不同性质原油保存能力评价实验及应用

深层原油保存能力的评价制约着原油勘探的深度下限。为了评价不同性质原油保存能力,以不同性质原油与灰岩介质为对象,通过热模拟实验产物分析,参照基础理论,提出了原油保存指数概念,并以等效镜质体反射率为桥梁,对原油保存能力进行评价。原油保存能力主要受热演化程度控制,等效镜质体反射率VR_o<1.2%,VR_o=1.2%~2.0%和VR_o>2.0%的缓慢裂解、快速裂解和极限裂解阶段保存指数分别降低0.230,0.324和0.350。原油组成的差异决定不同性质原油具有不同的保存能力。轻质油早期保存能力较强,进入裂解门限后,保存能力迅速降低;重质油因较多的杂原子和侧链,致使保存能力呈现早期弱、晚期强的特点,但保存下来多是固体沥青等大分子缩聚物。根据热模拟实验结果预测了塔里木盆地满西地区深层液态烃的保存下限,满西地区奥陶系原油勘探下限深度为8 200 m。     

碳酸盐岩烃源岩不同热模拟方式下气体碳同位素演变特征

我国海相烃源岩普遍处于高—过成熟阶段,现有的烃气碳同位素指标不能直接应用于判识海相碳酸盐岩天然气成因类型以及进行油气源对比。利用云南禄劝Ⅱ₁型低成熟海相碳酸盐岩烃源岩,开展了不同热模拟方式下的系列热解生烃实验,对收集的气体产物进行碳同位素分析。结果表明：①在整个热演化阶段,干酪根碳同位素值随成熟度变化不大,而甲、乙烷碳同位素值均随成熟度增加先变轻再变重,具有相似的演变特征,在油气生成的主要阶段,明显小于其母质干酪根碳同位素值,在过成熟阶段,乙烷碳同位素变重的趋势明显加快,甚至大于其母质干酪根的碳同位素值,呈现出“煤型气”特征,故单纯地采用甲、乙烷碳同位素值来判识天然气类型时需要慎重;②在成熟度相同时,半封闭—半开放体系模拟实验所得气体碳同位素值相比封闭体系模拟实验的要轻,这指示同一烃源岩排出烃气所形成的常规天然气藏,其烃气碳同位素值与滞留在源内的页岩气碳同位素值存在一定的差异,显示出似乎“不同源”的特征,在利用碳同位素模版或回归公式开展气源对比时也需要注意;③两种热模拟方式下、同一种烃源岩在全演化阶段,甲烷碳同位素值总是比乙烷的要小,这表明由单一烃源岩直接供气形成的常规天然气藏,不会发生甲、乙烷碳同位素的“倒转现象”。     

四川盆地五峰组—龙马溪组页岩气成因与碳同位素倒转机制——来自热模拟实验的认识

四川盆地上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组是国内目前唯一实现页岩气商业性开发的层系,但目前对页岩气成因仍有一定分歧,主要原因是缺乏直接的实验证据。通过对国内外上奥陶统-下志留统低、中成熟度页岩和笔石开展黄金管生烃热模拟实验研究发现：（1）五峰组-龙马溪组页岩气主体以浮游藻类等富氢、富脂质有机质生成的油进一步滞留裂解为主,笔石生油能力较差,高-过成熟演化阶段有一定的生气能力,最高可达浮游藻类等富氢、富脂质有机质生气能力的20%左右;（2）五峰组-龙马溪组页岩下部层位由于富集浮游藻类、疑源类等富氢、富脂质有机质等生烃能力更强的有机质,从生气量上就优于上部以笔石为主的层位,这是下部为商业性页岩气层的一个重要原因;（3）单纯的热演化分馏、原油裂解气和干酪根裂解气的混合未造成烃气碳同位素倒转,地层抬升作用、地层水、矿物、金属等对页岩气中烃类的后期改造可能是造成页岩气同位素倒转的重要原因,碳同位素倒转可能更多体现了页岩气后期保存过程的影响。     

有限空间温压共控热模拟油气产物地球化学特征

生烃反应是烃源岩在有限的地层孔隙空间内受温度、上覆地层静岩压力、地层孔隙流体压力等多种因素相互作用的过程,而热模拟实验是正演研究有机质生烃反应的常见手段。但较多的热模拟实验受仪器装置的限制,仅考虑了温度的作用,与实际地质演化存在较大差异。选取泌阳凹陷泌215井古近系核桃园组泥岩样品,分别进行了有限空间温压共控和温控热模拟实验,通过族组分、同位素、GC、GC-MS等方法分析了2种模拟实验条件下的油气产物。结果表明:①有限空间温压共控热模拟残留油饱和烃可以保存至较高的演化阶段;②相同模拟温度下,有限空间温压共控热模拟残留油的饱和烃参数Pr/Ph值、Pr/C17值大于温控热模拟实验,饱和烃生物标志物参数值C2920S/(20S+20R)、C29ββ/(αα+ββ)等小于温控热模拟实验;③有限空间温压共控热模拟的烃类气体δ^13C值大于温控模拟实验。上述现象主要是由于有限空间温压共控热模拟实验中高压孔隙流体的存在延缓了热成熟和原油裂解反应过程。因此,在开展热模拟实验研究时应考虑研究区是否发育超压、地层水等因素,其直接关系着热模拟实验结果的地质适用性。     

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。     

沾化凹陷低熟页岩储层特征及其对页岩油可动性的影响

利用扫描电镜、索氏抽提、气体吸附、核磁共振（含离心）等实验手段对沾化凹陷沙河街组三段（沙三段）下亚段泥页岩展开研究,以明确泥页岩储层特征对页岩油可动性的影响及其作用机制。沾化凹陷沙三段下亚段页岩主要发育有机质孔、粒间孔、晶间孔、溶蚀孔、构造缝和层理缝等储集空间。以50 nm和2 μm为界,不同岩相页岩的核磁共振孔径分布曲线均具明显的三段式特征。孔径小于50 nm的孔体积主要由方解石溶蚀孔提供,孔径介于50 nm~2 μm的孔体积由粒间孔提供,孔径>2 μm孔缝的孔体积由层理缝和构造缝提供。页岩储层的孔隙结构特征和矿物组成共同控制了页岩油的可动性。页岩油可动性差,可动油饱和度平均仅为21.50%,可动油主要赋存在大孔隙（孔径>50 nm）中,小孔隙（孔径＜50 nm）中以束缚油为主,页岩油的临界流动孔径约为50 nm。大孔隙不仅可以提供页岩油储集空间,也有利于页岩油的流动;小孔隙具有较大的比表面积、较强的吸附能力和较差的连通性,不利于页岩油流动。矿物组构宏观上影响了页岩油的可动性,方解石含量增加可以提高页岩的脆性,利于裂缝的形成,对页岩油渗流具有积极意义;黏土矿物因其较大的比表面积和堵塞孔喉,不利于页岩油的流动。层理构造不仅利于层理缝等储集空间的发育,也改善了页岩孔隙的连通性,有利于页岩油的流动。     

页岩储层组构特征对自发渗吸的影响

自发渗吸是利用水力压裂和水平钻井技术在开发页岩油气过程中出现的重要现象。孔隙结构和矿物组成是影响页岩储层自发渗吸的重要因素。通过对页岩样品进行自发渗吸实验,探讨其孔隙连通性、页理方向和矿物组成对页岩储层自发渗吸速率的影响,并利用自发渗吸曲线斜率评价页岩储层的孔隙连通性。结果表明,与常规油气储层相比,页岩储层孔隙连通性较差,自发渗吸曲线斜率明显低于理论值。页理方向也会对自发渗吸产生影响,顺层自发渗吸曲线斜率通常较高,但是也有样品表现为穿层自发渗吸曲线斜率与顺层自发渗吸曲线斜率相当,这可能是由于页岩储层中亲水性矿物含量较高,使水在页岩储层中对运移的方向依赖性减弱。自发渗吸与页岩矿物组成密切相关:当页岩中粘土矿物含量较高时,吸水膨胀使页岩储层中原有孔隙结构发生改变,导致重复实验时页岩储层自发渗吸的曲线斜率逐渐减小;当页岩中石英等脆性矿物含量较高时,自发渗吸曲线变化不大,说明实验的重复性较好。页岩储层的自发渗吸曲线斜率越大,其渗透性越好,越有利于页岩油气的开发。     

沾化凹陷低熟页岩储层特征及其对页岩油可动性的影响

利用扫描电镜、索氏抽提、气体吸附、核磁共振(含离心)等实验手段对沾化凹陷沙河街组三段(沙三段)下亚段泥页岩展开研究,以明确泥页岩储层特征对页岩油可动性的影响及其作用机制。沾化凹陷沙三段下亚段页岩主要发育有机质孔、粒间孔、晶间孔、溶蚀孔、构造缝和层理缝等储集空间。以50 nm和2μm为界,不同岩相页岩的核磁共振孔径分布曲线均具明显的三段式特征。孔径小于50 nm的孔体积主要由方解石溶蚀孔提供,孔径介于50 nm～2μm的孔体积由粒间孔提供,孔径>2μm孔缝的孔体积由层理缝和构造缝提供。页岩储层的孔隙结构特征和矿物组成共同控制了页岩油的可动性。页岩油可动性差,可动油饱和度平均仅为21.50%,可动油主要赋存在大孔隙(孔径>50 nm)中,小孔隙(孔径<50 nm)中以束缚油为主,页岩油的临界流动孔径约为50 nm。大孔隙不仅可以提供页岩油储集空间,也有利于页岩油的流动;小孔隙具有较大的比表面积、较强的吸附能力和较差的连通性,不利于页岩油流动。矿物组构宏观上影响了页岩油的可动性,方解石含量增加可以提高页岩的脆性,利于裂缝的形成,对页岩油渗流具有积极意义;黏土矿物因其较大的比...     

陆相和海相页岩储层孔隙结构差异性分析

页岩储层以微-纳米孔隙和裂缝作为页岩油气的赋存空间,对其孔隙结构特征的研究是明确页岩油气富集机理的关键,而陆相和海相页岩储层的孔隙结构特征存在巨大的差异。为此,运用场发射扫描电镜、CO_2吸附、N_2吸附、高压压汞分析和索氏抽提等方法,以沾化凹陷沙三段下亚段陆相页岩储层和川东南龙马溪组海相页岩储层为典型实例,深入分析陆相和海相页岩储层的孔隙结构差异。结果表明,沾化凹陷沙三段下亚段陆相页岩储层中有机质单体内部并未发育密集分布且相互连通的蜂窝状孔隙,具有极大孔体积的宏孔更为发育,能够为游离烃赋存提供良好的储集空间,控制着页岩油的富集。而川东南龙马溪组海相页岩储层中有机质单体内部密集发育相互连通的蜂窝状孔隙,具有极大比表面积的微孔最为发育,能够为吸附烃赋存提供足够的比表面,控制着页岩气的富集。