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。     

基于半封闭体系热模拟实验页岩全岩与粉末样品的排烃效率与孔隙演化差异对比

与传统基于粉末样品的模拟实验相比,基于页岩全岩样品的模拟实验能更好地保存岩石微观结构及孔隙特征,结果更接近地质实际,但有关全岩与粉末样品的排烃效率与微观孔隙差异尚无系统的研究。本文利用半封闭体系热模拟实验获取延长组7段页岩全岩圆柱与粉末样品的排烃效率,并利用低压气体吸附实验表征孔隙特征。当R_o从0.61%升至1.68%时,粉末样品和圆柱样品的排烃效率差值最高达32.47%,随后降至3.98%,粉末样品孔隙分形维数从2.46增加至2.53,而圆柱样品分形维数总体稳定。圆柱样品宏孔体积比例整体随着温度的升高而上升,而中孔体积比例则逐渐下降。与粉末样品相比,页岩全岩样品保留了岩石结构,能反映烃类运移排出过程,孔隙演化更具规律性。本研究最终建立了页岩圆柱、粉末样品生-排烃过程与孔隙演化模型,为研究地质情况下页岩排烃效率与孔隙演化提供了新的思路。     

富有机质泥页岩微纳米孔隙系统演化特征及模式研究新进展

富有机质泥页岩孔隙系统演化特征及其模式的研究有助于完善页岩油气微纳米储层地质理论,进一步揭示页岩油气富集成藏机理,并促进页岩油气综合地质评价与勘探开发.通过综述富有机质泥页岩孔隙系统特征及发育演化影响因素,简述了泥页岩复杂孔隙系统研究发展历程,分析了自然成熟序列泥页岩和模拟序列泥页岩孔隙系统演化特征,总结了国内外富有机...     

低熟页岩生烃特征的热模拟实验研究

采用高压釜热模拟实验方式对页岩样品的成熟度进行改变,并对成熟度改变过程中页岩的生烃情况及热解参数进行了分析。研究表明:Ro随着温度的增高,分为三个阶段:缓慢变化阶段、中等增加阶段和快速增加阶段。随着R_o的升高,气态烃的产率一直是上升的,而液态烃的产率后期是下降的,裂解烃量(S_2)则由于转化为气态烃等含量迅速降低,但总烃增加量是有变化的。当R_o为0.65%和1.0%时出现二个生烃高峰,这反映了低成熟页岩在生烃演化过程中的三个阶段,即初期热降解阶段、热降解-热裂解阶段和热裂解阶段。而R_o与总烃产率在热模拟过程中则近似呈一条指数曲线关系,根据二个生烃高峰,进而确定了我国陆相盆地页岩气远景区R_o的下限为0.65%,页岩气有利区R_o的下限为1.0%。     

富有机质页岩生烃阶段孔隙演化——来自鄂尔多斯延长组地质条件约束下的热模拟实验证据

通过加水的高温高压热模拟实验对鄂尔多斯盆地延长组长7段陆相低熟油页岩进行地质条件约束下的模拟,获得不同热演化程度的页岩样品,并对其孔隙特征及纳米级孔隙的分布进行研究。结果表明,原始样品微孔隙类型主要有原生残留孔隙、次生溶蚀孔隙、黏土矿物粒间孔和黄铁矿晶间孔,及一些表生作用形成的收缩孔,其中一些孔隙被残留烃所充填。随着温、压的升高,有机质孔开始发育,样品孔隙度呈现出先增加后减小的演化规律,从原始样品的3.8%升高至350℃、32.5 MPa的17.53%后又逐渐降低,370℃、42.9 MPa时为8.15%,孔径峰值从20~100nm变为2~10nm,尔后又升至20~200nm,页岩孔隙度的增加主要是有机孔的贡献。低熟阶段样品中有机质纳米级孔隙发育有限,而是多在有机质与骨架颗粒接触边缘发育长条形、狭缝状的孔隙。随着成熟度的升高,在有机质内部开始出现孔隙,黏土颗粒间的有机质也开始分解,出现纳米级层间孔。随温度、压力的继续增大,压实作用、矿物相变及有机孔形成速度减缓的共同作用而减孔显著,岩样孔隙度减小幅度达5.68%,因此对于富有机质页岩来说,深埋阶段压实作用不容小视。     

基于压机热模拟实验的页岩孔隙演化特征

富有机质页岩微观孔隙结构是影响页岩油气富集的重要因素,但热演化过程中的孔隙结构变化特征不甚清楚,是当前领域研究的难点.用新疆三塘湖盆地中二叠统芦草沟组低成熟油页岩样品开展高温高压半封闭体系热模拟实验,对各温度阶段的样品进行抽提,利用低温吸附技术定量表征未抽提和抽提样品的孔隙结构,揭示低熟到过成熟页岩样品的孔隙演化特征.结果表明:低熟-成熟阶段,中、大孔量随热模拟温度上升而降低,微孔量先降低再升高,高压及滞留油/沥青对所有孔隙均有一定的抑制作用;高-过成熟阶段,孔含量明显上升,残留沥青中会产生微孔及中、大孔.在热模拟实验中温度、压力条件对孔隙结构具有重要影响,有机质演化产物与孔隙演化趋势紧密相关.      

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。     

页岩孔隙演化及其与残留烃量的耦合关系：来自地质过程约束模拟实验的证据

加强页岩孔隙演化规律研究,特别是定量评价其与残留烃之间的关系对页岩油的勘探具有重要意义。采集鄂尔多斯盆地低成熟度湖相Ⅰ型富有机质页岩,通过地质条件约束(埋藏史、地层压力、地层水矿化度等)成岩物理模拟实验模拟页岩演化,利用压汞法、氮气吸附法和二氧化碳吸附法获得不同温压段页岩的比孔容、比表面积和孔径分布,结合氯仿沥青A抽提定量结果,确定孔隙演化规律及其与残留烃的关系。结果表明页岩大孔比孔容与残留烃含量先增加后减小,微孔和中孔的比孔容随着模拟实验温度的增加呈现先减小后增大。XRD分析显示黄铁矿含量控制大孔,有机质丰度和粘土含量控制微孔和中孔。微孔和中孔的比孔容增加为高—过成熟度阶段页岩气提供储集空间,大孔比孔容与残留烃含量变化一致,生油窗阶段大孔增加是页岩油的有利储集带。     

东营凹陷沙四段烃源岩留-排烃量的实验研究

东营凹陷沙四段是渤海湾盆地优质烃源岩层,具有丰富的油气资源。选取沙四段烃源岩,运用IH-Tmax图,进行了演化趋势分析。采用溶胀实验对烃源岩的留烃能力进行模拟研究,结合该地区的生烃特征和生烃过程,对沙四段留-排烃史进行了恢复。部分样品是由同一生烃母质演化而来的,而且随着成熟度不断增加,可以视为一自然演化剖面。留烃量模拟显示,随着成熟度的增加,溶胀比下降,留烃量随之降低,其中未成熟样品留烃能力最强。液态烃中各组分的留烃量也不同,饱和烃留烃量最低,最容易从烃源岩中排出,而NSOs留烃量最大。将留烃史与盆地生烃史结合,得到东营凹陷沙四段的整个留-排烃过程。建立了自然演化系列样品留烃量的实验与评价方法。     

湖相富有机质泥质白云岩生排烃模拟及其对页岩油勘探的启示

富有机质湖相白云质泥岩、泥质白云岩及其贫有机质粉砂岩、白云岩夹层是我国陆相盆地页岩油勘探的重要领域,但目前针对湖相富有机质白云质泥岩或泥质白云岩在近地质条件下的生排烃一体化模拟研究尚属空白.以典型低熟富有机质泥质白云岩为例,开展了近地质条件下的生排烃一体化模拟实验,揭示了其呈现四阶段生排烃演化模式.结果表明,R_o ≤ 0.74%时为缓慢生油伴生烃气、排油能力有限阶段,0.74% < R_o ≤ 0.84%时为快速生油伴生烃气、排油能力逐渐增高阶段,0.84% < R_o ≤ 1.28%≈1.30%时为生烃气伴生油与油初始裂解、高效排油阶段,1.30% < R_o ≤ 2.00%时为油裂解烃气兼干酪根生烃气阶段;同时,R_o < 0.68%时滞留油主要以有机质吸附态赋存,而0.68% ≤ R_o ≤ 2.00%时滞留油主要以游离态赋存于矿物基质微-纳米级孔缝系统内.综合分析提出湖相泥质白云岩烃源层系有利页岩油勘探的成熟度范围为0.84%~1.30%.      

高演化页岩纳米孔隙在过熟阶段的形成演化特征及主控因素:中扬子地区寒武系水井沱组页岩含水热模拟实验

我国中-上扬子地区海相寒武系页岩现今普遍处于过熟阶段,该套页岩储层内地质流体活动相对频繁,然而其对页岩储层孔隙发育影响程度及作用机制尚不清楚.选取中扬子宜昌黄陵隆起区演化程度相对较低的寒武系水井沱组页岩样品进行了封闭体系含水热模拟实验,获得了热成熟度介于R_o=2.26%~4.01%之间的页岩储层样品,对这些页岩样品进行了碳-硫和矿物组成、氮气吸附和扫描电镜观测等分析.实验结果显示:随有机质演化程度增加,页岩TOC变化不明显,硫、无机碳和粘土矿物含量持续减少,长石含量持续增加,在R_o≥2.7%时,石英含量显著降低,透辉石含量显著增加.这表明实验条件下,高演化页岩生排烃能力相对较弱,黄铁矿、碳酸盐岩、粘土矿物和石英均发生了不同程度的溶蚀,与此同时,形成了长石和透辉石等矿物.地质流体作用下,高演化页岩内纳米孔隙发育主要受黄铁矿、碳酸盐岩、粘土矿物和石英等矿物溶蚀控制,矿物溶蚀有利于页岩内介孔,尤其宏孔发育,宏观上表现为矿物含量与总孔和宏孔体积之间具有显著负相关关系;矿物生成对页岩内微孔发育不利,对介孔和宏孔发育较有利,这是矿物溶蚀占据主导地位的进一步体现;烃类生成和排出对高演化页岩纳米孔隙发育影响较小,这与该阶段页岩生排烃能力较弱相吻合.随矿物溶蚀或有机质演化程度增加,微孔丰度、体积和比表面积逐渐降低,并逐步向介孔和宏孔转化,表现为微孔体积和比表面积与介孔和宏孔体积和比表面积呈负相关.该研究成果对于进一步深入认识地质流体作用下高演化页岩储层内纳米孔隙发育机理及主控因素具有重要意义.      

富有机质的黑色页岩和油页岩的有机岩石学特征与生、排烃意义

用近代有机岩石学与有机地球化学分析相结合的方法，对比研究了我国四川盆地等下古生界富有机质沉积的海相黑色页岩,和渤海湾盆地下第三系湖相油页岩的显微有机组成特征与热演化生烃、排烃作用的关系。观测分析结果表明:黑色页岩热演化程度很高，目前热解烃含量很低，但残余有机碳含量达1％～3％，黑色页岩中保存了早期生油阶段由无定型有机质生油作用转化而形成的微粒体有机质，和未排出的石油演变而来的残余沥青，表明其为原始生烃性能很好的烃源岩。根据黑色页岩中微粒体和残余沥青的含量，可用来了解已生—排烃量和再沉降埋深过程中古油藏储层沥青、微粒体和残余沥青再生气对古生界碳酸盐气藏的贡献。富有机质沉积的下第三系湖相油页岩热演化程度不高，游离烃（S1为0.2～1.4 mg/g）和热解烃（S2为8～44 mg/g），有机碳含量达2.4％～8％，是生油性能很好的烃源岩，油页岩中不仅存在强荧光的藻和无定型有机质，而且油页岩的纹层中广泛存在富有机质的荧光沥青，反映了有利于排烃运移的信息，表明是本区生油贡献最大的烃源岩。富有机质黑色页岩和油页岩的沉积结构构造特征、有机质的赋存形式、热演化中变化过程的对比观察结果表明:其生烃、排烃作用既有很多相似性，又有一定差别。     

黔北地区牛蹄塘组页岩有机质富集及有机质孔隙发育机制研究

基于上扬子黔北地区下寒武统牛蹄塘组典型钻孔剖面,通过对代表性样品TOC含量、矿物组成、主量元素、微量元素、孔隙特征等测试分析,对黔北地区下寒武统牛蹄塘组页岩有机质特征、沉积环境以及孔隙发育机制开展了系统研究,为黔北地区牛蹄塘组页岩气的勘探提供参考。黔北地区牛蹄塘组中、下段发育富有机质页岩,TOC含量平均值为2.53%,TOC含量大于2.0%的富有机质页岩累积厚度约80 m。对氧化-还原环境敏感参数U/Th、Mo/Al和U/Al的研究表明,富有机质页岩形成于强还原性的沉积环境。牛蹄塘组中段富含黏土矿物的中等TOC含量页岩段较底部贫黏土矿物的高TOC含量页岩段孔体积和孔比表面积更高,有机质孔发育更好,可能与剖面下段排烃效率较高有关。富含黏土矿物的中等TOC含量页岩黏土矿物粒间孔较为发育,为生烃期原油或者运移沥青提供了一定的储集空间,并在更高热演化条件下二次裂解成气产生有机质孔。牛蹄塘组中段中等TOC含量页岩段较底部的高TOC含量页岩段为更有利的页岩气富集层段。     

烃源岩有限空间温压共控生排烃模拟实验研究

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,目前大多数的生排烃模拟实验都是在一个低压、相对较大的生烃空间下进行的,与实际地质情况差异较大。通过对同一样品分别进行有限空间和常规高压釜方式加水模拟实验对比研究发现:（1）有限空间热压模拟实验的气态产物更接近地质实际。气体组分中烃气占有更大的比重;重烃气的保存下限大于常规模拟,延迟了重烃气向甲烷的转化;烯烃含量比常规加水模拟条件下更少,基本检测不到。（2）有限空间的限制使水介质参与成烃反应的作用增强,其限定空间内较高的流体压力延迟了油向烃气的转化过程,有利于液态油的生成和保存。（3）有限空间下高压液态水介质条件有利于烃类的排出。     

压汞法测定页岩孔隙特征的影响因素分析

压汞法是目前测定岩石内部孔隙特征的常用方法,但测试结果受样品尺寸、测量范围等多种因素的影响。本文以页岩为主要研究对象,采用压汞法等测试手段分析了不同的样品尺寸、接触角等条件下的孔隙特征。结果表明:1孔隙率与所选的孔径范围有关,在7.1 nm~100μm孔径范围内测量孔隙率的准确性更高;样品制备时可能产生人为裂隙导致孔隙率的测量误差较大。2在一定孔径范围内,与人工合成样品相比,页岩的平均孔径、孔隙率、比孔容等特征值受样品尺寸影响更大。页岩样品尺寸的减小,不仅能增加小孔隙间的连通性,而且可以降低较大裂隙的影响。3接触角从130°增加到150°,平均孔径变大约35%。因此应在准确测量接触角的情况下采用小尺寸样品进行测试,同时进一步完善并统一压汞法测量页岩孔隙特征的实验规范,以提高测试结果的准确性和可比性。     

基于热模拟实验的页岩孔隙连通性与形状系数演化研究及其地质意义

富有机质页岩的孔隙演化与页岩气赋存富集关系密切,孔隙连通性与形状演化特征对储集空间精细表征和页岩气赋存机理的揭示具有重要意义。本文对山东半岛北部古近系黄县组低成熟富有机质页岩不同热演化阶段的模拟产物开展低温液氮吸附和扫描电镜实验,并辅以数字图像处理技术分析页岩孔隙连通性和形状系数演化过程。结果表明：① 低成熟阶段,有机孔少量发育,无机孔主要为矿物基质孔;随热演化程度增加,大量近圆形有机孔逐渐形成,少量溶蚀孔和黏土矿物层间孔生成;到过成熟阶段,压实作用导致部分孔隙减小或消失;② 随热演化程度增加,有机孔和无机孔孔径均呈先增大后减小的趋势,孔隙形状系数均呈现近“V”型变化趋势;③ 高温高压导致样品孔隙系统第二个优势孔径峰值变大,表明孔隙系统增加了狭长 裂缝型孔隙,有助于沟通其他类型孔隙,提高孔隙系统的连通性;④ 热演化过程中生成的大量近圆形有机孔能为甲烷提供更多吸附位,生成的黏土矿物层间孔等狭缝型无机孔能够提高孔隙连通性,从而有助于提高页岩气的赋存和运移能力。本研究可为页岩气储层表征与页岩气赋存富集研究提供基础。     

不同类型烃源岩气态烃的生成特征研究--来自差热-色谱联机热模拟实验方法的证据

运用差热-色谱联机分析仪对不同煤阶的标准煤样及泥岩和碳酸盐岩烃源岩的热模拟研究表明,低成熟的煤具有更强的放热反应和较大的失重量,其放热反应第一峰温度和失重温度相对较低。低煤阶煤在热模拟过程中比高煤阶煤具有更强的生烃能力。烃源岩气态烃的生成量和特征不仅受控于烃源岩中有机质的丰度而且与其岩石类型、干酪根类型、成熟度等存在着密切关系。成熟度较高的烃源岩属耗尽了的烃源岩,其生烃能力相对较弱。含Ⅰ、Ⅱ型干酪根烃源岩生成的气态烃中重组分含量普遍较高,含Ⅲ型干酪根烃源岩生成的气态烃中甲、乙烷等轻组分含量普遍较高。碳酸盐岩烃源岩在热模拟的高温阶段往往能生成比较大量的气态烃。     

碳酸盐岩排烃条件及其对烃源岩有机质丰度下限的影响

碳酸盐岩排烃问题一直是地球化学界争论和研究的焦点问题之一,也是模拟实验中的一个难点。通过对碳酸盐岩与泥岩生排烃过程中的产物和排烃动力的定量模拟实验研究,确定了碳酸盐岩烃源岩的有效排烃方式,讨论了碳酸盐岩在排烃临界条件下的有机质丰度的取值范围。实验结果表明,碳酸盐岩排烃模式与泥岩的模式不同,有其特殊的排烃方式;在碳酸盐岩排烃过程中生烃增压是主要的排烃驱动力;有机质丰度下限值不是一个定值,正好相反,随着热演化温度的不同,有机质丰度下限值也不尽相同。根据碳酸盐岩特殊的排烃模式,源岩有机碳含量0.4%～0.5%可能是满足碳酸盐岩源岩有效排烃条件的临界有机质丰度范围值。     

基于核磁共振法的页岩纳米孔隙结构特征研究

选取威远海相页岩（1#）、焦石坝海相页岩（2#）、瑶曲凝灰岩（4#）及瑶曲陆相页岩（5#和6#）,采用场发射扫描电镜（FE-SEM）与低场核磁共振（NMR）,研究中国海相页岩和陆相页岩之间的孔隙结构特征的差异化特征。核磁共振冻融法（NMRC）可以精细探测页岩的纳米范围的孔隙结构。该方法可以拓展到结合核磁共振弛豫分析进行微观测量,详细探测不同孔径尺度下页岩的孔隙结构。测试温度梯度变化越小,孔隙分布测量的结果越精细。测试结果表明,从样品5#,2#,6#,1#至样品4#的孔隙率逐个减小。NMRC,LFNMR,压汞法（MIP）,气体吸附法（GA）在它们各自的有效测量范围内,孔径分布表现出良好的一致性。因此,将NMRC,LFNMR与GA和MIP等方法组合,可以更准确地评估储层页岩的孔隙结构。研究结果表明,陆相页岩（5#瑶曲页岩）的纳米孔隙更发育,与海相页岩相比也许具有更高的商业开发价值。