1烃源岩及生烃机理进展总结

煤层气
盖层
常规伴生气 油
致密气藏
富气页岩
页岩气
常规油气藏
四、咸化湖相有机质的生烃
1、盐湖环境有利于有机质保存 2、咸化环境对有机质成熟度的抑制 3、咸化环境有机质的转化率高
盐湖环境形成优质烃源岩
“大咸盆套小盐湖”
据金强，2000
柴达木盆地西部下干柴沟组、上干柴沟组(E3和N1)优质生油岩 (TOC>1%,干酪根类型为Ⅰ型或Ⅱ1型)恰好发育在石膏、芒硝和岩盐最 发育的构造部位和层位
沙四上、沙三中、沙三下和沙一段为有效烃源岩分布 层段。
沙
沙四
沙
上
三
下
三
中
沙
三
沙 一 段
上
B.碳酸盐层系中，泥灰岩、泥质灰岩、灰岩中的泥质条带，缝 合线中有机碳丰度相对较高
②平面上，同一层烃源岩有机碳含量随沉积环境和岩性变 化而变化
满东1
英南2
二、有效烃源岩
• 有效性包含：
生烃数量的有效(达到足以排烃） 空间位置的有效 生烃时间的有效
烃源岩中分散液态烃滞留数量大
烃源岩分成熟度区间的源内液态烃滞留量统计图 （模拟实验研究和数据统计S1下限值为0.1 mg·g－1）
50% 有机质成熟度 Ro/%
0 0.4
0.6
排油率 % 20 40 60 80 100
山西灰岩 TOC=0.68%
0.8
1.0 1.2
唐山油页岩 TOC=7.55%
1.4
液态烃热裂解 气贡献量>70%
Kerogen
Kerogen热降解成气 可溶有机质热裂解成气
III 型
Ro<1.3%
Ro>1.3%
Kerogen 热降 解气贡献量 >70%
可溶有机质热裂解 气贡献量>60%
有机质“接力”生气模式
Ro(%) T(oC)
生物气
0.2-0.3 20-60 0.6 50-80
4、优质烃源岩
– 一般指有机质类型为I-II1型、有机碳丰度高 的烃源岩。
– 具有相对性。不同盆地，标准不同。
5、优质烃源岩的测井预测
• 烃源岩层一般富含放射性元素，因此，在自然伽马曲线和能 谱测井曲线上表现为高异常
• 密度曲线上表现为低密度异常，在声波时差曲线上表现为高 声波时差异常
• 在电阻率曲线上表现为高异常
• 满足有机质丰度和成熟度要求 • 发生了排烃（排烃门限）
2. 烃源岩的非均质性
– 指盆地中的烃源岩的岩性组合、层厚、有机碳含量、有机质类 型、演化程度、转化率等方面在纵横向的变化特征。
3. 非均质性的影响因素
– 沉积体系域及沉积相带控制烃源岩的分布位置及其有机质类型 和丰度
– 古生产力及氧化还原环境控制有机碳含量 – 烃源岩的埋藏史对生烃非均质性的影响 – 热事件对生烃非均质性的影响 – 咸化环境提高有机质的转化率
0.2
0.0
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
Ro(%)
Ⅲ型干酪根不同成熟度与成气转化率关系曲线
液态石油裂解成气与干酪根成气时期的不同
分散可溶有机质的最佳成气时机
成气的时间顺序
分散可溶有机质的产气区间 Ro＝1.4～3.8%
主生气阶段
分散可溶有机质的最佳产气区间 Ro＝1.6～3.2%
影 原油类型影响生气量与生气时机 响 因 介质对原油裂解有催化作用，影响
素 生气量与生气时机
有机质“接力”生气模式
沉积有机质接力成气过程包括生物气→未成熟过渡带气→干 酪根降解气→液态烃(可溶有机质)裂解气
有机质“接力”生气模式
成熟度增加
Kerogen
Kerogen热降解成气
I +
Ro<1.6
II 型
Kerogen 热降 解气贡献量
>70%
液态烃热裂解成气
Ro>1.6%
的实测Ro值(图1(f)).
5010 m的实测地温为240℃,计算的Ro值为2.46%,根据传统 模式已进入裂解甲烷阶段,但泥岩中仍含有较丰富的液态 烃,正构烷烃碳数可达C30以上；
表明超压不仅抑制了干酪根的热降解和生烃作用,而且抑 制了烃类的高温裂解,使在高温地层中保存较丰富的长链 烷烃.
– 三是包体有机质,主要产于结晶矿物的包裹体内,具有一定 的形态,属于运移过的次生有机质。
碳酸盐岩有机质的赋存状态
• 碳酸盐岩中,除分散有机质外,还存在包裹 体有机质。
–在碳酸盐沉积物成岩的各个阶段,尤其是重结晶作用阶 段,碳酸盐沉积物的组构发生了变化,导致其周边的分 散有机质的赋存状态亦发生了改变。在小晶体重新组 合结晶成大晶体时,在碳酸盐晶格缺陷和窝穴处充填有 各种状态的有机质(气、液、固态,包括生物沥青大分 子、生物沥青大分子解聚生成的烃及次生运移的烃等), 后被结晶的碳酸盐晶体完全包裹
1.6 1.8 2.0
华北下马岭灰岩 TOC=0.62%
泌阳第三系泥灰岩 TOC=4.75%
广东茂名油页岩 TOC=10.08%
2.2
不同质量烃源岩排油率图版
一液、态有石机油质裂接解力成成气气的机重理要与地模位式
已聚集油藏内部的原油裂解气
沥青充填溶蚀孔隙
C29 Sterane
50
40
30
Shi28
ΔlogR= lg（RT/RT基线）＋ 0.02（ △t -△t基线）
TOC =A×ΔlogR+△TOC A-为拟合公式的系数； △TOC- 相当于非生油层的有机碳背景值。
烃源岩中的有机碳分布的非均质性
①纵向上有机碳含量有变化
A.页岩韵律层( 季节变化、水深变化）影响有机质丰度
沾化凹陷有效烃源岩层位多
• 天然气形成过程贯穿于烃源岩生烃过程、输 导层输导过程和储层聚集和保机质成气的可能过程
有机质接力成气过程
R 0 > 1.6-2.0%
集聚与分散分布的 液态烃成气
R 0 = 0.6-1.6%
热降解气+集聚与分 散分布的液态烃
R 0 < 0.6%
分散分布的干酪根
一液、态有石机油质裂接解力成成气气的机重理要与地模位式
模拟试验
过成熟阶段，干酪根油气潜力碳很低，生气量有限
脂碳率/ %
80
Ⅰ型泥灰岩
Ⅰ型油页岩
低位沼泥炭,Ⅱ型
60
沼泽泥炭,Ⅲ型
Ⅱ-Ⅲ型自然演化系列
40
20
00
0.5
1
1.5
2
2.5
3
Ro/%
干酪根脂碳率与成熟度关系
一液、态有石机油质裂接解力成成气气的机重理要与地模位式
第三纪盐湖的水体深浅既控制了蒸发岩沉积和分布,又控制了一般 生油岩和优质生油岩的形成。
据金强，2000
五、超压对生烃过程的机制作用
中部超压系统和深部强超压系统有机质热演化出现明显的异常. 1)中部超压系统和深部强超压系统的热解峰温(图1(e))和镜质体反射率 (图
1(f))均出现异常低值. 2)中部超压系统和深部强超压系统的实测Ro值明显低于YA19-1-1井相近埋藏深度
歧北深层
实验室热裂解模拟实验
100% 80% 60%
常压 100℃/h 20MPa 100℃/h 常压 30℃/h 20MPa 30℃/h
原油转化率
40%
20%
0%
200
300
400
500
600
700
实验温度(℃)
甲烷转化率/%
C2-5 转化率 /%
100
常压 100℃/h
20MPa 100℃/h
– 一是吸附有机质,主要吸附于矿物岩石表面,主要来源于充 填类、无定形类及碎屑类形式赋存的有机质,属游离沥青。
– 二是晶包有机质,主要包裹于隐晶质或细晶质矿物内,为未 运移的原生有机质,结合在碳酸盐岩盐酸不溶物中,特别是 粘土矿物中的有机质,在岩石中以被束缚的晶间结合型、絮 团型和浸染型有机质形式存在（有人称之为碳酸盐矿物结 合有机质）。
第一讲 烃源岩与生烃机理研究进展
• 烃源岩的非均质性 • 烃源岩分布与有机质富集机理 • 排烃门限 • 有效烃源岩 • 有效烃源岩的测井解释 • 优质烃源岩 • 接力生气 • 碳酸盐岩生烃机理 • 二次生烃 • 超压对生烃的抑制 • 高成熟碳酸盐岩烃源岩生气死亡线
一、烃源岩的非均质性
1. 烃源岩
– 排出商业性油气的岩石。
1
0
50
100
150
200
250
古地温（℃）
液态石油裂解成气与干酪根成气时期的不同
转化率
Ⅲ型干酪根成气在Ro<1.3以前
1.2
封闭体系
1.0
0.8
0.6
0.4
成气的时间顺序
R0>2.0%以 后的产气量仅
占10%
0.5C/Ma 1.0C/Ma 3.0C/Ma 5.0C/Ma 10.0C/Ma 20.0C/Ma
一液、态有石机油质裂接解力成成气气的机重理要与地模位式
烃源岩中沥青很细小，丰度很 高，属于原生同层原地沥青。 烃源岩中的分散有机质很富集
四川下寒武筇竹寺∈1，下志留 龙马溪S1，和震旦系Z2d3中的黑 色泥质粉砂质页岩段
∈1q原地沥青
关注未排出烃源岩的液态烃的成气潜力 液 态 烃 可 大 量 滞 留 于 烃 源 岩 体 内 烃源岩排烃率
盆地的实例
Ro=1.0% Ro=2.0% Ro=3.0%
液态石油裂解成气与干酪根成气时期的不同
原油裂解成气时期晚于干酪根
干酪根大量降解成气发生在Ro＜1.6％的成熟－高成熟早期阶段，而原油 则发生在Ro＞1.6％的高－过成熟阶段 原油裂解生气时机晚于干酪根，二者在成气时机和贡献上构成接力过程
开放体系
油裂解气
干酪根降解气
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Ro/%
原油和I 、Ⅱ型干酪根生气动力学实验
干酪根成气：发生在源岩中
C5H5(kerogen) CH4(gas) + C4H(pyrobitumen)
原油成气：发生在储层和源岩中 C5H9(oil) 2CH4(gas) + C3H(pyrobitumen)
从南向北，清水洼陷向潜山 上倾的沙三段地层厚度逐渐 减薄。
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三、天然气接力形成过程
• 天然气形成可以发生在沉积有机质演化的各 个阶段
• 天然气形成的有机质具有多样性，烃源岩中 的残留烃和储层中石油的裂解对气的形成具 有重要贡献
Guan17 20
10
0 0
Tong1
Dan20
10
20
30
40
50
60
70
Diam ondoids
残余油中金刚 烷含量增高
高反射率热解沥青
川东地区古油藏晚期裂解成气过程
一液、态有石机油质裂接解力成成气气的机重理要与地模位式
塔
东
地
区
古
油
藏
及
分
散
液
态
烃
裂
解
成
寒武系烃源岩中见大量分
气
散状沥青，裂解程度高
原油裂解气量是等量干酪根的2-00..468倍
1.1
700
2℃/h实验数据 20℃/h实验数据 系列3 系列4
2倍
1.3 500
1.52 2.45 400
2.8
300
350
原油
200
产率（ml/g) 产气量/m3/t.TOC
干酪根
100
0
0
300
400
500
600
700
0
热解温度
模拟试验
封闭体系
4倍
低熟气
有机质成气接力过程
Kerogen 热降解气
1.3-1.6 120-150 2.0
液态烃+可溶有 机质热裂解气
接力成气的意义
增大了天然气资源赋存深度与范围
从“源外”到“源内”成藏 从高部位到低部位 从局部到大面积 从浅到超深层
常规油气与页岩气 平面分布示意图
沉积盆地
常规气藏
砂岩
“有效”在不同尺度上的含义不同
- 在盆地或凹陷规模上，有效烃源岩指生烃数量（达到 了有机质丰度和成熟度的要求）
- 对于区带或局部构造来说，有效烃源岩是指能提供油 气供给的那部分烃源岩。
- 有效烃源岩是成藏体系（运聚单元）范围划分的依据
盆地结构及烃源岩构造形态对可供烃源岩范围的影响
中央凸起-月东潜山烃源岩评价图
常压 30℃/h
80
20MPa 30℃/h
60
40
20
0
200
300
400
500
600
700
实验温度(℃)
100
常压 100℃/h
20MPa 100℃/h
80
常压 30℃/h
20MPa 30℃/h
60
40
20
0
200
300
400
500
600
700
实验温度(℃)
潜在意义
（1）并非所有的盆地深部都超过液态窗的下限； （2）可能有相当一部分超压盆地目前仍处于生烃阶段； （3）盆地深部某些古老的地层可能仍有生烃潜力（古生
Ro/%
甲烷总产率（ml/g)
0 0.0
累积产气量/m3/t.TOC 100 200 300 400 500
0.5
1.0
1.5
干
2.0 酪
根
2.5
降 解
气
3.0
开放体系 封闭体系
Ro=1.6%
油 裂 解 气
3.5
1000
海相原油 海相干酪根
干酪根在80℃开 始大量裂解成气
100
10
原油在160℃开始 大量裂解成气
界、前寒武系） （4）天然气形成深度扩大
六、碳酸盐岩的生烃问题
1、碳酸盐岩有机质的赋存状态 2、碳酸盐岩有机质的丰度评价标准 3、碳酸盐岩的生烃特点 4、TSR反应体系与H2S生成
1、碳酸盐岩有机质的赋存状态
碳酸盐岩中有机质赋存形式分类
秦胜飞等，1996
碳酸盐岩有机质的赋存状态
• 傅家谟等从宏观有机质聚集状态,根据产状和性质的 差异将碳酸盐岩分散有机质主要分为三类: