泥炭的热模拟研究──过渡带气形成机理探讨

本文对现代泥炭进行了低温长时间模拟实验研究,并探讨了过渡带气的形成机理。甘南泥炭气、液态烃产率高。液态烃由热解油和残余气仿沥青“Ａ”两部分组成,热解油中以Ｃ_５─Ｃ_１４较轻馏分为主,残余氯仿沥青“Ａ”则以非烃、沥青质为主。随热演化程度增高,烃类增加,非烃和沥青质急剧减少。模拟气体组成以非烃气体（ＣＯ_２等）为主,随温度升高,气态烃产率升高,烃类气体中以甲烷为主。２００℃～４００℃温度下产生的甲烷碳同位素δ１３Ｃ为－５３.８２～－３３.６６‰。研究表明低热演化阶段伴随腐殖物质的降解和干酪根的分子重排作用能产生甲烷同位素较轻的生物－热催化过渡带气。     

煤系烃源岩生气热模拟实验研究

为了客观评价煤系烃源岩的生气特征和生气量,采用限定体系黄金管热模拟实验技术,对采自鄂尔多斯盆地的不同地质时代煤系烃源岩(煤岩和煤系泥岩)样品进行了生气热模拟实验研究,详细讨论了煤系烃源岩热解生气特征与气体碳同位素变化。结果表明,煤系烃源岩具有较好的生气性能,煤岩与煤系泥岩热解生成气态烃产率相差不大,两者具有相似的生气演化特征,即随热模拟温度升高,煤岩和煤系泥岩热解生成甲烷的产率逐渐增加,甲烷最大产率分别达211.69 m3/t和184.47 m3/t,而C2-5产率是先增加后降低,在热模拟温度430℃~470℃达到最大值,分别为19.14 m3/t和6.87 m3/t;煤岩和煤系泥岩热解气组分碳同位素值总体上随热模拟温度升高而变重,且相同热模拟温度时具有δ13C1δ13C2δ13C3的特征,其中煤系泥岩热解气甲烷、乙烷碳同位素值较煤岩分别偏轻0.3‰~2.1‰和1.4‰~3.7‰。在此基础上,建立了煤系烃源岩(煤岩和煤系泥岩)的生气模式。     

等变质煤系烃源岩的生气特征

为了更加客观地了解煤系烃源岩的生气性能,采用半开放体系对塔里木盆地库车坳陷侏罗纪煤、碳质泥岩和煤系泥岩3种等变质煤系烃源岩样品进行了生气热模拟实验。实验结果表明:侏罗纪煤、碳质泥岩和煤系泥岩均具有良好的生气性,但其生气性存在一定的差异,煤和碳质泥岩的生气性要好于煤系泥岩;随着热演化程度的增加,这3种煤系烃源岩生气总产率(C_1-5)也相应增加,在高演化阶段时主要产甲烷;煤系烃源岩热解气组分的碳同位素值和热解温度有关,随着热解温度升高,甲烷碳同位素值先降低后增大,乙烷碳同位素值一直增大,且在同一温度点有δ13C₁<δ13C₂的特征。      

羌塘北缘开心岭—乌丽冻土区水溶烃组分及甲烷碳、氢同位素特征研究

羌塘北缘开心岭—乌丽冻土区沿隐伏断层发育多处冷泉含水溶解烷烃,采用水溶烃组分和甲烷的稳定碳、氢同位素特征对其成因开展了分析研究。结果表明,开心岭—乌丽冻土区水溶烃组分中甲烷含量比例高达99.83%~99.96%,同时伴随有少量乙烷、丙烷,另含微量的乙烯和丙烯。开心岭一带水溶烃甲烷δ¹³C_PDB值介于-46.5‰~-55.1‰,δD_VSMOW值为-281.0‰~-342.0‰;乌丽一带水溶烃甲烷δ¹³C_PDB值介于-47.8‰~-58.9‰,δD_VSMOW值为-339.0‰~-346.0‰,指示水溶烃甲烷为有机成因,但气源较复杂,利用δ¹³C_CH4-δD_CH4、δ¹³C₁-C₁/(C₂+C₃)等成因图解判别,得出甲烷主要属微生物气,次之为热解成因气,混有少量原油伴生气。推断甲烷主要为有机质在微生物作用下分解的烃类气体或次生生物气,与晚二叠世那益雄组含煤烃源岩有关,气源条件暗示该地区冻土带200~500 m深度内有利于微生物成因气为主的甲烷天然气水合物形成。     

祁连山冻土区含天然气水合物层段岩心热模拟实验研究

以热模拟实验为手段,对祁连山冻土区DK-2和DK-3孔含天然气水合物层段岩心(泥岩、油页岩和煤)热模拟烃类气体的组分、碳同位素组成与天然气水合物进行对比,以探寻这些气源岩与天然气水合物气源之间的可能联系。实验结果显示：低温(300 ℃以下)条件下,产生的气体以非烃CO₂为主,烃类气体含量少,且泥岩产生烃类气体量<油页岩产生烃类气体量<煤产生烃类气体量,表现出不同岩石吸附气体的差异性特征;随着热模拟温度增加,产生的烃类气体量明显增加,至500 ℃时达到最高,相反CO₂产气量变化不大;随热模拟温度增加,泥岩、油页岩、煤所产生烃类气体的碳同位素值呈现先变轻后变重的演化趋势和δ¹³C₁ ＜δ¹³C₂＜δ¹³C₃的正碳同位素序列特征;泥岩在350~400 ℃条件下或油页岩在380~400 ℃条件下所产生的烃类气体在组成和同位素特征上与天然气水合物中烃类气体较为相似,推测天然气水合物气源与深部泥岩或油页岩具有地球化学成生联系,相反煤产生的烃类气体虽然在组成上与天然气水合物中烃类气体较为相近,但两者同位素值相差较远,推测煤与天然气水合物气源关系不大。     

天然气水合物形成过程中的气体组分分异及地质启示

自然地质条件下不同气源的天然气体由于其组成不同,对天然气水合物的成藏条件产生不同影响。以2个常规天然气样品为例,在中国石油大学自行研制的水合物成藏一维模拟实验装置上进行了水合物成藏模拟实验,并对实验前后的原始气样、水合物形成后的游离气、分解气进行了气体组分分析。实验结果表明：水合物分解气中CH₄、N₂含量降低,而C₂H₆、C₃H₈、iC₄H₁₀、nC₄H₁₀、CO₂含量增大,游离气中各组分的变化趋势刚好相反,这意味着同等的温度压力条件下,C₂H₆、C₃H₈、iC₄H₁₀、nC₄H₁₀、CO₂等与CH₄、N₂相比更易于形成水合物;通过计算分解气体各组分相对于原始气体的相对变化量发现,在实验温度压力条件下（高压釜温度范围为4~10 ℃,气体进口压力为5 MPa）,烃类气体与水结合形成水合物的能力由甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷依次增加;由于不同烃类气体与水合物结合的条件不同,导致水合物形成过程中气体组分发生分异,水合物中甲烷含量减少、湿气含量增大,而游离气中气体变化相反,在自然地质条件下形成由水合物稳定带上部溶解气带、水合物稳定带及下部游离气带（或常规气藏）甲烷含量呈中-低-高特点,湿气和二氧化碳含量呈低-高-中的三层结构分布模式,因此,同一气源气体在不同带内表现出不同的气体组分特征。     

水热条件下费托型合成反应氢同位素分馏研究

费托型合成(F-TT)反应是地下烃类的三大成因之一,H同位素组成研究对其生烃过程和成因识别具有重要意义。本研究分别以无机CO和CO₂为碳源,水为氢源,研究在370℃和50 MPa的水热条件下, F-TT反应生烃过程中H同位素分馏情况。结果显示,不管是CO参与的经典F-T反应,还是CO₂参与的F-TT反应,烃类产物H同位素均呈正序分布(δD(C₁)<δD(C₂)<δD(C₃)<δD(C₄)<δD(C₅)<δD(C₆)),符合前人有关地下非生物成因烃的H同位素正序分布特征。本研究分别根据CO和CO₂为碳源的亚烷基机理和羰基插入机理,从反应原理、链增长机制和分馏过程,对2种生烃过程中的H同位素呈正序分布这一规律进行了详细机理阐述。由于热成因气H同位素也呈正序分布,所以烃类气体的H同位素分布特征不能够作为无机烃类来源的判识标志。但是,通过数据对比发现,按照甲烷的H同位素...     

松辽盆地西部斜坡区四方台组砂岩中烃类流体特征与铀成矿关系

通过对松辽盆地西部斜坡区四方台组33个砂岩样品的酸解烃分析,探讨了酸解烃中烃类气体组成特征、成因及来源,并结合该地区铀矿化地质特征初步分析了烃类流体与砂岩型铀成矿关系.酸解烃中气体组成特征参数C₁/ΣC、C₁/C₂₊、C₂/iC₄、C₂/C₃、iC₄/nC₄、iC₅/nC₅特征表明,四方台组底部砂岩中烃类气体为有机成因的油气型,烃类气主要处于成熟-高成熟阶段,是原油裂解气和原油伴生的混合气,它们主要沿盖层断裂运移到四方台组底部砂岩中.西部斜坡区四方台组含铀砂岩中烃类流体含量普遍增高,表明该区四方台组铀矿化与烃类气体关系密切.四方台组底部靠近沟通油气田的盖层断裂附近是西部斜坡区砂岩型铀矿找矿的重点地区.     

东海盆地台北坳陷有机包裹体化学成分及成因

利用LAM、热爆-气相色谱等方法对东海盆地台北坳陷第三系储层中有机包裹体成分进行了系统研究,结果表明:1矿物包裹体中以CO₂为主,同时含有一定的N₂和F₂等,气态烃包裹体中CO₂含量一般可达40%～78%,液态烃包裹体中CO₂含量一般23%～41%;2烃类含量一般<30%,其中甲烷含量较低,C₂～C₇轻烃含量比甲烷含量高,甲苯含量较高(达18.8%);3对主要烃源岩加水热模拟实验也具有同样的特点。这些特点说明CO₂的成因与烃源岩中碳酸盐矿物热解有关,有机包裹体的成因类型偏腐植型,气态烃以湿气为主,且含有一定的凝析油成分,和南海盆地第三系储层中有机包裹体具有相似的特征。     

东营凹陷民丰地区天然气生成机理与化学动力学研究

民丰地区天然气存在源岩热解和原油裂解成因的争议。本文采用高压釜封闭体系对该区烃源岩和原油样品分别进行了热模拟实验,从烃类气体生成过程、气态烃与部分单体烃生成动力学特征讨论了二者的生气机理,认为原油裂解比源岩热解生气活化能高30～40 kJ/mol,原油比源岩生气需要更高的热力学条件。模拟实验证实,成熟阶段源岩热解气与原油裂解气相比,以环烷烃和芳烃相对含量低为特征,与民丰地区产出的天然气组成更接近,据此认为该区天然气主要为源岩热解成因。     

中国典型海相富有机质页岩的生气机理

目前页岩生烃的评价体系主要停留在静态条件下,忽略了成烃的动态过程,不能正确评价页岩原始的生烃潜力.采用生烃动力学模拟实验方法,分别对一个相对低成熟的典型海相富有机质页岩及其干酪根样品开展封闭体系和半开放体系下的人工熟化,并对熟化后的两个系列样品进行黄金管生气动力学模拟实验.对裂解产物中气态烃化合物、轻烃类化合物以及碳同位素开展了定量分析,结果表明,甲烷生成过程被划分为4个阶段,即生油（小于1.0% EayR_o）、凝析油生成（1.0%~1.% EayR_o）、湿气生成（1.%~2.2% EayR_o）和干气生成阶段（大于2.2% EayR_o）;页岩中甲烷的最大产率主要来自干酪根的初次裂解（占22.7%）、可排沥青（占7.6%）和残余沥青（占19.6%）的二次裂解;经过早期排烃作用的页岩样品仍有大量的可溶沥青,在高-过成熟阶段其可以与干酪根、不可溶沥青相互作用,成为晚期主要的页岩生气母质.      

天然气运移的气体组分的地球化学示踪

本文通过我国不同含油气盆地典型地区岩石酸解气、罐顶气和天然气中化学组分分析,结合天然气的形成和盆地的地质演化,研究了天然气运移时组分的变化。结果表明,天然气通过地层孔隙系统运移时,组分会发生明显分馏,表现在甲烷相对重烃、异构丁烷相对正构丁烷的优先迁移。酸解气、罐顶气和成藏天然气中C₁/C₂+、iC₄/nC₄及总烃/非烃等比值,是天然气运移示踪的有效指标。     

松辽盆地庆深气田天然气成因类型鉴别

通过对松辽盆地徐家围子烃源岩和原油热模拟实验、烷烃气碳同位素组成分析, 认为在高演化阶段单一热力作用可以引起重烃气(δ13C₂ > δ13C₃ > δ13C₄) 碳同位素组成倒转, 但CH₄与C₂H₆(δ13C₁ > δ13C₂) 却很难发生倒转.庆深气田天然气重甲烷碳同位素组成、烷烃气碳同位素完全倒转、高稀有气体同位素组成(R/Ra > 1.0), 说明该气田天然气来源具有多样性.利用R/Ra与CO₂/3He和R/Ra与CH₄/3He关系对庆深气田天然气成因类型进行识别, 认为该气田烷烃气中甲烷有部分为无机成因, 重烃气则为有机成因.该地区高地温梯度导致有机成因重烃气碳同位素组成发生倒转, 而CH₄与C₂H₆碳同位素组成倒转主要与重碳同位素的无机甲烷混入有关.      

烃源岩解析气获取新方法研究

新研制的解析气脱气集气装置,避免了前人装置的缺点,具有样品适应范围广、进样量大,真空破碎时间短、温度低,高真空脱气,无水集气等明显优势,从而确保了获取气体样品能够真实反映烃源岩解析气的地球化学特征。获取的解析气主要以烃类气体及二氧化碳气体为主,烃类气体相对百分含量最高可达到80%以上,可稳定检测出δ13C₁~δ13C₃数据,部分样品检测出δ13C₄~δ13C₅数据,所含地化信息丰富,完全满足了解析气地球化学研究和应用的需要。本次研究利用上述新的解析气实验地球化学技术,把气-源对比研究提升到一个崭新的境界,建立天然气气源直接对比的新方法和新思路,证实前人运用天然气碳同位素间接进行气源对比是科学可行的。同时,反证了新的解析气脱气集气装置的科学性和可靠性,为烃源岩解析气的研究和应用打下了科学的实验基础。
关键词       

莺-琼盆地气源岩排烃实验研究

本文对莺-琼盆地崖城组和梅山组气源岩样品进行了排烃模拟实验，结果表明梅山组样品单位有机碳的总产烃能力比崖城组差，崖１３－１气田的天然气可能属多来源的，是高成熟气源岩的产物。     

中国煤型气区的构造环境、典型气藏及勘探方向Ⅱ--中、新生界煤型气

本篇论述中、新生界煤型气的有关问题。中生界煤型气资源集中分布在北方,气源岩以侏罗纪煤系为主,以西北区资源前景最好。其中吐-哈盆地最具代表性,构造环境反转是本区煤层气形成并富集的特殊构造条件。新生界煤型气资源则集中分布于大陆架裂谷系,第三纪煤系为主力气源岩,裂谷高温构造环境是源岩热演化生烃的有利条件,而背斜-断层圈闭是最有利成藏的构造类型。崖13-1气田为本区典型代表并具自生自储的特点。     

湘鄂西龙马溪组页岩解析气同位素组成特征及应用

湘鄂西地区位于中扬子板块,研究区龙马溪组富有机质页岩的有机质类型以Ⅱ₁型为主,Ⅱ₂型次之,TOC含量高,有机质热成熟度高,页岩矿物以脆性矿物为主,黏土矿物次之。通过分析三个实验阶段(20 ℃、65 ℃、90 ℃)解析气样发现,气体中CH₄含量较高(90.34%~99.64%),含有少量非烃气体。龙马溪组页岩气CH₄碳同位素值为-41.9‰~-30.8‰,C₂H₆碳同位素值为-42.3‰~-36.2‰,δ²H_CH4为-193.4‰~-156.0‰,随着成熟度的增加,CH₄碳同位素、C₂H₆碳同位素以及CH₄氢同位素都有升高的趋势。烃类气体碳同位素具有明显的倒转现象,即δ¹³C₁>δ¹³C₂。根据解析实验三个阶段的气体同位素特征和测得的各阶段含气特征建立游离气与吸附气所占比例的计算公式,进一步推算出解析过程总含气量中所含有的游离气量以及吸附气量。     

原油在储层介质中的加水裂解生气模拟实验

采用高温高压热模拟实验方法,开展了原油在砂岩和火成岩储层介质中的加水裂解生气模拟实验研究.结果表明,原油开始大量裂解的温度是400℃,随模拟温度增加,甲烷相对含量增大,乙烷以上重烃气尤其是丙烷相对含量减小.其中砂岩的油水混合物裂解生气主要发生在450～500℃之间,生气窗范围小,对应的烃气产率高,火成岩的油水混合物裂解生气主要发生在450～600℃之间,生气窗范围大,对应的烃气产率小.模拟烃气的组分碳同位素分馏显著,随模拟温度增加呈变重趋势.在裂解生气过程中,水解加氢和催化作用对烃气的组成、产率和碳同位素分布有重要影响。     

辽河盆地烃类气体组分及同位素组成

辽河盆地是一新生代断陷盆地,盆地内天然气资源丰富,天然气成因复杂.本文通过对该盆地80个天然气样中烃类气体组分组成及同位素组成的分析研究,探讨了该盆地烃类气体的成因,为盆地天然气勘探提供了地球化学方面的信息.