供了一种可参考的方法。

不同温度下的加氢作用对烃源岩生烃的影响

陕西黄龙地区富有机质泥岩在封闭体系下加氢前后的热模拟实验显示,加氢作用会对烃源岩饱和烃、芳烃的生成产生显著影响,作用阶段分别为200℃~400℃及400℃~500℃区间。在相对低温下,加氢作用会抑制饱和烃尤其是低碳数饱和烃的生成,而在高温下则会促进其生成。通过对加氢前后烃源岩演化各温度阶段烃类产物的对比研究,分析了加氢作用对烃源岩热演化的具体影响。有助于更精细地了解烃源岩演化过程和烃源岩在外界条件改变后的变化情况,为油气远景勘探和精细评价提供思路。

鄂尔多斯盆地下寺湾地区山西组泥页岩生气特征

鄂尔多斯盆地山西组页岩气有较好的资源潜力,但其生气机理研究薄弱,为研究其泥页岩生烃过程及机理,文中采用高压釜-封闭式金管的生烃热模拟实验,分别对山西组山1和山2烃源岩生烃过程和生烃量分析,结果发现:2个层位中甲烷和非烃类气体具有相似产出特征,两者产率随着成熟度升高而增加,且低升温速率下产率更高;重烃气C2-5和液态烃两者产率随着成熟度升高都表现出"先升后降"型抛物线特征,山1和山2等2个页岩样品总热解气量分别为444.94 mg/g TOC和343.66 mg/g TOC,总热解气产率中,烃类气体(C1-5)产率分别为98.69 mg/g TOC和126.44 mg/g TOC,非烃类气体(H2,CO2和H2S)产率分别为346.25 mg/g TOC和175.79mg/g TOC.山1和山2泥页岩生烃过程历经三段式的演化模式,至146 Ma(晚侏罗世末),Ro达到0.78%,甲烷累积产率分别达到7.28 m L/g TOC,7.41 m L/g TOC.至距今96 Ma(早白垩世末)地层温度达到最大值201.82℃,Ro达到2.15%,泥页岩甲烷瞬时产率达到最大值,分别为3.21,3.80 m L/g TOC·Ma,达到高峰。从晚白垩世开始至55 Ma(始新世早期),Ro保持在2.31%,生气停止,山1泥页岩甲烷累积产率保持在103.8 m L/g TOC,山2泥页岩甲烷累积产率保持在113.6 m L/g TOC.对比发现,山2泥页岩的气态烃和液态烃产率均远远高于山1泥页岩,且山1泥页岩烃类气体含量始终低于40%,证实该地区山西组泥页岩具有较好的生气潜力,其中山2生气能力较大。

影响海相烃源岩热解生烃过程的地质条件

热解生烃实验是研究油气生成机理与定量评价烃源岩生烃潜力的重要方法.烃源岩热解生烃模拟结果不仅与温度、压力和时间等因素有关,而且与地层孔隙水及压实成岩作用等地质因素密切相关.采用高压流体和高压釜（低压水蒸气）两种生烃热模拟方法对低成熟海相二叠统大隆组（P2d）黑色泥岩进行了热解生烃实验模拟.对比分析两组实验结果表明地层孔隙热解实验有利于液态油的生成,不利于液态油向气态烃的转化,并极大地提高了干酪根的生油气潜力,显示了高压液态水、流体压力和孔隙空间等地质因素对烃源岩中有机质热成熟生烃反应的重要影响.这种影响可能与高压液态水的近临界特性有关,近临界特性地层水的参与改变了干酪根热力生烃反应的物理化学行为.推断在实际地质温压（100-200℃,30-120MPa）条件下,烃源岩孔隙中的地层水是一种相对低温高压液态水,具有水的近临界物理化学特性,因此高压流体生烃热模拟实验与实际地层情况更为接近,能更有效地评价烃源岩生烃潜力。

海陆过渡相页岩气形成热模拟实验研究

晚古生代海陆过渡相泥页岩在中国南北方广泛分布,页岩气资源潜力巨大。应用生烃热模拟实验,对采集于鄂尔多斯盆地上古生界山西组山2段未成熟海陆过渡相富有机质页岩的页岩气形成过程进行研究。实验结果表明,山2段海陆过渡相页岩在实验最低温度(T=337.2℃,Ro=0.74%)时就生成液态烃和气态烃,在385.3℃(Ro=1.08%)时液态烃达到生成高峰,此后甲烷(CH_4)产率迅速增大,干燥系数开始变大;重烃气(C_(2-5))达到生成高峰(T=456.2℃,Ro=2.09%)时甲烷产率曲线出现拐点;甲烷主要由液态烃裂解形成,部分由重烃气裂解形成;在实验最高温度(T=599.7℃,Ro=4.45%)时甲烷产率达956.93mL/g_(TOC),干燥系数达99.75%,但仍有少量重烃气和液态烃可以继续裂解生成甲烷。山2段页岩气形成具有3个阶段,即337.2℃≤T≤385.3℃(0.74%≤Ro≤1.08%)为生油阶段,伴有少量页岩气形成;385.3℃<T≤456.2℃(1.08%<Ro≤2.09%)为油气共生阶段,页岩气以湿气为主;456.2℃<T≤599.7℃(2.09%<Ro≤4.45%)为生气阶段,页岩气以干气为主。海陆过渡相山2段页岩具有与海相Barnett页岩相似的气态烃形成过程,但是页岩气产率高。研究认为海陆过渡相山2段富有机质页岩具有页岩气勘探所需要的良好物质基础和生烃潜力。

铀在Ⅲ型烃源岩生烃演化中作用的实验研究

有机-无机相互作用在矿产资源形成中存在普遍、意义重要,有机油气煤和无机铀同盆共存、富集成藏(矿)的深层原因即为有机-无机相互作用.本文在Ⅲ型低熟烃源岩中加入碳酸铀酰溶液的条件下进行生烃热模拟实验,以探讨油气生成过程中无机铀所产生的影响.生烃实验结果揭示,铀的参与,可使烃源岩中烃气产出率有所提高,总气量增加,产出的总烃量(重量或体积)增加;并可降低烃源岩生烃门限温度,在相对较低温阶段生成液态烃.铀可使产物中饱和烃增多,促使低分子量烃类产生,从而使CH4的产出量提高,生成的烃类的干气化程度增加.铀可能是未熟-低熟油气生成可能的无机促进因素之一.

川北地区大隆组烃源岩地球化学特征与生气潜力初探

岩石化学、有机地球化学和地质证据表明,四川盆地川北地区二叠系顶部发育一套富含Ⅱ型有机质的硅质岩段,厚度约为30m,有机碳含量均值为4.08%,热解生烃潜力均值为12.55mg/g,等效镜质体反射率值为1.2%～2.0%,是一套长期被忽视,但应该被充分重视的气源岩层段。根据排出和滞留于烃源岩的液态烃裂解成气两端元条件下的热成熟度与产烃率关系,计算平均生油强度为(17.6～22.3)×104t/km2,平均生气强度为(1.65～1.98)×108 m3/km2,总体评价为一套优质气源岩层段,生气潜力值得高度重视。

油气地球化学新技术新方法

我国油气地球化学分析技术自20世纪50～60年代从前苏联引进以来,经历了奠基建立、壮大发展、提高创新3个发展历程.近年形成的比较突出的新技术新方法主要是:油、气、岩轻烃测试技术方法;天然气有机地球化学以及运移、封盖条件测试技术方法;有机岩石学测试技术方法;油藏地球化学分析技术方法与二次生烃热模拟实验技术方法等.油气地球化学实验测试技术今后的发展趋势是:重视和发展快速定量分析技术及计算机和多机联机分析技术;研究和建立油气水运移地球化学分析技术和聚集评价技术;建立我国南方碳酸盐岩评价实验分析技术及标准;进一步加强完善天然气资源评价及运移、聚集和保存条件等方面的分析技术研究.

准噶尔盆地沙湾凹陷烃源岩地球化学特征及天然气勘探方向

近年来,准噶尔盆地沙湾凹陷周缘构造天然气勘探陆续取得突破,但凹陷中心烃源岩地球化学特征和分布仍缺乏系统全面研究,各套烃源岩生烃演化史和产物特征认识不清,制约了该区块下一步勘探与开发。以凸起带烃源岩样品为研究对象,结合地震和生烃热模拟实验,开展烃源岩综合评价,明确不同层系烃源岩产物特征,进而指出下一步天然气勘探方向。研究结果表明:沙湾凹陷发育4套烃源岩,源岩厚度大,分布面积广,埋藏深,为周缘构造油气成藏奠定了物质基础。石炭系和下二叠统佳木河组烃源岩丰度高,但类型差且生烃潜力小,处于过成熟阶段,以生干气为主,而下二叠统风城组和中二叠统下乌尔禾组烃源岩丰度高、类型好,处于高成熟阶段,生烃潜力大。建立了沙湾凹陷天然气δ^(13)C_(1)—R_(O)回归方程,明确了不同层系烃源岩生成天然气乙烷碳同位素分布特征,为周缘构造天然气成熟度计算和气源对比研究奠定了基础。沙湾凹陷西斜坡保存条件好,位于油气运移路径之上,与玛湖凹陷斜坡相似,具备形成大型地层岩性油气藏的地质条件,勘探潜力大,是研究区下一步天然气勘探的重点领域。