湖相页岩油黏度预测及干酪根化学结构变化

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页岩油的黏度预测对于页岩油可动性评价具有重要意义。热演化过程中,烃源岩生成的油气成分组成对页岩油的黏度影响很大,而油气组分受有机岩相及成熟度控制。本文利用黄金管高温高压模拟生烃体系,模拟湖相成因茂名油页岩Ⅰ型干酪根、茂名油页岩Ⅱ型干酪根及吐鲁番盆地西山窑组Ⅲ型煤样在Easy%Ro0.60-1.60之间的热解生烃特征,结合前人建立的黏度公式,从有机地球化学角度对三种类型的湖相成因干酪根生成原油的黏度进行了预测,另外对生烃后的茂名油页岩Ⅰ型干酪根残渣进行了13C DP/MAS核磁共振定量分析、Rock-Eval热解及元素分析,对茂名油页岩Ⅰ型干酪根生烃后残渣结构变化进行了研究。本次工作主要认识如下:  (1)三个类型干酪根在热模拟成熟度区间Ⅰ型干酪根生油、生气产率均远远超过Ⅱ、Ⅲ型干酪根,Ⅲ型干酪根的生烃产率最小。随成熟度增加,热解气态烃的干燥系数均呈现先减小后增大的趋势,干燥系数最小值对应的成熟度分别为Easy%Ro1.10、Easy%Ro1.05和Easy%Ro1.00。Ⅰ型干酪根的轻烃产率在Easy%Ro1.60时仍在快速增长,Ⅱ型干酪根轻烃产率到Easy%Ro1.60时增速变缓,但还未达到最大产率,Ⅲ型干酪根在Easy%Ro1.40时达到最大产率,之后产率开始下降,即裂解速率超过生成速率,说明C14+组分二次裂解生成C6-C14的同时,也有C1-5小分子烃类生成。  (2)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型干酪根分别在Easy%Ro0.95、Easy%Ro0.85和Easy%Ro1.05时达到C14+最大产率。沥青、非烃及芳烃产率也均为Ⅱ型干酪根最先达到最大产率,Ⅰ型干酪根次之,Ⅲ型最晚。三个类型干酪根饱和烃产率同时在Easy%Ro1.30左右达到最大产率。不论干酪根类型,各组分中沥青、非烃首先达到最大产率,其次为芳烃,饱和烃达到最大产率所处的成熟度最高。  (3)假设页岩油产出地层的地层温度为100℃,地层压力为35MPa,并且超过所产油气流体的饱和压力,且按照已有文献所述如果气体质量分数超过原油质量的28%时沥青组分会全部沉降,在此条件下,如果干酪根热解生成的CO2不参与运移,则在Easy%Ro0.60-1.60之间,所有类型干酪根生成原油黏度随成熟度增大而降低,相同成熟度条件下Ⅰ型干酪根生成原油黏度最高,Ⅲ型黏度最低。如果在地层条件下,低于20mPa·s的页岩油易于开采,则Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型干酪根成熟度分别达到Easy%Ro1.40、Easy%Ro1.05和Easy%Ro1.10时才会有易于开采的页岩油产出;如果干酪根热解生成的CO2全部参与油气运移,则会大大降低原油黏度,Ⅰ型干酪根生原油的可采成熟度范围分别扩大到Easy%Ro1.05、1.10-1.60,Ⅱ、Ⅲ型干酪根在Easy%Ro0.60-1.60整个成熟度区间可采。CO2在烃源岩孔隙内是否沉降是控制湖相烃源岩页岩油流动性评价的一个重要因素。  (4)在Easy%Ro0.60-1.60区间,Ⅰ型干酪根芳碳率与成熟度存在非线性三段式正相关关系,在Easy%Ro0.80-0.90区间,芳碳率陡然增大。Easy%Ro0.95之前脂链断裂是芳碳率增大的主要原因,Easy%Ro0.95之后,C14+组分芳构化加入到干酪根结构中,是芳碳率增大的主要原因。  (5)建立了未成熟的茂名油页岩干酪根及生油窗成熟度范围内4个干酪根的结构模型,旨在提供热演化过程可视化的干酪根结构变化。茂名油页岩Ⅰ型干酪根在Easy%Ro0.80-0.90和Easy%Ro1.15-1.25之间出现两次结构跃变,对应生油高峰期及生油窗末期。在生油高峰前干酪根结构中小的芳核单元断裂造成基本单元平均大小持续增大,生油高峰后干酪根基本结构单元大小不再发生变化,而芳核单元的个数增加。新的芳核单元通过零质量联芳桥键连接,这种连接方式可产生很多纳米孔隙。生油高峰前,脂链及芳环均有从干酪根结构中断裂出来参与生烃,干酪根生烃潜力的主要贡献来自亚甲基的断裂,甲基在生油窗内对生烃贡献不大。  (6)干酪根芳碳率均随成熟度的增加而增大,但不同类型干酪根的芳碳率的增长模式不同。未成熟阶段,芳碳率可以用来区分干酪根类型;生烃高峰之前,芳碳率随热成熟度增加而显著增加,可以用来指示成熟度,但与Ro关系要因类型而异;生烃高峰之后,不同干酪根的芳碳率演化趋于一致,若用来指示成熟度则对NMR测试精度要求较高。若要得到精确的成熟度数据,最好建立研究区相关类型干酪根的芳碳率热演化曲线。
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