煤岩及其显微组分热模拟成气特征

通过煤岩及其各显微组分等6个系列以50℃为一温阶,从250～550℃进行热模拟实验,对其气体产物进行了系统分析。结果表明:随着温度的升高,煤岩及其各显微组分产气率均呈增长趋势;不同的模拟物质,在同一温度下产气率各不相同;同一模拟物质,在不同温度下产气率亦不同;其中镜质组和壳质组具有较强的产气潜力,丝质组和半丝质组产气量甚低,而全煤表现为各显微组分成烃的综合效应。气体产物中CO₂和N₂主要在低温阶占比例较大。      

湘中南龙潭煤系煤岩显微组分的有机地球化学特征与生烃潜力

本文通过对湘中南龙潭煤系煤岩显微组分的有机地球化学特征和生烃潜力的综合研究,指出其气、肥煤中的壳质组是具有很高的生烃潜力的生烃母质;镜质组,特别是发荧光的基质镜质体具有较高的生烃潜力;惰质组的生烃潜力最小,且以生气为主,但其中孔隙发育,对于烃的储集具有重要意义。      

煤成烃的成因与评价

据荧光显微镜和共聚焦激光显微镜对煤中壳质组、微壳质体的定量观测和煤与煤岩组分的13^C NMR分析测定，以及煤岩显微组分的热演化生烃模拟实验结果，讨论了煤的富氢组分与煤的大分子结构中甲基、α亚甲基，次甲基含量对煤成液态烃和气态烃的控制作用，并提出了针对低演化烟煤阶段煤成气与油的评价指标。由于我国多数含煤盆地是以富含镜质组和惰质组的腐殖煤为主，因此决定了含煤盆地的油气勘探方向主要是煤成天然气。只有少数含煤盆地的含煤岩系中，广泛存在壳质组和微壳质组含量较高的煤分层，才具有煤成油的实际勘探前景，如吐哈盆地等。图3表4参22     

依据热模拟实验动态建立煤成烃模式

依据构成煤岩端元组分（壳质组、镜质组和惰质组）热模拟实验的生烃潜力和甲烷同位素组成数据,结合已建立的煤成油有效排出门限(30 mg/g_TOC),建立了煤成烃模式,该模式表明：只有富氢的显微组分才有利于煤岩生油,且壳质组含量最低为5.0%,而镜质组最高含量为95.0%;当壳质组含量高于22.9%时,煤成油不受镜质组和惰质组二端元组成的影响。同时,按照煤成烃模式计算了不同端元组分在不同热演化阶段甲烷碳同位素组成的变化,结果表明：构成煤岩的显微组分含量能够引起烷烃气碳同位素组成的变化;在同一热演化阶段,甲烷碳同位素组成最大差异可达2.3‰。认为煤成气甲烷碳同位素组成不仅受热成熟度控制,而且也受煤岩显微组分相对含量的影响。     

衰减全反射—显微傅立叶变换红外光谱原位分析煤有机显微组分

不同显微组分的傅立叶变换红外光谱谱带位置的定性分析和谱带强度的定量分析,可揭示其化学组成、结构特点和生烃能力.利用衰减全反射—显微傅立叶变换红外光谱分析技术,对我国华北石炭系3个不同成熟度煤的有机显微组分进行原位分析,避免了传统手段采用单组分分离富集过程中物理分选和化学试剂对显微组分造成的影响.煤有机显微组分红外光谱原位分析结果表明:由壳质组、镜质组到惰质组,其脂肪烃含量和含氧基团呈减少趋势,芳香烃含量和芳构化程度呈增加趋势,反映生油潜力逐渐减小.壳质组脂族结构以长链脂肪烃为主,有利于生油;镜质组和惰质组以短链为主,有利于生气.壳质组中孢子体的芳香烃含量相对较高,生烃潜力较差,树皮体、角质体和树脂体的生烃潜力较好.同一种有机显微组分随演化程度的增高,脂肪族含量降低,芳香烃含量升高.     

西北地区中下侏罗统煤成烃源岩评价

西北地区中、下侏罗统煤层广布,厚度较大;根据对煤的有机显微组分测试及综合统计分析表明,在西北地区,煤岩尽管并不普遍具备高含量的壳质组,但其高含量的富氢基质镜质体却具有普遍规律,富氢基质镜质体的含量占有机显微组分达18%以上,具备了煤成烃的物质基础。另外,本文提出了煤的有机地化参数类比系数法,并对煤生烃潜力进行了评价。结果表明,西北地区主要盆地煤具有较好-好的生烃能力。煤成烃具有广阔的勘探前景。      

��ͬú��ú��CH4��N2��CO2��������������

文章通过对长焰煤、气煤、焦煤和无烟煤分别吸附CH₄、N₂和CO₂单组分气体的研究,探讨了不同煤级煤吸附3种单组分气体的特征以及相互间的差异性,发现CO₂/CH₄和CH₄/N₂值随煤级和平衡压力的变化而变化,并非简单的2倍关系。之后评价了几种常用吸附模型模拟煤吸附不同气体的效果,所选模型包括Langmuir方程、BET方程、D—A方程和D—R方程,优选出了更适合于描述煤吸附气体行为的吸附模型。研究结果表明,n=1时的D—A方程更适合于描述煤吸附CH4行为,Frendulich方程和Henry方程则适合于描述低煤级煤吸附N₂行为,而所选用的模型都不能合理解释无烟煤吸附CO₂的等温线在高压时出现的上翘现象。研究成果在煤层气的资源评价、产能预测、注气提高煤层气采收率技术以及CO₂在煤层中的封存技术等领域具有一定的科学意义。     

塔里木盆地煤岩显微组分热模拟实验中液态烃特征研究

对塔里木盆地满加尔凹陷侏罗系演化程度较低(Ro=0.40%)的煤岩显微组分进行了从250℃到550℃(50℃为一温阶,恒温72h)的热模拟实验。用氯仿抽提获得了赋存在固体残余物中的可溶液态有机物,即饱和烃、芳烃和非烃。实验结果表明:1组成煤岩的显微组分产液态物时具有镜质组较早(主要发生在350℃时)、壳质组略晚(发生在400℃)且显微组分产率大小顺序为壳质组(1)>壳质组(2)>镜质组的特征;2各显微组分的液态烃产率均表现为壳质组>镜质组的特征,镜质组和壳质组均存在一个明显的产液态烃高峰,壳质组是煤岩中液态物质的主力贡献者,其产液态物率是镜质组的5～15倍;3在显微组分中,低演化阶段具低总烃、高非烃+沥青质的特征,随着煤化作用的加强,总烃有大于非烃+沥青质趋势。同时,在液态物产率高峰,饱和烃一般都占优势,不同显微组分液态物质的产程有所不同,因此,尽管在煤岩中壳质组是液态烃的主要来源,但由于其在煤岩中所占比较较小,难以肯定其为主力源,而尽管镜质组产液态物率低于壳质组,但因其是煤岩的主体部分,且具有广泛的分布,因此,应该是重视的对象;4不同显微组分的烷/芳值大于1,且壳质组的烷/芳值具有两阶段性。     

西湖凹陷煤系烃源岩显微组分组成特征及地质意义

以黄岩14-1-1井为例,西湖凹陷煤系烃源岩显微组分可以划分为2种类型:类型一以镜质组为主,类型二以壳质组+腐泥组为主.2种类型煤系烃源岩显微组分生烃模拟实验结果表明,类型一烃源岩生烃产物以液态烃为主,类型二烃源岩生烃产物以气态烃为主,2种类型的煤系烃源岩纵向和横向上差异性分布导致了西湖凹陷油气藏表现为上油下气的分布特征.      

苏北盆地溱潼凹陷古近系烃源岩显微组分分析

文中采用有机岩石学全岩分析方法, 对溱潼凹陷不同层段烃源岩进行显微组分组成分析,结合有机地球化学分析资料得出: 壳质组和矿物沥青基质含量反映烃源岩的生烃潜力和母质类型,矿物沥青基质在溱潼凹陷泰州组、阜二段和阜四段烃源岩生烃过程中的贡献是不容忽视的。     

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。     

塔里木盆地天然气地球化学特征与成因类型研究

通过统计分析塔里木盆地的234个天然气样品指出：该盆地的天然气主要以烃类气体为主(烃类气体含量为80%以上,占样品总数的84%);古生界和中生界天然气中的非烃气体N₂含量高于新生界,且N₂与烃类气体（C _1-4）之间存在正相关性;古生界和中生界天然气主要为油型气,而新生界天然气则为煤成气,且δ¹³C₂和δ¹³C₃存在一定的正相关性;³He/⁴He值一般为n×10^-8数量级,表现为壳源特征,且³He/⁴He值与天然气类型没有明显关系;古生界和中生界天然气的⁴⁰Ar/³⁶Ar值整体上要略高于新生界(这与形成天然气母质中K丰度有关)。根据以上地球化学参数判定塔里木盆地天然气以有机成因类型为主。     

富有机质烃源岩中显微组分分离及地球化学特征研究

利用干酪根富集、液氮冷冻-室温下解冻和重液中加入乙醇等方法，解决了烃源岩中显微组分分离中存在的有机质丰度低、脆性差和亲油性强的问题，初步建立了烃源岩中显微组分的分离方法。运用该方法从云南禄劝和吉林桦甸等地区的样品中成功制备出葡萄球藻、层状藻、角质体和镜质体等单种显微组分，并对上述显微组分和手选出的树脂体进行岩石热解、红外光谱和活化能分析。结果表明:壳质组的生烃能力较强，生烃范围窄；不同显微组分结构差别较大，产物也不同；镜质体生烃能力相对于壳质组组分非常低，生烃范围宽，且产物以气为主；显微组分的密度与其生烃能力存在一定的负相关性。      

东濮凹陷CO2气源岩及地球化学特征

东濮凹陷在下古生界奥陶系风化壳与下第三系Es¹₃地层发现了高含CO₂气层(显示)。通过气源对比分析证实,该凹陷文留构造文33块、文269块Es¹₃中的有机气体是来源于下第三系碎屑岩地层生成的油型气,其CO₂则是石炭系—二叠系的煤在二次生烃中伴生的CO₂与下古生界奥陶系灰岩高温分解生成的无机CO₂混合而成。对东濮凹陷这2类CO₂气源岩进行高温模拟实验发现,石炭系—二叠系的煤生气能力是奥陶系灰岩的9倍,煤生成的气体70％~80%为甲烷,少量为CO₂;而灰岩所生气中95%以上为CO₂气;单位质量的煤与灰岩生成的气体中CO2体积相当,煤是东濮凹陷最重要的气源岩。     

CHARACTERIZATION OF THE MACROMOLECULAR STRUCTURE OF PINGSHUO COAL MACERALS USING 13C-NMR,XPS, FTIR AND XRD TECHNIQUES

Abstract

The macromolecular strucutures of the three major macerals, vitrinite, exinite and fusinite, separated from a unique Pingshuo bituminous coal are probed and characterized using advanced analytical techniques including ¹³C-NMR, XPS, FTIR and XRD. Structural parameters of the individual macerals, for instance, aromaticity, carbon and hydrogen distribution, existing form of heteroatoms and functional groups are measured and investigated. The microcrystallite parameters are also calculated from XRD analysis. The results indicate that the differences in macromolecular structure of the three macerals are obvious and can be distinguished from each other.     

吐哈盆地侏罗纪煤系有机质成烃作用

吐哈盆地是典型的煤成油气盆地。其主要成烃贡献组分为基质镜质体。应用重液分离富集技术获得较高纯度的单显微组分，并采用核磁共振波谱（13CNMR）和热解气相色谱（Py－GC）对其生烃性进行评价。结果表明，显微组分生油能力大小顺序为孢子体、角质体、基质镜质体、木栓质体和丝质体，基质镜质体生油能力为孢子体的一半；进入生油高峰早晚顺序为基质镜质体、角质作、木栓质体、孢子体。在此基础上，结合显微组分荧光机理，并考虑显微组分在烃源岩中所占比例，建立了吐哈盆地煤及其显微组分生烃模式。通过煤相分析，指出下三角洲平原及其上发育的分流间湾沼泽是煤系烃源岩发育的有利场所，流水沼泽相是煤成烃最有利相带。依据化学键能分析，提出O、S等杂原子的存在是煤中有机显微组分早期成烃的先决条件，非烃在煤成烃演化进程中具有重要作用。     

PYROLYSIS STUDIES ON COAL MACERALS USING DTA-GC, 13C-NMR AND SEM TECHNIQUES

ABSTRACT

The features and kinetics of pyrolysis of three maceral groups, vitri-nite, liptinite and fusinite are investigated and measured by DTA-GC system in a stream of nitrogen at the pressure of 0.1 and 0.5 MPa and a heating rate of l0K/min up to 1373K. The chemical structures of these macerals were examined by ¹³C-NMR. Their morphologies were observed by SEM before and after pyrolysis. The results show that the pyrolysis of Pingshuo coal macerals consists of two stages : the first is thermal decomposition of a metastable plastic intermediate formed from the maceral particles and the second is the thermal polymerization of unsaturated hydrocarbons produced in the first stage. Each stage is a first-order reaction. The thermal effect of the liptinite and vitrinite is significant and the morphologies are changed significantly during pyrolysis. Increase in pressure decreases the activation energy of pyrolysis reaction but it is not favorable for hydrogen generation reactions.