不同类型优质烃源岩生排油气模式.pdf

第 3 5卷第 2期 2 0 1 3年 3月 石 油 雾 驺 沾 厦 PET ROLEUM GEoLoGY EXPE RI M ENT Vo 1 ． 3 5， No． 2 Ma r ．， 2 01 3 文章编 号 1 0 0 1 - 6 1 1 2 2 0 1 3 0 2 0 1 7 9 0 8 d o i 1 0 ． 1 1 7 8 1 ／ s y s y d z 2 0 1 3 0 2 1 2 不 同类型优质 烃源岩 生排油气模式 秦建中 ， 申宝剑 ， 腾格尔 ， 郑伦举 ， 陶国亮 ， 付小东 r ， 张玲珑 ， 1 ． 中国石油 化工股份有限公司 石油勘探开发研究 院 无锡石油地质研究所 ， 江苏 无锡2 1 4 1 2 6 ； 2 ． 中国石化油气成藏重点实验室， 江苏 无锡2 1 4 1 2 6 摘要 利用地层孔隙异常压力热模拟实验分别对硅质型 、 钙质型与粘土型优质烃源岩进行分析 ， 生排油气模拟结果表明 1 成熟 早 中期硅质型优质烃源岩排油量与排油效率最高 ， 早期主要 以重质油 排出为主 ， 排油效率 高达 5 0 ％左 右 ； 钙质 型优质 烃源岩次 之 ， 排烃效率一般在 3 0 ％左右 ； 粘土型优质烃源岩排油效 率一般只有 4 ％ ～1 1 ％ 。 2 在 成熟 中晚期 ， 硅 质型优质烃源 岩排油效 率最高， 但是钙质型烃源岩增加迅速达6 5 ％， 粘土型烃源岩增加不明显。 3 成熟晚期一高成熟阶段， 硅质型和钙质型优质烃源 岩排油效率变化不明显 ， 而粘土型烃 源岩排油效 率则从 2 0 ％迅速增加 到 9 0 ％ 。硅质型 、 钙质型和粘土型 优质烃源岩生 排油气模 式之间最大的差 异是它们 在成熟早 中期排油效率 和排 油量不 同。 关键词 优质烃源岩 ； 排油效率 ； 生排油气模式； 动态演化 中图分类号 T E l 2 2 ． 1 1 5 文献标识码 A Hy dr o c a r bo n g e ne r a t i o n a nd e x pu l s i o n p a t t e r n o f di f f e r e n t t y pe s o f e x c e l l e n t s o u r c e r o c k s Q i n J i a n z h o n g ， S h e n B a i a n ， T e n g e r ， Z h e n g L u n j u ’’ ， T a o G u o l i a n g ， F u X i a o d o n g ， Z h a n g L i n g l o n g ’ 1 ． W u x i I n s t i t u t e o fP e t r o l e u m G e o l o g y ， S I N O P E C ，W u x i ， J i a n g s u 2 1 4 1 2 6 ，C h i n a ； 2 ． S 1 N O P E C K e y L a b o r a t o r y f o r P e t r o l e u m A c c u mu l a t i o n Me c h a n i s m s ，Wu x i ， J i a n g s u 2 1 4 1 2 6， C h i n a Ab s t r a c t Se mi - c l o s e d p y r o l y s i s e x pe r i me n t s we r e c o n d u c t e d i n o r de r t o e v a l ua t e wh a t c o n t r o l s t h e h y d r o c a r bo n g e n e r a t i o n a n d e x p u l s i o n e f f i c i e n c y f o r t h r e e t y p e s o f e x c e l l e n t s o u r c e r o c k s s i l i c e o u s ，c a l c a r e o u s a n d c l a y o n e s ．E a c h t y p e o f s o u r c e r o c k h a s d i f f e r e n t r e l a t i v e h y d r o c a r b o n e x p u l s i o n e f f i c i e n c i e s i n t h e s t a g e o f e a r l y mi d d l e o i l wi n d o w，wh e r e s i l i c e o u s s o ur c e r o c k ha s t he h i g h e s t o i l e x p u l s i o n e f fic i e n c y a n d o i l e x p u l s i o n q u a n t i t y，r e a c h i n g t o 5 0％ ，a nd t he e x p e l l e d p r o d u c t s a r e d o mi na t e d b y he a v y o i l ． Th i s i s f o l l o we d b y c a l c a r e o us s o u r c e r o c k．a b o ut 3 0％ ．Th e o i l e x p u l s i o n e f fic i e n c y o f c l a y s o u r c e r o c k i s t h e l o we s t ，a b o u t 4％ 一1 1 ％ ．Du r i n g t h e mi d d l e -l a t e ma t u r a t i o n s t a g e，s i l i c e o u s s o ur c e r o c k t e n d s t o a c h i e v e t h e h i g h e s t e x p u l s i o n e f fic i e n c y fir s t ，fol l o w e d b y c a l c a r e o u s s o u r c e r o c k 6 5 ％a n d t h e n c l a y s o u r c e r o c k ．D u r i n g t h e l a t e a n d h i【 g h - m a t u r e s t a g e ， t h e o i l e x p u l s i o n e f f i e i e n c i e s o f s i l i c e o u s a n d c a l c a r e o u s s o u r c e r o c ks d o n o t c h a n g e o b v i o u s l y，wh i l e t he o i l e x p u l s i o n e f fic i e n c y o f c l a y s o ur c e r o c k i n c r e a s e s r a p i d l y f r o m 2 0％ t o 9 0％ ．T he mo de l s o f h y dr o c a r b o n g e ne r a t i o n a n d e x p ul s i o n o f t h r e e t y p e s o f e x c e l l e n t s o ur c e r o c k s a r e d i f f e r e n t i n t he s t a g e o f e a r l y -mi d d l e o i l wi n d o w． K e y wor dse x c e l l e n t s o u r c e r o c k；o i l e x p u l s i o n e f fic i e n c y；h y d r o c arb o n g e n e r a t i o n a n d e x p u l s i o n mo d e l ；d y - n a mi c e v a l ua t i o n 优质烃源岩 T O C ≥2 ％ 是含油气系统和 油气成藏的物质基础 ， 对陆相与海相油气藏的形成 具有控制作用[ 1 - 3 ] 。 目前众 多学者对烃源岩研究 主要集 中在烃源 岩形成 的沉积 环境及 其控 制 因 素 书 ] 、 定量评价[ 9 - 1 4 ] 、 有机质赋存方式[ 1 5 - 1 7 、 生烃 模拟实 以及 生烃动 力学[ 。 。 等 方面 的研 究。有效烃源岩或优质烃 源岩生排烃效率是关 系 到油气勘探能否成功 的关键 因素之一l 3 ， 但 对不 同类型优质烃源岩生排烃特征研究较为薄弱 ， 因此 深入研究优质烃源岩排烃特征对油气勘探具有重 要的指导意义。本文在常规地化研究基础上 ， 综合 利用 电镜扫描 能谱分析 、 X 一 衍射和有机岩石学等 新技术 ， 将优质烃源岩按成岩颗粒或生屑成分分为 3种类型 硅质 型、 钙质型和粘 土型_ l 7 J 。通过对 3 种类型优质烃源岩样 品的地层孔 隙热压生排油气 模拟实验建立了它们 的生排油气动态模式 ， 并总结 收稿 日期 2 0 1 2 -1 卜o 9 修订 日期 2 0 1 3 - 0 1 - 2 5。 作者简介 秦建中 1 9 5 7 一， 男 ， 博士 ， 教授 级高级 工程师 ， 从 事石油地质勘 探与油气地球 化学研究 。E m a i l q j r ． s y k y s i n o p e c ． t o m。 基金项 目 国家重大专项 “ 海相碳酸盐岩层系烃源演化与评价技术 二期 ” 2 0 1 l Z X 0 5 0 0 5 - 0 0 1 0 o 2 资助。 第 2期 秦建中， 等．不同类型优质烃源岩生排油气模式 1 8 1 结果更接近地下客观实际条件 。主要体 现在 以下 2点 1 地层孑 L 隙热压生排油气模拟实验仪器装 置所考虑的压力系统 、 样品 、 温度条件和时间因素 等更接近地下原始客观实际条件 ， 尤其是孑 L 隙异常 压力系统 的模 拟对 烃 源岩 有 机质 演 化程 度 图 1 A 或油气生成 的影响可 以通过其化学平衡过程 而实现。 2 地层孔 隙热压生排 油气模拟实验流 体体系可能具有近临界特性 ， 使得模拟实验结果相 对常规热压生排油气模拟实验的产油率增加 明显 图 1 B ， H， 图 1 C 、 C O ， 、 烯烃等气体含量明显减 少 ． 因此 。 地层孑 L 隙热压模拟实验结果更 接近地下 烃源岩油气生成和排出的客观实际条件。 2 模拟实验结果与生排油气模式 2 ． 1 硅质型优质烃源岩 硅质型优质烃源岩模拟实验结果见表 2 、 图 2 。 硅质型优质烃 源岩在 成熟早 中期 V R 约 为 0 ． 4 5 ％ ～0 ． 9 ％ 排油效率 排 出油／ 总油 平均 可 达 5 0 ％左右 ， 排出重质油量 变化在 8 0～1 3 0 k g ／ t 之间， 而且在成熟早期 约为 0 ． 5 5 ％ 排 油效 率出现次高峰值 ， 排重质油量也相对较高 ， 主要原 因可能为 1 颗粒或 晶体 多接 近椭圆球体 ， 毛细 管及运移阻力减小 ， 又多呈脆性 ， 在成熟早期， 原生 超微孔及超微裂缝相对发育 ， 有利重质原油的排出， 一 般硅质生屑页岩排出的原油 A P I 1 ． 0 5 ％ ， 一方 面“ 油” 中有机大分子向小分子转化 ， 油从正常原油一 轻质油气凝析油气一湿气一干气 甲烷 逐渐变轻； 另一方面 ． “ 油” 中芳环聚合 、 脱氢等 向更大分子团 残碳沥青 转化逐渐变重 。 在高成熟一 过成熟阶 _； ● ．Ij {L ～ --i - - 残 留油 - L、 ＼ ．．． 一 排 出油 * 总烃气 一固体沥 青 9 7 。 ． ～ ． ．． 0 ． 2 0 ． 3 0 ．4 0 ． 5 0 ． 8 1 0 2 ． 0 3 ． 0 40 5 ． 0 R。／ ％ 图 2 硅质型优质烃源岩 Ⅱ型干酪根 生排油气模式 F i g ． 2 Hy d r o c a r b o n g e n e r a t i o n a n d e x p u l s i o n mo d e l o f s i l i c e o u s s o u r c e r o c k s t y p e I I k e r o g e n 表 2 硅质 型优质烃源岩地层孔 隙流体异 常压 力热模拟实验数据 Ta bl e 2 Dat a o f s i l i c e o us s o ur c e r o c ks by f o r m a t i o n p or o s i t y t h e r moc ompr e s s i o n s i mul a t i on e x pe r i men t 注 红色字体为校正后数据或对 比推测数据 。 1 8 2 石 油 察 劈沾 届 第 3 5卷 0 ● 褂 表 3 钙质型优质烃源岩原样仿真地层异常流压热模拟实验数据 Ta b l e 3 Da t a o f c a l c a r e o u s s o u r c e r o c k s b y f o r ma t i o n p o r o s i t y t h e rm o c o mp r e s s i o n s i mu l a t i o n e x p e r i me n t 注 红色字体为校正后数据或对比推测数据 。 图 3 钙质型优质烃源岩 Ⅱ型干酪根 生排油气模式 F i g ． 3 Hy d r o c a r b o n g e n e r a t i o n a n d e x p u l s i o n mo d e l o f c a l c a r e o u s s o u r c e r o c k s t y p e I I k e r o g e n 段 ． 硅质型优质烃源岩由原油裂解产生烃气的碳和 残碳沥青 的碳约各 占 5 0 ％ 以排 出油裂解烃气和 残碳沥青占绝对优势 约 8 0 ％ 以上 ， 残留在烃源 岩中的残碳沥青只是少部分 小于 2 0 ％ 。 2 ． 2 钙质型优质烃源岩 钙质型优质烃源岩模拟实验结果见表 3． 生排 油气模式见图 3 。 从图 3可知 ， 钙质型优质烃源岩在成熟早 中期 约为 0 ． 4 5 ％ 一0 ． 9 ％ 排油效率 一般 变化在 1 5 ％ ～ 3 6 ％， 对应的排重质油量变化在 1 6～ 5 4 k g ／ t 之间 ， 而且在成熟早期 约为 0 ． 6 ％ 排油效率 出现次高峰， 排重质油量也相对较高。但是。 到成 熟 中期 约为 0 ． 8 2 ％ 排油效率反而从早期的 3 5 ． 7 6 ％降到 1 7 ． 0 4 ％ 。 排重质油量随成熟度 的增 加变化不明显 图 3 ， 表 3 。 钙质型优质烃源岩在成熟早中期排烃效率也 较高 ， 一般在 3 0 ％左右 ， 而且早期 也出现次高峰， 可能因为 1 颗粒或 晶体 多接近球体或近方体或 平行六面体 ， 也多呈脆性 。 在成熟早期， 原生超微孔 及超微裂缝相对发育， 有利重质原油的排 出， 也可 形成排油效率次级高峰， 一般钙质生屑页岩排 出的 原油 A P I 4 ． 3 ％或更大 ， 粘土型次 之 ， 硅质 型优质烃 源岩生 排烃气量可能最小 未得到实测数据 。 3 残碳 沥青量 以硅 质型优质烃 源岩相对较 大 ， 粘 土型次 之 ， 钙质型相对较小 估算推测数据 。它们 主要 与碳酸盐中的有机酸盐生气 、 岩性催化裂解作用的 不同及岩石对烃类 的吸附 l生等有关。 实际上 ， 海相 硅质 型 或 硅质 生 屑薄层 及页 理 优质烃源岩、 海相钙质型优质烃源岩 钙质有 机质薄层及 页理 、 灰岩及泥灰岩 等 、 粘土型优质 烃源岩 粘土含量大 于 1 0 ％ 的泥 页岩或含钙泥页 岩等 等均具有各 自的生排油气模式 表 5 。它们 对海相大型重质油 田、 油 田、 轻质油或凝析油气 田 及气 田的形成具有明显的控制作用。例如 ， 海相硅 质型或钙质型优质烃源层 的发育 对大 中型 尤其 是特大型 重质油 田 低成熟阶段 、 油 田 成熟阶 段 的勘探具有控制作用 ． 但 是 ， 粘土 型优 质烃源 层 的发育只能对大 中型 尤其是 特大型 油 田 成 熟 中晚期 的勘探具有控制作用。 4 结论 1 硅质型优质烃源岩在成熟早 中期排油效率 可达 5 0 ％。 对应的排重质油量变化在 8 0～1 3 0 k g ／ t 之间 ， 而且在 约为 0 ． 5 5 ％ 时排油 效率出现次 高峰值 在成熟 中晚期排油效率增加 到 8 0 ％ 以上 ， 排油量达到高峰值。 2 钙质型优质烃源岩在成熟早 中期排烃效率 一 般在 3 0 ％ ， 也出现次高峰 ， 排重质油量在 1 5～ 5 5 k g ／ t 之间 在成 熟 中晚期 排 油效 率 从 1 9 ％ 增 至 6 5 ％ ， 排油 高峰约为 V R 1 ． 1 1 ％ ； 过成熟 阶段烃 气产率高可能与有机酸盐有关。 3 粘土型优质烃源岩在成熟早中期排油效率一 般只有 4 ％ ～1 1 ％ ， 排 油量仅 1～1 2 k g ／ t ， 成 熟 晚 期一 高成熟阶段排油效率从 2 0 ％猛增至 9 o ％以上。 4 硅质型 、 钙质 型和粘土型优质 烃源岩生排 油气模式之间最大的差异是它们在成熟早中期排 油效率和排油量的明显不同 ， 可能主要与它们对可 溶有机质的吸附性差异、 岩石脆韧性及微裂缝发育 程度不同等有关 。 参考文献 『 1 ] 张林晔．湖相烃源岩研究进展[ J ] ． 石油实验地质 ， 2 0 0 8， 3 0 6 5 91 5 9 5． 『 2 ] 秦 建中 。 腾格 尔 ， 付 小东 ． 海相优质烃源层评价与形 成条件研 究『 J _ ． 石油 实验地质 ， 2 0 0 9， 3 1 4 3 6 6 3 7 2 ． 『 3 ] 吴亚 生， 钟大康 ， 邱楠 生 ， 等． 松南地 区断陷层烃 源岩生烃能 力及主控因素分 析[ J ] ． 断块油气 田， 2 0 1 2， 1 9 1 3 9 4 3 ． 『 4 ] 腾格尔． 中国海相烃源岩研究进展及面临的挑战[ J ] ． 天然气 工业 ， 2 0 1 1 ， 3 l 1 2 0 2 5 ． [ 5 ] C l e g g H， Wi l k e s H， H o r s fi e l d B ． C a r b a z o l e d i s t r i b u t i o n s i n c a r - 1 8 6 石 油 察 籍沾届 第 3 5卷 b o n a t e a n d c l a s t i c s o u r c e r o c k s [ J ] ． G e o c h i mi c a e t C o s m o c h i mi c a Ac t a， 1 9 9 7， 61 5 3 3 5 5 3 4 5 ． 陈义 才 ． 沈忠 民， 罗小平 ． 石油与天然气有机 地球 化学 [ M] ． 北京 科学出版社 ， 2 0 0 7 5 6 5 8 ． Ri b o u l l e a u A， Ba u d i n F， De c o n i n c k J F， e t a1． De p o s i t i o n a l c o n d i - t i o n s a n d o r g a n i c ma t t e r p r e s e r v a t i o n p a t h wa y s i n a n e p i c o n t i n e n 。 t al e n v i r o n me n t t h e U p p e r J u r a s s i c K a s h p i r 0 i l S h a l e s V o l g a B a s i n， R u s s i a [ J ] ． P al a e o g e o g r a p h y ， P a l a e o c l i m a t o l o g y ， P al a e o e c o l o g y， 2 0 0 3， 1 9 7 1 71 1 9 7． Y i n H F， X i e S C， Yan J X， e t a1． G e o b i o l o g i c a l a p p r o a c h t o e v alu a - t i n g m a r i n e c a r b o n a t e s o u r c e roc k s o f h y d roc a r b o n [ J ] ． S c i C h i n a E a r t h S c i ， 2 0 1 l ， 5 4 8 1 1 2 1 1 1 3 5 ． Gl i k s o n M． T h e a p p l i c a t i o n o f e l e c t r o n mi c r o s c o p y a n d mi c ma n a l y s i s i n c o n j u n c t i o n w i t h o r g a n i c p e t r o l o g y t o f u r t h e r t h e u n d e r s t a n d i n g o f o r g a n i c - mi n e r al a s s o c i a t i o nE x a mp l e s f r o m Mo u n t I s a a n d Mc A r t h u r b a s i n s ， A u s t r a l i a [ J ] ． I n t e rna t i o n a l J o u ma l o f C o al G e o l o gy ， 2 0 01 ，4 7 1 3 9 1 5 9 ． [ 1 0 ] Y o u n e s M A， P h il p R P ． S o u r c e r o c k c h a r a c t e r i z a t i o n b a s e d o n b i o - l o g i c a l ma r k e r d i s t ri b u t i o n s o f c r u d e o i l s i n t h e s o u t h e m Gu lf o f S u e z ， E g y p t[ J ] ． J o u ma l o f P e t r o l e u m G e o l o g y ， 2 0 0 5， 2 8 3 3 01 -3 1 7． [ 1 1 ] E rce g o v a c M， K o s t i c A． O r g a n i c f a c ie s and p al y n o f a c ie s N o me n c l a t u rc ， c l as s i fi c a t i o n a n d a p p l i c a b i l i ty f o r p e t r o l e u m s o u r c e r o c k e v a l u a t i o n [ J ] ．I n t e r n a t io n a l J o u rna l o f C o a l G e o l o gy， 2 0 0 6， 6 8 7 07 8 ． [ 1 2 ] 母 国妍 ， 钟宁宁 ， 刘宝 ， 等 ． 湖相泥质烃源岩的定量评价方法 及其应用[ J ] ． 石油学报 ， 2 0 1 0， 3 1 2 2 1 8 - 2 2 4 ． [ 1 3 ] 张水昌， 梁狄刚， 张大江． 关于古生界烃源岩有机质丰度评 价标准 [ J ] ． 石油勘探 与开发 ， 2 0 0 2 ， 2 9 2 8 1 2 ． [ 1 4 ] 秦建中． 中国烃源岩[ M ] ． 北京 科学出版社， 2 0 0 5 ． [ 1 5] V a n d e n b rou c k e M， L a r g e a u C ． K e r o g e n o r i gi n ， e v o l u t i o n and s t r u c t u r e [ J ] ． O r g a n i c Ge o c h e m i s t r y ， 2 0 0 7 ， 3 8 7 1 9 8 3 3 ． [ 1 6 ] 秦建中， 付小东 ， 申宝剑， 等． 四川盆地--叠统海相优质页岩 超显微有机岩石学特征研究[ J ] ． 石油实验地质 ， 2 0 1 0 ， 3 2 2 1 6 41 7 0． [ 1 7 ] 秦建 中， 申宝剑 ， 付小 东， 等 ． 中国南方海相优质烃源岩超显 微有机岩石学与生排烃潜力[ J ] ． 石油与天然气地质， 2 0 1 0 ， 3 1 6 8 2 6 8 3 7 ． [ 1 8 ] [ 1 9 ] [ 2 O ] [ 2 1 ] [ 2 2 ] [ 2 3 ] [ 2 4 ] [ 2 5 ] [ 2 6 ] [ 2 7 ] [ 2 8 ] [ 2 9 ] [ 3 0] [ 3 1 ] [ 3 2] [ 3 3 ] 陈洁 ， 鹿坤， 冯英 ， 等． 东濮 凹陷不同环境烃源岩评 价及生排 烃特征研究 [ J ] ． 断块油气田 ， 2 0 1 2 ， 1 9 1 3 5 3 8 ． 庞雄奇 ， 李素梅 ， 金之钧 ， 等． 排烃门限存 在的地 质地球化学 证据及其应用『 J ] ． 地球科学 中国地质大学学报 ， 2 0 0 4， 2 9 4 3 8 4 3 9 0 ． 霍秋立 ， 曾花森 ， 乔万林 ， 等． 松辽盆地优质烃 源岩含水生排 油模拟实验[ J ] ． 大庆石油地质与开发 ， 2 0 1 1 ， 3 0 4 1 6 ． 秦建中， 刘井旺， 刘宝泉， 等． 加温时间、 加水量对模拟实验油气 产率及地化参数 的影响 [ J ] ． 石油实 验地 质， 2 0 0 2 ， 2 4 2 1 5 2 1 5 7． 李志 明， 秦 建中 ． 刘宝泉． 柴达 木盆地上第三系泥岩生 烃热 压模拟 实验 [ J ]． 天然气工业 ， 2 0 0 5 ， 2 5 2 3 0 - 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