塔里木盆地哈2井三疊系黑色泥巖產(chǎn)氣率變化研究

塔里木盆地哈2井三疊系黑色泥巖產(chǎn)氣率變化研究

0地質(zhì)和地質(zhì)環(huán)境熱模擬實(shí)驗(yàn)研究隨著石油地球化學(xué)的深入研究的深入和發(fā)展，熱解模擬和勘探已成為石油勘探的重要手段和內(nèi)容之一。主要的理論依據(jù)是：1。干酪根熱分解為烴的原則；2.有機(jī)質(zhì)熱態(tài)度的自我補(bǔ)償原則。熱解模擬實(shí)驗(yàn)作為研究有機(jī)母質(zhì)轉(zhuǎn)化生烴量最直接、有效的方法,它不僅可以確定有機(jī)母質(zhì)轉(zhuǎn)化生烴的組分、數(shù)量,而且還可以揭示這一轉(zhuǎn)化過程中各種組分產(chǎn)出特征的變化規(guī)律及其之間的相互關(guān)系。借助熱壓實(shí)驗(yàn)可以在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬地質(zhì)體中油氣的生成過程,再現(xiàn)有機(jī)質(zhì)在地質(zhì)體中所經(jīng)歷的物理和化學(xué)演化過程,為評價(jià)烴源巖的生烴潛力,研究成烴過程與機(jī)理,推導(dǎo)成烴模式及動力學(xué)規(guī)律提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)和基礎(chǔ)資料。到目前為止,國內(nèi)外眾多的學(xué)者采用不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)備,在不同的加熱溫度、時(shí)間及壓力條件下對各類樣品做了大量的模擬實(shí)驗(yàn)。已在生油巖和有機(jī)質(zhì)(干酪根、藻類、水生動物、油、瀝青、瀝青質(zhì)、現(xiàn)代孢粉等)熱演化方面進(jìn)行了大量的熱模擬實(shí)驗(yàn)研究。研究內(nèi)容包括不同條件下油氣生成過程的模擬、干酪根的演化特征、氣態(tài)產(chǎn)物組成及演化特征、液態(tài)產(chǎn)物組成及演化特征、油氣產(chǎn)率與成熟度的關(guān)系、干酪根及生油巖的生烴潛力、礦物對有機(jī)質(zhì)演化的催化作用及對可溶有機(jī)質(zhì)的吸附性、生物標(biāo)志物的演化特征和不同類型干酪根的油氣形成模式等,涉及了油氣生成的各個(gè)方面[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]。本文采用塔里木盆地哈2井三疊系灰黑色泥巖作為樣品,通過熱模擬不同實(shí)驗(yàn)溫度點(diǎn)所得產(chǎn)氣率與成熟度(鏡質(zhì)體反射率RO)的關(guān)系,結(jié)合其有機(jī)組成的變化,探討烴源巖的生排烴過程。1熱模型試驗(yàn)條件1.1溫度點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)方法主要應(yīng)用熱解色譜法進(jìn)行開放體系下的熱模擬實(shí)驗(yàn)。采用澳大利亞SGE公司生產(chǎn)的高溫?zé)峤馄?SGE熱解器(其熱解裝置可在900℃以下各溫度點(diǎn)長時(shí)間恒溫工作)通過接口與HP5890A氣相色譜儀(含微機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng))相連,組裝成一套熱模擬分析儀(PY-GC)。巖石樣品經(jīng)人工粉碎后過篩,取20～60目(0.9～0.28mm)粒級碎屑充分拌勻備用。將樣品裝入高溫?zé)峤馄鞯牟讳P鋼樣品管中,在氦氣流保護(hù)下按15℃/min的升溫速率加熱到各預(yù)設(shè)溫度,在每個(gè)預(yù)設(shè)溫度點(diǎn)恒溫1h。熱解產(chǎn)物用冷阱收集,恒溫結(jié)束后迅速將熱解器降溫至室溫,撤去冷阱。烴類進(jìn)入填充柱中進(jìn)行C1—C5氣態(tài)烴組分的定量分析,計(jì)算機(jī)采集和處理分析數(shù)據(jù),測定產(chǎn)氣率。本次實(shí)驗(yàn)共設(shè)計(jì)5個(gè)實(shí)驗(yàn)溫度點(diǎn):300℃、400℃、500℃、600℃和700℃,單次實(shí)驗(yàn)取樣量控制在0.5～0.7g之間。各溫度點(diǎn)采取分別取樣,并在相同條件下進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果取2次測算的產(chǎn)氣率數(shù)據(jù)平均值,2次實(shí)驗(yàn)后形成的殘?jiān)╋@微鏡下研究使用。1.2有機(jī)巖石學(xué)特征實(shí)驗(yàn)樣品為取自塔里木盆地哈2井5097.5m處的三疊系灰黑色泥巖樣品,原始模擬樣品的TOC為2.52%,S1+S2=11.27mg/g,Tmax=431℃,RO=0.6%。IH=434.92kgHC/tTOC,降解潛率為37.3。烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度較高,類型也較好,屬于Ⅱ1型;腐泥組分和殼質(zhì)組分熒光顯示明顯,表明有機(jī)質(zhì)處于低成熟階段;有機(jī)地球化學(xué)和有機(jī)巖石學(xué)綜合研究評價(jià)為較好烴源巖,具有較高的生烴潛力。哈2井烴源巖樣品(從破碎后的實(shí)驗(yàn)樣品分取)經(jīng)壓磨制粉光片后進(jìn)行有機(jī)巖石學(xué)研究,巖石主要由粘土礦物組成,含黃鐵礦高達(dá)4.7%(體積百分比,下同)總有機(jī)質(zhì)含量3.5%。有機(jī)組分中以腐泥組占優(yōu)勢,含量達(dá)61%,其中以礦物瀝青基質(zhì)為主,藻類體和腐泥基質(zhì)體偶爾可見到。殼質(zhì)組含量4.9%,小孢子體和角質(zhì)體較為常見。鏡質(zhì)組占24.9%,成碎屑狀和條帶狀,多為無結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體,其中半鏡質(zhì)體占較大比例。惰性組含量少,多為碎屑惰性體。2結(jié)果與討論2.1各溫度點(diǎn)的產(chǎn)氣率和微觀組成2.1.1%火炬產(chǎn)氣率為0.17～0.36mL/g,平均為0.27mL/g。實(shí)驗(yàn)殘?jiān)?jīng)顯微鏡觀測未發(fā)現(xiàn)明顯變化,巖石結(jié)構(gòu)特征、有機(jī)組分組合、鏡質(zhì)體反射率及熒光組分的熒光顯示強(qiáng)度等與烴源巖基本相同,無明顯變化。2.1.2顯微觀測和熒光特征產(chǎn)氣率為1.04～1.05mL/g,平均為1.05mL/g。實(shí)驗(yàn)殘?jiān)?jīng)顯微鏡觀測仍無明顯變化,各顯微組分相對含量與烴源巖基本相同,鏡質(zhì)體反射率比烴源巖略有提高(△RO=0.13%),藻類體和礦物瀝青基質(zhì)熒光強(qiáng)度略有減弱,但殼質(zhì)組熒光強(qiáng)度無大變化,與烴源巖所見基本相同。2.1.3與烴源巖特征的對比產(chǎn)氣率為2.37～3.61mL/g,平均為2.99mL/g。實(shí)驗(yàn)殘?jiān)?jīng)顯微鏡觀測發(fā)現(xiàn)與烴源巖特征已有一定差別,礦物瀝青基質(zhì)與藻類體熒光強(qiáng)度明顯減弱,藻類體結(jié)構(gòu)漸趨模糊,微裂縫中出現(xiàn)油跡,顯示液態(tài)烴初次運(yùn)移已經(jīng)開始。殼質(zhì)組含量減少,熒光顯示強(qiáng)度不一。鏡質(zhì)體反射率明顯提高(△RO=0.64%),巖石微孔與微裂隙增多。2.1.4礦物源巖碳質(zhì)細(xì)度產(chǎn)氣率為8.28～10.18mL/g,平均為9.23mL/g。實(shí)驗(yàn)殘?jiān)?jīng)顯微鏡觀測發(fā)現(xiàn)與烴源巖已有顯著差異,藻類體與礦物瀝青基質(zhì)等腐泥組分已無熒光顯示,其含量也明顯減少;殼質(zhì)組仍可見到,含量雖少但熒光依然清晰可辨,鏡質(zhì)體反射率達(dá)到新高(△RO=1.18%)巖石微孔和微裂隙明顯增多,微層理面上見油跡,微裂隙中見烴類物充填,熒光顯著,與圍巖界線清晰,正是液態(tài)烴初次運(yùn)移的重要證據(jù)。2.1.5生油階段ro產(chǎn)氣率為11.74～13.71mL/g,平均為12.72mL/g。實(shí)驗(yàn)殘?jiān)?jīng)顯微鏡觀測表明,在前一溫度點(diǎn)基礎(chǔ)上,試樣熱演化程度進(jìn)一步提高,鏡質(zhì)體反射RO值高達(dá)1.84%,在烴源巖基礎(chǔ)上大大增高(△RO=1.24%)。在此階段所見有機(jī)組分(包括殼質(zhì)組)熒光完全消失,表明生油階段正式結(jié)束,但沿微層理方向熒光隱約可見(這可以解釋為烴類物質(zhì)浸染結(jié)果),分布不均勻。由于生排烴作用的結(jié)果,腐泥組有機(jī)組分大量減少,巖石微孔隙大量增加,相應(yīng)鏡質(zhì)組和惰性組有機(jī)組分(相對含量)明顯增加。2.2熱模擬實(shí)驗(yàn)溫度與產(chǎn)氣率的關(guān)系在本實(shí)驗(yàn)條件下,升溫在400℃以前,烴源巖特征變化微小,累積產(chǎn)氣率僅1.04mL/g,所產(chǎn)烴氣僅占總產(chǎn)氣率的8.2%,升溫至500℃時(shí),鏡質(zhì)體反射率明顯增高,累積產(chǎn)氣率達(dá)2.99mL/g,所產(chǎn)烴氣占總產(chǎn)氣率的23.5%;400～500℃階段產(chǎn)氣率為1.96mL/g,占總產(chǎn)氣率的15.4%,表明在此溫度區(qū)間已開始大量生烴。升溫至600℃時(shí),腐泥組有機(jī)組分熒光消失,且含量明顯減少,與之相應(yīng),產(chǎn)氣率大幅度提高,累積產(chǎn)氣率達(dá)9.23mL/g,占總產(chǎn)氣率的72.7%。500～600℃階段產(chǎn)氣率為6.23mL/g,占總產(chǎn)氣率的49.1%;本階段大量烴氣的產(chǎn)生顯然主要來自礦物瀝青基質(zhì)、藻類體等腐泥組分的熱降解作用,可能先生成油,然后油裂解成氣。升溫至700℃,即本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的最高溫度,累積產(chǎn)氣率達(dá)12.7mL/g,據(jù)累積產(chǎn)氣率曲線走勢判斷,生氣作用顯然尚未結(jié)束。600～700℃階段生氣率為3.47mL/g,占總產(chǎn)氣率的27.3%。這一階段所生烴氣可能主要來自殼質(zhì)組分和部分富氫鏡質(zhì)體的熱降解作用,前期生成的液態(tài)烴熱裂解無疑也是氣態(tài)烴的重要來源之一。熱模擬實(shí)驗(yàn)溫度與產(chǎn)氣率之間的關(guān)系如圖2和圖3所示。通過熱模擬實(shí)驗(yàn)各溫度點(diǎn)產(chǎn)氣率的變化,結(jié)合實(shí)驗(yàn)殘?jiān)陲@微鏡下的觀測結(jié)果,觀察生烴組分的特征可以更準(zhǔn)確地判定烴源巖的生烴高峰。3大量生烴階段(1)熱模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:塔里木盆地哈2井三疊系泥質(zhì)烴源巖具有較高生烴潛力,氣態(tài)烴產(chǎn)率隨溫度升高而增大;其生烴高峰在500～600℃之間,大致相當(dāng)于RO值為1.24%～1.78%,此階段所生烴氣約占總產(chǎn)氣率的一半;