沉积盆地超深层有机- 无机复合生烃机理及地质模式

全球范围内超深层油气的不断发现,对经典的生烃理论提出了挑战,外源氢加入的有机-无机复合生烃过程引起了广泛关注。基于地质观察统计数据,分子氢在沉积盆地中分布广泛,形成机制复杂。在地质环境中,水和水-岩反应、深部流体等途径产生的无机氢是最主要的外部氢源。可控加氢模拟实验揭示了沉积盆地的氢逸度水平是调控烃类产物生成的重要因素之一,并且干酪根的加氢裂解是沉积盆地中易于发生的生烃过程。外源氢介入生烃过程的前提是环境氢逸度大于沉积有机质本身的氢逸度,其有效范围受生烃母质化学组成和结构的制约,约起始于生油高峰之后,约终止于沉积有机质H/C=0.3之时。亦即,有机-无机复合生烃作用是沉积盆地超深层生烃的有效途径。在其有效发生的范围内,油气资源类型依然由生烃母质类型(化学组成和结构)、成熟度和受热历史等因素决定,具有明显的阶段性和不同于经典理论的生烃模式。外源氢的参与,在成熟阶段可小幅度提升生油产率;在高—过成熟阶段可显著增加天然气产率;在高成熟阶段,加氢脱烷基作用最大可增加50%的轻质油/凝析油产率;在过成熟阶段,加氢脱甲基-开环作用最大可增加约5倍甲烷产率。有机-无机复合生烃模式的确立,丰富了传统生...     

影响海相烃源岩热解生烃过程的地质条件

热解生烃实验是研究油气生成机理与定量评价烃源岩生烃潜力的重要方法.烃源岩热解生烃模拟结果不仅与温度、压力和时间等因素有关,而且与地层孔隙水及压实成岩作用等地质因素密切相关.采用高压流体和高压釜(低压水蒸气)两种生烃热模拟方法对低成熟海相二叠统大隆组(P₂d)黑色泥岩进行了热解生烃实验模拟.对比分析两组实验结果表明地层孔隙热解实验有利于液态油的生成,不利于液态油向气态烃的转化,并极大地提高了干酪根的生油气潜力,显示了高压液态水、流体压力和孔隙空间等地质因素对烃源岩中有机质热成熟生烃反应的重要影响.这种影响可能与高压液态水的近临界特性有关,近临界特性地层水的参与改变了干酪根热力生烃反应的物理化学行为.推断在实际地质温压(100~200 ℃,30~120 MPa)条件下,烃源岩孔隙中的地层水是一种相对低温高压液态水,具有水的近临界物理化学特性,因此高压流体生烃热模拟实验与实际地层情况更为接近,能更有效地评价烃源岩生烃潜力.      

准噶尔盆地玛湖凹陷深层油气流体相态研究

准噶尔盆地玛湖凹陷深层(5000m)是我国深层油气勘探当前的一个热点风险领域。为给区域下步油气勘探提供参考,通过对区内烃源岩和油气进行系统的地质地球化学正演、反演对比综合研究,重点分析了油气流体相态。结果表明,研究区深层稳定发育石炭系—二叠系四套烃源岩,有机质丰度高,普遍达到中等—好质量,类型多种多样,既可生油亦可生气,加之所有烃源岩均已基本进入高—过成熟演化,因此深层油气流体相态总体应高熟轻质,可能包括高熟轻质油、干酪根裂解气、油裂解气等。原油地球化学研究表明,原油随埋藏深度增加、层位变老,油质有逐渐变轻的趋势,成熟度有逐渐增大的趋势,保存条件亦逐渐变好,因此预测深层原油油质更轻、成熟度更高、保存条件更好。天然气地球化学研究表明,中浅层天然气可能属于混合来源,包括干酪根裂解气和油裂解气,规模性的高过成熟天然气可能在深层。因此,研究区深层油气资源丰富,相态轻质,成藏有利,值得勘探。这些认识还可供具有相似油气地质背景地区在研究和勘探时类比参考。     

珠江口盆地番禺低隆起-白云凹陷北坡干酪根热演化模拟与生烃

通过密封金管-高压釜体系对珠江口盆地番禺低隆起-白云凹陷北坡恩平组炭质泥岩的干酪根(PY),在24.1 MPa压力、20℃/hr(373.5~526℃)和2℃/h(343~489.2℃)两个升温速率条件下进行热模拟生烃实验,分析气态烃(C1 5)和液态烃(C6 14和C14+)的产率,以及沥青质和残余有机质碳同位素组成。同时与Green River页岩(GR)和Woodford泥岩(WF)的干酪根,分别代表典型的I型和II型干酪根进行对比研究。结果显示PY热演化产物中总油气量明显低于GR和WF干酪根,且气态烃(C1 5)最高产率是液态烃的1.5倍,揭示恩平组炭质泥岩主要以形成气态烃为主。在热演化过程中,有机质成熟度和母质类型是控制油气比的主要因素,气态烃和轻烃的产率比值主要受热演化成熟度的影响。干酪根残余有机质碳同位素和沥青质碳同位素在热演化过程中受有机质成熟度的影响较小,δ13C残余和δ13C沥青质可以间接反映原始母质的特征,为高演化烃源岩油气生成提供依据。     

川东北地区海相深层多源生烃动态转化机制——以普光气田为例

海相碳酸盐岩层系深层-超深层油气形成机制是石油地质学研究的热点和难点。以川东北普光气田为例,通过烃源(岩)评价及其与原油、储层沥青和天然气之间的地球化学对比、油气藏形成演化与保存过程分析,结合不同类型天然气组分、流体包裹体以及多种烃源生烃模拟等实验数据,对油气来源和成烃成藏过程进行了系统分析。结果表明,在多期沉积构造活动背景下,海相深层烃源岩系和主力产层均经历过高温高压环境与高热演化,形成了不同类型的干酪根、以分散和富集状态赋存的可溶有机质,以及以有机酸盐形式存在的不溶有机质等多种形式烃源,并普遍存在不同类型烃源、不同成因油气的连续或叠置动态相态转化,及其对油气成藏贡献的接替过程,呈现出"来源的多样性、转化的接替性、过程的多期性和成因的复合性"之油气形成演化特点,提出"多源生烃动态转化"是深层油气形成演化的主要机制,将烃源生气过程延续到更高的演化阶段,有利于深层-超深层条件下油气藏的再充注和聚集保存。     

原油裂解成气动力学研究进展

对于高温古油藏来说,原油裂解气是形成天然气藏的重要气源.原油裂解成气关系到天然气生成和原油消耗,因而客观评价这一过程对油气勘探有着重要意义.生烃动力学和热模拟实验是原油裂解成气动力学研究的基础.本文总结了原油裂解热模拟实验、原油裂解成气过程及判识指标,讨论了原油裂解成气动力学模型及碳同位素动力学,分析了原油裂解成气动力学研究的地质应用.指出现有的原油裂解成气判识指标难以确定有些天然气是属于原油裂解气还是干酪根裂解气,尤其是高-过成熟阶段生成的天然气;碳同位素动力学已逐渐成为当今国内外油气地球化学研究的前沿,而对原油裂解成气过程中的碳同位素分馏效应研究不够,其预测模型尚不完善.     

热液烃的生成与深部油气藏

热液烃不仅分布于洋底,在大陆也有广泛分布,实验表明:热液对碳酸盐岩和沉积有机质的作用均有油气生成;洋底火山岩流体包裹体、原油、有机质Pb、Sr、Nd同位素均表明地幔流体在油气生成中的作用。认识热液烃的存在对开拓深部油气藏的勘探有重要意义。     

准噶尔盆地深层油气成藏条件与勘探潜力分析

近年我国在深层、超深层领域获得一系列重大突破,深层油气勘探的重要性日益突出。而准噶尔盆地深层的勘探尚处于初期阶段,有必要对准噶尔盆地深层油气形成条件开展系统研究梳理。在前人研究认识的基础上,结合新钻井资料对深层源岩成烃、成储及成藏的关键地质条件进行系统分析。研究表明：(1)深部存在多套烃源岩并且达到成熟高成熟阶段,受到多期构造运动、异常高压等外部环境的影响,深部源岩的生烃过程复杂,但整体生烃潜力大,能够提供充足的油气;(2)在深埋条件下,深部致密的储层受到多期构造活动叠加造缝、风化淋滤、烃类生成造成的有机酸溶蚀及早期充注、异常高压4个方面改善作用的影响,依然存在优质储集层;(3)油气的成藏受控于深部源岩的成烃及成储过程,表现为多期油气充注的特点,油气的富集类型受控于源岩母质的供烃类型,不同深层领域的油气成藏有其差异性;(4)盆地富烃凹陷内及斜坡区的深大构造与地层岩性目标,以及盆地深部含致密油、致密气资源的二叠系与盆地腹部含致密砂岩气的侏罗系煤系均具有利的成藏条件,是盆地深层油气勘探的有利领域。     

松辽盆地北部宾参1井白垩系烃源岩的认识和评价及其意义

宾参1井是松辽盆地北部宾县断陷中的第一口参数井,钻遇白垩系地层,自下至上依次为沙河子组、营城组、登娄库组、泉头组和青山口组。在对宾参1井白垩系暗色泥岩进行一系列有机地球化学样品分析测试的基础上,从有机碳(TOC)、氯仿沥青"A"、有效碳(PC)、生烃潜量Pg(S1+S2)、热解峰温Tmax值、镜质体反射率(Ro)、烃源岩气相色谱特征、干酪根碳同位素特征、干酪根元素特征和源岩甾萜烷特征等方面着手,从有机质丰度、有机质类型和有机质成熟度三个角度认识该井白垩系烃源岩,并进行烃源岩的初步评价,认为:(1)青一段干酪根主要为Ⅱ1和Ⅱ2型,其中、下部已进入生油门限,属于非—差烃源岩,个别深度段为较好烃源岩,其上部及青二、三段处于未成熟阶段;(2)泉头组和登娄库组干酪根主要为Ⅲ型,已进入成熟生油阶段,前者属于非—差烃源岩,后者属于差烃源岩;(3)营城组和沙河子组干酪根主要为Ⅲ型,有些层段为Ⅱ2型,处于高成熟—过成熟阶段,以生气为主。对该井白垩系烃源岩的认识和初步评价为勘探程度极低的宾县凹陷含油气前景的评价预测和石油地质研究奠定了基础,具有现实意义和重要的理论意义。     

中国海相不同类型原油与沥青生气潜力研究

本文通过固体沥青、沥青砂岩及加入不同介质原油与稠油的加水密闭热压模拟实验,对比研究了海相原油与沥青的气体产率特征、生气潜力及其影响因素.结果表明原油与沥青的生气潜力除与岩性、演化程度有关外,还与其所含可溶有机质性质和组成等密切相关,H/C原子比越大,最大烃气产率越高,生烃气潜力越大.储集岩或运移途径岩石中的原油与沥青,当其再次达到成熟-高成熟阶段时,可以作为新的轻质油气或者天然气源岩.     

近临界特性的地层水及其对烃源岩生排烃过程的影响

研究利用特制的地层孔隙热压模拟实验装置, 开展了模拟地层孔隙空间高压液态水热体系烃源岩生排烃模拟实验.模拟实验施加的流体压力为38±2 MPa, 温度为290~390 ℃.模拟实验结果显示了有关高压液态水及其与之相联系的流体压力和孔隙空间等因素对烃源岩生排烃影响作用的一些重要现象, 实验发现高压液态水介质条件有利于液态油的生成和保存, 不利于液态油向气态烃的转化, 而且干酪根的生烃潜力和排油效率有一定的提高.这些新的实验现象可能主要与近临界特性的高压液态地层水的作用有关, 进一步推断近临界特性的高压液态水参与干酪根向油气的转化反应, 增加了水对油气的溶解能力.在地下实际烃源岩生排烃的温压(100~200 ℃, 30~120 MPa)条件下, 岩石孔隙中的地层水是一种相对低温高压压缩液态水, 这种地层水可能具有近临界特性, 对烃源岩生排烃过程有重要影响.但目前对这种现象的机理和石油地质意义还知之较少.因此, 加强高压地层水近临界条件下烃源岩生排烃热压模拟实验研究, 对进一步深入理解地层条件下的近临界水介质、流体压力、孔隙空间因素对生排烃过程的影响, 深化烃源岩生排烃机理的探讨, 建立地质尺度上的烃源岩生排烃动力学模型, 都具有重要的理论和实际意义.      

海相碳酸盐岩烃源岩热解动力学研究:全岩和干酪根的对比

我国海相碳酸盐岩地层分布广泛,厚度巨大,经历的地质历史较长,特点是有机质丰度低,多处于高过成熟阶段.碳酸盐岩烃源岩评价对我国的油气资源评价与勘探至关重要.用生烃动力学方法来研究碳酸盐岩生油气过程是一个值得探索的研究方向.本文通过生烃动力学热模拟实验,求取了碳酸盐岩全岩和其干酪根不同烃类组分(甲烷、 C2～ C5气态烃)的生成动力学参数并进行对比.结果表明,在生烃动力学热解实验中,全岩和其干酪根具有相似的动力学参数,采用烃源岩应该比干酪根更符合实际,但是干酪根样品可以测得更为详细的实验数据,因此可以根据样品的情况,选择合理且易行的实验条件.在此基础上,以本文得到的参数作为参照指标,用动力学方法外推到地质实际中,可准确地提出适合我国的碳酸盐岩生烃定量模型,能为碳酸盐岩的资源评估等方面给出定量数值,从而为有效烃源岩的定量评价提供一种新的方法和途径.     

排-留烃过程对富有机质页岩纳米孔隙发育影响的热模拟实验研究北大核心CSCD

为研究生-排烃过程对页岩纳米孔隙演化的影响,选择低成熟且生烃潜力差异显著的茂名油页岩和大隆组硅质页岩为研究对象,经低温热模拟和索氏抽提增加了页岩在生油高峰期的排烃效率后,通过高温热模拟实验,使具有不同残留烃含量的样品演化到过成熟阶段。通过热模拟产物的地球化学分析和孔隙测量,获得了不同残留烃含量的页岩有机质与孔隙发育的热演化规律。结果表明,在高成熟阶段,富I型有机质的黏土质茂名油页岩的残留烃大量转化为固体沥青,促进了中孔、大孔的发育,对微孔的发育影响较小;具Ⅱ型有机质的大隆组硅质页岩,高成熟阶段残留于页岩中的极性有机组分与干酪根生成新的固体有机质,其纳米孔隙发育较差,导致残留烃对中孔和大孔的发育影响不明显。     

排-留烃过程对富有机质页岩纳米孔隙发育影响的热模拟实验研究

为研究生-排烃过程对页岩纳米孔隙演化的影响,选择低成熟且生烃潜力差异显著的茂名油页岩和大隆组硅质页岩为研究对象,经低温热模拟和索氏抽提增加了页岩在生油高峰期的排烃效率后,通过高温热模拟实验,使具有不同残留烃含量的样品演化到过成熟阶段。通过热模拟产物的地球化学分析和孔隙测量,获得了不同残留烃含量的页岩有机质与孔隙发育的热演化规律。结果表明,在高成熟阶段,富I型有机质的黏土质茂名油页岩的残留烃大量转化为固体沥青,促进了中孔、大孔的发育,对微孔的发育影响较小;具Ⅱ型有机质的大隆组硅质页岩,高成熟阶段残留于页岩中的极性有机组分与干酪根生成新的固体有机质,其纳米孔隙发育较差,导致残留烃对中孔和大孔的发育影响不明显。     

重新审视深层油气成藏模式：以塔里木盆地为例

近年来,随着油气勘探不断向深层—超深层领域拓展,深层展现出了巨大的油气勘探潜力,同时也在成烃-成储-成藏等方面浮现出一系列科学问题。本文在广泛调研国内外相关研究的基础上,梳理了深层油气成藏环境和生、储、盖成藏要素的特殊性,重点讨论了深层油气藏在形成与演化过程中需要深入关注的四个基本问题：(1)深层中的油气生成、储集空间形成、油气相态和运移等研究,均需要以物质守恒和能量守恒基本定律为前提开展;(2)深层经历了盆地演化全过程,需要从动态演化角度研究油气成藏;(3)需要探索新的实验方法,加大对深层液态烃稳定性与保存深度下限的研究;(4)注重多学科融合与多技术交叉,解决深层复杂的地质问题。在此基础上,提出了深层油气藏最为可能的两种成藏模式：(1)中—浅层油成藏、深埋保持型;(2)长期浅埋、晚期快速深埋(凝析)气成藏型。以塔里木盆地台盆区顺北地区和库车坳陷博孜—大北地区为研究对象,应用储层地球化学分析、流体包裹体系列分析技术、方解石原位U-Pb定年技术和盆地模拟技术,对两个地区油气成藏模式进行研究。结果表明：顺北地区奥陶系深层油气藏为“早期中—浅层成藏、后期持续深埋保存”的成藏模式,油气成藏后相...     

藏北羌塘盆地角木茶卡地区下二叠统展金组烃源岩特征及意义

在羌塘盆地中央隆起带附近角木茶卡南发现一套下二叠统展金组含凝灰质烃源岩。依据露头样品和测试数据,从有机质丰度、有机质类型及成熟度方面对这套烃源岩特征进行了研究。研究结果表明,展金组烃源岩有机碳含量在0.35%~0.98%之间,达到了烃源岩标准,且大部分接近中等烃源岩标准;通过干酪根镜鉴、干酪根元素分析、干酪根碳同位素等结果分析,其有机质类型主要为Ⅱ2-Ⅲ型;有机质镜质组反射率Ro为1.54%~1.59%,岩石热解峰温Tmax介于467~530℃之间,干酪根腐泥组颜色为棕黄色,显示有机质热演化处在高成熟阶段。研究结果显示该套烃源岩具有较好生烃潜力,在以后的勘探中要予以重视。     

柴达木盆地跃进斜坡区油源判识与原油勘探方向

跃进斜坡区南北分别为扎哈泉凹陷和英雄岭凹陷,是凹陷油气运移有利指向区,油气来源充足。烃源岩综合评价表明,扎哈泉凹陷E²₃烃源岩厚度大、分布面积广、有机质丰度高、有机质类型较好,目前已到成熟阶段,具有巨大供烃能力。油源对比研究表明,跃东构造原油与跃进一号构造原油特征一致,为北面英雄岭凹陷来源。跃进二号、乌南-绿草滩和昆北油田原油均来自扎哈泉凹陷E²₃源岩,但原油成熟度不同。跃进二号原油成熟度较低,与乌南-绿草滩原油和昆北油田储层固体沥青基本一致,明显低于昆北油田原油,属于烃源岩低成熟-成熟阶段早期产物,跃进斜坡区尚未发现源岩生烃高峰期产物。跃进斜坡区相对昆北油田更靠近凹陷生烃中心,源岩生烃高峰期产物具有优先充注的特征,斜坡区下倾方向大量发育的岩性圈闭和构造-岩性圈闭具有巨大的勘探潜力。     

原油二次裂解气——天然气重要的生成途径

本文通过模拟实验,结合塔里木盆地塔中北斜坡地区包括有机质成油、有机质成气及原油二次裂解成气在内的生烃剖面,说明原油二次裂解成气的门限深于干酪根初次裂解成气门限。原油二次裂解生成的天然气与干酪根初次裂解生成的天然气在组分特征和碳同位素特征上存在明显的差异。一些以原油二次裂解气为主要气源所形成气藏的实例,表明原油二次裂解气可以作为特殊的重要的天然气来源。     

酒西坳陷石北次凹油气生成、运移成藏及勘探方向

酒泉盆地酒西凹陷石北次凹油气勘探历经70余年,仅在古近系发现了白杨河和单北两个小型油田。虽然许多探井在白垩系中也见到良好油气显示,但仅少数探井获得了低产油流,油气勘探始终未获得大突破。该凹陷究竟有没有勘探潜力以及油气勘探方向始终不清楚。通过对该凹陷大量烃源岩样品地球化学分析研究发现,该凹陷发育下白垩统中沟组、下沟组和赤金堡组三套潜在烃源岩。中沟组烃源岩有机质丰度较低、以Ⅲ型有机质为主,处于未成熟阶段,没有生油能力;下沟组和赤金堡组烃源岩有机质丰度高、以II有机质为主,属于优质烃源岩,其中下沟组烃源岩处于未成熟—低成熟阶段,仅具有生成少量低成熟原油的可能性,赤金堡组烃源岩处于低成熟—成熟阶段,具有生成低成熟和成熟石油的能力。石北次凹烃源岩主要生油期为新近纪末期至第四纪早期,目前生烃作用已基本停止。石北次凹已经发现了三种不同类型原油,第一类原油为低成熟原油,分布于浅层古近系,来源于石北次凹低成熟的赤金堡组上段烃源岩;第二类原油为中等成熟原油,分布于西部斜坡浅层古近系,来源于青南次凹下沟组中段烃源岩;第三类原油为成熟原油,分布于凹陷深层赤金堡组砂岩储层,来源于石北次凹成熟的赤金堡组中下段烃源岩。白杨河、单北和单东油田原油属于第二类原油,为长距离运移成藏,鸭儿峡至石北次凹西部斜坡地区为该类原油有利的勘探区域,古近系则为主要勘探目标层系。白南3井、白南6井赤金堡组原油属于第三类原油,为近距离运移自生自储型油藏,石北次凹中北部深层赤金堡组为该类原油最有利的勘探目标层系,包括常规油藏和非常规致密油藏。     

烃源岩有限空间温压共控干酪根演化特征——来自红外光谱的证据

烃源岩的生烃反应是在其限定的孔隙空间中承受高静岩压力和流体压力下进行的。然而受实验装置和条件的限制,传统的高压釜密闭空间生排烃模拟实验都是在一个低流体压力、无静岩压力、较大的生烃空间下进行的,与实际地质情况差异较大。利用无锡石油地质研究所研制的地层孔隙热压生排烃模拟仪,选用泌阳凹陷泌核三段未成熟灰色泥岩分别进行有限空间和常规高压釜方式加水模拟实验,从实验残渣中提取干酪根进行傅里叶变换红外光谱对比研究,选取脂肪度参数、芳香度参数、含氧度参数等作为特征参数,研究表明:1)伴随着脂族结构裂解、含氧基团脱落及芳香结构缩合,干酪根演化明显呈现出缓慢生油→快速生油→结束生油三个阶段;2)脂肪度参数和脂链长度及支链化程度参数表明,常规加水模拟条件下有机质的热裂解反应更为剧烈,在成熟度为0.92%时达到生油高峰,之后大幅衰减,而有限空间热压模拟在成熟度为2.0%时仍伴随有较强的生烃能力;3)烃源岩有限空间热压模拟条件下饱和烃的芳构化程度更低,这可能与其限定空间内较高的流体压力有关;4)含氧度在成熟中期间歇的轻微增大,暗示水对干酪根生烃过程中也许有重要的作用。两种模拟方式下干酪根不同的演化特征说明其在生烃反应机理上存在较大的差异,相对于常规高压釜模拟系统,较高的孔隙流体压力、压实作用、生烃空间与高温高压液态水的共同作用明显延缓了有限空间热压模拟干酪根热演化,更接近地质实际。