不同因素對(duì)生烴模擬實(shí)驗(yàn)的影響

關(guān)瑞

（西安石油大學(xué)，吉林松原710065）

生烴熱模擬實(shí)驗(yàn)是目前廣泛應(yīng)用的烴源巖成烴潛力與資源評(píng)價(jià)的重要手段，主要應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室，可采用全巖、干酪根、瀝青等作為實(shí)驗(yàn)材料[1]，再現(xiàn)地質(zhì)過(guò)程中有機(jī)質(zhì)的演化過(guò)程。從實(shí)驗(yàn)的提出到現(xiàn)在，前人做出了大量的研究和改進(jìn)，將實(shí)驗(yàn)的體系根據(jù)封閉的程度分為3 類(lèi)：開(kāi)放體系、封閉體系和半開(kāi)放體系。相同的實(shí)驗(yàn)裝置可模擬不同的地質(zhì)條件和不同的研究目的，依據(jù)地層狀態(tài)下頁(yè)巖或烴源巖成烴特征選取合適的模擬實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)于頁(yè)巖生烴模擬，不同學(xué)者出于不同的研究目的，三種實(shí)驗(yàn)裝置體系均有采用。

生烴模擬實(shí)驗(yàn)主要依據(jù)干酪根熱降解成烴原理和有機(jī)質(zhì)熱演化的時(shí)間-溫度補(bǔ)償原理，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中影響結(jié)果的因素較多，所以總結(jié)前人的實(shí)驗(yàn)條件和結(jié)果以及分析各個(gè)因素對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響對(duì)研究烴源巖的生烴過(guò)程有重要的意義。

1 生烴模擬實(shí)驗(yàn)的不同影響因素

生烴模擬實(shí)驗(yàn)中，不同因素對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果有不同的影響。在烴源巖生烴的過(guò)程中，烴源巖中有機(jī)質(zhì)或干酪根形成油氣是一個(gè)非常復(fù)雜的變化，會(huì)受地層溫度、時(shí)間、壓力、空間和一些物質(zhì)條件等因素的綜合影響。

根據(jù)油氣有機(jī)成因理論及早期研究人員[2]分析指出，泥頁(yè)巖中熱解成因氣的形成有3 個(gè)途徑：干酪根分解成氣體和瀝青；瀝青再次分解為液態(tài)油和氣體；最后油二次裂解為氣、高含碳量的焦炭或?yàn)r青殘留物。因此，模擬實(shí)驗(yàn)樣品往往為低成熟度的頁(yè)巖或者分離的干酪根。孫麗娜等[3]通過(guò)對(duì)于遼河盆地中的碳質(zhì)泥巖通過(guò)WYMN－3 型高溫高壓模擬儀進(jìn)行了控溫和控壓2 個(gè)系列的模擬實(shí)驗(yàn)，探究了相同壓力下不同溫度和不同壓力不同溫度時(shí)排烴情況，對(duì)鄂爾多斯盆地中油頁(yè)巖進(jìn)行不同溫度下的模擬實(shí)驗(yàn)和不同產(chǎn)物分析[4]，并總結(jié)了在前人的實(shí)驗(yàn)中水的影響[5]；馬中良等[6]通過(guò)對(duì)于同一樣品的有限空間和常規(guī)高壓釜加水的對(duì)比實(shí)驗(yàn)探究空間對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。

2 不同影響因素的生烴模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與討論

2.1 溫度

根據(jù)孫麗娜等[3]的實(shí)驗(yàn)，對(duì)鄂爾多斯盆地中油頁(yè) 巖 樣 品 從250℃、300℃、350℃、375℃、400℃、450℃和500℃7 個(gè)溫度點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在250～300℃時(shí)，排出油、洗出油和殘留油的產(chǎn)率無(wú)明顯變化，其中洗出油的產(chǎn)率接近0，隨溫度變化也無(wú)明顯變化；在300～350℃階段，排出油產(chǎn)率有少量增加，洗出油和殘留油產(chǎn)率極速增加，并同時(shí)在350℃時(shí)出現(xiàn)峰值；從350～500℃階段，三種產(chǎn)物產(chǎn)率均開(kāi)始下降，在375℃前呈極速下降趨勢(shì)，375℃后開(kāi)始緩慢下降，其中洗出油產(chǎn)率在400℃開(kāi)始接近于0，殘留油在400～450℃階段出現(xiàn)少量增加，而后下降，趨近于0。在溫度低時(shí)，烴源巖處于未成熟階段，總油產(chǎn)率來(lái)自于殘留油，而到了高溫階段則來(lái)自于排出油。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)三種產(chǎn)物都是由產(chǎn)率不變到極速增加最后到下降的模式，而且對(duì)三種產(chǎn)物對(duì)比發(fā)現(xiàn)，排出油的產(chǎn)率峰值高于殘留油產(chǎn)物峰值，由此推測(cè)，液態(tài)烴在初次運(yùn)移后會(huì)有短暫停留，而后才會(huì)裂解并產(chǎn)生二次運(yùn)移。

2.2 壓力

通過(guò)對(duì)于遼河盆地中碳質(zhì)泥巖樣品在350℃、400℃、450℃、500℃、520℃和540℃的不同溫度下，進(jìn)行控壓實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，在400℃前，壓力對(duì)排出油產(chǎn)量無(wú)明顯影響，在400℃后，排出油產(chǎn)量較不控壓樣品明顯提高，在520℃時(shí)達(dá)到峰值，而后下降；不控壓樣品的殘留油產(chǎn)量呈先上升趨勢(shì)，在400℃達(dá)到峰值，而后開(kāi)始下降。而控壓樣品的殘留油產(chǎn)量在350℃時(shí)最大，而后開(kāi)始持續(xù)下降，在450℃時(shí)開(kāi)始趨近于0；總油產(chǎn)量在不控壓時(shí)，在400℃前呈上升趨勢(shì)，而后開(kāi)始下降，在500℃時(shí)近似0，而后上升，在520℃時(shí)達(dá)到峰值后開(kāi)始下降。而控壓時(shí)，總油產(chǎn)量先開(kāi)始下降，在400℃后開(kāi)始上升，同樣在520℃時(shí)達(dá)到峰值后開(kāi)始下降。結(jié)果顯示，烴源巖排烴主要是受到溫度影響，壓力只是對(duì)烴源巖中殘留油的排出起到了促進(jìn)的作用。

2.3 水

孫麗娜等[4]通過(guò)對(duì)前人的大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)水在生烴模擬實(shí)驗(yàn)中起到至關(guān)重要的作用。其中，Lewan 對(duì)于Woodford 頁(yè)巖進(jìn)行了不同溫度下的有無(wú)水的實(shí)驗(yàn)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在無(wú)水的情況下，無(wú)論溫度怎么變化，排出油率一直為0，保持不變，且總產(chǎn)物在低溫度時(shí)較高，而在加水的情況下，瀝青質(zhì)含量明顯減少，氣態(tài)產(chǎn)物和排出油量隨著溫度的升高而逐漸增加，總產(chǎn)物也隨著溫度的升高而不斷增多，在溫度為350℃時(shí)，有水狀態(tài)下的總產(chǎn)物量為無(wú)水狀態(tài)下的2 倍多。不僅是否有水會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)有影響，加水量的多少也同樣重要。Lewan通過(guò)對(duì)于加水量不同的對(duì)比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在加水量為樣品重量的20%～50%時(shí)，排出油產(chǎn)率、殘留油產(chǎn)率、總油產(chǎn)率、總汀產(chǎn)率都在升高，而氣態(tài)烴產(chǎn)率無(wú)明顯變化，在加水量大于樣品重量75%以上時(shí)，反而對(duì)烴源巖生烴有了抑制作用。

2.4 空間

馬中良等[6]為了探究生烴空間與生烴熱模擬實(shí)驗(yàn)之間的關(guān)系，通過(guò)對(duì)相同的灰色泥巖樣品進(jìn)行了烴源巖有限空間和常規(guī)高壓釜兩種對(duì)比模擬實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物的分析發(fā)現(xiàn)，兩種狀態(tài)下，氣態(tài)產(chǎn)物和液態(tài)烴的產(chǎn)物和產(chǎn)率均不同。有限空間中的氣態(tài)產(chǎn)物產(chǎn)率均小于常規(guī)高壓釜中氣態(tài)產(chǎn)物產(chǎn)率，同時(shí)，在有限空間中，重?zé)N裂解為甲烷的溫度為450℃，高于常規(guī)高壓釜的425℃。二液態(tài)產(chǎn)物，在低成熟度階段時(shí)，兩者趨勢(shì)相近，總油產(chǎn)率也基本相同，在高成熟度階段以及425℃時(shí)，常規(guī)高壓釜中重油開(kāi)始向烴氣轉(zhuǎn)化，而在有限空間條件下，仍有大量油存在，可能是由于有限空間中，孔隙間流體壓力較大，抑制了油向氣的轉(zhuǎn)化。在產(chǎn)率上，有限空間條件下的排出油產(chǎn)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)高壓釜中排出油產(chǎn)率，原因是由于在常規(guī)高壓釜中，空間較大，水以水蒸氣形式存在，參與排烴作用大大減小，而在有限空間中，油隨著液態(tài)水在高溫高壓的作用下大量排出。

3 結(jié)論

1）對(duì)于烴源巖的生烴模擬實(shí)驗(yàn)的影響因素有很多，其中最主要的就是溫度，溫度直接影響烴源巖的成熟度，在不同溫度下，烴源巖排烴的產(chǎn)物和產(chǎn)率有極大的變化。

2）壓力對(duì)于烴源巖生烴無(wú)明顯影響，主要是對(duì)于排烴有積極影響。

3）水同溫度一樣，直接作用于烴源巖生烴過(guò)程，在有水且含水量不高于樣品的50%時(shí)，水對(duì)生烴作用有積極影響，含水量高于50%時(shí)，會(huì)抑制烴源巖生烴。

4）空間的大小主要影響液態(tài)產(chǎn)物裂解為氣態(tài)產(chǎn)物，同時(shí)，在有限空間的前提下會(huì)有利于烴源巖的排烴。