烃源岩和储层中沥青形成演化实验模拟及其意义

碳酸盐岩是否为有效烃源岩一直存在不同观点。从有机岩石学方法入手,以沥青为研究对象,开展了低成熟泥灰岩烃源岩生烃、饱和原油白云岩原油裂解的模拟实验,并对各模拟温度点的样品,以及四川盆地寒武系页岩、震旦系_寒武系碳酸盐岩样品进行了沥青鉴定、定量及反射率测定。结果表明,不同模拟阶段的泥灰岩中沥青含量呈现出由低至高再降低的趋势,高成熟早期为沥青形成高峰期;泥灰岩烃源岩、寒武系页岩烃源岩中沥青赋存方式受有机质发育程度及非均质性影响,主要呈分散状分布,但在烃源岩的微孔缝发育处,沥青则呈相对富集状或脉状,震旦系_寒武系泥质碳酸盐岩中检测到与烃源岩中赋存状态一致的沥青（原生沥青),是其生烃的有效证据之一;白云岩原油裂解实验中沥青含量由高至低变化,沥青充填在孔隙和粒间缝中,呈粒状、块状或脉状分布,是储层次生运移沥青;烃源岩中镜质体反射率与沥青反射率之间具有较好的相关性,可用等效镜质体反射率来反映烃源岩成熟度;同一温度下,储层沥青反射率明显高于烃源岩沥青反射率,利用储层沥青反射率来反映烃源岩成熟度时会出现比实际偏高的现象。     

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。      

亚铁离子对碳酸盐岩有机质成烃演化的催化作用模拟实验研究

对采自中国四川盆地的高演化碳酸盐烃源岩进行了干法(原样)、加水、加铁、加酸等多介质条件下的模拟实验研究。结果表明,温度是控制有机质分解的最主要因素。从气态的产量及组分变化特征上来看,在研究温度范围内,水是烃源岩中有机质成烃演化的重要因素之一,水不仅是烃源岩中有机质成烃演化的重要氢源,而且水的酸碱性也是烃源岩中有机质成烃演化的重要因素之一;水溶液中溶解的过渡金属元素,如Fe2+,是有机质成烃演化的重要催化剂,Fe2+的存在可明显提高有机质的热解成烃过程,同时使有机质大量转化为烃类气体,而不是二氧化碳。     

富有机质页岩有机孔隙形成与演化的热模拟实验

针对页岩有机孔隙的形成与演化,开展了从未熟—低熟—成熟—高成熟—过成熟全系列的地质条件约束下的成岩成烃演化热模拟实验,利用氩离子抛光-场发射扫描电镜对原始样品和模拟不同演化阶段反应后的样品进行了微观特征分析,研究表明:1未熟、低熟阶段生物化学作用和低温热作用生烃过程中可以形成有机孔隙,其当时较浅的埋深可能有助于有机孔隙的保存;2有机孔隙的形成与演变具有非均质性,成熟度不是控制有机孔隙形成与发育的决定性因素,有机质物理化学结构的差异对有机孔隙的形成与演化具有重要作用;3有机孔隙的发育与滞留油具有明显的相关性,生油阶段生成的有机孔隙,易被热解沥青所占据;4有机质收缩缝/有机质边缘孔可能是页岩气赋存的重要空间,其发育主要受控于在从"化学吸附有机质"向"物理吸附有机质"和"游离有机质"转化时有机质的物理化学结构及演化程度。     

歧北深层高温高压条件下烃源岩特殊的成烃演化规律

黄骅坳陷歧北地区深层高温高压条件下古近系烃源岩成烃演化规律与传统的干酪根降解演化规律存在差异，其差异突出体现在成熟度参数的演化特征上。在分析歧北深层烃源岩特殊的成熟演化特征及不同温压条件下热压模拟演化特征的基础上，探讨超压在深层烃源岩成烃演化过程中的作用，总结高温高压条件下深层烃源岩特殊的成烃演化规律。指出：虽然超压影响油气生成演化的全过程，但在不同演化阶段超压的影响是不同的。超压的滞烃效应主要作用于烃类进入生烃高峰的后期，超压不仅可抑制液态烃向气态烃的转化，而且还抑制干酪根的降解，使油气生成的时限延迟，以致在正常条件下预测生气的深度仍将继续生油。歧北地区深层高温高压条件下古近系烃源岩特殊的成烃演化规律主要体现在成熟油相窗口向高成熟早期的推移。     

碳酸盐岩烃源岩生烃增压规律及其含义

碳酸盐岩由于成岩-固结早,烃源岩排烃的动力主要是水热增压和生烃增压。通过碳酸盐岩烃源岩不同有机碳含量样品温、压关系的模拟实验,建立了增压值与温度的数值关系模型。实验结果表明,碳酸盐岩烃源岩生烃过程中生烃增压值远高于水热增压值。碳酸盐岩烃源岩排烃动力的大小主要受烃源岩有机质丰度和温度的影响。对于同一烃源岩来说,随着热演化程度增高,生烃增压值迅速增大;当热演化程度相当时,生烃增压值与样品的有机碳含量成正相关关系。若烃源岩有机碳含量过低,烃源岩产生的生烃增压值不足以有效地把烃类排出烃源岩。由于碳酸盐岩烃源岩中含水量通常很低,则生烃增压特别是生气增压对排烃而言更为重要。因此,碳酸盐岩烃源岩遵循生烃-增压-超压-压力释放-排烃的动力学模式。     

济阳断陷盆地烃源岩成岩演化及其排烃意义

从成岩作用角度,分析了济阳断陷盆地沙河街组烃源岩力学性质的演化及其对排烃过程的影响。X-衍射和岩石微观特征分析表明,埋藏深度为2 500~3 000m是烃源岩中两类重要矿物成岩演化的重要阶段。其中:粘土矿物中伊蒙混层矿物迅速转化发生在2 000~3 000m;原生碳酸盐大量重结晶发生在2 500~3 100m。粘土矿物和碳酸盐矿物的转化对烃源岩力学性质产生了影响,导致随埋藏深度的增加岩石由相对塑性向相对脆性转变。烃源岩力学性质的这种变化促进了深层烃源岩中微裂隙的发育,并对烃源岩的排烃方式和排烃过程产生了重要影响。     

前陆盆地冲断推覆作用与烃源岩演化

前陆盆地是世界上油气资源最为丰富的盆地类型之一，而前陆盆地冲断带又是前陆盆地中最主要的油气富集区带之一。冲断带冲断推覆作用对烃源岩演化，储层性能，圈闭形成，烃类再分配等油气聚集的各个因素均具有重要的控制作用。为此，通过分析中国西部前陆盆地冲断推覆作用和烃源岩演化的关系，探讨了冲断推覆作用下烃源岩的演化模式，研究了冲断带烃源岩的演化方式和过程。将冲断推覆作用与烃源岩的演化关系分为三种简单模式：冲断推覆作用发生在烃源岩大量生烃之后，上下盘烃源岩成熟度受冲断推覆作用影响不大；冲断推覆作用与烃源岩大量生烃作用同时发生，上盘烃源岩热演化延迟，下盘烃源岩迅速熟化；冲断推覆作用发生在烃源岩大量生烃之前，上下盘烃源岩均可大量生烃，下盘烃源岩演化程度高于上盘烃源岩。该项研究对冲断带烃源岩的演化过程分析和烃类相态分布的控制因素分析具有实际指导意义。     

莱州湾凹陷北洼沙河街组三段砂岩储层孔隙定量演化模式

莱州湾凹陷位于渤海湾盆地南部，是一个"小而肥"的富烃凹陷，其储层成岩作用的研究程度较低。铸体薄片、扫描电镜、X射线衍射和阴极发光等多种技术手段的分析结果显示，莱州湾凹陷沙河街组三段中-深层储层的岩性主要为中粒-细粒岩屑长石砂岩，其成分成熟度和结构成熟度为中等偏好，属于中孔、中-低渗储层类型，储集性能良好，成岩作用处于中成岩阶段A1期。地层埋藏史、热演化史、烃源岩生烃史和成岩演化史的综合分析指示，储层孔隙空间的演化主要经历了机械压实减孔、早期胶结减孔、酸性溶蚀增孔和晚期胶结减孔4个阶段，其孔隙度的变化量分别为7.73%、4.61%、5.99%和2.54%，由此可建立储层孔隙定量演化的综合模式。受长期浅埋环境和成岩演化阶段影响，莱州湾凹陷沙河街组三段在古成藏期的储层孔隙度约为25%，油气充注情况良好。现今的孔隙类型仍以原生粒间孔为主，油气保存情况较好，勘探潜力较大。这一认识可为研究区的进一步勘探开发提供理论支持。     

页岩纳米级孔隙在有机质熟化过程中的演化特征及影响因素

有机质热演化程度是控制页岩纳米级孔隙形成演化的主要因素之一。利用室内含水封闭热解系统对松辽盆地长岭凹陷嫩江组二段湖相页岩开展了生烃全过程模拟实验（R_o=0.61%~4.01%），并对处于不同热演化阶段的样品进行了索氏抽提，基于抽提前后有机碳含量、N₂吸附和矿物组成等地球化学分析结果，研究了有机质成熟过程中纳米级孔隙形成演化特征及影响因素。页岩在模拟实验后BJH孔体积和BET比表面积均大幅增加，其变化范围分别为0.006 73~0.101 61 cm3/g和0.60~15.75 m2/g。成熟-高熟阶段干酪根热降解和残留烃热裂解促使纳米级孔隙快速发育，过熟阶段随着有机质生烃能力减弱，纳米级孔隙发育速率变缓；生油高峰期液态烃生成并充注在纳米级孔隙内，抑制了纳米级孔隙形成。油气生成和排出过程对纳米级孔隙发育起主导作用，固体焦沥青在不断富集的同时其本身发育纳米级有机孔隙，黏土矿物的伊利石化和石英溶蚀均有利于纳米级孔隙发育。      

塔里木盆地东北缘孔雀河地区烃源岩演化特征及成藏条件研究

对孔雀河地区3套烃源岩地球化学、热演化参数统计分析表明：寒武系-奥陶系烃源岩分布广、有机质丰度高，演化程度为过成熟；石炭系-三叠系烃源岩主要分布在草湖凹陷，有机质丰度低，热演化程度为中-晚期；侏罗系烃源岩全区分布，有机质丰度高，除英吉苏凹陷部分区域进入生油门限，其它大部分区域热演化程度为未熟-低熟，生排烃量有限。通过对全区13口井单井盆地模拟研究，总结了孔雀河地区3套烃源的3种埋藏热演化模式，即持续深埋型、二次深埋型和早期深埋、晚期浅埋型，和2种生排烃模式，即多段式、单段式。通过生排烃模拟表明，本区生排烃量主要以寒武系-奥陶系烃源岩的生排烃量为主，其它2套烃源岩生烃区域局限且生烃量有限。指出孔雀河地区成藏组合研究应围绕寒武系-奥陶系这套主力生烃源岩生排烃史进行，其具有自生自储、下生上储2种成藏组合模式。综合研究认为寻找寒武系-奥陶系烃源岩主要生排烃期形成的古油藏、分析不同期次构造运动对古油藏破坏程度和研究不同期次断裂系统对油气的疏导、调整作用和对油气分布规律的控制是进一步深化该区勘探的关键。     

海相页岩成岩-成烃过程中孔隙结构的演变——来自热模拟实验的启示

页岩在沉积埋藏过程中,孔隙的形成、演变与成岩-成烃过程是同步的。为了揭示成岩-成烃作用对页岩孔隙结构的影响,以西加拿大盆地上白垩统海相未成熟页岩为研究对象,开展了地质条件约束下页岩从未成熟到过成熟阶段的成岩-成烃热模拟实验,并利用高分辨扫描电镜对热模拟后样品的微观结构进行分析,运用低温液氮吸附-脱附实验和Frenkel-Halsey-Hill （FHH）模型对实验样品的孔隙发育特征和分形维数进行定量分析。结果表明：①成岩-成烃过程中页岩的孔隙结构复杂多变,主要发育介孔和大孔,以楔状或平行板状狭缝型孔隙为主;②页岩中的孔隙比表面积主要为小于15 nm的微孔和介孔所贡献;③有机质丰度并非影响孔隙分形特征的主要因素,孔隙的结构分形维数与平均孔径存在明显的负相关关系,孔径越小孔隙间的连通性越差,孔隙结构越复杂;④不同演化阶段孔隙的分形特征差异明显,成熟阶段的生烃作用导致黏土矿物转化及矿物溶蚀可大大降低孔隙结构及表面的复杂程度,高过成熟阶段有机质孔的大量形成可增大孔隙表面的粗糙程度并使得页岩具有高的孔隙比表面积。     

黄骅坳陷王官屯构造带白垩系火山岩油气成藏特征

黄骅坳陷王官屯构造带白垩系火山岩发现了多口高产井,油气较为富集。为了探讨该油气成藏的主控因素,分析王官屯构造带火山岩油气地质特征,结合包裹体及埋藏史,明确了油气成藏的期次和成藏模式。结果表明：王官屯构造带油气来源于孔店组孔二段暗色泥岩和页岩;火山岩储层岩性为熔岩、火山碎屑岩和火山碎屑沉积岩,可划分为4类岩相、7种亚相;原生储集空间主要包括气孔、晶间孔、粒间孔及收缩缝,次生储集空间主要为高孔构造裂缝及溶蚀孔隙,发育两大类有利储层;火山岩具有2套储盖组合,即地垒构造圈闭及断鼻构造圈闭;油气充注期开始于晚渐新世,持续至今,为典型的“新生古储”侧向供烃油气成藏模式。该区油气成藏主控因素为：供烃窗口控制源岩侧向供烃,构造缝与溶蚀作用改善储集性能,构造样式及演化控制油气保存与聚集。     

东部盆地群下白垩统烃源岩特征与页岩气勘探潜力

为了研究中国东北地区东部盆地群下白垩统烃源岩的特征与页岩气勘探潜力,对三江盆地、鸡西盆地、通化盆地、柳河盆地和红庙子盆地进行了野外样品采集、烃源岩地球化学与岩矿测试,同时统计了其他盆地烃源岩的地球化学参数。结果表明,东部盆地群下白垩统的烃源岩有机质丰度和类型主要受沉积相的控制,有机质成熟度受莫霍面埋深的影响。下白垩统沉积时研究区北部水体较浅,泥岩累积厚度大、粉砂质含量高,有机质丰度达到了差-中的标准,干酪根主要为Ⅱ₂-Ⅲ型,目前处于成熟-高熟阶段。研究区南部水体相对较深,泥岩平均累计厚度为233~446 m,但泥岩质纯,有机质丰度较高,主要发育Ⅰ-Ⅱ₂型干酪根,目前处于低熟-成熟阶段。东部盆地群下白垩统烃源岩脆性矿物含量较高,脆性较大,主要发育粘土矿物间孔缝、粒内孔和有机孔,具有微孔-中孔的孔喉结构,常规油气和页岩气勘探均具有良好的前景。     

松辽盆地长岭断陷层烃源岩地球化学特征研究

下白垩统沙河子组沉积的暗色泥岩和煤层是松辽盆地长岭断陷层主要的烃源岩,火石岭组和营城组为次要烃源岩。钻井和露头样品表明,火石岭组烃源岩有机碳含量0.50%~8.55%、生烃潜量2~17mg/g、氯仿沥青"A"含量0.04%~0.33%,干酪根类型以Ⅱ型为主,成熟度演化处于生气的过成熟阶段;沙河子组烃源岩有机碳含量1.00%~6.54%、生烃潜量2~8mg/g、氯仿沥青"A"含量0.2%~0.5%,干酪根类型以Ⅰ型和Ⅱ型为主,成熟度演化处于高成熟—过成熟阶段;营城组烃源岩有机碳含量0.5%~2.5%、生烃潜量0.5~4.0mg/g、氯仿沥青"A"含量0.05%~0.20%,干酪根类型以Ⅱ型为主,处于成熟—高成熟阶段。综合评价沙河子组为中等—好烃源岩,而营城组和火石岭组烃源岩属中等烃源岩。      

油气生成、运移模拟实验探讨

本文选用低成熟烃源岩,采取人工热解生成油气及适当控制石油运移的方法,模拟了4个地史热演化阶段(低熟、成熟、高熟、过熟)中油气的生成演化过程。试验中把热解生成烃适当分成排出烃和滞留烃,分别对应于地质体中油气经初次运移进入储层的量和滞留于母岩并同母岩一同继续演化的量。从未熟到过成熟阶段将油气的生成分成4个连续演化阶段,运移分成3个集中阶段,即用多阶段生成、集中运移模拟地质体中油气边生边运的地质过程,得到了不同演化阶段不同运移效率下储层中可能的油气分布。      

毛细管力是油(气)初次运移的动力吗?

一般认为,在油气的二次运移过程中,由于孔隙结构的变化,当连续油(气)相后端曲率半径大于前端时毛细管力是油气运移的阻力,而当连续油(气)相后端曲率半径小于前端时毛细管力是油气运移的动力;毛细管力总是趋向于使非润湿相占据较大的孔隙空间。在浮力、水动力和毛细管力的共同作用下,油(气)呈间歇性运动,这在物理模拟实验中已得到证实。实际上,在毛细管中存在着3种毛细管力。第一、二种方向与毛细管延伸方向平行,第三种垂直于毛细管管壁并指向非润湿相;第三种毛细管力主要起增大非润湿相与孔喉壁之间的摩擦阻力的作用,在孔喉较粗的介质(如储集层)中该类毛细管力常常被忽略。油气要发生运移,则沿前进方向上的动力必须超过该方向上的毛细管阻力和摩擦阻力。现在有一种观点,认为在油气从烃源岩向储层的初次运移过程中,毛细管力是重要的动力,因而在水润湿的条件下,油、气相会在毛细管力作用下自动地由小孔隙和细喉道向较大、较粗的孔隙和喉道内运动。本文从毛细管现象的本质入手对这一问题进行了分析,发现烃源岩和运载层中不同种类的毛细管力的作用有很大区别:在运载层中,因为孔隙喉道较粗,第一、二类毛细管力起主要作用,第三类毛细管力的作用常常被忽略;而在烃源岩中,由于毛细管半径全面缩小,第三类毛细管力与第一、二类相比急剧增大,导致摩擦阻力剧增,从而成为烃源岩排烃的主要阻力。“毛细管力是排烃动力”这一观点是忽视烃源岩中起决定作用的第三种毛细管力而得出的错误认识。通过对泥页岩孔隙结构的研究,作者提出了泥页岩中的孔隙主要是“死孔隙”的观点,而烃源岩的排烃则主要是通过微裂隙的突发涌流,微裂隙的开启或产生及涌流的发生则都与激烈的突发构造运动有关。      

油气初次运移的模拟模型

提出了一种新的烃源岩排烃史模拟方法,把排烃过程划分为压实排烃和微裂缝排烃两个阶段,并分别建立了压实排烃模型、微裂缝排烃模型和扩散排烃模型.在压实排烃模型中,压实作用是油气初次运移的主要动力,除考虑烃源岩孔隙体积的压缩外,还考虑了烃源岩内由于粘土脱水、油气生成以及流体热膨胀造成的孔隙流体体积增大对压实排烃量的影响;在微裂缝排烃模型中,烃源岩内的异常高压是排烃的主要动力,造成异常高压的主要因素：压实作用、粘土脱水作用、油气生成以及扎隙流体的热膨胀等.这两个模型的特点是引入了热力学中的状态方程和流体相平衡准则,用以确定孔隙流体相态及饱和度的变化,并由此计算排烃量.利用这一方法可分别模拟出烃源岩的排油史和排气史.