腐殖煤气态产物演化特征的模拟实验研究

本文较详细地探讨了成熟阶段腐殖煤在加水热模拟过程中气态产物的演化特征。成熟阶段的煤仍具有相当的生烃潜力,其主要生烃阶段仍以生油为主,生气相对较少。生油高峰之后由于液态产物的大量热裂解才开始进入气态烃的大量生成阶段。由于地质条件下煤中的可溶有机质十分丰富,在高演化阶段由可溶有机质进一步裂解是煤成气的重要来源。非烃主要形成于早期阶段。成熟煤生成的气态烃中甲烷为之主要成分,非烃中H₂为主,其次为CO₂,甲烷的碳同位素值明显低于乙烷,而乙烷和丙烷的碳同位素值差别较小,并且随演化程度的增加各气态组分的碳同位素值差别愈来愈小。     

鄂尔多斯盆地东南缘黄陵矿区中生代煤系烃源层构造—热演化过程与生物气生成

煤系烃源层的构造—热演化过程研究对揭示煤系气的生成机制具有重要意义.为揭示鄂尔多斯盆地东南缘黄陵矿区向斜核部中生代煤系烃源层的构造—热演化过程、生排烃阶段及煤系气成因类型,根据含煤地层岩性、剩余地层现今埋深、储层孔隙度、镜质组最大反射率、甲烷碳氢同位素组成和生物甲烷产率等数据,运用Petromod 1D模拟软件与回剥反演法及EASY％Ro法对研究区煤系烃源岩的受热和生烃演化过程进行重建.研究结果表明:黄陵矿区自晚三叠世以来,煤系主要经历了3～4次"沉降—抬升"过程,其生烃演化过程可分为原生生物成因气、热成因气和次生生物成因气3个阶段.晚三叠世末期至中侏罗世早期,煤系烃源岩镜质组最大反射率演化至0.3％,对应原生生物成因气生成阶段;中侏罗世早期至早白垩世末期,煤系埋深及受热温度逐渐升高至最大值,镜质组最大反射率演化至0.67％～0.74％,热解生烃作用停止,对应热成因气生成阶段;自始新世早期至今,煤系发生抬升且埋深浅于2077～2148 m,受热温度低于75℃,对应次生生物成因气生成阶段.侏罗系延安组3号和2号煤层中甲烷碳、氢同位素组成数据和微生物降解煤岩生成生物气实验(甲烷累计产率为10.5～16.1μmol/g)为该区存在次生生物成因气提供了直接证据.     

神东矿区煤的煤岩特征及热解生烃潜力研究

通过系统研究神东矿区主要可采煤层的煤岩特征,以及神木煤的热解试验结果,探讨了不同煤岩组成的生烃性能。研究认为,神东煤有机质含量高;热解液态烃产率低,气态烃产率较高;镜质组含量与生烃潜量具有明显的正相关关系,煤中丰富的镜质组是主要的成烃母质。不同煤岩成分和类型的研究结果表明,亮型煤生烃性能最好,母质最优;暗型煤生烃性能及母质较差。      

华北晚古生代煤二次生烃的动力学模式

通过对不同成熟度煤样（０．５３－２．１１％）的动力学研究,展示了华北晚古生代煤动力学参数随成熟度由高而低,从低到高的动态演化规律,提出了煤的二次生烃动力学模式,依据该模式,华北晚古生代煤的二次生烃具有一定的阶段性,不同的演化阶段其二次生烃模式不同,初镒生烃以后,当煤的镜质组反射率为０．７－０．９％时,二次生烃高峰提前;若反射率为０．９－１．３％时,二次生烃高峰滞后,而反射率〉１．３％以后,二次生     

不同类型烃源岩气态烃的生成特征研究——来自差热—色谱联机热模拟实验方法的证据

运用差热—色谱联机分析仪对不同煤阶的标准煤样及泥岩和碳酸盐岩烃源岩的热模拟研究表明,低成熟的煤具有更强的放热反应和较大的失重量,其放热反应第一峰温度和失重温度相对较低。低煤阶煤在热模拟过程中比高煤阶煤具有更强的生烃能力。烃源岩气态烃的生成量和特征不仅受控于烃源岩中有机质的丰度而且与其岩石类型、干酪根类型、成熟度等存在着密切关系。成熟度较高的烃源岩属耗尽了的烃源岩,其生烃能力相对较弱。含Ⅰ、Ⅱ型干酪根烃源岩生成的气态烃中重组分含量普遍较高,含Ⅲ型干酪根烃源岩生成的气态烃中甲、乙烷等轻组分含量普遍较高。碳酸盐岩烃源岩在热模拟的高温阶段往往能生成比较大量的气态烃。     

不同类型烃源岩气态烃的生成特征研究--来自差热-色谱联机热模拟实验方法的证据

运用差热-色谱联机分析仪对不同煤阶的标准煤样及泥岩和碳酸盐岩烃源岩的热模拟研究表明,低成熟的煤具有更强的放热反应和较大的失重量,其放热反应第一峰温度和失重温度相对较低。低煤阶煤在热模拟过程中比高煤阶煤具有更强的生烃能力。烃源岩气态烃的生成量和特征不仅受控于烃源岩中有机质的丰度而且与其岩石类型、干酪根类型、成熟度等存在着密切关系。成熟度较高的烃源岩属耗尽了的烃源岩,其生烃能力相对较弱。含Ⅰ、Ⅱ型干酪根烃源岩生成的气态烃中重组分含量普遍较高,含Ⅲ型干酪根烃源岩生成的气态烃中甲、乙烷等轻组分含量普遍较高。碳酸盐岩烃源岩在热模拟的高温阶段往往能生成比较大量的气态烃。     

煤的加水热模拟气特征对比

为探讨煤成气的生成特征和演化规律，对两种不同有机质类型煤进行了加水热模拟生气实验研究。认为，有机质类型对于煤的热模拟气生成特征和烃气产率有决定作用。非烃气中的氢气、一氧化碳与二氧化碳含量之间呈负相关，这与水参与反应有关。甲烷的形成与水的作用关系密切。不同的热模拟气在成熟—高成熟演化阶段差异明显，有机质类型越差，热模拟气中甲烷相对越多，干燥系数相对越大，异丁烷／正丁烷越高；反之，甲烷相对越少，干燥系数越小，异丁烷／正丁烷低，区别越明显。演化程度增加时，热模拟气之间的差别减小。总烃气和甲烷的产率随温度升高而增加，而重烃有产率高峰存在，正好对应于生油窗的底界。     

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(460℃)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;碳酸盐岩的气态烃产率与有机质丰度的关系并不明显。     

不同煤相煤和镜质组产烃性质的研究

采用有机岩石学一热解分析(ROCK-EVAL)热模拟分析方法对三种典型煤相和镜质组的产烃性质进行了研究．并讨论了产烃性质和有机岩石学参数之间的关系．根据相同煤阶下煤和镜质组的产烃潜量S1 S2值气态烃和液态烃的产率以及湿气含量，得出煤相Ⅰ>煤相Ⅱ>煤相Ⅲ的特点：气态烃和液态烃组成上也有较明显差异．镜质组和煤的产烃潜量．S1 S2值与镜质组的相对荧光强度(I650nm rel%)和光变幅度(Ig／Io)存在明显正相关关系．根据有机岩石学特征和产烃性质．镜质组可分为富氢镜质组和贫氢镜质组两类．在评价煤产烃性质时，必须考虑煤中不同煤相镜质组的还原类型。     

中国典型海相富有机质页岩的生气机理

目前页岩生烃的评价体系主要停留在静态条件下,忽略了成烃的动态过程,不能正确评价页岩原始的生烃潜力.采用生烃动力学模拟实验方法,分别对一个相对低成熟的典型海相富有机质页岩及其干酪根样品开展封闭体系和半开放体系下的人工熟化,并对熟化后的两个系列样品进行黄金管生气动力学模拟实验.对裂解产物中气态烃化合物、轻烃类化合物以及碳同位素开展了定量分析,结果表明,甲烷生成过程被划分为4个阶段,即生油（小于1.0% EayR_o）、凝析油生成（1.0%~1.% EayR_o）、湿气生成（1.%~2.2% EayR_o）和干气生成阶段（大于2.2% EayR_o）;页岩中甲烷的最大产率主要来自干酪根的初次裂解（占22.7%）、可排沥青（占7.6%）和残余沥青（占19.6%）的二次裂解;经过早期排烃作用的页岩样品仍有大量的可溶沥青,在高-过成熟阶段其可以与干酪根、不可溶沥青相互作用,成为晚期主要的页岩生气母质.      

泥炭的热模拟实验及其在煤层气研究中的应用

采用高温高压多冷阱热解实验装置,在温度和压力分别为336.8~600℃和 50MPa,升温速率为 20℃/h和 2℃/h条件下,对泥炭进行了热解生气的模拟实验,获得了烃类甲烷和C₂-C₅气体以及非烃二氧化碳、氢气和硫化氢气体的产率和体积分数数据,研究了热模拟产物气体的组分特征和热演化过程。结果表明,泥炭高温热解产物气体主要由非烃二氧化碳气体组成,其次为烃类甲烷和C₂-C₅气体。随着实验温度的增高,非烃气体体积分数呈下降趋势,烃类气体体积分数呈上升趋势。不同升温速率实验条件下,泥炭样品热解生气表现出不同的特征,主要体现了时间因素控制着泥炭的生烃过程和生烃量,这符合化学反应动力学时间与温度之间互补的原理。并且与煤岩热解生气特征进行了对比,表明泥炭比煤岩具有更高的产烃气能力。根据热模拟实验研究结果,探讨了煤层气形成方面的地球化学意义。      

张家口宣东矿辉绿岩床对煤层气赋存的影响

张家口宣东矿是一个高瓦斯矿井。为了查明矿井煤层气赋存规律及其变化原因,通过大量勘查钻孔及井巷揭露资料,深入研究了辉绿岩体侵入时代、产状特征及空间分布,分析了煤层煤质及煤层气变化规律,探讨了辉绿岩对煤层气的影响。结果表明:宣东矿辉绿岩以岩床形式侵入到侏罗纪下花园煤系中,导致本区异常古地热力场的形成,促使煤层发生区域热变质作用;煤的热演化变质作用是其发生二次生烃演化的直接原因,而这种生烃作用是影响本区煤层含气性的关键因素,它促进了煤层气的形成,且本区煤类及煤层气的分布特征与辉绿岩床的赋存特征很吻合;辉绿岩床形成良好的盖层,封闭了煤层气的逃逸通道,对煤层气的后期保护和富集提供了条件。      

云南恩洪向斜煤层重烃异常成因探讨

恩洪向斜煤层重烃气浓度极端异常,但重烃气来源至今不甚清楚。为此,本文通过对恩洪向斜煤样自然解吸阶段的 密集取样和分析测试,对重烃气成因进行了探讨。结果显示,恩洪煤样自然解吸气组分分馏规律明显,重烃气浓度随解吸 时间延长而显著增高;在自然解吸过程中,甲烷碳同位素组成略有变重,重烃气碳同位素组成没有明显变化,烷烃气碳同 位素始终呈现为正碳同位素系列;自然解吸气组分浓度与碳同位素组成之间具有良好的相关关系,但甲烷与重烃气的相关 趋势截然相反。因此,恩洪向斜煤层气主要起源于煤中有机质的热成因,但不排除部分甲烷具有次生生物成因的可能性。     

鄂尔多斯盆地东部深层煤层气成藏地质条件分析

       鄂尔多斯盆地东部目前的煤层气开发深度浅于1200 m,丰富的深部煤层气资源有待勘探开发。鉴于此,本文分析了 区内深部煤层赋存特征、热演化程度、煤层含气量及其分布规律。认为上古生界埋深的总体分布格局与两个向西凸出浅埋 带的叠加,可能导致煤层含气性和渗透性区域分布格局的进一步复杂化。发现上古生界煤阶区域分布格局与煤层埋深类似, 指示深成变质作用对区域煤阶分布起着主要控制作用。预测了深部煤层含气量的分布格局,认为煤层埋藏一旦超过临界深 度时煤层含气量随深度的加大反而有所降低。建立了自生自储、内生外储两类煤成气藏模式,认为吸附型煤层气藏与游离 型煤成气藏的共生为合采提供了丰厚的资源条件。     

等变质煤系烃源岩的生气特征

为了更加客观地了解煤系烃源岩的生气性能,采用半开放体系对塔里木盆地库车坳陷侏罗纪煤、碳质泥岩和煤系泥岩3种等变质煤系烃源岩样品进行了生气热模拟实验。实验结果表明:侏罗纪煤、碳质泥岩和煤系泥岩均具有良好的生气性,但其生气性存在一定的差异,煤和碳质泥岩的生气性要好于煤系泥岩;随着热演化程度的增加,这3种煤系烃源岩生气总产率(C_1-5)也相应增加,在高演化阶段时主要产甲烷;煤系烃源岩热解气组分的碳同位素值和热解温度有关,随着热解温度升高,甲烷碳同位素值先降低后增大,乙烷碳同位素值一直增大,且在同一温度点有δ13C₁<δ13C₂的特征。      

准噶尔盆地南缘侏罗系煤生烃热模拟实验研究

采用黄金管-高压釜热模拟体系,开展准噶尔盆地南缘地区侏罗系八道湾组和西山窑组煤的生油和生气演化特征研究,对区域油气资源评价和油气资源研究具有重要意义。煤热模拟实验结果表明,准噶尔盆地南缘八道湾组煤生油潜力明显高于西山窑组煤,其生油高峰在R_o(镜质体反射率)=1.07%,最大生油产率的分布范围为60.13~83.27 mg/g,具有一定的排油能力;西山窑组煤生油高峰在R_o=0.96%,最大生油产率分布范围为27.14~62.14 mg/g,部分样品具有一定的排油能力。八道湾组煤和西山窑组煤生气能力接近且均较好,生气窗长。R_o为0.90%时,煤开始生气;R_o在1.07%~1.65%时,煤进入快速生湿气阶段,煤裂解气产量是最大产气量的50%左右;R_o达1.65%后,煤进入干酪根裂解生气阶段;R_o在3.60%时,煤生气基本结束,最大生气产率分布范围为92.23~141.26 mg/g。南缘西段艾卡构造带八道湾组煤层厚度为10~20 m,R_o在1.0%左右,处于煤生油高峰,生油量在57.10~81.19 mg/g,且煤具有有机碳含量高的特点,认为该区煤具有形成带气顶的油藏的潜力。准噶尔盆地南缘中段霍玛吐背斜带和昌吉—乌鲁木齐地区侏罗系煤层厚度大,最厚达60 m,烃源岩R_o在1.3%~2.0%之间,处于煤大量生干气阶段,生气量为60.21~104.27 mg/g,认为准噶尔盆地南缘中段煤具有形成凝析气藏和干气藏的条件。     

基于本源菌的褐煤生物气生成过程与可能途径

利用富集培养得到的本源产甲烷菌群对云南昭通褐煤样品进行生物气模拟实验,分析了褐煤生物气生成过程与可能 途径。结果显示,为期130 d 的褐煤生物气生成过程至少经历了两个产气高峰,第一高峰产气率高于第二高峰。本文认为第 一高峰期间生气母质主要为褐煤中的腐殖组分,第二高峰期间类脂组和惰质组的微生物降解程度相对增强。甲烷碳氢同位 素组成显示,模拟生物气主要通过乙酸发酵途径生成。模拟过程中,甲烷浓度和二氧化碳浓度具有相互消长的变化趋势, 甲烷碳同位素组成在模拟后期有变轻趋势,氢同位素则趋于变重,表明模拟过程后期生成的部分甲烷具有二氧化碳还原成因。     

Coupled accumulation characteristics of Carboniferous-Permian coal measure gases in the Northern Ordos Basin,China

The northern Ordos Basin provides a favorable geological environment for the accumulation and development of coal measure gases (CMG). The hydrocarbon generation potential and reservoir systems of the coal measures have been studied based on data from experimental tests and production and exploration wells, respectively. Further, the coupled accumulation characteristics were determined. The results show that the source rocks are characterized by favorable hydrocarbon generation potential, high thermal evolution (Ro%?=?1.3–2.3%), and mainly type III kerogen. Coals, typically aggregated organic matter, with a huge hydrocarbon generation potential (avg. 89.11 mg/g) and total organic content (TOC) (avg. 65.52%), are predominantly involved in gaseous hydrocarbon generation. Shales with good TOC contents (avg. 2.36%) and large cumulative thicknesses have an important role in gaseous hydrocarbon generation. Coal seams, shale layers, and sandstone layers occur as variably interbedded deposits, which form a favorable environment for CMG coupled accumulation. The porosity and permeability are ranked as follows: sandstone?>?coal?>?shale, with significant stress sensitivity and anisotropy. Two continuous gas generation peaks occurred in the Late Jurassic and Late Cretaceous, with an abundant amount of coal-derived and thermogenic gas generation, respectively. Potential gas-bearing sandstone layers can be formed by gas migration via short distances from nearby coal seams and shale layers. Coupled accumulation of CMG occurred in three stages: (1) stacked and interbedded reservoirs formation stage; (2) gas generating and charging stage; and (3) coupled accumulation adjustment stage. Coalbed methane (CBM)–tight sandstone gas (TSG) assemblage is a favorable target for CMG accumulation and development.     

The Impact of Aqueous Medium on Gas Yields and Kinetic Behaviors of Hydrogen Isotope Fractionation during Organic Matter Thermal Degradation

In order to recognize the impact of aqueous medium on gas yields and the kinetic behaviors of hydrogen isotope fractionation during organic matter thermal degradation, the gold tube apparatus was used to conduct thermal simulation experiments by mixing the nC18 with the water of different properties and proportions. The yields of natural gas components, the relation among hydrogen isotope composition of each component and the experimental temperatures vs. heating rates have been obtained, and the results indicate that under the higher temperature conditions, the hydrous experiment has obvious impact on gas yields, such as when more water is added, higher amounts of hydrocarbon gas and H2 are yielded, and the existence of water obviously prolongs the temperature interval with the existence of heavy hydrocarbon gas. It also shows that the hydrogen isotope of hydrocarbon gas generated by the hydrous experiment is obviously lighter than that generated by the anhydrous experiment, and with the increasing amount of added water, the δD value of hydrocarbon gas gradually decreases. Compared with gas yields, the variation of δD value is more sensitive to aqueous medium in the thermal simulation experiment. However, compared with the amount of the added water, the aqueous medium property has smaller impact on the gas yields, which still shows the inherit effect on hydrogen isotope composition of aqueous medium. Through the model simulation and the isotope fractionation behavior analysis, it is validated that the hydrogen isotope fractionation process can be well described by the chemical kinetic model. The difference of reaction fraction of normal methane and D-containing methane is large, corresponding to the same activation energy. The content of normal methane is obviously higher in the part with lower activation energy, while the content of D-containing methane is higher in the part with higher activation energy. Therefore, it will result in larger hydrogen isotope fractionation amplitude, and the δD values will be more sensitive to the variation of maturity. Meanwhile, the average activation energy of methane generation from nC18 in the hydrous experiment is higher than that in the anhydrous experiment, and the greater amount of added water, the larger the average activation energy of methane generation reaction. This has laid foundation for its exploratory application in the study of gas reservoir forming history and the gas-source correlation, which indicates the research and application prospects in this orientation.     

东濮凹陷及其周缘地区上古生界煤系沉积有机相及煤成烃潜力

东濮凹陷上古生界具有优越的煤成烃物质基础,油气生成潜力取决于沉积有机相。通过对东濮凹陷及其周缘地区煤系沉积有机相的类型和分布特征的研究,结合烃源岩生烃热模拟实验,探讨了东濮凹陷上古生界煤成烃的潜力。研究表明:东濮凹陷上古生界沉积有机相可划分为6种类型,镜质腐殖有机相是研究区主要的有机相类型,太原组下部和太原组上部–山西组下部还发育少量的含腐泥腐殖有机相和壳质腐殖有机相等富氢有机相类型,山西组上部较发育惰质腐殖有机相,东濮凹陷北部发育富氢有机相,特别是庆古2井区和毛4、毛8井区有机相类型好,而南部则发育镜质腐殖有机相和惰质腐殖有机相。不同有机相成烃潜力存在明显差异,镜质腐殖有机相的生油气潜力可与我国典型的煤成油气盆地相媲美,而富氢有机相的生烃潜力更高。但由于东濮凹陷上古生界热演化程度的差异,各个区块油气生成可能存在较大差异,毛4井区成熟度低,油气产率低;庆古2井区R_max在1.0%左右,处于液态烃类生成高峰期,煤成油产率较高,文古1井区处于成熟–高熟区,有较高的煤成气产率,但仍未达煤成气产率的高峰;南部马古5井处于高过成熟,具有较高的煤成气潜力,但由于南部遭受岩浆作用的影响,其煤成气潜力需要评估岩浆作用影响的程度。