典型Ⅱ2-Ⅲ過(guò)渡型褐煤近地質(zhì)條件下生排油模擬研究

李志明，芮曉慶，徐二社，楊振恒，馬中良，鄭倫舉，翟常博

(1.中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 無(wú)錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無(wú)錫 214126;2.頁(yè)巖油氣富集機(jī)理與有效開(kāi)發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 無(wú)錫 214126;3.中國(guó)石化油氣成藏重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無(wú)錫 214126)

典型Ⅱ2-Ⅲ過(guò)渡型褐煤近地質(zhì)條件下生排油模擬研究

李志明1，2，3，芮曉慶1，2，3，徐二社1，2，3，楊振恒1，2，3，馬中良1，2，3，鄭倫舉1，2，3，翟常博1

(1.中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 無(wú)錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無(wú)錫 214126;2.頁(yè)巖油氣富集機(jī)理與有效開(kāi)發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 無(wú)錫 214126;3.中國(guó)石化油氣成藏重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無(wú)錫 214126)

煤作為一類有機(jī)質(zhì)高度富集的烴源巖，在生油窗內(nèi)其生排油能力一直存在著爭(zhēng)議。以未成熟典型Ⅱ2-Ⅲ過(guò)渡型褐煤為例，利用自研的DK-Ⅱ型地層孔隙熱壓生排烴模擬實(shí)驗(yàn)儀，開(kāi)展煤在有限空間體系內(nèi)，在不同溫度、上覆壓力負(fù)載和水介質(zhì)流體壓力共同作用下的生排油模擬研究。模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在成熟度Ro≤0.82%的各個(gè)演化階段，煤均以生油為主，階段生油產(chǎn)率顯著高于生氣產(chǎn)率，成熟度0.68≤Ro≤0.82%階段，為煤主生油階段，該階段的生油量占總生油量的53.66%；在成熟度Ro>0.82%的各個(gè)演化階段，煤均以生氣為主。煤不僅可以生油，而且當(dāng)總油產(chǎn)率達(dá)到30 mg/g TOC左右時(shí)就可以有效排油，主生油窗內(nèi)煤巖的排油能力優(yōu)于泥巖烴源巖。煤在主生油窗內(nèi)的烴氣和二氧化碳產(chǎn)率顯著高于泥質(zhì)烴源巖的烴氣和二氧化碳產(chǎn)率，應(yīng)是造成煤成油可以高效排油的重要因素。

褐煤；Ⅱ2-Ⅲ過(guò)渡型；生排油模擬；熱成熟度；近地質(zhì)條件下

煤作為一種陸源高等植物有機(jī)質(zhì)高度富集的特殊烴源巖，在沉積埋藏演化過(guò)程中因熱成熟與上覆地層壓力等因素的作用，可以生成一定數(shù)量的油氣，這已為學(xué)術(shù)界所認(rèn)可。但是，在生油窗內(nèi)，對(duì)煤的生、排油模式的認(rèn)識(shí)尚可謂眾說(shuō)紛紜，莫衷一是。如存在以生氣為主[1-2]和以生油為主[3-4]以及煤排油能力十分有限且明顯低于湖相泥巖[5-6]與可以高效排油[7-9]等相反的觀點(diǎn)。已有的研究[1-15]表明，影響煤和泥巖生烴潛力、排烴量與排烴效率的主控因素是有機(jī)質(zhì)豐度、類型和成熟度，有機(jī)質(zhì)豐度、類型相近的煤或泥巖，其生排烴能力隨成熟度增大而增高；相同成熟度下有機(jī)質(zhì)類型越好，其生烴潛力與排烴能力越好，但也有研究者認(rèn)為有機(jī)質(zhì)類型越好其排烴能力越低[16]。同時(shí)，研究表明，水介質(zhì)條件下顆粒樣品的模擬結(jié)果比粉末樣品更接近自然演化特征[17-18]，半開(kāi)放體系的生排烴模擬條件與地質(zhì)條件下的情況最接近[19]。實(shí)際上，地質(zhì)條件下泥巖或煤等烴源巖的成烴過(guò)程是在上覆地層壓力作用下、在泥巖或煤自身有限孔隙空間體系內(nèi)進(jìn)行的，并且體系并非是一個(gè)完全封閉或完全開(kāi)放的體系，而應(yīng)該是階段性封閉、階段性開(kāi)放的半開(kāi)放體系。按照再現(xiàn)烴源巖在地下石油地質(zhì)條件下生排烴過(guò)程的思路，無(wú)錫石油地質(zhì)研究所自主設(shè)計(jì)研制了DK-Ⅱ型地層孔隙熱壓生排烴模擬實(shí)驗(yàn)儀，其技術(shù)原理是在保留烴源巖原始礦物組成結(jié)構(gòu)和有機(jī)質(zhì)賦存狀態(tài)、在與孔隙空間接近的生烴空間(V)中充滿高壓液態(tài)水(L)、同時(shí)考慮到與地質(zhì)條件相近的靜巖壓力、地層流體壓力的條件下進(jìn)行有機(jī)質(zhì)高溫短時(shí)間熱解生烴反應(yīng)及可控壓差排烴模擬，從而能更為真實(shí)地再現(xiàn)地質(zhì)體中沉積有機(jī)質(zhì)所經(jīng)歷的物理化學(xué)演變、油氣的生成與初次運(yùn)移過(guò)程。同時(shí)，溫控精度±2 ℃，壓力控制精度在±0.2 MPa[14]，穩(wěn)定性好。為此，筆者以未成熟典型Ⅱ2-Ⅲ過(guò)渡型褐煤為例，利用自研的DK-Ⅱ型地層孔隙熱壓生排烴模擬實(shí)驗(yàn)儀，開(kāi)展煤在有限空間體系內(nèi)，在不同溫度、上覆壓力負(fù)載和水介質(zhì)流體壓力共同作用下的生排油模擬研究，以揭示典型褐煤在地質(zhì)條件下的生排油能力，為煤系地層發(fā)育盆地石油資源的合理評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)與依據(jù)。

1 模擬實(shí)驗(yàn)樣品特征與方法

1.1 模擬實(shí)驗(yàn)煤樣特征

模擬實(shí)驗(yàn)煤樣取自山東昌樂(lè)-臨朐斷陷盆地昌樂(lè)凹陷中北部五圖煤礦區(qū)，采樣含煤地層屬新生代古近紀(jì)始新統(tǒng)五圖群李家崖組。李家崖組為一套含煤和泥頁(yè)巖的碎屑巖沉積組合，總厚度為846 m，自下而上發(fā)育下含煤段、泥頁(yè)巖段、中含煤段和上含煤段[20]，礦區(qū)煤類為褐煤，水分含量8.2%～9.5%，灰分含量34.78%～38.05%，揮發(fā)分含量50.4%～53.91%，硫分含量2.12%～2.71%，屬低硫煤[21]。據(jù)研究煤樣的有機(jī)巖石學(xué)分析結(jié)果，依據(jù)國(guó)際煤巖學(xué)委員會(huì)的褐煤顯微組分分類方案，其有機(jī)顯微組分主要由腐植組(相當(dāng)于硬煤中的鏡質(zhì)組)(68.9%)、惰質(zhì)組(以絲質(zhì)體為主)(22.9%)組成，另含少量殼質(zhì)組(又稱穩(wěn)定組)(8.2%)(主要為角質(zhì)體和孢子體構(gòu)成)。煤樣的熱解分析主要指標(biāo)和成熟度分析結(jié)果見(jiàn)表1，由氫指數(shù)-熱解最高峰溫Tmax圖解(圖1)可知，其有機(jī)質(zhì)類型為典型Ⅱ2-Ⅲ過(guò)渡型。陳建平等對(duì)國(guó)內(nèi)外未熟—低熟煤的熱解結(jié)果統(tǒng)計(jì)表明，大多數(shù)煤熱解氫指數(shù)為150～275 mgHC/(gTOC),生烴潛量為100～200 mg/g[22]。因此，研究用的煤具有代表性，屬未熟褐煤，是開(kāi)展煤生排油模擬實(shí)驗(yàn)的理想樣品。

表1 煤樣有機(jī)地球化學(xué)基本特征

Table 1 Basic organic geochemical characteristics of coal sample

巖性地區(qū)年代S1/(mg·g-1)S2/(mg·g-1)TOC含量/%氫指數(shù)HI/(mgHC·gTOC-1)Ro/%煤五圖煤礦E2w0.42157.3760.762590.47

圖1 生排油模擬煤樣有機(jī)質(zhì)類型圖解

1.2 模擬實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 模擬實(shí)驗(yàn)儀器

根據(jù)研究需要，模擬實(shí)驗(yàn)儀器選用了無(wú)錫石油地質(zhì)研究所自研的DK-Ⅱ型(第2代)地層孔隙熱壓生排烴模擬實(shí)驗(yàn)儀，來(lái)開(kāi)展典型Ⅱ2-Ⅲ過(guò)渡型褐煤近地質(zhì)條件下生排油模擬研究。該儀器的主要構(gòu)成、性能與關(guān)鍵參數(shù)詳見(jiàn)文獻(xiàn)[11-14]。

1.2.2 模擬實(shí)驗(yàn)方案

研究樣品的生排油模擬實(shí)驗(yàn)方案是根據(jù)東海盆地西湖凹陷平湖組煤系地層埋藏史、熱演化史、上覆地層密度特征等，結(jié)合DK-Ⅱ型地層孔隙熱壓生排烴模擬實(shí)驗(yàn)儀模擬溫度、時(shí)間與成熟度之間匹配關(guān)系，在生油窗范圍內(nèi)擬定了9組生排油模擬實(shí)驗(yàn)研究方案，每組實(shí)驗(yàn)研究方案的具體條件見(jiàn)表2。

1.2.3 模擬實(shí)驗(yàn)流程

(1) 樣品制備與裝樣

為了盡可能使每組模擬實(shí)驗(yàn)方案的煤具有一致性，同時(shí)也盡可能保持煤的原始礦物組成結(jié)構(gòu)、有機(jī)質(zhì)賦存狀態(tài)以及孔隙結(jié)構(gòu)等(最佳方案是直接鉆取煤的小巖芯柱，但因存在非均質(zhì)性等問(wèn)題，難以確保每個(gè)溫壓的小巖芯柱一致性)，故將采集的大樣碎至5 mm左右小顆粒，并盡可能充分混勻，縮分成若干份，其中1份樣用于有機(jī)巖石學(xué)、鏡質(zhì)體反射率Ro、熱解等基礎(chǔ)分析，其他樣每份取50 g左右利用裝卸樣品臺(tái)制成直徑為35 mm的煤小巖芯樣品，用于生排油模擬實(shí)驗(yàn)研究。將制備好的煤小巖芯柱放入高溫高壓生烴反應(yīng)系統(tǒng)的樣品室(直徑為38 mm)內(nèi)，樣品室多余的空間用墊片填滿(圖2)。因此，與傳統(tǒng)高壓釜的生烴模擬相比，整個(gè)成烴系統(tǒng)的空間是非常有限的。

表2 煤有限空間生排烴模擬實(shí)驗(yàn)方案

Table 2 Plan of hydrocarbon generation and expulsion simulation for coal under near geological conditions

模擬溫度/℃排油壓力/MPa上覆地層壓力/MPa升溫速率/(℃·min-1)恒溫時(shí)間/h煤樣質(zhì)量/g200233514850.7225274214850.8250314814850.7275426214850.6300497014850.4320588414850.2340659414850.03606810014850.13807811014850.2

圖2 煤有限空間生排烴模擬實(shí)驗(yàn)流程

(2)加溫加壓模擬

加溫加壓模擬過(guò)程涉及生烴反應(yīng)釜的試漏、注水以及施壓(加載上覆地層靜巖壓力)與升溫過(guò)程3個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)具體操作流程詳見(jiàn)文獻(xiàn)[12-14]。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)程中,隨著煤生烴強(qiáng)度的加大,體系內(nèi)流體壓力將不斷升高,當(dāng)流體壓力超過(guò)設(shè)定的排烴壓力5 MPa左右時(shí)，將緩慢開(kāi)啟排烴閥門(圖2)，至生烴反應(yīng)釜體系內(nèi)的流體壓力與外部排烴裝置一致時(shí)再關(guān)閉排烴閥門。

(3)產(chǎn)物收集與定量

模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，模擬產(chǎn)物的收集與定量過(guò)程按有限空間生排烴模擬的有關(guān)流程執(zhí)行，具體見(jiàn)文獻(xiàn)[12-13]。排出模擬煤樣小巖芯柱的油定義為排出油，滯留于模擬煤樣小巖芯柱內(nèi)通過(guò)氯仿抽提獲得的瀝青“A”定義為殘留油，排出油與殘留油之和稱為總油，總油與烴氣之和為總烴。同時(shí)，對(duì)9組生排烴模擬實(shí)驗(yàn)方案的煤固體殘樣進(jìn)行全巖鏡質(zhì)體反射率分析，厘定煤經(jīng)歷不同溫壓作用后的成熟度。

2 模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)上述確定的模擬實(shí)驗(yàn)方案，研究煤樣在不同溫壓條件下(演化至不同成熟度時(shí))的生油與生烴氣、排出油與殘留油(滯留油)產(chǎn)率特征如表3和圖3所示，煤排油百分率、油與烴氣占總烴百分率與熱演化程度關(guān)系如圖4所示。可見(jiàn)，隨著煤熱演化程度的增大(模擬溫度與壓力的增高)，在生油窗內(nèi)煤的生油(生烴氣)、排油與滯留油能力(產(chǎn)率)變化特征等呈現(xiàn)明顯差異的3個(gè)階段。

緩慢生油與生氣、排油效率很低階段(模擬溫度≤250 ℃(Ro≤0.60%))：該階段煤的油產(chǎn)率與烴氣產(chǎn)率均很低，尤其是烴氣產(chǎn)率。隨模擬溫度(成熟度)增高，油和烴氣產(chǎn)率增大緩慢，模擬溫度200 ℃(Ro=0.50%)時(shí)油產(chǎn)率和烴氣產(chǎn)率分別為6.67 kg/tc和0.06 kg/tc，至模擬溫度250 ℃(Ro=0.60%)時(shí)油產(chǎn)率和烴氣產(chǎn)率也僅分別增至19.38 kg/tc和0.40 kg/tc。同時(shí)，該階段煤生烴以生油為主，生油量占總烴量97%以上，并且生成的油主要滯留于煤內(nèi)，排油效率很低僅為3.7%左右。

表3 煤近地質(zhì)條件下生排烴模擬結(jié)果

Table 3 The results of simulation of hydrocarbon generation and expulsion for coal under near geological conditions

模擬溫度/℃排烴壓力力/MPa上覆壓力/MPa成熟度Ro/%排出油產(chǎn)率/(kg·tc-1)殘留油產(chǎn)率/(kg·tc-1)總油產(chǎn)率/(kg·tc-1)烴氣產(chǎn)率/(kg·tc-1)總烴產(chǎn)率/(kg·tc-1)20023350.500.256.426.670.066.7322527420.550.328.288.610.238.8425031480.600.7018.6819.380.4019.7827542620.642.5629.2631.821.0032.8230049700.688.5737.6746.243.4149.6532058840.7535.8040.5076.3015.5991.8934065940.8260.9840.93101.9023.69125.59360681000.9075.2728.45103.7236.57140.29380781101.2686.1516.81102.9658.88161.84

圖3 煤近地質(zhì)條件下生排烴模擬結(jié)果

圖4 煤排油百分率、油與烴氣占總烴百分率與熱演化程度關(guān)系

快速生油、生氣能力相對(duì)增高、有效排油階段(250 ℃<模擬溫度<340 ℃(0.60%

生油能力極低、快速生氣、高效排油階段(340 ℃≤模擬溫度≤380 ℃(0.82≤Ro≤1.26%))：該演化階段煤主要以生烴氣為主，生油能力已很低，并且到生油窗末期少量滯留油開(kāi)始裂解成氣。隨著模擬溫度(成熟度)增高，烴氣產(chǎn)率快速增高，在模擬溫度340 ℃(Ro=0.82%)時(shí)烴氣產(chǎn)率為23.69 kg/tc，至模擬溫度380 ℃(Ro=1.26%)時(shí)烴氣產(chǎn)率增至58.88 kg/tc，而該階段油產(chǎn)率變化很小，均在102.00 kg/tc左右，在模擬溫度360 ℃(Ro=0.90%)時(shí)油產(chǎn)率達(dá)到最大值103.72 kg/tc，至模擬溫度380 ℃(Ro=1.26%)時(shí)油產(chǎn)率稍降低至102.96 kg/tc，說(shuō)明煤在成熟度0.90%時(shí)生油已結(jié)束，從而生油量占總烴量的比率隨成熟度增大而降低，由模擬溫度340 ℃(Ro=0.82%)時(shí)的81.14%降至模擬溫度380 ℃(Ro=1.26%)時(shí)的63.62%，而烴氣占總烴量比率在隨成熟度增大而增高，由模擬溫度340 ℃(Ro=0.82%)時(shí)的18.86%增高至模擬溫度380 ℃(Ro=1.26%)時(shí)的36.38%。同時(shí)，到了該演化階段，煤生成的油可以高效排出，排油效率隨成熟度增高而快速增大，由模擬溫度340 ℃(Ro=0.82%)時(shí)的59.84%增至模擬溫度380 ℃(Ro=1.26%)時(shí)的83.67%。

2.2 結(jié)果討論

為了更好地討論Ⅱ2-Ⅲ過(guò)渡型煤在生油窗內(nèi)以生油為主還是以生氣為主，對(duì)在近地質(zhì)條件下生排油氣模擬實(shí)驗(yàn)獲得的階段生油、生氣產(chǎn)率以及階段生油量占總油量的百分率、階段生氣量占生油窗內(nèi)總烴氣量的百分率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)(表4)。很顯然，在成熟度Ro≤0.82%的各個(gè)演化階段，煤均以生油為主，階段生油產(chǎn)率顯著高于生氣產(chǎn)率，并且在成熟度0.68%≤Ro≤0.82%階段，為煤主生油階段，該階段的生油量占總生油量的53.66%。在成熟度Ro>0.82%的各個(gè)演化階段，煤成烴則均以生氣為主，并且在0.82%

表4 煤近地質(zhì)條件下生烴模擬階段油、烴氣產(chǎn)率

Table 4 Statistical list showing phasic yields of oil and hydrocarbon gas by simulation of hydrocarbon generation and expulsion for coal under near geological conditions

階段模擬溫度/℃階段成熟度Ro/%階段生油產(chǎn)率/(kg·tc-1)階段生油量占總油量比率/%階段生烴氣產(chǎn)率/(kg·tc-1)階段生烴氣量占生油窗內(nèi)總烴氣量比率/%2000.47～0.506.676.430.060.11200～2250.50～0.551.941.870.170.30225～2500.55～0.6010.7710.380.170.30250～2750.60～0.6412.4411.990.601.07275～3000.64～0.6814.4213.902.414.31300～3200.68～0.7530.0628.9812.1821.80320～3400.75～0.8225.624.688.1014.50340～3600.82～0.901.821.7512.8823.05360～3800.90～1.26-0.76022.3139.92

煤成油演化過(guò)程中，生成的油能否有效排出，制約因素復(fù)雜。前人圍繞煤因具有高吸附性、微孔隙性[5]以及高塑性導(dǎo)致的自行封閉性[24-25]，認(rèn)為煤的排油能力十分有限。趙長(zhǎng)毅等[26]對(duì)煤成油的排驅(qū)機(jī)理進(jìn)行了研究，認(rèn)為煤孔隙分布特征決定了烴類賦存狀態(tài)與排驅(qū)難易程度：當(dāng)煤微孔隙發(fā)育時(shí)，烴類多被吸附，不易運(yùn)動(dòng)；反之，當(dāng)煤中大孔發(fā)育時(shí)，烴類易于排出；而有些學(xué)者則認(rèn)為煤中殼質(zhì)組含量對(duì)煤成油起關(guān)鍵作用，殼質(zhì)組在煤中相對(duì)含量不能小于5.0%，否則生油的油無(wú)法有效排出[27,8]，這實(shí)際上是煤生成的油能否滿足煤自吸附的問(wèn)題。本文的模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果(表3和圖4)表明，在熱成熟度≤0.60%演化過(guò)程中，盡管總油產(chǎn)率隨之增大，但排油率均很低穩(wěn)定在3.70%左右，而在煤成熟度達(dá)到0.64%、總油產(chǎn)率達(dá)到31.82 mg/g TOC，排油效率明顯提高到達(dá)8.05%，該結(jié)果與國(guó)外學(xué)者研究認(rèn)為煤成油的有效排出門限為30 mg/g TOC含量相一致[28]。Littke等[29]對(duì)德國(guó)Ruhr地區(qū)某一處位于成熟階段(埋深1 529～1 530 m，Ro=0.92%)的煤層及上覆孔滲良好的砂巖進(jìn)行詳細(xì)研究后認(rèn)為，煤排油效率在46%甚至更高。為了更好分析煤巖的排油能力，對(duì)取自鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組7段的低成熟泥巖烴源巖(成熟度Ro=0.63%,TOC含量2.09%，HI=270 mgHC/gTOC)在與煤巖相同模擬實(shí)驗(yàn)條件的排油效率也進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，以便與煤巖的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖5所示。

可見(jiàn)，在成熟度Ro=0.64%階段，煤巖和泥巖的排油能力相近，煤巖的排油率稍低于泥巖的排油率，而在成熟度Ro>0.64%階段尤其是>0.68%階段，煤巖的排油率顯著高于泥巖的排油率，至成熟度Ro為0.90%和1.26%時(shí)，泥巖的排油率分別僅為24.2%和36.03%，這與李明誠(chéng)[30]通過(guò)對(duì)我國(guó)東部渤海灣盆地各凹陷烴源巖排烴模擬和計(jì)算提出烴源巖的排油率一般為25%～40%相近，而煤巖的排油率則分別高達(dá)72.57%和83.67%。盡管該結(jié)果與實(shí)際地質(zhì)條件下的排油率會(huì)存在一定差異，但在主生油窗內(nèi)煤巖的排油能力優(yōu)于泥質(zhì)烴源巖顯然不容置疑。這除了與煤巖在單位體積內(nèi)生成的石油量高于優(yōu)質(zhì)的泥質(zhì)烴源巖而更易達(dá)到獨(dú)立油相運(yùn)移的門限[5,31]以及低階煤具有相對(duì)高的滲透率和孔隙度[32]，并且煤熱裂解過(guò)程中可有效形成孔隙裂隙系統(tǒng)[33]外，還應(yīng)該與煤巖在主生油窗內(nèi)的烴氣和二氧化碳產(chǎn)率顯著高于泥巖的烴氣和二氧化碳產(chǎn)率有關(guān)。由表5可見(jiàn)，盡管在相同的熱成熟度下，煤的油產(chǎn)率遠(yuǎn)低于泥巖的油產(chǎn)率，但其烴氣和二氧化碳產(chǎn)率則顯著高于泥巖的烴氣和二氧化碳產(chǎn)率，相對(duì)高的伴生烴氣和二氧化碳產(chǎn)率必然導(dǎo)致煤成油更易排出、運(yùn)移。因此，煤在主生油窗內(nèi)具有相對(duì)高的烴氣和二氧化碳產(chǎn)率應(yīng)是造成Ⅱ2-Ⅲ過(guò)渡型煤生成的油可以高效排油的重要因素。

圖5 煤巖與泥巖不同熱演化階段排油率對(duì)比

表5 煤與泥巖近地質(zhì)條件下生排油模擬過(guò)程中油、二氧化碳、烴氣產(chǎn)率以及排油效率對(duì)比

注：“/”表示因泥巖樣品的成熟度Ro=0.63%，樣品未開(kāi)展成熟度Ro達(dá)到0.50%,0.55%和0.60%的生排油模擬，故該3個(gè)成熟度下的CO2產(chǎn)率、烴氣產(chǎn)率、總油產(chǎn)率和排油率未知。

3 結(jié) 論

(1)生油窗內(nèi)，在煤成熟度Ro≤0.82%的各個(gè)演化階段，煤均以生油為主，階段生油產(chǎn)率顯著高于生氣產(chǎn)率，成熟度0.68≤Ro≤0.82%階段，為煤主生油階段，該階段的生油量占總生油量的53.66%；在成熟度Ro>0.82%的各個(gè)演化階段，煤均以生氣為主。

(2)典型Ⅱ2-Ⅲ過(guò)渡型褐煤不僅可以生油，當(dāng)總油產(chǎn)率達(dá)到30 mg/g TOC左右時(shí)就可以有效排油，主生油窗內(nèi)煤巖的排油能力優(yōu)于泥質(zhì)烴源巖，這除了與煤巖在單位體積內(nèi)生成的石油量高于優(yōu)質(zhì)的泥質(zhì)烴源巖而更易達(dá)到獨(dú)立油相運(yùn)移的門限以及低階煤具有相對(duì)高的滲透率和孔隙度，并且煤熱裂解過(guò)程中可有效形成孔隙裂隙系統(tǒng)外，還應(yīng)該與煤巖在主生油窗內(nèi)的烴氣產(chǎn)率和二氧化碳產(chǎn)率顯著高于泥質(zhì)烴源巖的烴氣和二氧化碳產(chǎn)率有關(guān)。

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Simulation of hydrocarbon generation and expulsion for brown coal with transitional organic matter type Ⅱ2-Ⅲ under near geological conditions

LI Zhi-ming1,2,3,RUI Xiao-qing1,2,3,XU Er-she1,2,3,YANG Zhen-heng1,2,3，MA Zhong-liang1,2,3,ZHENG Lun-ju1,2,3,ZHAI Chang-bo1

(1.WuxiResearchInstituteofPetroleumGeology,RIPEP,SINOPEC,Wuxi214126,China;2.StateKeyLaboratoryofShaleOilandGasEnrichmentMechanismsandEffectiveDevelopment,Wuxi214126,China;3.SINOPECKeyLaboratoryofPetroleumAccumulationMechanisms,Wuxi214126,China)

The potential of oil generation and expulsion within the oil-window of coal as a kind of source rocks with high rich-organic matter is controversial for a long time.Study on the simulation of hydrocarbon generation and expulsion for an immature typical brown coal with transitional organic matter type Ⅱ2-Ⅲ in confined system,under the conditions of water existing,different temperature,overburden and internal fluid pressure,was carried out,using DK-Ⅱhydrocarbon generation and expulsion simulation experimental instrument.The results of simulation experiment show that coal mainly generates oil at each evolution stage of the maturityRo≤0.82%,and the yield of generation oil is obvious higher than the yield of generation hydrocarbon gas,the main oil generation stage of coal is at 0.68≤Ro≤0.82%,the percentage of episodic quantity of generated oil to total oil is 53.66%;and coal mainly generates hydrocarbon gas at each evolution stage of the maturityRo>0.82%.Coal not only can generate oil,but also can expel oil with high efficiency when the oil yield reaches about 30 mg/g TOC,the percentage of expulsion oil of coal is obvious higher than the percentage of expulsion of mudstone within main oil-window.The yields of hydrocarbon gas and CO2of coal is obvious higher than the yields of hydrocarbon gas and CO2of mudstone within main oil-window.This may be an important factor causing coal with higher expulsion oil efficiency.

brown coal；transitional organic matter type Ⅱ2-Ⅲ;simulation of oil generation and expulsion;thermal maturity;under near geological conditions

10.13225/j.cnki.jccs.2016.0566

2016-04-29

2016-08-24責(zé)任編輯:韓晉平

中國(guó)石油化工股份有限公司科技開(kāi)發(fā)部資助項(xiàng)目(P14157)；國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973) 資助項(xiàng)目(2014CB239101)

李志明(1968—)，男，上海南匯人，研究員，博士。Tel:0510-83207316,E-mail:lizm.syky@sinopec.com

TQ531

A

0253-9993(2017)01-0249-08

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