地质条件约束下川北二叠系大隆组富有机质页岩热模拟生烃过程及特征研究

doi:10.13232/j.cnki.jnju.2020.03.007

南京大学学报(自然科学版) ›› 2020, Vol. 56 ›› Issue (3): 382–392.doi: 10.13232/j.cnki.jnju.2020.03.007

地质条件约束下川北二叠系大隆组富有机质页岩热模拟生烃过程及特征研究

戴海亮^1,²,沈斌²,李开开^1,³(),张小涛²,徐学敏²,许智超²,周晶晶^1,²

^1.中国地质大学（北京）能源学院，北京，100083
^2.国家地质实验测试中心，北京，100037
^3.非常规天然气地质评价与开发工程北京市重点实验室，北京，100083

收稿日期:2020-03-03 出版日期:2020-05-30 发布日期:2020-06-03
通讯作者: 李开开 E-mail:likaikai@cugb.edu.cn
基金资助:
中国地质调查局地质调查项目(DD20190086);国家自然科学基金(41972154)

Characteristics and hydrocarbon⁃gernerating process of the organic⁃rich shale of Permian Dalong Formation in North Sichuan:Pyrolysis experiments with geological constraint

Hailiang Dai^1,²,Bin Shen²,Kaikai Li^1,³(),Xiaotao Zhang²,Xuemin Xu²,Zhichao Xu²,Jingjing Zhou^1,²

^1.School of Energy Resource，China University of Geosciences (Beijing)，Beijing，100083，China
^2.National Geological Experimental Testing Center，Beijing，100037，China
^3.Beijing Key Laboratory of Unconventional Natural Gas Geological Evaluation and;Development Engineering，Beijing，100083，China

Received:2020-03-03 Online:2020-05-30 Published:2020-06-03
Contact: Kaikai Li E-mail:likaikai@cugb.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

选取川北大隆组低熟富有机质页岩样品作为实验对象，综合考虑了地质约束条件（静岩压力、流体压力和地层水等因素）对生烃作用的影响，从低熟到过成熟进行了全系列的热模拟，并对各温度点的热产物进行气体组分及同位素分析.结果表明：热模拟实验产生的烃类气体产率随温度升高而增大，在500 ℃达到峰值，随后明显下降并趋于平稳.烃类气体产率的降低与静岩压力、流体压力以及孔隙发育有着密切关系.压力的不断增大抑制了页岩中有机质的分解，并导致孔隙度降低和孔径减小，排烃不畅，影响了生烃产率.滞留于样品中的重烃组分发生热裂解，最终形成了以高CH₄含量特征的原油裂解气，并呈现鲜明的ln（C₂/C₃）随温度变化特征和碳同位素部分倒转现象.研究为大隆组深层页岩气的有效开发提供前期基础性实验数据和生烃、演化特征方面的成果支持.

关键词: 地质约束, 热模拟实验, 生烃特征, 孔隙演化, 碳同位素, 深层页岩气

Abstract:

Semi?closed thermal simulation experiments were performed on the immature organic?rich shale samples from the Dalong Formation in northern Sichuan Basin，taking into account the geological constraints，e.g.，static rock pressure，fluid pressure，and formation water. Gas composition and carbon isotope of the thermal products at each temperature point were determined. The results show that the productivity of hydrocarbon gas increases with temperature (with a peak at 500 °C) and then show a generally decreasing trend. It seems that the decline in the productivity of hydrocarbon gas is closely correlated with the change of static rock pressure，fluid pressure and porosity. The increasing pressure with progressive burial seems to have retarded the pyrolysis process and promoted porosity destruction and pore?size decrease，finally leading to the block of hydrocarbons expulsion and decline in the productivity of hydrocarbon gas. The heavy hydrocarbons left in the samples were then subjected to thermal cracking and formed hydrocarbon gas，showing a distinguishable correlation between ln (C₂/C₃) and temperature and the local reversal in carbon isotopes. This study provides basic experimental data and great insights into characteristics and hydrocarbon?gernerating process for the shales in Dalong Formation，and have application for further exporation of deep shale gas.

Key words: geological constraints, thermal simulation experiments, hydrocarbon generation characteristics, pore evolution, carbon isotopes, deep shale gas

中图分类号:

P618.13

戴海亮,沈斌,李开开,张小涛,徐学敏,许智超,周晶晶. 地质条件约束下川北二叠系大隆组富有机质页岩热模拟生烃过程及特征研究[J]. 南京大学学报(自然科学版), 2020, 56(3): 382–392.

Hailiang Dai,Bin Shen,Kaikai Li,Xiaotao Zhang,Xuemin Xu,Zhichao Xu,Jingjing Zhou. Characteristics and hydrocarbon⁃gernerating process of the organic⁃rich shale of Permian Dalong Formation in North Sichuan:Pyrolysis experiments with geological constraint[J]. Journal of Nanjing University(Natural Sciences), 2020, 56(3): 382–392.

图/表 10

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参考文献 35

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温度点（℃）	模拟深度（m）	静岩压力（MPa）	排烃流体压力阀值（MPa）
300	2800	77	36
325	3300	96	44.4
350	3800	121	55.2
375	4400	128	58.8
400	5000	136	62.4
425	5400	141	64.8
450	6000	158	72
500	6500	171	78
550	7000	184	84
590	7500	198	90
650	8050	213	96.6

温度(℃)	模拟Ro(%)	非烃类气（mL·g^-1 TOC)			烃气（mL·g^-1 TOC)						干燥系数(%)	总气（mL·g^-1 TOC）	烃类气（mL·g^-1 TOC）
温度(℃)	模拟Ro(%)	N₂	CO₂	H₂	C₁	C₂	C₃	C₄	C₅	C₂₊	干燥系数(%)	总气（mL·g^-1 TOC）	烃类气（mL·g^-1 TOC）
300	0.8	32.86	0.71	0.40	0.54	0.04	0.01	0.01	0.00	0.05	90.96	41.96	0.59
325	1	2.57	24.87	1.08	9.94	1.08	0.40	0.18	0.08	1.74	85.13	43.08	11.68
350	1.3	11.38	4.00	1.69	6.52	1.77	0.50	0.17	0.03	2.47	72.53	28.61	8.99
375	1.6	39.97	14.79	4.57	33.95	9.31	3.00	0.92	0.25	13.49	71.57	116.15	47.44
400	1.8	19.19	34.40	5.35	58.65	16.54	6.92	2.74	0.86	27.06	68.42	146.96	85.71
425	2.1	27.78	67.80	8.76	99.55	29.56	14.64	6.57	2.17	52.94	65.28	260.23	152.49
450	2.6	23.80	85.49	15.03	156.54	40.46	19.22	7.81	1.97	69.46	69.27	358.72	226.00
500	3.1	45.07	80.13	25.51	223.88	57.79	26.16	8.74	1.73	94.43	70.33	484.97	318.31
550	3..6	233.02	10.59	10.99	270.80	4.01	0.38	0.12	0.00	4.52	98.36	625.31	275.32
590	4	353.16	6.90	13.39	258.33	8.54	0.03	0.16	0.00	9.37	96.50	766.07	267.70
650	4.5	146.11	12.39	17.31	263.56	3.85	0.01	0.03	0.00	4.05	98.49	510.98	267.60

模拟温度（℃）	成熟度（%）	C₁（‰）	C₂（‰）	CO₂（‰）	C₃（‰）
375	1.6	-47.7	-38	-12.8	-34.4
400	1.8	-42.3	-31.5	-8	-27.6
425	2.2	-41.7	-33.2	-11.6	-31.2
450	2.5	-34.9	-26.7	-11.1	-22.7
500	3.1	-33.2	-24.02	-17.4	-23.4
550	3.5	-34.8	-24.4	-21.6	-26.0
590	4	-36.5	-26.2	-22.5	-28.7

地质条件约束下川北二叠系大隆组富有机质页岩热模拟生烃过程及特征研究

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