頁(yè)巖油可流動(dòng)性研究中原油族組分分析的應(yīng)用

羅麗榮，馬 軍，楊偉偉，吳 凱，劉 飛，李善鵬

(1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，陜西 西安 710018；2.低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710018)

近年來(lái)，頁(yè)巖油和頁(yè)巖氣成為全球非常規(guī)油氣勘探開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。目前北美地區(qū)頁(yè)巖油的勘探與開(kāi)發(fā)已取得成功，在我國(guó)渤海灣、鄂爾多斯、松遼、南襄等多個(gè)中新生代陸相湖盆中，也已不同程度地獲得了工業(yè)頁(yè)巖油流，顯示出良好的勘探開(kāi)發(fā)前景[1-4]。鄂爾多斯盆地是一個(gè)多旋回沉積型克拉通類(lèi)含油氣盆地，也是我國(guó)第二大沉積盆地。中生界上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組由上到下劃分為長(zhǎng)1到長(zhǎng)10共10個(gè)層段，主要為河流—湖泊沉積相，其中湖盆全盛期沉積的長(zhǎng)7段發(fā)育了一套富含有機(jī)質(zhì)、巖性為黑色泥頁(yè)巖的優(yōu)質(zhì)油源巖，可以將頁(yè)巖油定義為長(zhǎng)7段湖相頁(yè)巖層內(nèi)的油氣聚集，儲(chǔ)集層以黑色富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖為主，同時(shí)包括不能單獨(dú)作為油藏單元開(kāi)發(fā)的單個(gè)或多個(gè)薄砂巖夾層，屬典型的源內(nèi)油藏[5，6]。一般認(rèn)為，頁(yè)巖油主要以吸附態(tài)或游離態(tài)形式賦存，少量為溶解態(tài)(或互溶態(tài))。儲(chǔ)集于頁(yè)巖中的吸附態(tài)和游離態(tài)頁(yè)巖油是潛在可動(dòng)、可采的，與有機(jī)質(zhì)互溶的溶解態(tài)頁(yè)巖油幾乎不可動(dòng)，難以開(kāi)采；但在當(dāng)前技術(shù)條件下，游離態(tài)頁(yè)巖油是最具有可采性的部分[7-11]。目前鄂爾多斯盆地頁(yè)巖油藏的勘探開(kāi)發(fā)處于初級(jí)階段，受頁(yè)巖層系非均質(zhì)性影響，頁(yè)巖油的可流動(dòng)性難以預(yù)測(cè)。以往的研究表明長(zhǎng)7段頁(yè)巖油屬偏輕質(zhì)原油，輕質(zhì)組份與飽和烴含量高、瀝青質(zhì)極低，具有低密度、低黏度、低含硫、低凝固點(diǎn)的特點(diǎn)?？闪鲃?dòng)性較強(qiáng)的頁(yè)巖油往往以游離態(tài)為主，而難以流動(dòng)的頁(yè)巖油中吸附態(tài)比例較高。長(zhǎng)7油頁(yè)巖的可溶有機(jī)質(zhì)族組分分析顯示其非烴與瀝青質(zhì)含量高，因而其可溶有機(jī)質(zhì)流動(dòng)性差[12，13]。

為了厘清鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7泥頁(yè)巖中高含量的瀝青質(zhì)組分對(duì)長(zhǎng)7頁(yè)巖油可流動(dòng)性的影響，設(shè)計(jì)了頁(yè)巖油與過(guò)量瀝青質(zhì)的溶解試驗(yàn)，利用原油族組分分析檢測(cè)試驗(yàn)前后頁(yè)巖油中瀝青質(zhì)的百分含量，分析頁(yè)巖油與泥頁(yè)巖中瀝青質(zhì)溶解作用的強(qiáng)弱，進(jìn)一步判斷泥頁(yè)巖中高含量瀝青質(zhì)對(duì)頁(yè)巖油可流動(dòng)性的影響，并獲得初步認(rèn)識(shí)和結(jié)論。

1 試驗(yàn)原理

巖石中可溶有機(jī)物及原油族組分分析是石油地質(zhì)研究中的重要項(xiàng)目，也是研究石油成因、演化、運(yùn)移、聚集理論的基礎(chǔ)，能夠?qū)κ椭兄?、輕有機(jī)質(zhì)進(jìn)行描述。依據(jù)原油族組分分析的原理，試樣中的瀝青質(zhì)可以用正己烷沉淀析出，飽和烴、芳烴、非烴的混合物可以溶解在正己烷中，從而可以將瀝青質(zhì)與其他3種組分分離，待瀝青質(zhì)晾干后，可以計(jì)算其在頁(yè)巖油中的百分含量。

2 試驗(yàn)方法

首先選取M78井長(zhǎng)7段頁(yè)巖油樣品，C91井長(zhǎng)71暗色泥巖、L231井長(zhǎng)73黑色頁(yè)巖氯仿瀝青“A”抽提物中的瀝青質(zhì)組分進(jìn)行溶解試驗(yàn)。然后將進(jìn)行一段時(shí)間溶解試驗(yàn)后的頁(yè)巖油樣品與泥頁(yè)巖的瀝青質(zhì)分離，之后稱取一定量試驗(yàn)后頁(yè)巖油樣品并利用族組分分析檢測(cè)頁(yè)巖油樣品中瀝青質(zhì)的百分含量，比較試驗(yàn)前后，頁(yè)巖油樣品中瀝青質(zhì)百分含量的變化，判斷頁(yè)巖油與泥頁(yè)巖中瀝青質(zhì)溶解作用的強(qiáng)弱，從而分析泥頁(yè)巖中高含量的瀝青質(zhì)對(duì)頁(yè)巖油在儲(chǔ)層中可流動(dòng)性的影響?？紤]到試驗(yàn)時(shí)間對(duì)溶解作用的影響，將頁(yè)巖油與過(guò)量瀝青質(zhì)混合不同時(shí)間后，測(cè)定頁(yè)巖油中瀝青質(zhì)百分含量，并評(píng)價(jià)時(shí)間對(duì)頁(yè)巖油溶解瀝青質(zhì)的影響。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 溶解試驗(yàn)時(shí)間為7 d

將M78井長(zhǎng)7段的頁(yè)巖油樣品與C91井長(zhǎng)71暗色泥巖(1號(hào)、2號(hào))氯仿瀝青A抽提物中的瀝青質(zhì)混合，進(jìn)行溶解試驗(yàn)，試驗(yàn)中瀝青質(zhì)是過(guò)量的。取一定量溶解試驗(yàn)后的原油樣品，進(jìn)行族組分分析，檢測(cè)瀝青質(zhì)的百分含量，與溶解試驗(yàn)前原油的瀝青質(zhì)族組分結(jié)果(0.68%)進(jìn)行對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。在原油族組分實(shí)驗(yàn)中，一些未溶解的瀝青質(zhì)顆?；烊耄瑫?huì)影響瀝青質(zhì)含量分析結(jié)果(2號(hào))，造成分析結(jié)果偏高，在后續(xù)的試驗(yàn)中，要盡量避免瀝青質(zhì)顆粒的混入，以確保分析結(jié)果的真實(shí)可靠。

表1 溶解試驗(yàn)時(shí)間為7 d的原油族組分結(jié)果

3.2 溶解試驗(yàn)時(shí)間為14 d

同3.1采取同樣的試驗(yàn)方法，將M78井長(zhǎng)7段的頁(yè)巖油樣品分別與C91井長(zhǎng)71暗色泥巖(樣品編號(hào)為1、2、3號(hào))，L231井長(zhǎng)73黑色頁(yè)巖(樣品編號(hào)為4、5、6號(hào))的氯仿瀝青“A”抽提物中的瀝青質(zhì)混合，進(jìn)行溶解試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)間延長(zhǎng)為14 d，并檢測(cè)瀝青質(zhì)百分含量。在此次試驗(yàn)中用5 mL玻璃注射器吸取原油樣品，將原油樣品與過(guò)量的瀝青質(zhì)分離，這樣可以減少瀝青質(zhì)懸浮顆粒對(duì)瀝青質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果的干擾。

表2 溶解試驗(yàn)時(shí)間為14 d的原油族組分結(jié)果

3.3 溶解試驗(yàn)時(shí)間為21 d

為了進(jìn)一步考察時(shí)間對(duì)頁(yè)巖油溶解瀝青質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，將試驗(yàn)3.1后的1～6號(hào)樣品放置21 d后，檢測(cè)瀝青質(zhì)的百分含量。本次試驗(yàn)最大程度的避免瀝青質(zhì)顆粒的混入并增加待檢測(cè)原油樣品質(zhì)量，從而提高分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。

表3 溶解試驗(yàn)時(shí)間為21 d的原油族組分結(jié)果

4 認(rèn)識(shí)與討論

4.1 時(shí)間對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響

分別將頁(yè)巖油與瀝青質(zhì)混合7 d，14 d，21 d，試驗(yàn)結(jié)果表明，頁(yè)巖油中瀝青質(zhì)百分含量與反應(yīng)時(shí)間未呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系，因此，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間不會(huì)顯著影響試驗(yàn)結(jié)果。只要保證原油與瀝青質(zhì)能夠有充分的溶解時(shí)間，就可以滿足分析要求。反應(yīng)時(shí)間為7 d或者更短，可以滿足溶解試驗(yàn)的需求。

4.2 樣品中未溶解瀝青顆粒與樣品量對(duì)分析結(jié)果的影響

在試驗(yàn)3.1中，直接用玻璃棒沾取一定量溶解試驗(yàn)后原油樣品進(jìn)行族組分試驗(yàn)，分析結(jié)果顯示表1瀝青質(zhì)含量(2.45%～6.09%)明顯高于溶解試驗(yàn)前原油瀝青質(zhì)含量(0.68%)，在試驗(yàn)中觀察到原油樣品中混入少量未溶解的瀝青質(zhì)顆粒，在后續(xù)的試驗(yàn)3.2中，用5 mL玻璃注射器移取樣品，盡量避免未溶解瀝青質(zhì)顆粒對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。試驗(yàn)結(jié)果顯示，瀝青質(zhì)含量部分降低，但3、4、6號(hào)樣品的結(jié)果與1、2、5號(hào)樣品的分析結(jié)果差異明顯，試驗(yàn)3.3中將樣品量由30 mg左右增加至100 mg左右，試驗(yàn)結(jié)果顯示(表3)，瀝青質(zhì)含量都在2%以內(nèi)，1～6#樣品，試驗(yàn)結(jié)果間依然有差異，但明顯減小了瀝青質(zhì)顆粒物的影響，部分原油樣品的分析結(jié)果甚至小于溶解試驗(yàn)前同一原油樣品的分析結(jié)果，這可能是由于樣品與瀝青質(zhì)互溶的非均質(zhì)性造成的。

4.3 長(zhǎng)7泥頁(yè)巖中的瀝青質(zhì)對(duì)儲(chǔ)層中頁(yè)巖油流動(dòng)性的影響

有機(jī)地球化學(xué)資料分析表明，長(zhǎng)7頁(yè)巖油，輕質(zhì)組份與飽和烴含量高、瀝青質(zhì)極低，原油性質(zhì)好(表4)，目前采出的頁(yè)巖油以游離烴為主，主要賦存于頁(yè)巖的微孔(裂)隙中。長(zhǎng)7暗色泥巖的瀝青“A”族組成性質(zhì)具有烴類(lèi)組分含量高的特點(diǎn)，飽和烴與芳烴百分含量之和為70.0%～92.1%，飽/芳比值為2.35～11.04。而黑色頁(yè)巖的烴類(lèi)組分含量(33.23%～65.81%)和飽/芳比值(0.73～1.93)明顯低于暗色泥巖，因此，暗色泥巖的瀝青“A”族組成性質(zhì)明顯好于黑色頁(yè)巖，其可溶有機(jī)質(zhì)具有一定的流動(dòng)性。長(zhǎng)7黑色頁(yè)巖中非烴類(lèi)組分含量高，直接流動(dòng)困難，高含量的瀝青質(zhì)有可能會(huì)影響儲(chǔ)層中頁(yè)巖油的流動(dòng)性。頁(yè)巖油溶解長(zhǎng)7泥頁(yè)巖瀝青質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果顯示，頁(yè)巖油溶解瀝青質(zhì)的能力有限，試驗(yàn)前后頁(yè)巖油中瀝青質(zhì)百分含量并未發(fā)生明顯變化(見(jiàn)表3)，長(zhǎng)7頁(yè)巖中高含量的瀝青質(zhì)未顯著影響頁(yè)巖油在儲(chǔ)層中的流動(dòng)性。

表4 頁(yè)巖油族組成特征與物性

5 結(jié)論

原油族組分分析，以往被用于烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)、判斷各類(lèi)烴源巖界限、不同沉積環(huán)境可溶有機(jī)物組分的變化。本文將原油族組分分析應(yīng)用于頁(yè)巖油可流動(dòng)性研究，將鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7段頁(yè)巖油與泥頁(yè)巖氯仿瀝青A抽提物中的瀝青質(zhì)進(jìn)行不同時(shí)間的溶解試驗(yàn)，檢測(cè)溶解試驗(yàn)后原油中瀝青質(zhì)的百分含量。研究結(jié)果顯示在溶解試驗(yàn)后，頁(yè)巖油中瀝青質(zhì)的百分含量并未發(fā)生顯著變化，長(zhǎng)7頁(yè)巖油儲(chǔ)層中原油溶解瀝青質(zhì)的能力有限。初步判斷頁(yè)層中較高含量的瀝青質(zhì)主要以吸附態(tài)賦存與干酪根中，而頁(yè)巖孔(裂)隙中則可能以流動(dòng)性較好的輕質(zhì)原油為主，頁(yè)巖中高含量的瀝青質(zhì)不會(huì)顯著影響頁(yè)巖油的可流動(dòng)性。試驗(yàn)結(jié)果為尚處于勘探開(kāi)發(fā)初級(jí)階段頁(yè)巖油的可動(dòng)性分析提供了一定的理論支持。然而，該試驗(yàn)分析只是從一個(gè)方面顯示泥頁(yè)巖中高含量瀝青質(zhì)與長(zhǎng)7段頁(yè)巖油未發(fā)生明顯的互溶作用，但要系統(tǒng)的研究長(zhǎng)7段儲(chǔ)層中頁(yè)巖油的可流動(dòng)性還需要結(jié)合其他的技術(shù)進(jìn)行綜合判斷。