廣州地化所提出腐殖型煤生油潛力評(píng)價(jià)新方法與指標(biāo)
海相和湖相傾油型烴源巖中的I型和IIA型干酪根在熱解過程中釋放的組分以脂肪鏈化合物為主,而煤系烴源巖中的III型和IIB型干酪根在熱解過程中釋放的組分以芳烴和酚類化合物為主,兩類烴源巖干酪根生油潛力(量)評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)具有明顯的差異。評(píng)價(jià)烴源巖/干酪根生油潛力的常用方法和指標(biāo)主要有: (1) Rock-Eval分析指標(biāo)氫指數(shù)(HI = S2/TOC),或質(zhì)量指數(shù)[QI = (S1+S2)/TOC]; (2) 干酪根有機(jī)元素分析H/C和O/C原子比值;和(3)干酪根顯微組分組成。這些方法和指標(biāo)對(duì)于評(píng)價(jià)I型和IIA型干酪根生油潛力是適用和有效的。特別是Rock-Eval分析由于所需樣品量少,可以低成本、大批量分析樣品,因此,Rock-Eval氫指數(shù)(HI)或質(zhì)量指數(shù)(QI)是油氣行業(yè)應(yīng)用最廣泛的烴源巖評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)。然而,早在1998年,埃克森石油公司Isaksen等就明確提出Rock-Eval分析氫指數(shù)(HI)或質(zhì)量指數(shù)(QI)、有機(jī)元素分析H/C和O/C原子比值和干酪根顯微組分組成均不能有效評(píng)價(jià)煤系烴源巖生油潛力,常常得出錯(cuò)誤的結(jié)論。
近期,中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所有機(jī)地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室潘長(zhǎng)春研究員課題組博士研究生曾立飛和黃文魁等通過對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地南緣10個(gè)中-下侏羅統(tǒng)煤礦煤樣和塔里木盆地庫(kù)車坳陷三疊-侏羅系7個(gè)煤礦煤樣進(jìn)行金管-高壓釜熱模擬實(shí)驗(yàn)、熱解色譜定量分析(Py-GC)和巖石熱解分析(Rock-Eval)結(jié)果,提出了腐殖型煤生油潛力評(píng)價(jià)新方法與指標(biāo)。
通過金管-高壓釜生烴模擬實(shí)驗(yàn),可以較準(zhǔn)確地得到烴源巖/干酪根生油量。生烴模擬實(shí)驗(yàn)是一類耗時(shí)和高成本的方法,只能做有限的樣品。煤系烴源巖干酪根結(jié)構(gòu)和組成非均質(zhì)性很強(qiáng),需要通過大量樣品的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)才能對(duì)一套烴源巖生油潛力做出客觀評(píng)價(jià)。這需要找到一些低成本分析指標(biāo),與生烴模擬實(shí)驗(yàn)的生油量之間存在較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,建立能夠有效評(píng)價(jià)煤系烴源巖/干酪根生油潛力的方法和指標(biāo)。熱解色譜定量分析quantitative flash pyrolysis-gas chromatography (Py-GC)是上世紀(jì)八十年代就廣泛使用和完善的一類分析方法,可以同時(shí)測(cè)定干酪根熱解組分的產(chǎn)率和組成。通過對(duì)熱解色譜分析參數(shù)和上述常用的烴源巖評(píng)價(jià)指標(biāo)與生烴模擬實(shí)驗(yàn)生油量之間對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行對(duì)比,找到評(píng)價(jià)煤系烴源巖/干酪根生油潛力的有效指標(biāo)。
應(yīng)用色譜定量分析(內(nèi)標(biāo)法)對(duì)金管實(shí)驗(yàn)液態(tài)烴產(chǎn)物(CPΣC8+)進(jìn)行定量。隨著生烴模擬實(shí)驗(yàn)溫度升高,液態(tài)烴產(chǎn)率(CPΣC8+)先升高,后降低。液態(tài)烴產(chǎn)率最高值(MCPΣC8+)能夠反映烴源巖/干酪根在地質(zhì)條件下的生油潛力,即最大生油量。準(zhǔn)噶爾盆地10個(gè)煤樣和塔里木盆地庫(kù)車坳陷7個(gè)煤樣金管生烴實(shí)驗(yàn)液態(tài)烴產(chǎn)率最高值(MCPΣC8+)與Rock-Eval分析QI 指數(shù)之間沒有相關(guān)關(guān)系(圖1a)。準(zhǔn)噶爾盆地煤樣生油量明顯高于具有相近QI值的庫(kù)車坳陷煤樣,這說明QI 指數(shù)不能有效評(píng)價(jià)煤樣的生油量。
通過外標(biāo)定量方法對(duì)煤樣熱解色譜(quantitative flash Py-GC)分析色譜圖(圖2a)中的脂肪烴組分(正構(gòu)烷烴加正構(gòu)烷烯FPΣn-C7+ = ΣC7+ n-alkanes + n-alkenes)和液態(tài)烴全組分(FPΣC7+)進(jìn)行定量。Py-GC分析得到的FPΣn-C7+產(chǎn)率與金管生烴模擬實(shí)驗(yàn)正構(gòu)烷烴產(chǎn)率最高值(MCPΣn-C8+)和液態(tài)烴產(chǎn)率最高值(MCPΣC8+)具有較好的相關(guān)關(guān)系(圖1b–c和圖2b)。在金管生烴實(shí)驗(yàn)中得到的液態(tài)烴色譜圖中,正構(gòu)烷烴是主要組分(圖2b)。17個(gè)煤樣金管生烴實(shí)驗(yàn)正構(gòu)烷烴產(chǎn)率的最高值(MCPΣn-C8+)與液態(tài)烴產(chǎn)率的最高值(MCPΣC8+)本身存在很好的相關(guān)關(guān)系(圖1d)。反映了不同煤樣在金管生烴實(shí)驗(yàn)得到的液態(tài)烴或油組分中正構(gòu)烷烴含量變化范圍較小。
Killops et al. (1998)提出煤的生油量達(dá)到40 mg/g TOC時(shí),即達(dá)到排油門限,成為有效生油巖。每克油樣相當(dāng)于金管生烴模擬實(shí)驗(yàn)0.563克液態(tài)烴產(chǎn)率。當(dāng)煤樣在金管生烴模擬實(shí)驗(yàn)中,實(shí)測(cè)液態(tài)烴產(chǎn)率最高值(MCPΣC8+)高于22.52 mg/g TOC,即生油量高于40 mg/g TOC,可認(rèn)為該煤樣為油源巖。依據(jù)熱解色譜Py-GC分析FPΣn-C7+產(chǎn)率與金管生烴實(shí)驗(yàn)液態(tài)烴產(chǎn)率最高值(MCPΣC8+)相關(guān)關(guān)系式: MCPΣC8+ = 1.75 × FPΣn-C7+ + 4.28,R2 = 0.7104,當(dāng)煤樣Py-GC分析FPΣn-C7+ 產(chǎn)率高于10.42 mg/g TOC,相當(dāng)于金管生烴實(shí)驗(yàn)中MCPΣC8+ > 22.52 mg/g TOC,生油量高于40 mg/g TOC,可認(rèn)為是油源巖。由于Py-GC分析是非常成熟的常規(guī)分析技術(shù),分析成本遠(yuǎn)低于金管生烴模擬實(shí)驗(yàn),可以大批量、流程化地分析樣品。Py-GC分析FPΣn-C7+ 產(chǎn)率是值得推廣的評(píng)價(jià)煤生油潛力的重要指標(biāo)。本研究對(duì)于煤系地層油氣資源準(zhǔn)確評(píng)價(jià)具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

圖1 金管生烴實(shí)驗(yàn)液態(tài)烴最高產(chǎn)率MCPΣC8+與Rock-Eval分析QI指數(shù)(a);Py-GC分析FPΣn-C7+產(chǎn)率與金管生烴實(shí)驗(yàn)正構(gòu)烷烴最高產(chǎn)率MCPΣn-C8+ (b);
Py-GC分析FPΣn-C7+產(chǎn)率與金管生烴實(shí)驗(yàn)液態(tài)烴最高產(chǎn)率MCPΣC8+ (c);和金管生烴實(shí)驗(yàn)正構(gòu)烷烴最高產(chǎn)率MCPΣn-C8+與液態(tài)烴最高產(chǎn)率MCPΣC8+相關(guān)關(guān)系圖(d)

圖2 庫(kù)車凹陷煤樣TTC1 Py-GC分析液態(tài)烴色譜圖(a)和金管生烴實(shí)驗(yàn)液態(tài)烴色譜圖(b)
該項(xiàng)目得到中科院先導(dǎo)項(xiàng)目(XDA14010104)、國(guó)家自然科學(xué)基金(41572107和41673066)和油氣專項(xiàng)(2017ZX05008-002-030)的資助。相關(guān)成果已發(fā)表于Organic Geochemistry上。論文信息:
Zeng, Lifei; Huang, Wenkui; Pan, Changchun; Jin, Jun; Ma, Wanyun; Yu, Shuang; Xu, Hao; Liu, Dayong; Liao, Yuhong; Liu, Jinzhong. Assessment of oil potentials for humic coals on the basis of flash Py-GC, Rock-Eval and confined pyrolysis experiments. ORGANIC GEOCHEMISTRY, 2020, 148. DOI: 10.1016/j.orggeochem.2020.104097
鏈接:https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2020.104097
(有機(jī)地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

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