第六届非常规油气地质评价暨新能源学术研讨会
6th Symposium on Unconventional Oil and Gas Geological Evaluation and New Energy

30 / 2021-05-24 15:42:26

样品岩石格架破坏对页岩生排烃和孔隙演化特征的影响

粉末样品,柱状样品,次生反应,热裂解,半封闭热模拟

页岩油气理论与技术

以鄂尔多斯盆地II型长7陆相泥岩为对象，利用岩芯钻取机获得直径为2.5cm、长度>2cm的岩石柱样；将剩余样品人工磨碎，获得岩石格架破坏后的粉末样品。前者代表岩石格架完整的样品，可与地质条件下的相比拟；后者代表岩石格架遭到破坏的样品，是实验室常用的样品类型。在其他实验条件一致的情况下，采用半封闭热模拟实验对不同岩石格架的泥岩样品进行热解，通过分析不同岩石格架的泥岩样品产物的排出-滞留的地球化学特征，探讨了岩石格架破坏对富有机质泥页岩生排烃和孔隙结构演化特征的影响。取得了以下认识：

（1）粉末样品生成的烃类较柱状样品易于排出，而柱状样品中烃类的滞留效率要更高。在高过成熟阶段，500 ℃以上柱状样品生成的乙烷和丙烷的碳同位素组成发生了部分反序现象（δ¹³C₁ < δ¹³C₂ > δ¹³C₃），而粉末样品生成的烃类气的碳同位素组成始终为正常序列。与柱状样品的热模拟过程相比，在粉末状样品的热解过程中更容易发生次生反应，例如粘土矿物的催化反应和干酪根与烃类的再结合反应。黏土矿物对烃类生成的催化反应导致气态烃中异构烷烃与正构烷烃的比值增加；C_{3 +}烃类在300 ~ 500 ℃范围内与干酪根发生再结合反应，从而导致粉末样品热解产物的产率降低及更重的δ¹³C值；

（2）同一页岩样品热模拟过程中所用的岩石格架影响页岩孔隙的形成和演化。随着温度的升高，粉末状样品中的BJH孔体积和BET孔比表面积随温度升高而增加，而柱状样品中的BJH孔体积和BET孔比表面积在温度高于450 ^oC时降低。此外，粉末状样品的微孔发育程度更高。由于烃类的快速运移，粉末样品固体残渣的D-R微孔比表面积和DFT微孔体积值下降的温度比柱状样品固体残渣的低了50 ^oC。

（3）研究结果认为厚层页岩中排烃不畅导致的重烃气裂解是引起页岩气碳同位素组成存在异常的原因之一。同时，“排烃效率差异”假说可能不足以揭示寒武系和志留系两套页岩孔隙存在差异的原因。

（4）半封闭热模拟条件下样品岩石格架破坏后影响其生排烃和孔隙特征，具有完整岩石格架的样品可以在热解实验中产生更准确的结果，建议在未来的热模实验中使用具有完整的岩石格架的样品，以更好地反映实际地质条件下烃源岩的演化过程。