烃源岩生烃耗水机制与油气成藏.pdf

2 4 2 2 0 1 3 年 4月 石油勘探与开发 PETRoLEUM EXPLORAT1 0N AND DEVELOPM ENT VO 1 ． 4 0 NO ． 2 文章编号1 0 0 0 0 7 4 7 2 0 1 3 0 2 ． 0 2 4 2 0 8 D OI 1 0 ． 1 1 6 9 8 ／ P E D． 2 0 1 3 ． 0 2 ． 1 6 烃源岩生烃耗水机制与油气成藏 王永诗，张守春，朱 日房 中国石化胜利油田分公司地质科学研究院 基金项目中国石油化工股份有限公司科技攻关项目 P 0 7 0 0 9 摘要解剖烃源岩自然演化规律，结合生烃实验模拟，对有机质生烃耗水机制进行深入研究，并对生烃耗水量进行 计算，研究生烃耗水与油气运移及成藏的关系。模拟实验采用加水液压与不加水柱压 2种条件 ，对 比两种情况下有 机质演化过程中的地球化学特征，重点研 究生烃潜力及碳转化率的变化。研 究结果表 明，有机质在生烃演化过程 中 与水相互作用 ，对干酪根的影响表现为活化部分无效碳，对 已降解的产物表现为进一步加氢，导致总生烃潜力增加。 在耗水机制研 究基础上提 出了生烃耗水量的计算方法，对东营凹陷主力烃源岩的计算结果表明，E s 烃源岩耗水 区 间大，耗水量也较大。E s 3 。’ 、E s 3 烃源岩生烃耗水 区间、耗水量依次变小。生烃耗水对油气运移和成藏有重要影响， 可以提高生烃母质碳降解率 以增大流体体积，并且增加烃源岩孔隙流体的压力和含油饱和度。生烃耗水和成岩耗水 区间相 匹配，强化 了油气运移的动力，有利于形成自生 自 储和下生上储油气藏。图6 表 2 参 2 4 关键词生烃；耗水量；成藏；模拟；东营凹陷 中 图分 类号 T El 2 2 ． 2 文献 标识码 A W a t e r c o n s um p t i o n i n h y d r o c a r b o n g e ne r a t i o n a n d i t s s i g n i f i c a nc e t o r e s e r v o i r f o r m a t i o n W a n g Yo n gs hi ， Zha n g S h o u c h u n， Zh u Ri f a n g G e o s c i e n c e R e s e a r c h I n s t i t u t e ， S h e n g l i Oi lfie l d C o m p a n y ， S i n o p e c ， Do n g y i n g 2 5 7 0 1 5 ， C h i n a Abs t r ac t The g e o c h e mi c a l e ffe c t s o f wa t e r c on s u mp t i o n d u r i ng hy d r o c a r bo n g e ne r a t i o n we r e s t ud i e d o n t h e b a s i s o f e v o l u t i o n l a ws o f s ou r c e r o c k s a nd s i mu l a t i o n e x pe r i me n t s o n h ydro c a r b on g e n e r a t i o n．Wa t e r c o ns u mp t i o n s t a t i s t i c s we r e o b t a i n e d i n o r d e r t o s tud y t h e r e l a t i o n s hi p b e t we e n wa t e r c o ns u mpt i o n d u r i n g h y dr o c a r b o n ge ne r a t i on a n d h yd r o c a r b o n mi g r a t i o n a nd r e s e r v o i r f or ma t i o n ．Th e s i mu l a t i o n e x p e ri me n t s o f h y dro c arb o n g e n e r a t i o n we r e p e r f o rm e d u n d e r h y dro u s a n d a n h y dro u s c o n d i t i o n s f o r c o r r e l a t i o n ．Th e g e o c he mi c a l c h ara c t e r i s t i c s o f o r g a n i c e v ol u t i o n u nd e r t h e s e tw o c o nd i t i o ns we r e a n a l yz e d a nd t h e va ria t i o ns o f h y dro c a r b o n g e n e r a t i o n p ot e n t i a l an d c arb o n t r an s a t i o n r a t i o we r e e mp h a s i z e d． T he r e s u l t s s h o w the e ffe c t s t h a t o r g a ni c ma t t e r a n d wa t e r ha ve o n e a c h o t h e r d u r i n g hy dro c arbo n ge ne r a t i o n p a r t of u n a v a i l a bl e c a r b on i s a c t i va t e d i n k e r o g e n a n d h y dr og e n i s i nc r e a s e d i n de g r a d e d p r o d u c t s ，whi c h l e a d s t o t he i n c r e a s e o f t o t a l h y droc arb o n g e n e r a t i o n p o t e n t i a 1 ． Ac c o r d i ng t o wa t e r c o n s u mp t i o n me c h a n i s ms ， t h e q ua n t i t a t i v e e va l ua t i o n me tho d o f wa t e r c o ns um pt i o n i n h y droc arb o n ge n e r a t i o n wa s pu t f o r wa r d a n d us e d i n t h e s tud i e s o f t h e ma i n S O UrC e r o c k s i n the Do ng y i ng S a g． Bo t h o f the wa t e r c o n s ump t i o n an d t h e d e p t h r an g e o f t h e Up p e r Es 4 Me mbe r a r e l arg e r , whi l e t h os e o f t h e Lo we r an d M i d d l e Es 3 Me mbe r s are s ma l l e r ．Wa t e r c o ns u mpt i o n a ffe c t s h ydro c a r bo n mi gr a t i o n a n d a c c um u l a t i o n by i n c r e a s i n g o r g a n i c c arb o n d e g r a d a t i o n r a t e t o i n c r e a s e flui d v o l um e ．Po r e fl ui d p r e s s ure a n d o i l - b e a rin g s a t u r a t i o n a r e c o n s e q u e n t l y i nc r e a s e d ．Th e ma t c hi n g r e l a t i o ns h i p b e tw e e n wa t e r - c o n s u mi n g h y d r o c a r bo n g e ne r a t i o n i n t e r v a l s a n d wa t e r - c o n s umi n g di a g e n e s i s i n t e rva l s e nh an c e s t h e d y na mi c f o r c e s o f h yd r o c arbo n mi g r a t i o n， whi c h be ne fit s the f o rm a t i o n of s e l f - g e n e r a t i n g a n d s e l f - p r e s e rvi ng r e s e rvoi r s o r l o we r - ge n e r a t i ng a nd u pp e r - p r e s e rvi ng r e s e r vo i r s ． Ke y wo r ds hy dro c arbo n g e ne r a t i o n； wa t e r c o n s u mp t i o n； r e s e r vo i r f o r ma t i o n； s i mu l a t i o n； Do ng y i ng Sa g O引言 地下沉积岩中广泛存在地层水 ，它既是流体势 的 载体 ，控制着油气运移的动力条件 ，也可 以作为多种 反应的介质 ，参与成岩作用 。研究表明 ，成岩过程 中 矿物蚀变造成的 “ 耗水作用 ”可使地层水大量减少 ， 使储集层呈现低压状态【 1 ] 。 对于烃源岩 ， 有机质生烃是 改变流体性质的重要因素 ， 生烃不仅是有机质 的反应 ， 其对无机矿物 、地层水均有一定程度影响。无机矿物 对生烃过程的催化作用已取得 了相 当多的共识 ，相 比 而言 ，水对生烃 的作用还没有引起足够重视 。目前 ， 有关认识可归纳为如下几个方面_ 2 。 ] ①水对有机质生 2 0 1 3年 4月 王永诗 等 烃源岩生烃耗水机制与油气成藏 2 4 3 烃有一定抑制作用 ，其 主要原 因是水本身具备增压 因素 ，同时干酪根 可以交换或结 合水分子进入 自身 结 构 内而表现为富氢 ；②水 与有 机质的结合是 阶段 性 的 ，主要 集 中在 中成岩 阶段 ，大致相 当于 R 值 0 ． 3 ％～0 ． 7 ％； ③水能够溶人烃源岩 已生成的沥青质 中， 促进加氢反应 的进行 ，即与已形成 的有机质进行二次 反应。总之 ，水的存在影响烃产物 的组成和数量。本 文对有机质生烃耗水机制进行深入研究 ，并对生烃耗 水量进行计算 ，以研究生烃耗水与油气运移及成藏 的 关系。 l样品与方法 本次研究以胜利油区东营凹陷烃源岩为对象 代 表陆相断陷盆地古近系烃源岩 ， 通过对其 自然演化规 律的解剖 ，结合人工模拟 ，分析生烃耗水的地球化学 效应与机制 ，并 以烃源岩的发育特征为基础 ，计算烃 源岩的总体生烃耗水量。 东营凹陷主要发育 3套主力烃 源岩 ，即沙四段上亚段 E s 4 、沙三段下亚段 E s 3 及沙三段中亚段 E s 3 ，系不同沉积环境形成 ，其中 E s 在层序上居 中，模拟样品即选 自该段 滨 3 3 8 ． 6 井 ，其地球化学特征如表 1 所示 ，可见有机碳含量较 高 ，利于清晰反映相关演化特征 。考虑到矿物对生烃 过程的影响 ，且便于对原岩生烃潜力进行分析 ，本次 实验对样品实施全岩粉碎后进行模拟。所用模拟装置 为油气生成运移物理模拟系统 ，该系统有两种高压釜 以形成不同实验条件 ，二者均为圆柱形 ，且具有直通 式 内腔 ，两端 可 置人 不锈 钢垫 块调 整样 品位置 ，端部 加盖密封。不 同之处在于其一可伸人加压柱施加垂 向 压力 ，而另一种不能使用加压柱 ，但可通过注入流体 加压 ，两种装置施加压力方式均可控 。 表 1 模拟样品基本参数 嘉 萼 层 位岩 性T O％ C ／ R％o／ 2 1 S J - 】 蓁 样品粉碎至粒径 0 ． 1 8 mm以下， 分加水液压 B1 和无水柱压 B 2两种情况开展实验 。由于实验所需 样品量较大 ，根据实验条件分两次取样 ，为尽可能保 持样品一致性 ，两次取样位置基本相同。加水液压模拟 设 计 2 0 0℃ 、2 5 0℃ 、2 7 5℃、3 0 0℃ 、3 2 5℃ 、3 5 0℃ 6 个温度点 ， 样品置于高压釜中密封 ， 通过恒压泵 向釜 内注入蒸馏水 水与样品可充分接触 ，当注满水后维 持流体压力在 3 0 MP a 不变。 无水柱压模拟作为对 比实 验 ，将温度点设计在主生烃阶段 ，为 2 7 5℃、3 0 0℃、 3 2 5℃、3 5 0℃， 兼顾压力 因素 ，通过加压柱塞施加 3 0 MP a的垂向压力。实验的具体步骤为 先将压力加到 目标设定值 ，然后增温 ，由恒压装置维持既定压力 ， 到达 目标温度后 ，恒温、恒压保持 4 8 h ，实验主要过 程 即结束。将温度冷却至 6 0℃左右 ，取出混合流体并 分离 ，气体用排水法收集计量 ，排出油用二氯甲烷萃 取并通过恒重法计量 ，高压釜中的残余岩样取出后晾 干待测 。 本次实验设定条件可反映烃源岩不同演化阶段地 层水的影响。实验产物中的气体通过气相色谱仪进行 组分测试 ，获取 C 一c 烃类和 C O 2 含量。残余岩样各 取一定量进行如下测定 通过氯仿抽提 8 h获取残 留液 态烃 氯仿沥青 “ A” ；通过 R o c k ． E v a l热解分析获 取生烃潜力 3 0 0℃获取挥发烃 S 1 、3 0 0 6 0 0℃获取热 解烃 ；样品经稀盐酸除去无机碳后 ， 利用燃烧法测定 全岩的有机碳含量 T OC ；另有样品经酸碱处理和重液 分选等步骤提取干酪根进行镜质体反射率 R 。 测定。 2有机质生烃耗水的地球化学效应 2 ． 1有机质自然演化条件下的生烃潜力 加水液压和无水柱压生烃实验产物对 比表明 ，加 水生烃模拟实验产物与地质实际更为接近[ 4 ] ，这显示 了水介质对生烃 的意义 。生烃潜力指数是表示生烃能 力大小的有效指标 ，其定量表达式如下 J_ G1 X 1 0 0 ％ 1 DC 1 式表明 ，如果没有外来烃的加入和内部生成 烃类 的排 出，仅是本身不同赋存状态烃的转化 ，烃源 岩生烃潜力指数应保持不变 。当有烃类排出时 ，生烃 潜力指数下降。故在达排烃 门限之前 ，G I 代表了原始 样品的生烃能力 ，在进入排烃门限之后 ，G I 代表的是 样品的残余生烃能力。 东营凹陷 3套烃源岩中，E s 4 和 E s 均为典型的 I 型有机质 ，E s 3 有机质类型及来源较为复杂，但 以 I I 型居多【1 。生烃潜力指数 、 有机质类型指数 将有机 质各显微组分百分含量进行加权计算再求和取得【 8 ] ， 一 般情况下类型指数越大 ，生烃能力越强 随深度的变 化如图 1 所示 ， 3套烃源岩生烃潜力指数总体趋势均为 由小变大再变小的过程。 E s 烃源岩在 1 5 0 0 m深度处 G ， 值约为 6 0 0 mg ／ g ，在 2 5 0 0 m处达到最大值 ，约为 2 0 1 3年4月 王永诗 等烃源岩生烃耗水机制与油气成藏 2 4 5 l 5 0 2 0 0 2 5 0 赠 3 0 0 3 5 0 4 0 0 R ff ％ 0 0 ．2 0 ．4 0 ． 6 0 ． 8 1 ． 0 氯仿沥青 “ A”／ mg g 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 5 O 2 0 0 2 5 0 赠 藉 3 0 0 3 5 0 排出油产B - ／ mg ’ g 0 2 0 4 0 6 O 8 O 1 0 0 围B l 加 水液 压实 验 曰B 2 无水柱 压实 验 图 2 模拟生烃产率与温度的关系 耗一定量碳元素。多数情况下加水液压实验液态烃产 率高于无水柱压实验 ，唯有高峰期相反 ，这一方面有 样品性质差异的影响 ， 同时还有不同实验条件的影响。 与加水液压实验相 比较 ， 无水柱压实验 。 值增加迟缓 ， 有机质降解慢 ，生气量较少 ，排烃率低 ，反应了同等 压力值下柱压条件生烃能力小于水压条件。 与原始样品相 比，加水液压实验中生烃潜力指数 首先经历了一个增加阶段 见图 3 ，从 2 7 5℃开始 ， 至 3 0 0 3 2 5 ℃演化阶段生烃潜力指数均有增加 ，在 3 5 0℃时呈下降。 生烃潜力指数的上升阶段为烃源岩生 烃期 ，而其下降则是在生烃高峰之后且为大量排烃时 期 ，与 自然条件下的演化规律一致。总有机碳含量因 降解和排烃逐渐下降 ，而其中无效碳含量[ r oc -0 ． 0 8 3 生烃潜力指数／ mg - g - 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 o o l 0 0 0 l 5 O 2 0 0 2 5 0 赠 套 3 0 0 3 5 0 4 0 0 气产 d mg g 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 1 的变化与总生烃潜力恰好是消长关系 ，在 3 2 5℃时出现低谷 。 无水柱压实验随有机质降解和排烃 的进行 ，总有机碳含量也逐渐下降，其 中无效碳含量 有下降趋势但变化甚微 ， 生烃潜力并没有明显 的改变。 两类实验 的生烃潜力和碳转化率对 比表明 ，随着生烃 的进行 ，水的加入使部分无效碳活化而转为有效碳 ； 同时，模拟实验 中有机质与水作用需要一定 的温度范 围，已有的研究结果也显示 ，2 0 0 3 5 0℃是有机质与 高压水易于反应的区间[ 9 】 ， 与本次实验结果相吻合。总 体演化规律表 明，加水液压实验 、自然生烃过程 中普 遍存在使生烃潜力增加的因素，即加氢因素。 目前在 进行原始生烃潜力恢复时，一般认为该指标是不变的， 从本次研究来看与实际情况并不相符 。 ToC|％ O 2 4 6 8 l O l 2 1 5 0 2 0 0 嚣 s o 赠 i趔 i 3 0 0 3 5 0 4 0 0 无效碳含量／ ％ 0 2 4 6 目B 1 加水 液 压实验 曰B 2 无 水柱 压实 验 图 3 模拟演化中有机碳含量与总生烃潜力的变化关系 3生烃耗水机制及耗水量计算 3 ． 1有机质生烃耗水机制 生烃潜力指数 的变化是生烃耗水的综合反映 ， 以作为生烃耗水的证据。前人研究得到的一些化学组 分分析参数更直接地证实水参与了生烃过[ 3 , 1 0 - 1 6 ] ， 但 是难 以进行定量分析。水参与生烃过程在氢同位素上 可 有明显反映 ，如 Ho e r i n g将 D2 O 加入经抽提的 ∞ ∞ 如 ∞ 如 ∞ 1 2 2 3 3 4 p＼ O O O 0 O 2 加 如 p＼ 赠套 O O O O 0 O 2 加 如 砌 ＼ 赠 石油勘探与开发 综合研究 V b 1 ． 4 0 NO ． 2 Me s s e l 页岩样品进行实 】 ，并利用分子探针进行分 析 ，结果表明存在氘元素的取代作用 ，含氢的基 团与 D 0 发生了交换反应 ，且各基团中的氘元素是不均质 的。L e w a n采用 Wo o d f o r d页岩在 3 0 0℃、3 3 0℃和 3 6 0℃条件下进行 7 2 h含水／ 无水对比生烃模拟【 引，在 样品密封时注入 He 增压 ， 分析表明，含水实验与无水 实验产物存在明显差异 ，含水实验生烃潜力更大 ，降 解率更高，干酪根更富氢 ，甚至出现 。 值降低现象 。 本文实验除了加水与不加水的区别外 ，还有不同加压 方式的影响。 烃类组分非常复杂 ，但其分子主要以 c H 键 、 c C键和 c 一0键 3 种方式结合 。 根据现有研究成果 ， 水参与生烃可以包括几种过程 ，即水可与羰基 、烷基 碳 、自由基反应 ，直接形成烃类或中间产物 ，另外还 可以使烯烃加氢形成饱和烃类[ 3 ] ①近临界水和醛类 、 酯类 、酮类 中的羰基相互作用 ，以酯类为例，其化学 反应式如下 ， o II R℃ o C H厂R 2 H2 0_ HR HR CO2 2 H2 ②水可直接与烷基碳相互作用 “ 】 ，如 C 。 或 C 。 一 烷 烃在地层条件下 1 0 0 ～1 5 0℃，4 0 MP a 能与水反应 生成 C O 和少一个碳的烷烃 2 5 C9 H2 02 H2 O 28 C8 Hl 8CO2 ③ 烃 类产 物 中多含 自由基 ， 自由基也 可与 水分 子 发生作用 ，如水分子和烷基 中的自由基直接反应 ，可 以生成醛和醇等，并提供氢源，以生成醛为例 C H 2 H 2 O； C H 2 O 三 H 2 ④烯烃转换为烷烃的反应也已获证实， 在 3 2 5℃、 3 5 MP a的水溶液 中乙烯可转变为乙烷[ 】 。 石油形成期间烷基 、自由基与水的反应在热力学 上是有利的。尽管有些反应机理还有待证实 ，但其有 助于认识烃源岩 中有机质各种复杂 的化学反应。上述 反应中有些过程能够脱氢 ，可以作为氢源加人到有机 质中，地下和实验室加水模拟形成的产物中少见游离 氢这一事实也证 明了这一点 ，而其 中含氧的负离子通 过一系列中间反应最后可以生成新 的基团或与有机质 中脱出的碳元素结合形成 C O 。由于有机质的不断降 解使其化学键不饱和程度加大 ，外来氢元素可 以作为 补充 ，故耗水过程多发生在主生烃期 ，与干酪根 、可 溶有机质 中的碳元素降解和转化密切相关 。水 的存在 既有利于干酪根降解 ，也有利于沥青质和烃类的进一 步转 化 。 由于不同类型烃源岩各演化阶段生烃机制存在差 异[ 1 ，耗水特征也会有明显不同。生烃过程是多级连 续的变化序列 ，早期以形成重质油为主 ，进一步降解 逐渐生成较为轻质的油乃至气态烃 ，产物越来越富氢。 根据水对生烃的作用及东营凹陷烃源岩的演化规律 ， 将生烃耗水过程相应分为低成熟生烃耗水 、成熟生烃 耗水和高成熟生烃耗水 3个阶段。低成熟生烃耗水 阶 段 。 1 ． 2 ％ ，干酪根 自身降解的能力已近枯竭 ，绝大部分可 降解的有效碳消耗殆尽，但仍有部分烃类生成 ，主要 是一些凝析油、湿气或者干气。这一阶段降解能力有 限，耗水量并不大。在一些模拟实验中，高温、高演 化阶段的单质碳元素与水反应生成甲烷f 2 0 ] ，但地下温 度远低于实验室条件 ，况且高演化的烃源岩大多已处 于紧密压实阶段 ，也很难提供充足的氢源。 3 ． 2 生烃耗 水量 及主要 区间 地下烃类组成异常复杂 ，难以准确测定各种微观 组分 ，对一些化学反应 的认识还处于定性程度 ，通过 化学方程式也难 以对反应物和生成物进行定量测定 ， 故物质变化量可作为估算耗水量 的重要依据 。根据有 机质和水之间氢元素的交换关系，耗水量可以通过如 下关系式估算 9 H 2 2 式表明，生烃量对耗水量有重要影响。生成 物除大分子的液态产物 、C 1 一c 5 烃气 、非烃气 N 、 C O 2 等 外 ，还有 C 6 一c 1 挥发烃。挥发烃在取样过程 中不易保存 ，难以定量实测 。有机质降解过程的实质 是上述元素在各产物 中进行再分配 ，水的加人可改变 氢 、氧元素的量。尽管 C O2 气体可 由无机成因碳酸盐 生成，但在模拟温度较低的条件下生成无机成因 C O 的规模并不大[ 2 0 - 2 2 ] 。故可选取碳元素作为参照对轻质 挥发烃的产率进行补偿计算，如下式 C v C o C r c e C g 3 挥发油的碳量乘以转换系数 取1 ． 2 2即得到挥 2 4 8 石油勘探 与开发 综合研究 V b 1 ． 4 0 NO ．2 生烃耗水深度 区间大 ，耗水量也大。耗水强度最大区 域出现在烃源岩埋藏较深的利津洼陷和民丰洼陷。各 套烃源岩的耗水区间和高峰期存在明显差异 ，除由于 降解率的差异造成耗水率不同外 ，埋深也影响明显 ， 耗水期出现的顺序与烃源岩的埋深顺序一致。 4生烃耗水作用的地质意义 4 ． 1 生烃 耗水对 烃源岩 孔隙流体 的影 响 生烃过程中既吸收水分子，也释放 C O ，最终导 致生烃潜力增加 。消耗水的体积如下式 Z w Mw ／ p w 9 H 口 w 0 5 耗水造成烃 的体积增加量如下式 △ A M p ／ 6 生烃早期以生油为主 ，按水密度为 1 g ／ c m 、油平 均氢元素含量为 1 2 ％、 油密度为 0 ． 8 5 g ／ c m 计算 ， 则有 一 ‘ 。。。 。。一 9 H △ ／ p w 1 ． 1 7 由 7 式可知△ V w ，显然生烃耗水总体为一 流体体积增加过程 ，即便只形成液态油 ，与损耗水量 相比总体积也可增加约 1 0 ％，对流体增压有利 ，因而 更利于排烃 ，利于油气运移 。 由以上分析可见 ，耗水作用可直接提高烃产率 ， 根据生烃潜量增加率 ，在主生烃阶段可以提高含油饱 和度约 1 0 ％2 0 ％。相应地 ，烃源岩含油饱和度 的增 加也可使其更早进入排烃 门限、增加排烃效率[ 。 4 ． 2 生烃耗 水 与成 岩耗 水的关 系 一 般 的成岩作用可划分为早成岩和晚成岩两个阶 段 早成岩阶段包括 A、B 两个成岩期 ；晚成岩阶段 有 A、B、c 3个成岩期 ，每个成岩期次都会发生不同 的演化过程 ， 并 由此构成不同的成岩演化序列⋯。 其中 主要发生在晚成岩阶段 A期的矿物蚀变作用需要水的 参与 ，蚀变过程主要为矿物的高岭石化和绿泥石化。 济 阳坳陷古 近系晚成岩 阶段 A 期一般 发生在埋 深 2 2 0 0 3 3 0 0 m， 考虑到蒙脱石脱水及压实作用与生烃 耗水相抵消 ， 有效成岩耗水区间在 2 5 0 0 3 5 0 0 m。相 比较而言， 泥岩生烃耗水区间在 1 5 0 0 4 0 0 0 m， 跨度 大于砂岩耗水区间。研究 区烃源岩多发育于盆地中部， 耗水高峰在 2 5 0 0 4 0 0 0 m。砂、泥岩在 2 5 0 0 3 5 0 0 m 段均处于耗水阶段 ，该深度段也是大多数烃源岩进 入排烃 门限的主要阶段。 4 I 3生烃耗水与油气成藏 东营凹陷油气藏集中发育于 2 5 0 0 3 5 0 0 m， 尤其 是低渗透浊积砂体油气藏 ，与成岩耗水作用的有效区 间范围一致 ，且深部储集层 2 8 0 0 3 5 0 0 m以含油 为主 ，中深部储集层 2 0 0 0 2 8 0 0 m以含水为主。 结合盆地埋藏史分析 ， 油藏形成时期均处于耗水阶段 ， 特别是明化镇组沉积时期 ，为东营凹陷乃至整个济阳 坳陷大多油气藏最终成藏时期 ，正处于砂岩有效耗水 的高峰期 。该阶段泥岩处于异常压力期 ，地层水基本 处于封闭系统环境 中，岩石压实量小 ，地层没有大量 水排 出，黏土矿物蚀变脱水较少 ，生烃耗水在该深度 段十分明显 ，是为有效耗水 区间。与泥岩不同，砂岩 耗水造成流体体积减小 、孔隙压力降低 ，有利于改善 压差和储集层物性 ，利于油气从烃源岩向砂岩充注。 从匹配关系看 ，生烃耗水出现在主生烃期 ，砂岩成岩 的主要耗水区间浅于泥岩生烃耗水 ，原有 的垂 向压力 梯度得到了进一步增强。生烃过程中水的加人提高了 生烃潜力 ，有效地提高了生排烃效率 ，应在今后的烃 源岩评价中加以重视 。东营凹陷生烃耗水作用既有利 于生油窗内 自生 自储油气藏的形成 ，也有利于增加深 层和浅层的压力梯度 ，形成下生上储的油气藏。 5结论 将实验模拟与地质分析相结合 ，研究了烃源岩演 化过程 中耗水的地球化学效应 。有机质在生烃演化过 程中能够吸收水分 ，补充氢元素 ，增大总生烃潜力 。 耗水作用主要发生在主生烃期 ，伴 随着有机质的降解 而进行 ，其对干酪根的影响主要表现为使其中的无效 碳活化降解 ，对已降解产物加氢生成更为富氢烃类或 过渡产 物 。 生烃耗水过程有明显的阶段性。结合耗水机制提 出了生烃耗水量的计算方法，对东营凹陷主力烃源岩 的计算结果表明，E s 烃源岩耗水区间大 ，耗水量也 较大 。E s 烃源岩生烃耗水区间小 ，耗水量也较小 ，其 中 E s 烃源岩耗水量高于 E s 3 烃源岩。 生烃耗水对油气运移和成藏有重要影响 ，生烃虽 然损耗了部分孔隙水 ，但可使生烃量增加，耗水生烃 总体为一流体体积增加过程 ，不但可以增加孔隙流体 的压力 ，还可以提高含油饱和度。与砂岩耗水区间相 匹配 ，可以有效地增加储集层和烃源岩层之间的压力 差 ，有利于形成 自生 自储和下生上储油气藏。 符号注释 生烃潜力指数 ， mg ／ g ； l 挥发烃含量，mg ／ g ； 热解烃含量， mg ； C - _ - 一总有机碳含量，％； 生烃耗水量，g ；△ 生烃潜力的增加量 ，g ；仔一 烃类 中氢元素百分含量，％；G演化到某一阶段形成的挥发 2 0 1 3年 4月 王永诗 等 烃源岩生烃耗水机制与油气成藏 2 4 9 烃的碳量 ，g ；C o 原始样品的碳量 ，g ；C r 演化到某 一 阶段残余样品的碳量，g ； C e 演化到某一阶段排出油的 碳量 ，g ；c 演化到某一阶段生成气体 的碳量 包括烃类 和 C O 2 ， g ； C d 降解生烃所 占的碳量 ， g ； 毛 总生烃量 ， g ； 耗水的体积，mL； 户 水的密度 ，g ／ c m ；A 耗水造成烃体积的增量 ，mL；P p 烃类的密度，g ／ c m 。 参考文献 【 1 】 张善文．成岩过程 中的 “ 耗 水作 用 ”及其石油地质意义 [ J ] ．沉积 学报 ， 2 0 0 7 ， 2 5 5 7 0 1 ． 7 0 7 ． Z h a n g S h a n we n．“ Wa t e r c o ns u mpt i o n ” i n d i a g e n e t i c s t a g e a n d i t s p e t r o l e u m g e o l o g i c a l s i g n i fi c a n c e [ J ] ． Ac t a S e d i me n t o l o g i c a S i n i c a ， 2 0 0 7 ， 2 5 5 7 0 1 7 0 7 ． [ 2 ] 彭传圣．湖相碳酸盐岩有 利储集层 分布以渤海 湾盆地 沾化凹陷 沙四上亚段为例[ J ] ．石油勘探与开发 ， 2 0 1 1 ， 3 8 4 4 3 5 ． 4 4 3 ． P e ng Ch u a ns he n g ． Di s t r i b u t i o n o f f a v o r a b l e l a c u s t r i n e c a r b o n a t e r e s e r v o i r s A c a s e f r o m t h e Up p e r Es 4 o f Zh a n h u a S a g ，Bo h a i Ba y B a s i n [ J ] ． P e t r o l e u m E x p l o r a t i o n a n d De v e l o p me n t ， 2 0 1 1 ， 3 8 4 4 3 5 - 4 4 3 ． 【 3 】L e wan M D． E x p e r i me n t s o n t h e r o l e o f wa t e r i n p e t r o l e um f o r ma t i o n [ J ] ． Ge o c h i mi c a e t C o s mo c h i mi c a Ac t a ， 1 9 9 7 ， 6 1 1 7 3 6 9 1 - 3 7 2 3 ． [ 4 ] 黄第 藩，秦 匡宗，王铁冠，等 ．煤成油 的形成 与成 烃机理[ M] ．北 京石油工业 出版社， 1 9 9 5 1 ． 8 2 ． Hu a n g Di f a n ， Qi n Ku a n g z o n g ， Wa n g T i e g u a n ， e t a 1 ． F o r ma t i o n a n d h y d r o c a r b o n g e n e r a t i o n me c h a n i s m o f c o a l d e r i v e d o i l [ M] ． Be i j i n g Pe t r o l e u m I nd u s t r y Pr e s s ，1 9 95 1 - 8 2． 【 5 】 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 ． Qi n J i a n z h o n g ， L i u J i n g wa n g ， L i u B a o q u a n ， e t a 1 ． Hy d r o c a r b o n y i e l d a n d g e o c h e mi c a l p a r a me t e r s a f f e c t e d b y h e a t i n g t i me a n d a d d e d wa t e r a mo u n t i n t h e s i mu l a t i o n t e s t [ J ] ．P e t r o l e u m G e o l o g y E x p e r i me n