低成熟海相黑色页岩生烃特征的热模拟实验

页岩气是黑色富有机质页岩生烃演化完成后滞留在页岩中的烃类气体,为了查明海相黑色页岩生排烃过程中产物的变化规律及影响因素,揭示海相富有机质页岩的生烃潜力,采用地层孔隙热压生烃模拟仪对四川盆地广元地区上寺剖面大隆组黑色页岩进行热压模拟实验.结果表明:①黑色页岩具有极高的生烃潜力,最高产烃量达452.43 mg/gTOC(总有机碳),其中气态烃总产率195.45 mL/gTOC,液态烃最高产率为377.8 mg/gTOC;②油的产率随热模拟温度升高表现为先升后降的特征,生油演化成峰型尖锐的单峰特征,生油高峰在360℃,甲烷随成熟度升高而增加,而重烃气C2-5则表现为先升后降的特征,甲烷主要由油裂解形成,其次是干酪根热解和重烃气裂解;③气态烷烃呈现δ13 C1<δ13 C2<δ13 C3<δ13 C4,且随热模拟温度增加,气态烃的碳同位素值均表现为逐渐富集13 C,说明了热模拟过程中只发生了碳同位素的动力学分馏.基于本次热模拟产物产率随热成熟度变化特征,建立了黑色富有机质页岩的生烃模式,分为两个主要阶段:热催化生油气阶段和热裂解生湿气阶段,特别是在很高热模拟温度下仍未进入生干气阶段,表明在过成熟阶段黑色页岩仍具有一定的生烃潜力.研究结果对拓展高过成熟页岩气勘探领域具有较好的参考意义.     

沁水盆地山西组煤岩的生气热模拟实验研究

热模拟实验是研究烃源岩有机质成烃演化的重要手段。为了客观了解沁水盆地高演化煤系烃源岩的生烃特征和生气性能,采用封闭高压釜体系对沁水盆地山西组煤岩样品进行了生气热模拟实验。结果表明:沁水盆地山西组煤岩样品可以生成大量的气态烃(其产率高达226m3/t),是良好的气源岩;随着热模拟温度的增加,气态烃产率增大,气态烃产率表现出"两急两缓"的增加模式,高演化阶段以产甲烷为主,主生气期为热模拟温度450~600℃(Ro=1.2%~2.7%);温度影响煤岩热解气组分碳同位素值的变化,总体上甲烷、乙烷、丙烷的碳同位素值随热模拟温度升高有逐渐变重的趋势,并且相同热模拟温度时具有δ13C1δ13C2δ13C3的特征,符合气态烃碳同位素正序系列。     

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。     

苏北盆地古近系泥页岩有机质孔发育特征及影响因素

通过对苏北盆地古近系泥页岩研究并结合美国Marcellus页岩研究成果,定义有机质孔的概念,归纳有机质孔的类型及特征,探讨有机质孔发育的影响因素并总结有机质孔演化规律。结果表明:有机质孔泛指在有机质内部或边界处发育并与有机质具有成因联系的所有孔隙,包括原生有机质孔和次生有机质孔两类;有机质孔形态多样,分布具有非均质性,特别当有机质孔大量发育时,其内部结构是具有层状格架的似蜂窝状连通体;温度、上覆岩层压力、无机矿物和流体是影响有机质孔发育的外部条件,有机质类型、有机质成熟度和有机质含量是控制有机质孔发育的内部因素;苏北盆地古近系泥页岩实际样品和热模拟实验样品中有机质孔均表现出阶段性演化特征,这与干酪根热解生烃过程中的组构演化和生烃机制密切相关。     

基于热模拟实验探讨湘鄂西地区黑色页岩孔隙结构演化

利用湘鄂西地区低成熟度龙马溪组富有机质页岩制备不同热演化梯度的热模拟样品,分别进行低温N_2吸附等实验定量表征其孔隙结构,分析在有机质生烃过程中,页岩孔隙结构的变化规律,并将模拟样品与自然样品的实验结果进行对比分析,研究有机质成熟度对页岩孔隙结构的影响。结果表明:区内以发育有机质内孔隙为主的黑色页岩的热演化过程分为3个阶段:①有机质内部孔隙遭受压实和破坏作用(2%Ro3%),能够进行热解生烃的有机质消耗殆尽,部分生烃产物未能从页岩孔隙中及时排出,造成部分孔隙被堵塞;②有机质内部孔隙广泛发育阶段(3%Ro4%),有机质热解生烃导致微孔和介孔孔隙数量增多,页岩孔隙结构的非均质性增强,分形维数不断增大;③有机质热解消耗殆尽阶段(Ro4%),页岩中有机质逐渐被热解消耗殆尽,内部生烃作用残余的较小孔隙孔径增大,孔隙结构趋于简单。在有机碳含量较高的页岩中,甲烷分子的吸附空间主要由有机质生烃作用形成的孔隙提供,随着热成熟度不断提高,有机质热解生烃导致其自身含量减少,从而不利于甲烷分子的吸附。     

有机质初次生烃升温速率对二次生烃的控制作用

对不同升温速率下加水热模拟残余样品热解生烃动力学特征进行了分析,并就初次生烃时的升温速率对残余有机质成烃动力学特征的影响进行了研究.结果表明,初次生烃时较慢的升温速率有利于烃类的初次生成,而残余有机质的二次生烃潜力明显降低,二次生烃时的启动温度增加;初次生烃时较快的升温速率不利于烃类的初次生成,但残余有机质二次生烃潜力大,再次生烃时的启动温度降低.通过模拟条件与实际地质条件的对比分析认为,在地质条件下也存在上述规律.在确定不同地区、不同地质时期的构造演化和地温变化情况下,可以对烃源岩的初次生烃量和二次成烃潜力进行合理的分析.     

福建闽西南翠屏山组泥页岩的地球化学特征

通过福建闽西南地区翠屏山组钻孔样品的地球化学分析,从有机碳含量、有机质类型、热成熟度三方面讨论了闽西南翠屏山组泥页岩的地球化学特征及生烃潜力。分析结果表明,福建闽西南翠屏山组泥页岩储层有低有机质、高演化的特征,有机质类型为Ⅲ型。分析认为,翠屏山组泥页岩储层生烃物质基础较差,热演化程度过高,产气潜力不理想。     

有机质初次生烃升温速率对二次生烃的控制作用

对不同升温速率下加水热模拟残余样品热解生烃动力学特征进行了分析,并就初次生烃时的升温速率对残余有机质成烃动力学特征的影响进行了研究。结果表明,初次生烃时较慢的升温速率有利于烃类的初次生成,而残余有机质的二次生烃潜力明显降低,二次生烃时的启动温度增加;初次生烃时较快的升温速率不利于烃类的初次生成,但残余有机质二次生烃潜力大,再次生烃时的启动温度降低。通过模拟条件与实际地质条件的对比分析认为,在地质条件下也存在上述规律。在确定不同地区、不同地质时期的构造演化和地温变化情况下,可以对烃源岩的初次生烃量和二次成烃潜力进行合理的分析。     

基于热模拟实验的富有机质泥页岩孔隙演化研究进展

富有机质泥页岩是非常规油气领域重要的研究对象,揭示其孔隙演化特征对于研究页岩油气赋存机理具有重要意义,并为页岩油气资源评价以及勘探开发提供参数。热模拟实验结合扫描电镜,气体吸附和高压压汞等实验技术手段可应用于泥页岩孔隙演化的研究。相比于开放体系和封闭体系,半封闭半开放实验体系的设计是更接近地下真实地质过程,其更适用于孔隙演化的研究。富有机质泥页岩孔隙演化是有机质和矿物在高温高压及流体等多因素长时间共同作用的结果,基于热模拟实验条件下总结归纳了富有机质泥页岩孔隙演化特征(有机孔和无机孔两个方面)、孔隙演化主要控制因素(有机质生烃作用,矿物转化和压实作用)以及孔隙演化模型。尽管热模拟实验实现了对同一泥页岩样品全孔隙演化阶段的研究,但孔隙演化的研究还不够系统,问题在于:泥页岩样品在热模拟实验高温高压条件下易碎裂,导致样品制备上的困难;热模拟实验温压条件很难模拟地下真实成岩和生烃的过程;热模拟实验成本较高导致其不能大量开展,因此得到的样品和孔隙相关参数的数据也不够充足。如何系统地研究富有机质泥页岩孔隙演化也正是未来需要关注和研究的重点。     

东营凹陷咸化湖相纹层状烃源岩初次生排烃流体特征

以东营凹陷古近系咸化湖相成熟页岩内顺层纤维状脉体(Beef)为研究对象,基于脉体岩相学、流体包裹体等方面分析,结合显微荧光光谱和激光拉曼光谱等技术手段,在证明Beef为初次生排烃产物的基础上,确定东营凹陷早期烃类流体特征。结果表明:成脉矿物均为铁方解石,整体上为一期成岩产物,脉体生长过程中伴随的烃类流体成熟度总体较低且含有大量沥青质,烃类流体整体上具有较高的芳烃(质量分数平均为38.8%)、非烃(质量分数平均为6.8%)含量及较高的API度(平均为32.9);基于图解特征参数计算得出平均等效R o为0.59%;Beef是东营凹陷成熟页岩内有机质初次生烃导致流体异常高压产生顺层微裂缝的重要标志,由于咸化湖相烃源岩在低熟阶段具有较高的降解率,因此超压压裂顺层微裂缝排烃是早期数量可观的低熟油气排出烃源岩的一种重要方式,且在水平运移过程中伴随有明显的轻重组分分馏效应。     

湖相碳酸盐岩有机质热演化产物及其碳同位素组成特征

通过泌阳凹陷第三系核桃园组核三段湖相碳酸盐岩的热模拟实验,对有机质演化特征、释放气体组分及含碳气体碳同位素组成特征获得了以下认识：（1）释放气体主要以二氧化碳和烷烃类气为主,含有少量烯烃气体,在300～400℃时达到气体释放峰,随温度的升高,C4～C5较重烷烃气含量增加。二氧化碳随温度的升高释放量增大,主要为碳酸盐分解贡献;（2）含碳气体碳同位素随温度的升高增重,在气体释放峰温度段350℃左右时发生明显“转折”,碳同位素组成明显变重,结果造成在不同的热演化阶段碳同位素值有较大范围的变化。     

鄂尔多斯盆地长7段泥页岩层系储层特征及其页岩油意义

陆相页岩油气资源是当前非常规油气研究领域热点。综合使用多种实验手段对鄂尔多斯盆地三叠系长7段泥页岩的岩性特征、成因类型、储集空间及地球化学特征进行分析。结果表明:岩石组分以泥质矿物为主、有机组分和陆源粉砂其次;成因类型主要为深湖—半深湖相页岩、三角洲相泥岩和沼泽相泥岩;储集空间类型主要为页理缝和基质微孔;实际地质样品的地球化学分析表明,样品中烃类组分随热演化程度的不断升高,呈规律性变化。泥页岩层系的热演化程度接近生油窗结束阶段时,已生成的烃类中有相当一部分进入了临近的非源岩夹层中,砂岩夹层含油性优于泥页岩段,烃类组分以饱和烃、芳香烃含量高为主要特征;H317井长7段泥页岩层系中砂岩夹层及部分块状泥岩具有较好的含油性,物性相对较好,脆性矿物含量较高,加之该段泥页岩层系中烃类流体的黏度和密度相对较低,流动性较好,因此砂岩夹层及部分块状泥岩可以作为页岩油勘探的有利目标。针对黑色页岩,可参考油页岩原位改质等相关技术方法进行试探性开采页岩油。     

百色地区下三叠统-泥盆系烃源岩有机地球化学特征及生烃潜力分析

百色盆地海相烃源岩主要为孤立台地和台间海槽碳酸盐岩.根据百色盆地周缘大量露头样品的残余有机碳含量、干酪根碳同位素、饱和烃色谱及色质等地球化学实验数据,分析了下三叠统-泥盆系海相烃源岩的有机质丰度、类型、热演化程度.针对地表烃源岩样品具有高热演化、低丰度的地化特征,在有机质丰度的热解损失和地表风化损失校正基础上,采用蒙特卡罗法模拟计算烃源岩生烃强度.在综合分析烃源岩地化特征和生烃强度的基础上,认为百色盆地下三叠统-泥盆系海相烃源岩具有低-中等级别的生烃能力.     

温度对原油四组分高压热解性能的影响

在30 MPa压力下对塔里木原油四组分进行封闭体系的热解实验,通过气相色谱(GC)和气相色谱/质谱(GC/MS)分别对原油四组分热解反应的气体产物及饱和分热解过程的液态产物进行分析.结果表明:原油四组分热解气体产物中C1组分产率明显高于C2~C5组分,气体产物中C1~C2组分的产率及气体总产率随热解温度升高而增加;在温度高于450℃时,四组分总产气率的大小顺序为:沥青质饱和分芳香分胶质.随热解温度升高,饱和分中的主要组分C12~C18的反应程度加剧.在410℃时,饱和分热解以裂解反应为主,在大于490℃时,裂解和缩合反应程度都在增加,导致气相产物的产率提高及液相产物中主要组分向大分子烃类转移;且温度升高,液态产物分布的离散程度增加.     

马朗凹陷芦草沟组页岩油储层成岩演化与溶蚀孔隙形成机制

通过场发射环境扫描电子显微镜、X射线衍射等试验手段,对三塘湖盆地马朗凹陷芦草沟组页岩油储层成岩演化特征与溶蚀孔隙形成机制进行研究。结果表明:二叠系芦草沟组泥页岩为低孔、特低渗储层,主要经历了压实、胶结、交代以及溶解等成岩作用;有机质热演化与无机矿物成岩演化在时空上相对应,有机质生烃高峰、孔隙度高值区、伊利石含量高值区在同一深度出现;生烃过程形成的酸性流体溶解不稳定矿物,形成溶蚀孔隙,同时为伊利石化提供K+;矿物溶蚀孔和有机质残留孔是页岩油重要的储集空间,伊利石化可加速钾长石溶解,并造成矿物的体积收缩,对储集空间的形成具有明显促进作用;泥页岩中溶蚀孔隙的形成与有机质生烃、油气初次运移同步。     

烃源岩<2 μm黏土粒级组分可溶有机质的测定及意义

通过对烃源岩中提取<2μm黏土粒级组分进行总有机碳(TOC)测试、氯仿抽提和族组成分析,探讨了烃源岩中可溶有机质与细粒级黏土矿物的关系,与传统烃源岩全岩可溶有机质研究对比得出:与细粒级黏土矿物结合是烃源岩全岩可溶有机质的重要赋存方式之一;黏土粒级组分可溶有机质产率高于全岩,70%以上样品产率在100 mg.g-1以上;产率变化与全岩同步,但高峰期较全岩滞后,在生烃不同阶段黏土粒级组分对可溶有机质都有重要贡献.<2μm黏土粒级组分是烃源岩中可溶有机质的主要载体,两者形成的复合体是一种潜在生烃母质,而且贯穿于有机质生烃的全部过程,在油气研究中应予以足够重视.     

鄂尔多斯盆地长7泥岩生-储-排油特征及演化模式

通过低成熟度泥岩生排烃模拟试验,结合高压压汞、液氮吸附、核磁共振等测试手段,对鄂尔多斯盆地延长组长7泥岩的生油、储油、排油及热演化特征进行研究,对生成原油及其可动性进行分析,建立全过程演化模式。结果表明：长7泥岩最大的生油量出现在成熟度R_o=1.0%附近,生油量约为120 mg/g TOC,而后随着成熟度增高,生液态烃量逐渐降低,气态烃量逐渐增加,累积生烃量持续增大;排出页岩油量随成熟度增加呈现先升高后降低的趋势,在R_o为1.15%时液态烃排出量最大,约为64.55 mg/g TOC,之后随后成熟度继续增大,液态烃排出率迅速降低;随热演化程度升高,泥岩微孔体积持续增大,中孔体积先增大后减少,大孔体积先减小后增大,宏孔持续增大;可动流体饱和度先增大后减小再增大,不同成熟度泥岩可动流体平均为23.17%;长7泥岩生储排烃演化过程可划分为低成熟阶段、成熟—自饱和阶段、成熟—排油阶段、成熟—高成熟阶段4个阶段。     

分步热解气相色谱在油页岩工艺性质评价中的应用——以准南大黄山芦草沟组油页岩为例

采用热解气相色谱技术,通过分步程序热模拟了大黄山油页岩的干馏过程,探索了油页岩在各温阶下各种油(气)品热解回收动态变化及其热解总回收率变化,理论上分析了产生这种变化的原因,论述了油页岩工艺特性及其控制因素,以期为精确评价油页岩工艺性质提供参数。研究结果表明:干馏热解过程主要分3个阶段,410℃之前烃类产物很少,并随温度增高而缓慢增加;450～510℃区间烃类产物迅速增加,占全部热解产物的70%,并在490℃左右达到最大值;510℃以后烃类产物较少,以气态烃产物为主。大黄山油页岩整体具有轻质油潜力优势特征,未来加工炼制温度控制在450～510℃即可基本保证油(气)回收率、有效获取轻质油。油页岩原始生烃潜力是控制油页岩工艺特性的主要因素,油页岩原始生烃能力越强,干馏高温阶段的重质油产物越多。     

海相页岩优势储集相划分—以重庆周缘下志留统龙马溪组和下寒武统牛蹄塘组页岩为例

页岩岩相划分在中国南方海相页岩气的勘探开发过程中曾得到广泛研究,但由于在岩相划分过程中未考虑控制页岩有机质孔隙发育的热演化程度这一关键参数,从目前针对演化程度过高的海相页岩气的开发成果来看并不理想,因此页岩岩相划分并不适用于演化程度过高的海相页岩。提出基于页岩有机碳含量、储层热演化程度及有机质孔隙有效赋存空间组合的优势储集相概念及划分。页岩优势储集相是指储层的热演化程度、有机碳含量与有机质孔隙的组合。此次研究以重庆周缘下志留统龙马溪组和下寒武统牛蹄塘组页岩为研究对象,选取岩心样品进行有机碳含量测试、等效镜质体反射率测定及聚焦离子束扫描电子显微镜(FIB-SEM)等实验,明确龙马溪组和牛蹄塘组页岩的总有机碳(TOC)含量、镜质体反射率(Ro)及不同岩相页岩内有机质孔隙发育等特征。结果表明:龙马溪组页岩的富泥硅质页岩和硅质页岩均发育大量有机质孔隙,而同样岩相的牛蹄塘组页岩样品均不发育有机质孔隙。页岩中的有机质孔隙发育受控于储层的热演化程度,与页岩的岩相特征并无关系。优势储集相划分结果表明:研究区龙马溪组页岩属于适宜演化富有机质储集相(RC-1),由于热演化程度适宜,TOC含量高,储层内部发育大量有机质孔隙,使烃类气体得到有效赋存;而牛蹄塘组页岩属于过演化富有机质储集相,虽然TOC含量高,但热演化程度过高,导致储层内部有机质孔隙大量消失,烃类气体无法有效赋存。页岩优势储集相概念的提出与划分可进一步为南方高—过成熟度海相页岩气的高效勘探开发提供更准确的参数指标。     

沧东凹陷孔二段页岩生排烃效率及对含油性的影响

渤海湾盆地沧东凹陷孔二段页岩油资源潜力巨大,且通过水平井钻控获得了稳产工业油流。应用常规热解和分步热解技术,优化生排烃物质平衡法,提出了基于原始生烃潜力和现今残余生烃潜力的页岩生烃和排烃效率氢指数平衡计算方法,并探索成熟度以外孔二段页岩排烃效率的主控因素及其与含油性的关系。选取深度和成熟度较为接近的样品,以排除成熟度这一公认的生排烃效率指标的影响。结果表明,页岩有机质丰度和类型、微观孔隙结构和岩石类型等是控制其生排烃效率的重要因素。Ⅲ型干酪根产物以轻烃为主,排烃效率变化大且普遍高于Ⅰ型和Ⅱ型干酪根。Ⅰ型和Ⅱ型干酪根在TOC超过3%以后,排烃效率随TOC的增加而增大。墨水瓶型孔对液态烃的滞留能力强于狭缝型孔;对气态烃而言墨水瓶型孔反而是利于排烃的优势通道。纹层状页岩比薄层状页岩具有更低的排烃效率。生排烃共同控制着页岩的含油量,页岩中含油量与排烃效率整体呈负相关,但与生烃潜力、生烃效率和滞留烃率的乘积呈明显的正相关性,展示了生排烃效率计算方法的可靠性和实用性。