烃源岩孔隙流体介质对石油初次运移的影响

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第37卷第1期石油寥骀沾厦Vo1．37．No．12015年1月PETRoLEUMGEoLoGY&EXPERIMENTJan．，2015文章编号：1001-6112(2015)01-0097-06doi：10．1178l／yydz2015OlO97烃源岩孔隙流体介质对石油初次运移的影响马中良，郑伦举，赵中熙，葛颖，徐勤(1．中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所，江苏无锡214126；2．中国石化集团公司油气成藏重点实验室，江苏无锡214126)摘要：利用自主研制的地层孔隙热压生排烃模拟仪，系统开展了氮气～水蒸气、水蒸气一液态水体系、液态水和无水体系系列生排烃模拟实验，通过对排油效率的分析对比，探讨了烃源岩孔隙流体介质对石油初次运移的影响。在生油气阶段，烃源岩孔隙空间是保持一定温度和压力的多组分(烃气、非烃气、石油、地层水)流体共存的一种相态。液态地层水是石油初次运移过程中不可缺少的运移载体。水可能是首先吸附在岩石矿物的表面，起到了一种“润滑剂”的作用，阻止了石油在矿物表面的吸附，从而有利于石油的运移。同时，生油气过程中伴生的大量的co，，由于其独特的超临界特性，易于溶解孔隙流体中的石油，降低了油水之间的界面张力和石油的黏度，减小了石油运移阻力，促进了石油的初次运移。关键词：烃源岩；液态水；co，；石油初次运移；生排烃模拟实验中图分类号：TEl22．1文献标识码：AEfectoffluidmediuminsourcerockporosityonoilprimarymigrationMaZhongliang。一，ZhengLunju一，ZhaoZhongxi，GeYing，XuQin’(1．WuxiResearchInstituteofPetroleumGeology，Wuxi，Jiangsu214126，China；2．S1NOPECKeyLaboratoryofPetroleumAccumulationMechanisms，Wuxi，Jiangsu214126，China)Abstract：Withtheself-designedsimulationinstrumentforhydrocarbongenerationandexpulsioninformationporosityundercontrolledheatingandpressuringconditions，aseriesofexperimentswasmadewithdifferentsys—temssuchasnitrogen—watervapor，watervapor—liquidwater，liquidwater，andanhydrous．Oildischargeeffi—ciencywascomparedtostudytheeffectofthefluidmediuminsourcerockporosityonoilprimarymigration．Inthe0ilandgasgenerationphase，porespaceinthesourcerockwaschargedbyfluids(hydrocarbongas，non—hy—drocarbongas，oil，formationwater)withcertaintemperatureandpressure．Liquidwaterwasanindispensabletransportcarrierinoilprimarymigrationprocess．Watermightadsorbontothesurfaceofminerals，preventedingtheadsorptionofhydrocarbonandwasfavorableforhydrocarbonmigration．CO2associatedwithhydrocarbongenerationeasilydissolvedinoil，whichreducedtheinterfacialtensionbetweentheoilandwater，oilviscosityandoilmigrationresistance，andpromotedoilprimarymigration．Keywords：sourcerock；liquidwater；carbondioxide；primarymigration；simulationexperimentofhydrocar-bongenerationandexpulsion由于油气运移的时间尺度和空间过程都难以的控制，以往的研究主要关注了物质基础、初次运进行直接的观察和测量．所以油气运移一直是一个移相态、动力和通道，而忽视了从含油气盆地整体极其复杂和十分困难的研究课题．对油气的初次运演化的角度去审视油气初次运移过程中发生的一移过程更是知之甚少。国外学者20世纪70至80系列物理化学变化的重要作用。在含油气盆地中，年代致力于油气初次运移相态方面的研究，并取得地层水作为盆地流体的一个主要组成部分，总是与了一定进展ll]。20世纪80年代以后，逐渐淡化生烃母岩和油气相伴生．它们在地史过程中互相依了对油气初次运移的复杂相态及机理问题的考虑，存、相伴演化『7]。在烃源岩特定的温压场限制的着重于对油气初次运移过程的分析及初次运移模有限的孔隙空间内，流体是地层水、石油、天然气和型的建立5]。油气的初次运移受多个方面因素生油气过程中伴生的其他产物的混合体．这些多组收稿日期：2013—12—03；修订日期：2014—11—12。作者简介：马中良(1984一)，男，硕士，工程师，从事成烃成藏物理模拟实验、油页岩原位油气转化与开采技术研究。E-mail：maz1．syky@sinopec．con。基金项目：中国石化科技开发部项目“烃源岩有限空间生排烃机理研究与应用”(P11060)、国家重点基础研究发展计划(973计划)项目专题“陆相页岩油储集空间与发育模式”(2014CB239102)和“陆相页岩油资源潜力与分布规律”(2014CB239105)资助。 ·98·石油褒劈弛届第37卷分流体对油气初次运移的影响作用还鲜有人论及。体系内流体压力控制在相应演化阶段埋深时的流本文通过大量模拟实验．探讨了烃源岩孔隙流体介体压力值，设定的最低地层流体压力为相对应埋深质组成及特性对石油初次运移的影响。的静水压力值。考虑到实际地质情况超压的发育，最高地层流体压力为1．5倍的静水压力值。1地层水对石油初次运移的影响液态水体系模拟在实验加温前将生排烃反应体水在沉积盆地中广泛分布．在油气形成中的作系内(包括岩石孔隙与釜体内部)充满水。实验条用已被广大研究者所关注。Lewan等率先开展了件：流体压力为38MPa．静岩压力为80MPa：模拟温加水生烃模拟实验，发现热解产物与地质体中的石度290～390oC之间，升温速率为1~C／min，当温度达油组成非常类似_8]，从而使水在油气形成过程中到设置温度后，恒温48h；生烃空间为9．5mL，称样的作用倍受重视。但由于各种实验装置的差异与量为20g。具体的实验步骤见参考文献[1o3。缺陷，生排烃模拟实验过程中所加入水的状态并不由图1可知，在<0．80％时，2种体系排出油符合地质实际_9]。如最常用的金属高压釜封闭体产率基本保持一致；0．80％1．40％之后，2种体加入烃源岩样品和地层水后．反应釜上部还剩余较系的排出油效率趋于相对稳定，液态水体系是氮大的空间，加热过程中水将会以水蒸气或水蒸气一气一水蒸气体系的4倍左右。同时由于氮气一水蒸液态水平衡状态存在。必然会误导地层水介质在有气体系开始大量生气，排出油产率开始下降，而液机质生排油气过程的作用机理。中国石化石油勘态水体系由于高流体压力的延迟作用_9]，演化程探开发研究院无锡石油地质研究所研制的地层孑L度要慢一些，仍保持较高的排油效率。隙热压模拟仪，可以在保留烃源岩原始矿物组成结1．2水蒸气一液态水体系与液态水体系实验对比样品为泌阳凹陷泌215井核三段的灰色泥岩，构和有机质赋存状态、在与孑L隙空间接近的生烃空间中完全充满高压液态水。同时考虑到与地质条件R。=0．38％，(TOC)=3．22％，S2=22．30mg／g，，H=684mg／g。氯仿沥青“A”=0．0419％，每个温度点相近的上覆静岩压力、地层流体压力和围压的条件实验称样量60g。下，进行有机质高温短时间热解生烃反应。由于上水蒸气一液态水体系模拟方式时，不对样品施覆静岩压力的束缚．所加入的水始终以液态水状态加静岩压力进行压实，整个生烃过程是在一个相对存在[10-11]。为了进一步厘清烃源岩孑L隙地层水在较大的反应空间(约为80mL)内进行的，加热过程石油初次运移过程中的作用．开展了氮气一水蒸气中部分水会以水蒸气形态存在。液态水体系模拟体系、水蒸气一液态水平衡体系、液态水体系、无水温度、压力设置方式同1．1所述。2个系列实验的体系的系列对比实验。温压设置见表1。1．1氮气一水蒸气体系与液态水体系实验对比由图2可知，尺<0．80％，2种体系排出油产率样品为准噶尔盆地黑岱沟煤矿上石炭统太原基本保持一致；0．80％1．40％之后，2种体系的排出油效率差人，而生成的油气体积小于生烃空间，难以满足自异增至2倍。身孔隙的吸附，因而难以排出；所排出的少量油气1．3无水体系与液态水体系实验对比也是靠热蒸发作用以及生成气体的气相溶解携带样品为吉林桦甸第三系未熟灰色泥岩(HC一出来的。水参与的条件下，无论水以何种相态参与2)，R。=0．35％，w(TOC)=6．95％，S2=44．85mg／g，生烃反应，在R<0．80％之前排出油产率基本保持=645mg／g，氯仿沥青“A”=0．0998％，每个温度一致；0．80％