叠合盆地天然气的重要来源——分散可溶有机质

天然气形成具有多源性,以天然气直接母源赋存状态分类为基础,厘定了主要气源分散可溶有机质的概念。对分散可溶有机质赋存状态以及生成途径进行了分析,初步确定了作为气源岩的生气丰度下限,分析了生气潜力,认为分散可溶有机质是高演化阶段的最主要气源,具有广阔的勘探前景。分析了可溶有机质演化程度与气态烃转化率以及同位素的关系;指出分散型可溶有机质裂解气轻烃中环烷烃含量高,而聚集型可溶有机质裂解时链烷烃生成量较苯系物多,且裂解过程中没有环烷烃产物出现,这是因为无论是硅酸盐岩还是碳酸盐岩都对可溶有机质的成气演化起到了促进作用,因此分散可溶有机质比聚集可溶有机质生气潜力更为有效。结合实际地质情况,讨论了分散可溶有机质评价方法,使分散可溶有机质评价更具有可操作性。      

有机质成气膨胀运移模型研究

本文提出的模型依据有机质成气体积急剧膨胀的特点，计算天然气运移过程中各时期的总生气量，烃源岩中的总残留气量，包括残余油溶解气量、残余水溶解气量及烃源岩本身的吸附气量，进而求得天然气的运移量并恢复运移史，避开了短时期内难以解决的机理性问题，在大民屯凹陷应用获得了成功。     

碳酸盐岩气源岩有机质丰度分级评价标准研究

以塔里木盆地、渤海湾盆地、鄂尔多斯盆地地质参数（地层、地史、热史）为例，分别计算了不同地质条件下单位面积碳酸盐岩的生气量及源岩和围岩各种形式的残留和耗散气量（吸附气量、油溶气量、水溶气量、扩散气量），进而根据物质平衡原理计算出有效排气量（有效排气量＝生气量-吸附气量-油溶气量-水溶气量-扩散气量），以排气量为指标给出气源岩分级评价的标准，并计算出其对应的有机质丰度，建立了塔里木盆地、渤海湾盆地、鄂尔多斯盆地碳酸盐岩气源岩的分级评价表。经综合分析，归纳出我国碳酸盐岩有机质类型为II型的成熟气源岩“非、无效、差、中、好、很好”各级对应的TOC界限值分别为“0.2、0.4、0.7、1.0、1.5”。     

利用生烃动力学方法确定海相有机质的主生气期及其初步应用

利用已获得的国内外典型海相有机质（原油与干酪根）的生气动力学参数，采用生烃动力学方法，计算地质历史中天然气的产率和产气速率，利用EasyR0方法计算成熟度。经过二者的耦合，确定：I型干酪根主生气期的R0值为1．4％～2．4％，Ⅱ型干酪根主生气期的R0值为1．5％～3．0％，原油裂解气主生气期的R。值为1．6％～3．2%。以塔里木盆地塔西南地区为例，初步探讨系统的开放度对主生气期的影响及天然气“死亡线”的问题，研究结果，模拟系统开放度对主生气期的动力学参数计算有一定影响，开放系统Ⅱ型干酪根主生气期的R0值为1．4％～3．1％，天然气主生气期比封闭系统要早。根据研究结果，初步确定海相有机质天然气“死亡线”为：Ⅰ型干酪根R0值约为3．5％，Ⅱ型干酪根R0，值为4．4％～4．5％，海相原油R0值约为4．6％。图4表1参29     

天然气扩散损失量估算方法探讨

经与实测扩散系数进行比较,认为用StokesˉEinstein方程式来进行扩散系数的预测计算是可行的。以物质平衡原理为基础,比较可排气量（可排气量=生气量-残留气量）与最大扩散气量,取二者中的小者为实际扩散气量。实际扩散气量随有机质丰度、生烃潜力、源岩厚度和顶面埋深的增大而增大。在一般地质情况下,计算所得最大扩散气量是实际扩散气量的几倍甚至几十倍,这使得在天然气资源量计算过程中,扩散气量被严重夸大了。     

湖相烃源岩热演化生烃研究——基于冀中坳陷烃源岩加水热模拟实验

基于烃源岩热演化生烃原理,利用实验室加水热模拟生烃实验,结合GC分析,通过对来自渤海湾盆地冀中坳陷的8个不同有机质类型的未熟烃源岩样品的生烃热演化定量分析,得到湖相烃源岩的热演化生烃定量模型。湖相Ⅰ型、Ⅱ_1型与Ⅱ_2型有机质生油窗对应R_O值介于0.6%~1.3%之间,并且R_O值均在0.9%左右达到生油最大值,分别为580mg/g_(TOC)、350mg/g_(TOC)和260mg/g_(TOC)左右,但是3类有机质生油耗尽时对应R_O值依次减小;以R_O=1.3%为界,分为初次裂解气与二次裂解气2个阶段,其中Ⅰ型有机质初次裂解气量显著高于Ⅱ_1型和Ⅱ_2型,超过100mL/g_(TOC),而Ⅱ_1型和Ⅱ_2型有机质初次裂解气量相近,约为70~80mL/g_(TOC),二次裂解生气量受控于烃源岩的排油效率;湖相Ⅰ型有机质生油与生气潜力均远高于Ⅱ_1型与Ⅱ_2型,在具备良好的成藏保存条件下,分别以3类有机质为主的湖相烃源岩初次裂解生气量均具有形成工业性气藏的能力。     

松辽盆地徐家围子地区沙河子组气源岩与致密砂砾岩气资源潜力评价

松辽盆地徐家围子断陷在常规天然气资源勘探方面取得了巨大成功,目前正积极探索深层致密砂砾岩气的资源潜力。针对致密砂砾岩气藏的气源岩层开展研究,系统分析烃源岩的分布、有机非均质性、埋藏史、热史、生烃史,利用化学动力学理论与蒙特卡罗概率法计算烃源岩的生气量,采用类比法和成因法预测致密砂砾岩气的资源量。地震—测井—沉积相综合研究揭示暗色泥岩全区发育,厚度为200~1 200m,煤层仅局部富集,厚度为10~120m。实验测试与测井评价结果得到烃源岩残余TOC平均值为2.21%,Ⅲ型有机质占绝对优势,有机质达到高—过成熟演化阶段。沙河子组沉积以来经历4次沉降,一次明显抬升,明水组以后地层埋深趋于稳定。热流值古高今低,断陷期平均地温梯度为5.2℃/100m,坳陷期平均地温梯度为4.5℃/100m。暗色泥岩与煤岩分别在距今105Ma和90Ma大量生气,生气高峰持续50Ma以上。暗色泥岩与煤层累计生气强度普遍超过50.0×10~8m~3/km~2,按期望值计算,累计生气量为36.3×10~(12)m~3。类比法估算沙河子组致密砂砾岩气的资源量为0.21×10~(12)m~3,成因法估算致密砂砾岩气的资源量为0.15×10~(12)m~3(运聚系数取0.4%,生气量取期望值)。     

煤系烃源岩高—过成熟阶段生气模拟实验及地质意义

通过高温高压条件下有机质热模拟生烃实验探究水对于腐殖型有机质高—过成熟阶段生气特征的影响。实验结果表明,水对有机质热解生气特征的影响受有机质成熟度控制,过成熟条件下水对腐殖型有机质热解生气具有显著的促进作用,能够有效提高烃类气体产率。高—过成熟煤成气氢同位素组成主要受烃源岩成熟度控制,但受水的影响显著。中国高—过成熟煤系烃源岩广布,若地质条件下地层水能够参与有机质高—过成熟阶段的热解生烃反应,将大大提高深层煤系烃源岩的生气能力,从而提高深层煤成气资源潜力。图3表1参34     

鄂尔多斯盆地延安组煤层对常规天然气的贡献率研究

煤作为良好的烃源岩，其有机质特征、成烃贡献与煤的三大显微组分组及其变质程度密切相关。通过各显微组分组的生气特征分析和双参数坐标图解，确定延安组煤的生气能力属弱—中等，用产油指数和产气指数，确定延安组煤的的有机质类型为Ⅱ₂—Ⅲ型。通过延安组煤的等温吸附实验中的吸附量与煤热模拟中各显微组分组产气量之间的关系，估算出延安组煤层对常规天然气的贡献率为36～78 m³/t。     

鄂尔多斯盆地上古生界深盆气形成的气源条件研究

鄂尔多斯盆地石炭－二叠系海陆交互相含煤岩系是一套良好的气源岩，具有分布面积大、厚度中等、有机质丰度较高、有机母质类型以主要生气的腐植型为主、热演化程度较高、生气量大、“广布型”生气、生气强度中等、平均生气速率较慢、生气高峰期地质时代老等特点。这套气源岩的热演化生气可划分为两个阶段，即气源岩持续深埋的大量生气阶段（Ｊ－Ｋ１）和盆地抬升的缓慢生气阶段（Ｋ１末至现今）。其中，大量生气阶段无疑是上古生界天     

松辽盆地北部徐家围子断陷深层烃源岩生气特征及天然气资源潜力

徐家围子断陷深层天然气藏是目前全球唯一在深层成功勘探的非常规火山岩气藏,已探明天然气储量超过2 400×10⁸m³。气藏围绕深部烃源岩在断裂附近分布,具有明显“源控”、“断控”、“火山机构控制”等特点。从深层烃源岩热模拟实验出发,结合靶区埋藏史、热演化史,对深层烃源岩的生气动力学特征和生气量进行了研究。结果显示：徐家围子断陷深层烃源岩厚度大,有机质丰度高,类型以II型为主,处于高过成熟阶段,生气潜力大。不同层位烃源岩在时间、空间上具有接力生气特点,生气期长。徐家围子断陷深层天然气总生成量为33.75×10¹²m³,其中沙河子组烃源岩生气量占总生气量的75.78%,煤系生气总量占深层烃源岩总生气量的25.61%,徐家围子深层天然气资源量为(5 020~7 530)×10⁸m³(运聚系数取1.6%~2.4%)。     

有机质“接力成气”模式的提出及其在勘探中的意义

有机质“接力成气”机理是指成气过程中生气母质的转换和生气时机与贡献的接替。有两层含义：一是干酪根热降解成气在先，液态烃和煤岩中可溶有机质热裂解成气在后，二在成气时机和先后贡献方面构成接力过程；二是干酪根热降解形成的液态烃只有一部分可排出烃源岩，形成油藏，相当多的部分则呈分散状仍滞留在烃源岩内，在高过成熟阶段会发生热裂解，使烃源岩仍具有良好的生气潜力。这一理论的提出，回答了我国热演化高一过成熟地区勘探潜力问题与天然气晚期成藏的机理问题，对拓报勘探领域有重要意义。图11表2参40     

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对控制生物气成藏的诸项地质因素进行了探讨，取得如下认识；（１）产甲烷菌的大量和繁殖是生物气富集的关键因素，其 适宜的地球化学环境为缺氧，缺硫酸根、中－中高温、较低矿化度的近中性水介质环境；（２）Ⅰ、Ⅱ型有机质的最佳生气温度为３５－４０℃，Ⅱ型有机质的最佳生气温度为４０－５０℃；（３）有机质生气潜力按Ⅰ、ⅡⅢⅢ     

深层多途径复合生气模式及潜在成藏贡献

深层—超深层是当前和未来油气勘探的重要方向,明确高演化阶段天然气的生气途径、机制和潜力,将有助于发展天然气成因理论和指导深层油气勘探。结合大量模拟实验和动力学计算,探讨了不同母质和途径生气的成熟度和温度界限（生气时限）及贡献,建立了深层多途径复合生气模式。提出I/II型有机质或干酪根直接热降解（初次裂解）生气下限可延至R_O=3.5%,最大生气量可达120~140 m³/t_TOC,R_O>2.0%阶段的生气量可达20~40 m³/t_TOC。系统认识了原油全组分裂解动力学过程,提出在2 ℃/Ma地质升温速率条件下,液态烃大规模裂解的地质温度为190~220 ℃,对应的成熟度为R_O=2.0%~2.3%;源内残留烃和源外液态烃裂解生气贡献分别为约80 m³/t_TOC和200 m³/t_TOC,乙烷裂解温度要高于230 ℃。硫酸盐热化学还原作用（TSR）导致液态烃裂解温度降低20~40 ℃,加速高含硫化氢（H₂S）天然气藏的高效聚集;无机流体和矿物参与的加氢生气作用可提高天然气生成潜力20%~30%,是深层高—过成熟天然气生成的途径之一。多途径生气过程构成了天然气形成的完整演化序列,揭示在传统油气“死亡线”之下,深层—超深层仍具有天然气勘探潜力。     

滇东寒武系下统筇竹寺组页岩含气性分析

寒武系下统筇竹寺组泥页岩在滇东地区分布广泛,厚度大,为南方海相沉积,有机质丰度较高,主体已经进入了高—过成熟热演化阶段,有机质类型为Ⅰ型干酪根,生气量大,脆性矿物含量高,物性条件较好,在调查井钻进过程中,出现了明显的气测异常显示,具有良好的页岩气地质基础.含气量是直接评价页岩含气性的重要参数,通过地质资料及泥页岩样品实验数据,揭示滇东地区寒武系下统筇竹寺组泥页岩含气情况及其影响因素,结果表明,含气量与有机质丰度、孔隙度、埋深存在正相关关系,与有机质成熟度相关性不明显,并且泥页岩层系中的砂岩、碳酸盐岩夹层仍具一定含气性,同时认为滇东地区寒武系下统筇竹寺组具有的页岩气勘探潜力.     

腐泥型干酪根热降解成气潜力及裂解气判识的实验研究

腐泥型有机质在成烃演化过程中以先生成原油再裂解成气已有共识,但有多大的比例是由干酪根直接降解生成以及如何鉴别尚存异议。选取华北地区下马岭组低成熟腐泥型页岩,采用高温高压黄金管体系及常规高压釜热模拟实验装置,对同源于该页岩的原始干酪根、残余干酪根和原油开展了生气模拟实验。结果表明:(1)腐泥型有机质生油高峰期后,干酪根直接降解成气量占总生气量的20%左右;原油裂解主成气期为422~566℃(R_O=1.3%~2.5%),生气量占裂解气总量的85.5%。(2)干酪根降解气和原油裂解气Ln(C_1/C_2)值与Ln(C_2/C_3)值均随演化程度增高而增大,但受原油和干酪根结构差异、裂解生气速率及所需活化能大小的影响,过成熟阶段,干酪根降解气Ln(C_2/C_3)值逐渐增大,原油裂解气Ln(C_2/C_3)值基本稳定,且低升温速率的Ln(C_1/C_2)值比高升温速率的值大。(3)新建考虑演化阶段的裂解气判识图版,认为四川盆地震旦系—寒武系天然气主要为原油裂解气。研究成果进一步明确了腐泥型烃源岩发育区,高演化阶段以寻找原油裂解气为主要目标,而非烃源岩晚期干酪根降解气,并可为有机质全过程生烃演化轨迹曲线的确定提供重要依据。     

逆流连续重整工艺烧焦过程的数值计算与分析

建立了逆流连续重整装置再生烧焦区的动态数学模型,并利用Matlab编程数值计算方法求解了该数学模型,选取3种不同操作条件,利用该模型计算了烧焦区内各个位置的焦炭质量比、再生气氧含量、床层温度、气相温度,深入分析研究了初始积炭量、催化剂循环速率对烧焦的影响。结果表明：烧焦反应速率随着催化剂积炭量、再生气氧含量和反应温度的升高而增大;随着初始积炭量增加,床层局部最高温度位置向外筛网方向迁移;随着催化剂循环速率增加,床层局部最高温度位置向下部迁移。模型计算结果与装置实际测量结果具有较高的一致性,说明所建模型的计算方法具有良好的准确性。     

生物成因气生成演化模式探讨

通过生烃模拟实验资料及生物成因气藏实例分析,在总结生物成因气形成过程和生物气源岩有机质演化特征的基础上,建立生物成因气生成演化模式,为生物气源岩生气能力评价提供依据。有机质在微生物作用下,通过co₂ 还原和乙酸发酵２ 种途径形成生物气。沉积物中有机质被降解的过程及形成的产物具有明显阶段性特征。生气早期具低温、高硫酸盐抑制等不利条件,生物气产率较低;生气高峰期深度约为３００～１ ６００ ｍ,发酵菌优先利用可溶有机质分解成产甲烷菌可利用的底物,同时生成大量甲烷,以３５～５５℃为最佳生气温度;生气晚期,地温达７０℃以上,不适宜产甲烷菌群生存及可利用底物减少,甲烷产率很低;沉积物处于硫酸盐还原带且该带具一定厚度时,最有利于生物甲烷生成并保存。     

鄂尔多斯盆地东南部延长组页岩储层特征及控制因素

鄂尔多斯盆地东南部延长组富有机质页岩形成于陆相湖盆环境,属于典型的陆相页岩地层,在目前的页岩气地质评价和研究中,尚无系统方法及相关标准,国外评价方法也差异较大。通过对研究区延长组长7段和长9段富有机质黑色页岩的一系列测试,总结出目标层位的有机质特征、矿物组成、孔隙结构和分布特征,并讨论了上述特征之间的相互关系,明确了影响孔隙发育的主要因素。最后,讨论饱和吸附量与上述特征的相关性,探明了控制该页岩储层吸附量的因素。     

滇东寒武系下统笻竹寺组页岩含气性分析

寒武系下统笻竹寺组泥页岩在滇东地区分布广泛,厚度大,为南方海相沉积,有机质丰度较高,主体已经进入了高—过成熟热演化阶段,有机质类型为Ⅰ型干酪根,生气量大,脆性矿物含量高,物性条件较好,在调查井钻进过程中,出现了明显的气测异常显示,具有良好的页岩气地质基础。含气量是直接评价页岩含气性的重要参数,通过地质资料及泥页岩样品实验数据,揭示滇东地区寒武系下统笻竹寺组泥页岩含气情况及其影响因素,结果表明,含气量与有机质丰度、孔隙度、埋深存在正相关关系,与有机质成熟度相关性不明显,并且泥页岩层系中的砂岩、碳酸盐岩夹层仍具一定含气性,同时认为滇东地区寒武系下统笻竹寺组具有的页岩气勘探潜力。图9表3参13