压力对页岩原位加热产出油气特征的影响——以鄂尔多斯盆地三叠系延长组7段3亚段页岩为例

鄂尔多斯盆地三叠系延长组7段(长7段)页岩成熟度低、有机碳含量高、有机质类型较好,原位加热开发页岩油气的潜力巨大。为了探讨原位加热过程中压力对页岩产出油气特征的影响,为原位加热开发长7段页岩油气方案提供可靠依据,以长7段3亚段页岩为研究对象,对其典型样品以20℃/d的升温速率进行了4组不同压力(0 MPa、2 MPa、4 MPa、8 MPa)的原位加热模拟实验。实验结果表明:在相同加热条件下,压力变化对长7段页岩的最大产油量和产出油性质均有影响,对产出气体组成的影响更大。在4组不同压力下,长7段页岩原位加热的最大产油量为36.97~41.47 kg/t,产油量随压力增加有一定减少。随着压力增加,产出油中轻质组分增加,油品变好,其原因在于高压下有机质生成的重质油的裂解程度相对较高;当加热到450℃时,总产气量为14.28~21.05 m^(3)/t,总产气量随压力增加而增加。4组实验序列产出页岩油气的气油比(289.70~427.04 m^(3)/m^(3))随着压力增加而增大;不同气体组分随着压力增加产量变化差异较大,其中,烃类气体与CO_(2)的总产气量随压力增加而增大,H_(2)产量随压力增加而明显减少,H_(2)S产量随压力增加变化较小。不同气体组分的产量随压力增加呈现出不同的变化规律,这与加热温压范围内不同气体的形成机理、页岩对不同气体组分吸附能力的差异和一些次级反应等因素有关。根据不同压力下页岩原位加热的产油量、油品、不同气体组分的产率,结合考虑油气价格与油气处理成本,提出在实施原位加热开发长7段页岩油气时应尽量保持低的生产井井底流压的建议,这一认识对长7段原位加热页岩油气开发方案的确定具有重要的参考意义。

典型低熟页岩原位加热产油气特征模拟

国内外页岩油开发实践表明,自然成熟的页岩油高产区对应的页岩成熟度主要处于中—高成熟阶段。而中国广泛发育的中生界—新生界页岩的成熟度相对较低,不适宜页岩油的直接开发,只能通过原位加热方式进行开发。以鄂尔多斯盆地三叠系延长组7段(长7段)和松辽盆地白垩系青山口组1段(青1段)典型低熟页岩样品为研究对象,进行了升温速率为20℃/d的原位加热至450℃的模拟实验。实验结果表明:长7段和青1段低熟页岩通过原位加热产页岩油气特征有比较大的差别。长7段页岩通过原位加热页岩油的最大产率(以单位页岩为标准)为43.94 kg/t,青1段页岩原位加热页岩油的最大产率只有10.50 kg/t;相应的页岩气产率分别为15.68 m^(3)/t和3.73 m^(3)/t。两种页岩样品产页岩油的主要温度区间均为380~410℃,410℃以前的页岩油产率占最大产率的91.88%和75.71%。两种页岩样品原位加热产出的页岩油主要为轻质油,产油温度区间原油主峰碳数为C9—C10。对于页岩油的分子组成,青1段页岩原位加热所产页岩油中含有更多的甲基芳香烃和轻质二甲基环烷烃。而对页岩油气开发方案和开发工艺影响比较大的不同成分酸性气体产率明显不同。长7段页岩模拟产生的H2及H2S明显比青1段页岩高,而青1段页岩模拟产生的CO_(2)产率则是长7段页岩的1.84倍。虽然长7段页岩有机质类型相对较差,但有机质含量更高,单位质量页岩原位加热产页岩油量和天然气量都是青1段页岩的4~5倍。因此,长7段页岩比青1段页岩原位加热开发页岩油气的效率更高。