關(guān)瑞

（西安石油大學(xué)，吉林松原710065）

生烴熱模擬實驗是目前廣泛應(yīng)用的烴源巖成烴潛力與資源評價的重要手段，主要應(yīng)用于實驗室，可采用全巖、干酪根、瀝青等作為實驗材料[1]，再現(xiàn)地質(zhì)過程中有機質(zhì)的演化過程。從實驗的提出到現(xiàn)在，前人做出了大量的研究和改進(jìn)，將實驗的體系根據(jù)封閉的程度分為3 類：開放體系、封閉體系和半開放體系。相同的實驗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)下頁巖或烴源巖成烴特征選取合適的模擬實驗裝置，對于頁巖生烴模擬，不同學(xué)者出于不同的研究目的，三種實驗裝置體系均有采用。

生烴模擬實驗主要依據(jù)干酪根熱降解成烴原理和有機質(zhì)熱演化的時間-溫度補償原理，因為實驗中影響結(jié)果的因素較多，所以總結(jié)前人的實驗條件和結(jié)果以及分析各個因素對于實驗結(jié)果的影響對研究烴源巖的生烴過程有重要的意義。

1 生烴模擬實驗的不同影響因素

生烴模擬實驗中，不同因素對于實驗結(jié)果有不同的影響。在烴源巖生烴的過程中，烴源巖中有機質(zhì)或干酪根形成油氣是一個非常復(fù)雜的變化，會受地層溫度、時間、壓力、空間和一些物質(zhì)條件等因素的綜合影響。

根據(jù)油氣有機成因理論及早期研究人員[2]分析指出，泥頁巖中熱解成因氣的形成有3 個途徑：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、高含碳量的焦炭或瀝青殘留物。因此，模擬實驗樣品往往為低成熟度的頁巖或者分離的干酪根。孫麗娜等[3]通過對于遼河盆地中的碳質(zhì)泥巖通過WYMN－3 型高溫高壓模擬儀進(jìn)行了控溫和控壓2 個系列的模擬實驗，探究了相同壓力下不同溫度和不同壓力不同溫度時排烴情況，對鄂爾多斯盆地中油頁巖進(jìn)行不同溫度下的模擬實驗和不同產(chǎn)物分析[4]，并總結(jié)了在前人的實驗中水的影響[5]；馬中良等[6]通過對于同一樣品的有限空間和常規(guī)高壓釜加水的對比實驗探究空間對實驗結(jié)果的影響。

2 不同影響因素的生烴模擬實驗結(jié)果的分析與討論

2.1 溫度

根據(jù)孫麗娜等[3]的實驗，對鄂爾多斯盆地中油頁 巖 樣 品 從250℃、300℃、350℃、375℃、400℃、450℃和500℃7 個溫度點進(jìn)行實驗，發(fā)現(xiàn)在250～300℃時，排出油、洗出油和殘留油的產(chǎn)率無明顯變化，其中洗出油的產(chǎn)率接近0，隨溫度變化也無明顯變化；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，并同時在350℃時出現(xiàn)峰值；從350～500℃階段，三種產(chǎn)物產(chǎn)率均開始下降，在375℃前呈極速下降趨勢，375℃后開始緩慢下降，其中洗出油產(chǎn)率在400℃開始接近于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，烴源巖處于未成熟階段，總油產(chǎn)率來自于殘留油，而到了高溫階段則來自于排出油。在實驗過程中，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，而且對三種產(chǎn)物對比發(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，液態(tài)烴在初次運移后會有短暫停留，而后才會裂解并產(chǎn)生二次運移。

2.2 壓力

通過對于遼河盆地中碳質(zhì)泥巖樣品在350℃、400℃、450℃、500℃、520℃和540℃的不同溫度下，進(jìn)行控壓實驗，結(jié)果顯示，在400℃前，壓力對排出油產(chǎn)量無明顯影響，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，在400℃達(dá)到峰值，而后開始下降。而控壓樣品的殘留油產(chǎn)量在350℃時最大，而后開始持續(xù)下降，在450℃時開始趨近于0；總油產(chǎn)量在不控壓時，在400℃前呈上升趨勢，而后開始下降，在500℃時近似0，而后上升，在520℃時達(dá)到峰值后開始下降。而控壓時，總油產(chǎn)量先開始下降，在400℃后開始上升，同樣在520℃時達(dá)到峰值后開始下降。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]通過對前人的大量實驗發(fā)現(xiàn)水在生烴模擬實驗中起到至關(guān)重要的作用。其中，Lewan 對于Woodford 頁巖進(jìn)行了不同溫度下的有無水的實驗對比，發(fā)現(xiàn)在無水的情況下，無論溫度怎么變化，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，有水狀態(tài)下的總產(chǎn)物量為無水狀態(tài)下的2 倍多。不僅是否有水會對實驗有影響，加水量的多少也同樣重要。Lewan通過對于加水量不同的對比實驗發(fā)現(xiàn)，在加水量為樣品重量的20%～50%時，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)率無明顯變化，在加水量大于樣品重量75%以上時，反而對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驗之間的關(guān)系，通過對相同的灰色泥巖樣品進(jìn)行了烴源巖有限空間和常規(guī)高壓釜兩種對比模擬實驗，通過對實驗產(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，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，兩者趨勢相近，總油產(chǎn)率也基本相同，在高成熟度階段以及425℃時，常規(guī)高壓釜中重油開始向烴氣轉(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）對于烴源巖的生烴模擬實驗的影響因素有很多，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）壓力對于烴源巖生烴無明顯影響，主要是對于排烴有積極影響。

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

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，在有限空間的前提下會有利于烴源巖的排烴。