柳 波，劉 陽，劉 巖，賀君玲，高逸飛，王浩力，范 晶，付曉飛

(1.東北石油大學(xué) “陸相頁巖油氣成藏及高效開發(fā)”教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶 163318；2.長江大學(xué) 錄井技術(shù)與工程研究院，湖北 荊州 434023；3.中國石油 吉林油田分公司，吉林 松原 138000；4.中國石油 大慶油田分公司，黑龍江 大慶 163000)

近年來，全球的常規(guī)油氣開發(fā)進(jìn)入穩(wěn)定階段，非常規(guī)油氣進(jìn)入快速發(fā)展階段[1-5]。隨著“頁巖油”從狹義擴(kuò)展到廣義，開發(fā)技術(shù)的突破撬動(dòng)了全球油價(jià)，更改了石油供需格局，使得頁巖油成為非常規(guī)油氣研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。由于開發(fā)方式的不同，頁巖油按其母質(zhì)頁巖所處的成熟階段，可分為低熟頁巖油和成熟頁巖油[6]。低熟頁巖油具有可動(dòng)油比例低、油質(zhì)稠以及常規(guī)技術(shù)難改造等特征，需要進(jìn)行改質(zhì)才具有開采價(jià)值，傳統(tǒng)的改質(zhì)方法分為地上干餾和地下干餾兩種方式[7]。地上干餾技術(shù)雖然較成熟，但對于頁巖來說具有很多難以避免的缺陷，如成本高、利用率低、污染大等；而地下干餾也被稱為原位開采，是指直接對埋藏在地下的低成熟富有機(jī)質(zhì)頁巖進(jìn)行加熱，將頁巖中有機(jī)質(zhì)熱裂解生成的油氣直接導(dǎo)出，冷凝得到頁巖油氣。1980年起，美國殼牌公司Houston R & D研究中心開始研究地下轉(zhuǎn)化工藝技術(shù)(In-situ Conversion Process，ICP)，被認(rèn)為是目前最為成熟的油頁巖原位開采技術(shù)之一[8]。ICP的原理是利用井下電加熱器，將熱量傳遞給地下的低熟富有機(jī)質(zhì)頁巖層，使干酪根受熱裂解轉(zhuǎn)化為油氣資源，并通過抽汲至地面進(jìn)行開采。

中國頁巖油資源豐富，分布廣泛，折合探明儲(chǔ)量476×108t，位居世界第二位，因此低熟頁巖油原位開采技術(shù)對于我國頁巖資源開發(fā)具有良好的前景[9]。目前，黃金管生烴動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)被普遍用于模擬油氣生成過程的定量評價(jià)，同時(shí)針對原位改質(zhì)的頁巖油資源評價(jià)，國內(nèi)外學(xué)者利用各種熱解裝置開展了大量模擬實(shí)驗(yàn)工作[10]。但室內(nèi)實(shí)驗(yàn)與實(shí)際地質(zhì)條件相比，存在樣品尺寸小、加熱時(shí)間短等問題。因此，有必要在完善傳統(tǒng)加熱技術(shù)和現(xiàn)場小規(guī)模試采的基礎(chǔ)上，基于生烴動(dòng)力學(xué)，著力發(fā)展原位開采的數(shù)字模擬技術(shù)，為未來的低熟頁巖油資源開采方案的制訂提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

本次研究選取松遼盆地南部中央坳陷區(qū)上白堊統(tǒng)嫩江組109口井的1 451塊樣品的測試結(jié)果，其中嫩一段97口井752塊次，嫩二段93口井699塊次。通過開展頁巖有機(jī)非均質(zhì)性研究，建立地質(zhì)模型?；谏鸁N動(dòng)力學(xué)，通過有限元溫度場數(shù)值模擬，對嫩江組低熟頁巖原位改質(zhì)生油潛力進(jìn)行評價(jià)。

1 研究區(qū)概況

松遼盆地地處中國東北部，橫跨黑龍江、吉林、遼寧三省，是由西部邊界大興安嶺、東—北部邊界小興安嶺和東部邊界長白山三面環(huán)繞的大型沉積盆地。盆地南鄰康平—法庫山地，南北長軸方向約750 km，寬約350 km，平面呈菱形北北東向展布，面積可達(dá)26×104km2，是我國最大的油氣生產(chǎn)基地之一[11]。以松花江—嫩江為界，將盆地分為北部的大慶油田探區(qū)，面積約12×104km2，以及南部的吉林油田探區(qū)，面積約7.5×104km2。其中，松遼盆地南部可分為中央坳陷區(qū)、東南隆起區(qū)、西部斜坡區(qū)、西南隆起區(qū)4個(gè)一級構(gòu)造單元[12]。本次研究區(qū)為中央坳陷區(qū)，面積約為2.48×104km2，主要包括紅崗階地、扶新—華字井階地和長嶺凹陷3個(gè)二級構(gòu)造單元(圖1a)。

上白堊統(tǒng)嫩江組對應(yīng)于古松遼盆地第二個(gè)湖盆擴(kuò)張期，自下而上分為5段，底部的嫩一、二段主要為半深湖—深湖沉積的暗色富有機(jī)質(zhì)泥頁巖，是本次研究的目的層(圖1b)[13]。嫩二段底部發(fā)育的黑褐色油頁巖是盆地的區(qū)域標(biāo)志層，與下伏地層呈整合接觸。嫩二段頂部巖性逐漸過渡為黑灰色泥巖，至嫩三段—嫩五段多為灰色泥質(zhì)粉砂巖和粉砂巖，發(fā)育黑帝廟油層。

圖1 松遼盆地中央坳陷構(gòu)造分區(qū)(a)及盆地中淺層沉積層序(b)

2 頁巖地球化學(xué)特征

2.1 有機(jī)質(zhì)豐度

研究區(qū)嫩一段泥頁巖的總有機(jī)碳(TOC)含量為0.10%～9.90%，平均為2.65%，TOC含量大于2.0%的樣品數(shù)占總數(shù)的78%，其次分布于1%～2%之間。按照《SY/T 5735—1995 陸相烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，嫩一段頁巖總體屬于好烴源巖和最好烴源巖。嫩二段泥頁巖的TOC含量為0.47%～11.19%，平均為1.80%，多數(shù)樣品的TOC集中于1%～2%。

嫩一、二段2個(gè)層位烴源巖氯仿瀝青“A”值普遍分布于0.1%～2.0%之間，均在中等以上。其中，嫩一段氯仿瀝青“A”值介于0.007%～4.760%，平均為0.44%；嫩二段氯仿瀝青“A”值介于0.017%～0.791%，平均為0.20%。嫩一段總烴含量(HC)介于(0.021～4 583.00)×10-6，平均為654.98×10-6；嫩二段總烴含量介于(0.008～3 545.98)×10-6，平均為207.55×10-6。

嫩一段生烴潛量(S1+S2)介于0.21～77.75 mg/g，平均為14.72 mg/g，實(shí)測樣品在10～20 mg/g區(qū)間分布最多，其次多分布于大于20 mg/g區(qū)間，大于2.0 mg/g和大于6.0 mg/g的樣品數(shù)分別占樣品總數(shù)的96%和79%，總體生烴潛力高。嫩二段生烴潛量介于0.26～84.94mg/g，平均為6.16mg/g。

從總有機(jī)碳、氯仿瀝青“A”、總烴、S1+S2等參數(shù)綜合來看，嫩一段有機(jī)質(zhì)豐度更高。

2.2 有機(jī)質(zhì)類型

根據(jù)現(xiàn)有樣品分析結(jié)果(圖2)，嫩一段泥巖的熱解烴(S2)在0.18～76.22 mg/g之間，平均值為15.91 mg/g，從S2與w(TOC)的線性斜率(R2=0.82)得到實(shí)際氫指數(shù)(IH)約743 mg/g，表明嫩一段主要為Ⅱ1型干酪根，與實(shí)測氫指數(shù)分布區(qū)間一致。嫩二段泥巖的熱解烴在0.22～80.36 mg/g范圍內(nèi)，平均值為6.83 mg/g，從S2與w(TOC)的線性斜率(R2=0.93)得到實(shí)際氫指數(shù)約790 mg/g，雖然有較多數(shù)量的樣品有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ1型干酪根，但大多數(shù)樣品的有機(jī)質(zhì)類型仍為Ⅱ2型干酪根。全巖顯微組分觀察結(jié)果表明，嫩一、二段有機(jī)質(zhì)來源是以層狀藻類體為主的湖泊水生生物，含有少量的孢子體、樹脂體等陸源有機(jī)質(zhì)。

圖2 松遼盆地中央坳陷嫩一、二段有機(jī)質(zhì)類型劃分

綜上所述，研究區(qū)嫩一段頁巖有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1型干酪根為主，嫩二段頁巖有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1和Ⅱ2型干酪根為主，少部分Ⅲ型。

2.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

嫩一、二段泥巖樣品的Ro值均主要分布在0.5%～0.7%區(qū)間內(nèi)。其中，嫩一段有機(jī)質(zhì)總體處于低成熟階段，Ro值平均為0.61%，低成熟階段烴源巖占比79%，成熟階段烴源巖占比12%；嫩二段有機(jī)質(zhì)總體也處于未成熟階段，Ro值平均為0.58%，低成熟階段烴源巖占比84%，成熟階段烴源巖占比7%。

2.4 生烴潛力綜合評價(jià)

從w(TOC)與S1+S2交會(huì)圖來看(圖3)，研究區(qū)嫩江組頁巖均是以生油為主的烴源巖，源巖生烴能力較高。嫩一段烴源巖品質(zhì)優(yōu)于嫩二段，以“很好”居多，其余為“好”，“中等”品質(zhì)很少；而嫩二段泥巖以“好”和“中等”品質(zhì)為主，“很好”品質(zhì)較少。

圖3 松遼盆地中央坳陷嫩一、二段生烴潛力和生烴傾向綜合評價(jià)

3 頁巖有機(jī)非均質(zhì)模型

3.1 垂向非均質(zhì)性

測井預(yù)測總有機(jī)碳含量可以在縱向上獲取連續(xù)的評價(jià)數(shù)據(jù)，克服取心數(shù)量和分析化驗(yàn)成本限制，已被廣泛應(yīng)用于垂向有機(jī)非均質(zhì)評價(jià)[14]。當(dāng)?shù)貙又写嬖谟袡C(jī)質(zhì)或油氣時(shí)，地層聲波時(shí)差和電阻率就會(huì)增加，兩條曲線相對于基線同時(shí)增大時(shí)的分開幅度用ΔlgR表達(dá)，與w(TOC)呈線性正相關(guān)關(guān)系，可以通過與實(shí)測數(shù)據(jù)的擬合進(jìn)行w(TOC)計(jì)算。然而，由于巖性地層水礦化度的變化，一個(gè)特定的常數(shù)難以作為測井計(jì)算的基線值，達(dá)到準(zhǔn)確預(yù)測的目的。此外，隨著深度增加導(dǎo)致的成巖作用變化，也會(huì)使得基線發(fā)生偏移。研究區(qū)的聲波時(shí)差和電阻率曲線均隨井深增加發(fā)生明顯偏移，具體表現(xiàn)為聲波時(shí)差基線值變小，而電阻率基線值增大，并且兩條基線值疊合處隨著井深逐漸右偏移(圖4)。以往研究通過分地層單元分別求取基線來減小計(jì)算誤差，這樣基線的選擇主觀性和經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)。本次研究提出趨勢基線法，來解決ΔlgR法基線選擇人為性和經(jīng)驗(yàn)性的問題。

圖4 實(shí)際示例井聲波時(shí)差和電阻率趨勢基線示意及總有機(jī)碳含量計(jì)算成果

Δt基線=k1D+b1

(1)

lgR基線=k2D+b2

(2)

式中：Δt基線為聲波時(shí)差曲線基線，μs/m；R基線為電阻率曲線基線，Ω·m；D為埋藏深度，m；k1、k2、b1、b2分別為擬合系數(shù)項(xiàng)和常數(shù)項(xiàng)。擬合結(jié)果表明，在縱向上白堊系存在兩段高有機(jī)質(zhì)豐度頁巖(w(TOC)>2%)，分別位于青二段下部—青一段，以及本次研究的目的層——嫩二段底部—嫩一段上部，其厚度為50～60 m，計(jì)算w(TOC)最高可達(dá)5%。

3.2 平面非均質(zhì)性

平面有機(jī)非均質(zhì)性主要通過沉積相帶變化導(dǎo)致的有機(jī)質(zhì)類型和頁巖厚度來表達(dá)。有機(jī)質(zhì)類型決定了湖相烴源巖生烴動(dòng)力學(xué)中的活化能E和頻率因子A[15]。嫩一、二段的有機(jī)質(zhì)類型平面分區(qū)結(jié)果表明，嫩一段以Ⅱ1型為主，主要分布于長嶺凹陷，有機(jī)質(zhì)類型整體優(yōu)于嫩二段。有機(jī)質(zhì)類型平面分布是后文資源評價(jià)單元分類劃分、分別賦予生烴動(dòng)力學(xué)參數(shù)的依據(jù)[16]。

根據(jù)測井w(TOC)計(jì)算，可分別求得每口井嫩一、二段w(TOC)<1%、1%～2%以及>2%的厚度[17](圖5)。以嫩一段為例，低有機(jī)質(zhì)豐度[w(TOC)<1%]烴源巖主要分布在紅崗階地，厚度在10～50 m之間；而中有機(jī)質(zhì)豐度[1%2%]烴源巖主要發(fā)育在新北地區(qū)和大安地區(qū)，厚度高達(dá)60～90 m。

圖5 松遼盆地中央坳陷嫩一段不同總有機(jī)碳含量頁巖等厚圖

4 溫度場數(shù)值模擬

4.1 數(shù)值模擬原理

目前應(yīng)用較多的數(shù)值模擬方法包括有限元法、邊界元法、離散單元法和有限差分法[18]。本次研究使用基于有限元法的ANSYS軟件，模擬特定邊界和初始條件下，低熟頁巖原位電加熱改質(zhì)過程中頁巖不同屬性參數(shù)的變化及溫度場的變化[19-20]。

熱能傳遞分為熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射3種基本方式，往往在實(shí)際加熱過程中并存[21]。考慮到頁巖的超低滲透性和原位改質(zhì)的時(shí)效性，電加熱條件下頁巖的傳熱方式是通過溫度梯度引起的分子、原子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的碰撞傳遞振動(dòng)能實(shí)現(xiàn)的，即以熱傳導(dǎo)為主。熱傳導(dǎo)遵循傅里葉定律[21]：

(3)

式中：q為熱流密度，W/m2；k為熱傳導(dǎo)系數(shù)，W/(m·K)；T為溫度，K；x為在導(dǎo)熱面上的坐標(biāo)，m；“-”表示熱量流向溫度降低的方向。

在低熟頁巖原位改質(zhì)的加熱過程中，距離加熱點(diǎn)不同位置的頁巖升溫速度不同，從而導(dǎo)致達(dá)到生烴門限的時(shí)間也不同。此外，對于同一位置的頁巖來說，溫度的不斷變化也會(huì)使得頁巖的密度、熱導(dǎo)系數(shù)、比熱容等參數(shù)發(fā)生相應(yīng)的變化。這些參數(shù)的變化，反過來又會(huì)對加熱過程的溫度場有所影響。因此，頁巖地層加熱后的溫度場表現(xiàn)為隨空間和時(shí)間而變化的瞬態(tài)特征，即瞬態(tài)傳熱過程。本次數(shù)值模型的建立，假定不同位置的頁巖初始換熱情況相同，且傳熱性質(zhì)在平行層理各方向一致，地層水和熱解新生成的烴類不發(fā)生大規(guī)模的側(cè)向運(yùn)移，熱對流影響有限，以固體傳導(dǎo)為主。整個(gè)模型的求解區(qū)域內(nèi)的溫度場控制如下[10,22]：

(4)

式中：u為瞬態(tài)溫度，℃；x,y為平面的兩個(gè)方向，z為頁巖的深度，m；ρ為頁巖的密度，kg/m3；v為頁巖的比熱，J/(kg·℃)。不同溫度階段，各項(xiàng)參數(shù)的取值見表1[10]。

表1 溫度場模擬相關(guān)參數(shù)[10]

4.2 物理模型及網(wǎng)格劃分

由于采用電纜加熱的方式，傳熱模型中溫度的縱向變化在實(shí)際熱傳導(dǎo)過程中較小可忽略，即二維瞬態(tài)熱傳導(dǎo)模型。已有研究從物理模擬和數(shù)值模擬均已證明，六井加熱模式(正六邊形)較四井加熱模式(正方形)傳熱速度快、升溫速率大，且經(jīng)濟(jì)效益最好[10,23]。本次模擬加熱單元同樣采用正六邊形加熱點(diǎn)布置方式，電纜直徑為0.1 m，電纜間距為2.886 m，共布置96個(gè)加熱點(diǎn)(圖6a)；模擬圓形區(qū)域半徑為60 m，即假設(shè)60 m之外，溫度不受加熱影響。采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分模式，對所建模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，使整個(gè)區(qū)域的網(wǎng)格劃分均勻且密集，以提高有限元數(shù)值解的精度(圖6b)。

圖6 加熱單元加熱點(diǎn)設(shè)置示意(a)及結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分模式(b)

4.3 數(shù)值模擬及結(jié)果分析

不同的加熱功率條件會(huì)導(dǎo)致頁巖產(chǎn)生不同的升溫速率和溫度場，最終影響生成烴類的多少和經(jīng)濟(jì)效益。以加熱工況1 kW和2 kW為例，模擬頁巖的溫度場變化。在加熱功率為1 kW時(shí)，溫度逐漸從加熱點(diǎn)中心向周圍升高，加熱點(diǎn)附近的區(qū)域始終保持同一加熱時(shí)間的最高溫度(圖7)。開始加熱后，最高溫度從第一年的325 ℃、第二年的350 ℃，逐漸升溫至第八年的600 ℃。加熱功率為2 kW時(shí)的模擬結(jié)果表明，加熱后最高溫度從第一年的370 ℃、第二年的460 ℃，升溫至第八年的850 ℃，整體溫度升高幅度和波及范圍均大于1 kW時(shí)的加熱結(jié)果(圖8)。

圖7 1 kW加熱功率條件下加熱不同年限后加熱單元的溫度場分布

圖8 2 kW加熱功率條件下加熱不同年限后加熱單元的溫度場分布

對比以上兩種加熱功率條件下加熱時(shí)間與溫度場的關(guān)系可知(圖9)，2 kW加熱功率下，溫度上升迅速，在加熱4年后溫度可達(dá)到600 ℃以上；而1 kW加熱功率下，溫度上升緩慢，在加熱8年后溫度才達(dá)到600 ℃。

圖9 不同加熱功率條件下加熱時(shí)間與加熱溫度的關(guān)系

5 原位改質(zhì)油氣潛力數(shù)值模擬結(jié)果

5.1 生烴動(dòng)力學(xué)與成烴轉(zhuǎn)化率

依據(jù)原位電加熱數(shù)值模擬結(jié)果(即1 kW加熱功率下，加熱8年溫度最高可達(dá)到600 ℃；2 kW加熱功率下，加熱8年溫度最高可達(dá)到850 ℃)，分別按照每年對應(yīng)的升溫速率，應(yīng)用平行一級反應(yīng)模型，建立有機(jī)質(zhì)生烴動(dòng)力學(xué)模型，可以較好地描述有機(jī)質(zhì)成烴反應(yīng)過程[15,24]。已知不同類型有機(jī)質(zhì)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)即活化能E、指前因子A、分布比例F，結(jié)合電加熱的溫度場模擬數(shù)據(jù)，則可動(dòng)態(tài)計(jì)算不同加熱時(shí)間及加熱功率下的頁巖油資源豐度。

在相似沉積環(huán)境下形成、具有相近有機(jī)顯微組分的烴源巖可以采用統(tǒng)一的生烴動(dòng)力學(xué)模型[25]。嫩一、二段有機(jī)質(zhì)包含的Ⅱ1、Ⅱ2和Ⅲ型干酪根分別采用PEPPER提出的A、B、D/E相烴源巖的成烴動(dòng)力學(xué)參數(shù)[26]。從Ⅱ1型到Ⅲ型干酪根，隨著有機(jī)質(zhì)類型的變差，活化能分布范圍逐漸擴(kuò)大，有機(jī)質(zhì)開始生烴的活化能門檻逐漸降低，表明類型越好的有機(jī)質(zhì)生烴門限越高，生烴溫度范圍越窄。當(dāng)實(shí)際溫度達(dá)到生烴門限后，干酪根向烴類的轉(zhuǎn)化速率會(huì)很高。計(jì)算可得不同類型有機(jī)質(zhì)在不同加熱功率下、不同溫度階段對應(yīng)的有機(jī)質(zhì)成烴轉(zhuǎn)化率(表2)。

表2 不同溫度與不同有機(jī)質(zhì)類型轉(zhuǎn)化率關(guān)系

5.2 小單元?jiǎng)澐?/h3>

依據(jù)研究區(qū)各井嫩一、二段的有機(jī)質(zhì)類型，將目的層在平面上劃分為2類(圖10)。并進(jìn)一步按照加熱單元進(jìn)行網(wǎng)格化，研究區(qū)總計(jì)可劃分成1 334 662個(gè)小單元。其中，嫩一段A類區(qū)域共有684 380個(gè)小單元，B類區(qū)域共有650 282個(gè)小單元；嫩二段A類區(qū)域共有個(gè)912 769小單元，B類區(qū)域共有421 893個(gè)小單元。

圖10 松遼盆地中央坳陷目的層小單元?jiǎng)澐?/p>

5.3 生油氣量模擬結(jié)果分析

依據(jù)油氣生成理論可知，單位體積頁巖生成的油氣量主要受有機(jī)質(zhì)豐度、類型和成熟度等參數(shù)控制。各參數(shù)依次可用總有機(jī)碳(w(TOC))、氫指數(shù)(IH)和有機(jī)質(zhì)成烴轉(zhuǎn)化率(F)來表征[27-28]。在計(jì)算嫩一、二段頁巖電加熱油氣生成量時(shí)，以嫩一、二段地層中分不同w(TOC)區(qū)間的頁巖厚度分布為有機(jī)非均質(zhì)性地質(zhì)模型，然后對不同有機(jī)質(zhì)類型的加熱單元賦予對應(yīng)的w(TOC)、IH、F、厚度(H)和密度(ρ)等值；最后對各計(jì)算單元的油氣資源豐度進(jìn)行積分求和，獲得油氣資源生成量[29]。

計(jì)算每個(gè)加熱單元的油氣生成量(Q)：

Q=S·H·ρ·w(TOC)·IH·F

(5)

利用微積分求取坳陷總油氣生成量(Q總)：

(6)

式中：H為不同w(TOC)區(qū)間的烴源巖厚度，m；S為網(wǎng)格單元面積，m2；ρ(z)為烴源巖密度(隨深度變化)，t/m3；F(z)為由化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算得到的成烴轉(zhuǎn)化率(隨深度變化)，%；z0和z分別為烴源巖的最小和最大埋深，m；n為網(wǎng)格單元個(gè)數(shù)。

計(jì)算結(jié)果表明，嫩一段在1 kW加熱功率下，生油氣量從第二年到第八年依次為(0.54，6.95，100.94，120.40，214，240.99，248.81)×108t，生油氣量隨加熱年限的增加而逐年遞增，在第四年迅速增加。嫩一段在2 kW加熱功率下，生油氣量從第一年到第五年依次為(0.15，18.79，234.6，241.67，245.02)×108t。由于有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率在加熱到第五年時(shí)已經(jīng)達(dá)到100%，所以在此之后的加熱使得資源總量不變(圖11)。

圖11 松遼盆地中央坳陷嫩一段在不同加熱功率條件下隨加熱時(shí)間變化原位改質(zhì)油氣資源豐度

嫩二段在1 kW加熱功率下，生油氣量從第二年到第八年依次為(0.08，1.31，24.76，43.52，56.65，65.76，67.91)×108t。生油氣量隨加熱年限的增加而逐年遞增，在第四年迅速增加。在2 kW加熱功率下，生油氣量從第二年到第五年依次為(4.02，63.30，65.89，65.90)×108t。由于有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率在加熱到第五年時(shí)已經(jīng)達(dá)到100%，所以在此之后的加熱使得生油氣總量不變(圖12)。

圖12 松遼盆地中央坳陷嫩二段在不同加熱功率條件下隨加熱時(shí)間變化原位改質(zhì)油氣資源豐度

由此可見，不同加熱功率下，生油氣量隨時(shí)間的增加并非線性，往往存在增長拐點(diǎn)(圖13)；加熱功率、有機(jī)質(zhì)類型影響達(dá)到最大生油氣量的年限。有機(jī)非均質(zhì)性的地質(zhì)模型建立，為加熱后的油氣資源平面分布預(yù)測提供了依據(jù)。以上模擬結(jié)果有力地支撐了低熟頁巖原位改質(zhì)選區(qū)、加熱方案的確定。

圖13 松遼盆地中央坳陷原位改質(zhì)生油氣量隨加熱時(shí)間變化趨勢

6 結(jié)論

(1)嫩江組總體上均處于低成熟階段，只有少部分處于成熟階段，各段頁巖均以生油為主，生氣極少。嫩一段有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1型為主，主要分布于長嶺凹陷。嫩一段高有機(jī)質(zhì)豐度頁巖主要發(fā)育在新北和大安地區(qū)，生烴品質(zhì)優(yōu)于嫩二段頁巖。

(2)以測井曲線AC和RD為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，利用趨勢基線方法的ΔlgR模型預(yù)測的嫩一、二段縱向有機(jī)非均質(zhì)性模型能夠較好地反映頁巖有機(jī)質(zhì)豐度縱向變化特征。

(3)通過原位電加熱模擬可以推斷，加熱功率為2 kW時(shí)，溫度上升迅速，在加熱4年后溫度可達(dá)600 ℃以上；加熱功率為1 kW時(shí)，則需約8年。

(4)加熱功率為2 kW時(shí)，有機(jī)質(zhì)成烴轉(zhuǎn)化率在加熱到第五年時(shí)已達(dá)100%，在此之后加熱油氣資源豐度不變，即加熱到第五年末嫩一段原位改質(zhì)油氣資源量可達(dá)245.02×108t，嫩二段為65.89×108t。