德克萨斯州沃斯堡盆地巴涅特页岩的产气模拟

1、德克萨斯州沃斯堡盆地巴涅特页岩的产气模拟 年第 期 海洋地质德克萨斯州沃斯堡盆地巴涅特页岩的产气模拟 . 等著摘要 通过封闭的金管热解体系,对德克萨斯州沃斯堡盆地密西西比系巴涅特页岩生气潜力进行定量估算。通过热解数据进行生气动力学参数与镜质体反射率变化计算,并将结果用于评估在地质升温速率下的巴涅特页岩的产气量。将导出的动力学用于镜质体演化和天然气生成上,对于一个初始总有机碳含量为 . %和镜质体反射率为 . %的样品,烃类气体产量在镜质体反射率约为 .%时是 /,并在约为 . %时增加到大于 /。页岩气产量依赖于有机质丰度、厚度和页岩的热成熟度,同时也与页岩中油气运移期间滞留下来的油的数量有关

2、。成藏于页岩中的天然气似乎来源于保存在页岩中的干酪根与石油的裂解,其中滞留油的裂解应起始于镜质体反射率约为 . %时。此结果暗示烃源岩中的滞留油的裂解发生的速率比常规硅质碎屑岩和碳酸盐岩油藏要快,并且滞留油与干酪根、页岩矿物的接触可能成为页岩气生成的关键性因素。尽管页岩油气运移、聚集的过程和圈闭形成是不同于常规油气系统的定义,然而,连带上覆压力,页岩气系统能被视为完整的石油系统。介 绍位于德克萨斯州中北部的沃斯堡盆地属于前陆盆地,形成于密西西比纪一早宾夕法尼亚纪晚期的 造山运动中的 构造带对北美大陆边缘的逆冲响应 ,;,; 等, 。从较早年开始在沃斯堡盆地已经在奥陶系一二叠系时代的油藏中产出约

3、 . ×石油和×天然气?, 。根据轻烃资料等, 和更多的地球化学分析 等, ,认为密西西比系巴涅特页岩是该盆地最主要的油气源岩,平均总有机碳含量为%,其中沿兰诺隆起的露头样品更是高达 % 等, ; 等, 。含气油页岩,特别是巴涅特页岩,一直以来为一些美国陆上最有意义的勘探靶区,尽管其孔隙度 约 % 和渗透率 约 . 极低。最初对巴涅特页岩的勘探始于年,直到年勘探力度才加强。依据对巴涅特页岩内的层段分析 等, ,根据. .井的甲烷吸附数据的折算,巴涅特页岩天然气产量范围为 ,表现约为 %的游离气和 %的吸附气组成。有机质丰度、热成熟度、天然气含量、干酪根类型和干酪根转化程度是

4、评价页岩气产量的必要因素等, 。为评价页岩气勘探需要完善的资料包括:总有机碳、岩石热解氢指数和最大热解峰温 热解过程中油气转化率最大时的温度值 、镜质 海洋地质年第 期体反射率、天然气产率。将油气系统模拟用于含气页岩勘探评价过程中很少见。本文目的意在揭示从热解实验得出的动力学参数与天然气产率是如何用于评价页岩生气潜力的,并作为对含气页岩勘探评价有促进帮助的一个潜在的有价值的工具,、并将建立如何使得页岩气系统适用于常规油气系统的概念。.地质概要沃斯堡盆地为一个不对称的楔形盆地,沿 拱起西边含有 的沉积岩等, 。在密西西比纪一早宾夕法尼亚纪晚期的板块汇聚造山幕期间,.构造带逆冲于北美克拉通边缘之上

5、,该前陆盆地位于推进的 构造带的前端, ; , ;等, 。 拱起从兰诺隆起向北伸展,为一个宽的向北倾斜的地下背斜 图等, 。沃斯堡盆地东部和东南部以 构造前为边界,南部为兰诺隆起,西部为 拱起,北部和东北部为 和拱起图 。拱起一沃斯堡盆地综合层序剖面见图 。从寒武纪到密西西比纪,现为沃斯堡盆地的该区属于稳定克拉通陆架的一部分,接受的沉积以碳酸盐岩为主。虽然奥陶系 和苁热解样品的井位一石灰岩图 沃斯堡盆地主要构造图.沃斯堡盆地巴涅特页岩的横向范围及美国地间或出现,?质调查局所圈定的沃斯堡盆地边界.据 等修改 .缺乏,在密 . 等著,德克萨斯州沃斯堡盆地巴涅特页岩的产气模拟西西比纪晚期前陆盆地形成

6、时,巴涅特页岩沉积在 不整合之上。该地层在沃斯堡盆地一拱起的大部分地区出现,厚度从西部边界的几十英尺到临近 拱起的多。虽然埋深是巴涅特页岩热成熟度的一个主要因素,但天然气的生成及伴随的天然气产量很大程度上是受控于沃斯堡盆地内部的 逆冲和断层系 , , ;等, 。该地层目前在盆地的北部和西部处在生油窗,在东部和南部处在生气窗。实 验选取两个巴涅特页岩样品用于热解实验,一个未成熟样品约 . % ,一个成熟样品约 . % 。地球化学特征总结在后面部分。本次研究,我们没有尝试去刻画巴涅特中每一种相的天然气生成特征,而是适当地选取了两个样品能代表根据 等刻画出的巴涅特页岩的总有机碳和岩石热解特征。这些样

7、品可被用于对比巴涅特页岩在不同成熟度时的天然气生成特征及用于输入盆模软件以近似计算巴涅特页岩的天然气产量。. 未热解的巴涅特页岩样品用于热解实验的未成熟的巴涅特页岩样品取至于德克萨斯州 郡雪弗龙 .井的岩心。该页岩样品的全部地球化学及显微组分资料总结于表 。该样品是相对的未成熟,镜质体反射率 . %,总有机碳 . %,岩石热解氢指数 ,原子氢/碳比值. 。显微组分中,无定形体为 %,镜质体为 %,壳质体为%,惰质体为%。. 封闭体系热解对未成熟的巴涅特页岩干酪根分离,将分离的干酪根进行密封金管热解实验,实验按照唐等 和张等 的方法在升高压力及两种升温速率条件下进行。该实验可以让我们精确监测天然

8、气产量、天然气分子组成、镜质体反射率和残留的页岩样品中的元素组成的变化。基于热解资料及利用国家实验室的动力学软件,得出几套特定的用于镜质体变化和天然气产量的动力学模型。利用封闭的金管在高温高压条件下进行热解实验 金管长 ,内径 .,管壁厚. 等, ,; 等, 。清洁的金管在装样品前其中一端被焊接。在氩气保护下的手套式操作箱中将每个金管装人约 的真空干燥过的细粉末状且是均匀的干酪根分离样品。用氩气在操作箱中对金管冲洗以确保彻底移除空气。利用 等, 的方法,对金管的另外一端在氩气保护下进行焊接。在实验期间,将金管放到不锈钢容器中,继而放人大的炉子里并保持 . 恒压。压力以水为媒介并且用空气泵来控制

9、。样品用两种不同的非等温的加热程序升温,分别为:从 , / ;从 , / 。温度用预先设置的嵌入式的温控器来控制,并用两个安装在容器顶底的热电偶来直接测量、记录及存储在计算机中。装金管的容器在 至最终温度之间,每隔 ? 从炉子中取出一个。在金管从容器中取出前,对容器进行迅速降温到室温和缓慢减压。 . 等著,德克萨斯州沃斯堡盆地巴涅特页岩的产气模拟 . 热解产物分析我们对热解产物的天然气产率、分子组成和残余镜质体反射率进行了分析。先前等 ,对该分析方法和重现性进行总结了。简单地说,金管在真空中用针刺破,气体排进管线,液体产物 部分被干燥冰一丙酮阱陷 一 捕获。剩余气体被托普勒泵收集到一个标定过体

10、积的装置里进行总气体定量,然后直接引入一个气相色表 巴涅特页岩样品的显微组分与地球化学特征 热抽提出的石油; 热解产生的石油; 热解产生的二氧化碳; 产率为最大时的温度;氢指数 × ;氧指数; 产率指数, . . . 未进行测试. 海洋地质年第 期谱 进行组分分析。烃类和非烃类气体的分子定量都在配备装置的双通道 上进行。该装置装有两个毛细管柱和四个压缩柱,分别与一个火焰离子检测器 和两个热导检测器 相连接。,一 用 的 通道分析,氦气做载气。两个 毛细管柱用于气体分离, 用于组分检测。非烃气体在通道 分析,使用连接有两个的四个填充柱。、 、 / 、 和 气体用 和填充柱分离,氦气做载

11、气, 来检测。 与 用 和 填充柱分离,氮气做载气,分析。检测器由 特种气体厂提供的每种组分精度为 %摩尔的一系列标准气来标定。升温程序为:起始温度 升温到,升温速率为 / 分析在内完成。残余样品进行镜质体反射率测试,用蔡斯 光度显微镜在 油浸放大 倍观测。每个样品观测前后,系统都要经过一套玻璃标准来校正。每个样晶通常行 次读数。算数平均值的标准偏差为 . % . %。结 果. 镜质体反射率在热解实验中,热解后残余页岩的镜质体反射率用于有机质成熟度的评价。随着温度的升高,未成熟样品的镜质体反射率值从大约 . %增加到大约 . % 表 ,图 。随着温度的升高,成熟样品的镜质体反射率值从大约 .

12、%增加到大约 . % 表 。本实验中的成熟度范围大体包含了沃斯堡盆地巴涅特页岩观 的成熟度范围,并日包含了生油 气 窗 等,; 等, 。完成的实验中,升温速率相同的未成熟与成熟样品的镜质体反射率值表现出非常好的一致性 图 ,并暗示未成熟样品的动力学参数大体上可适用于镜质体反射率值约为 . %。因此,热解结果允许我们模拟镜质体成熟的动力学过程和盆地中观察到的成熟度范围内的烃类产量。. 裂解气酪根热降解初期烃类气一生成量较少,而在高成熟度时以产气为主 表;图 。对未成熟样品在升温速率为 / 的时和 / 的时,烷足主要的持续生成的烃类成分并且也是主要的天然气组分 表 。对于成熟的样品也观察到类似趋势

13、 表 ,图 。对于未成熟与成熟样品来说, ? 烃类的产率在低温条件时较低,然后随着温度增加成指数的增加 表 ,图 。在 / 和/时, ,一 烃类的产率达到最大值,超过这两个温度点后产率下降,这暗示了对于未成熟样品在更高的温度时 一 烃类明显发生裂解。对于成熟的样品也观察到类似趋势 表 ,图 。我们的结果也没有给出在我们的实验中在低温条件下 :一 组分的裂解的说明。该实验没有进行到温度足够高到能确定 一 裂解趋势及裂解动力学。巴涅特页岩于酪根主要产生的非烃气为,并且对于未成熟样品在 %/. 等著,德克萨斯州沃斯堡盆地巴涅特页岩的产气模拟未成熟样品. . .室 珊 啪 铋弼 瑚啪 . . . .

14、. . . . .。. . . . . . . . . . . 未成熟样品 . . . . . . . . . . . . . . . 成熟样品 / . . . . . 。 . . . . . . . . . . . . ./ 成熟样品. . . . . . . . . . . . . . . . . . 。. . . . . . . . . . . . . . . . . .海洋地质年第 期和/ 时,在全部气体组分中占优势 表 。一些样品中的 和 以痕量浓度出现。早期的产生可能与易变化的氧化官能团的裂解有关,例如,羧基团的脱羧作用。对于成熟样品,产率更高些。几乎等于在 / 的升温速率下的总烃

15、类气产率。因为对于未成熟与成熟样品,在相同的升温速率与相同的温度下产率几乎是相同的,这表明对于成熟样品进行的热解实验较高的温度实现了这一点。在沃斯堡盆地,产生的天然气中的 含量不高 等, ,我们一直关注的是烃类气,留着非烃类气组分以后去研究。温度 图 本研究中,两种升温速率实验测得的镜质体反射率数据与经动力学参数计算拟合的最佳曲线基于唐等 和张等的热解结果和动力学方法,利用劳伦斯利沃莫动力学软件确定了总烃类气、甲烷和 一 烃的动力学参数。本研究的重点就是评价巴涅特页岩的最初烃类气生成。因此热解反应没有彻底完成,而是限制在大约 . %这一最大实验镜质体反射率值。所以,二次裂解反应的影响受限 等,

16、。通过动力学参数计算的总的天然气产率相对于实验数据的拟合非常好,总结于表,如图 所示。这暗示在本研究中,天然气生成的动力学模型对于预测热解结果表现很好。通过动力学模型计算的甲烷产率相对于实验数据的拟合也表现很好 表 ,仅在最高温度处; . %;/ 观察到了些许偏差,如图 所示。这暗示甲烷生成的动力学模型在本研究中在镜质体反射率大约为 . %时预测热解结果方面是合理的。通过动力学参数计算的 一 烃产率相对于实验数据的拟合是好的 表 ,在两种升温速率的最高温度处都观察到了些许偏差,如图 所示。动力学模拟结果暗示天然气生成的动力学模型在本研究中在镜质体反射率大约为 . %时预测热解结果方面 . 等著

17、,德克萨斯州沃斯堡盆地巴涅特页岩的产气模拟 热解温度 热解温度 海洋地质年第 期暴 暑/ 哪 一对图 本研究实验中,做为热解温度的函数,总气、甲烷、乙烷一戊烷和二氧化碳产率的总览. 未成熟巴涅特页岩, / . 未成熟巴涅特页岩, /. 成熟巴涅特页岩,/ . 成熟巴涅特页岩, /.天然气产率用总有机碳单位.是合理的,而沃斯堡盆地页岩观测到的最高成熟度为镜质体反射率为 . %,因此动力学模拟能应用于沃斯堡盆地页岩气生成的模拟。在模型中得出能使用的镜质体反射率动力学的基本方法是被唐等 和张等总结出的。热解实验通过两种实验室升温速率进行,并进行天然气生成的动力学参数确定。计算中存在两种不确定度: 最

18、大产率的不确定度,基于两种升温速率实验的潜在地非唯一的动力学解决方案。下面针对这两种不确定度进行敏感性分析:图 本研究中,两种升温速率下测得的实验总烃类气数据与经动力学参数计算拟合的最佳曲线 . 等著,德克萨斯州沃斯堡盆地巴涅特页岩的产气模拟表 巴涅特页岩的镜质体成熟作用与天然气生成的动力学参数镜质体 镜质体 甲烷未 甲烷成? 未 总气 未 总气总气反射率 反射率 成熟样 成熟样 成熟样 % 未% 总气 成未成熟 成熟样 熟样品 成 熟样 未成熟 熟样品样品 品 品 品 品 品 样品频率因子 . . . . .嘲 × × × × × ×

19、; × 最大值 / / / /.% . % 总有机碳 总有机碳 总有机碳 总有机碳 总有机碳 总有机碳 总有机碳活化能 反应百分比反应百分比反应百分比反应百分比反应百分比反应百分比反应百分比反应百分比反应百分比卡,摩尔 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 舢 . . . . . . . . . . . . . . . .玎 . . 总计 . . . 海洋地质年第 期忙、 置、 /斛七 温度 图 本研究中,两种升温速率下测得的甲烷数据与经动力学参数计算拟合的最

20、佳曲线温度 图 本研究中,两种升温速率下测得的 一 烃类数据与经动力学参数计算拟合的最佳曲线. 用于动力学拟合的最大天然气产率的不确定度一直以来做了大量的工作去研究对于封闭体系下获得动力学的不同方式 例如,唐等, ,在其中提及的 。尽管金管可加热到非常高的温度,因而从封闭体系热解中获得实验测量最大的天然气产率,但这一数字代表的是页岩初次裂解生成的天然气与油二次裂解生成的天然气之和,这将使得热解最大天然气产率向二次裂解的产物偏离 等,。而在开放体系热解中,在本研究中测量到的最大初次天然气 . 等著,德克萨斯州沃斯堡盆地巴涅特页岩的产气模拟 产率非常低并且不能合理的外推到地质条件下。由我们的封闭体

21、系实验数据,我们在两种水平评价最大天然气产率:天然气产率 %的天然气产率/ 天然气产率%的天然气产率 / 。表 显示了两种不同最大产率的天然气生成动力学,图 显示了基于那些动力学的天然气转化外推到地质条件 /。差异是小的,显示最大产率没有明显改变天然气生成的动力学参数。对于天然气生成动力学的不确定度,这确定了天然气最大产率的基本不确定度。镜质体反射率 %图 通过热解实验测定的不同的天然气最大产率,得到的总气动力学值的外推对比.外推表明,天然气最大值的选择没有明显影响动力学参数与外推. 动力学拟合的不确定度我们代表性地进行了敏感性分析以评价将实验室数据应用于地质产率观测的适用性。图 显示在实验数

22、据与计算结果间的总误差之和,其中计算结果是利用由 和 开发的最优化程序如计算得来。为减小曲线拟合的不确定度 如得到唯一的频率因子 ,就有必要增加升温速率的范围或者数量。然而,通过增加升温速率的数量而不增加升温速率的范围是不能明显减少不确定度的。我们按照唐等 和张等的方法并在 / 之间调节了频率因子直到实验数据与计算结果间的误差最小 图 。讨 论. 镜质体反射率动力学镜质体是存在于煤和干酪根中用于评价沉积岩热成熟度的非均质的、非结晶的有机大分子。自然界中有机质的成熟过程是最初的对有机质贡献的生物质、有机质聚集的沉海洋地质年第 期积环境和盆地的热史的函数。例如,形成于陆源沉积体系的镜质体明显在化学

23、与岩相学方面区别于形成于海相及受海相影响的沉积环境的镜质体 等, ; , ; 和, 。这一自然的非均质性一定程度上说明在沉积盆地内全部煤阶范围上由与热史产生的因素无关的镜质体反射率的多样性原因。因为这一原因,对于巴涅特页岩,我们开展特定盆地镜质体反射率动力学模型,目的是将预测的天然气产率做为镜质体反射率的函数。图 表明,未成熟与成熟巴涅特页岩的镜质体遵循相似的成熟轨迹。尽管未成熟与成熟的巴涅特页岩的动力学参数我们都获得了 表 ,与成熟样品的轨迹的相似说明获得的未成熟的巴涅特样品的动力学参数总体上可用于该盆地。地质升温速率下的未成熟巴涅特页岩镜质体反射率动力学可以用来做为热史函数的天然气产率的评

24、价。 . 等著,德克萨斯州沃斯堡盆地巴涅特页岩的产气模拟 图 插点投图显示的频率因子 一 相对总误差之和的折线图,该图显示在确定频率因子以进行两种升温速率的动力学拟合时的最小误差.地质升温速率对要达到的特定热成熟度水平所需要的温度有较强的影响 图 。利用巴涅特页岩的镜质体反射率动力学, / 的升温速率下, 要达到 . %时,需要升温到;而 / 的升温速率下, 要达到 . %时,需要升温到。当巴涅特页岩天然气产率动力学被插点用作地质升温速率的函数时,在天然气产率方面也能发现类似的关系 图 。当以一种地质升温速率计算的镜质体反射率相对于用相同地质升温速率计算的天然气产率投图时,发现在这方面不存在地

25、质升温速率的依赖。这表明尽管沃斯堡盆地的埋藏史与热史可能显示短暂变化,本研究得出的天然气产率相对于镜质体反射率关系可被用于评价与对比盆地不同部分的巴涅特页岩的天然气潜力。. 天然气产量预测在这些实验和自然界的热成因页岩气体系中,热成因气有三种来源:干酪根裂解、沥青裂解和油裂解。利用来源于总烃气的裂解和镜质体反射率的动力学参数,完成了巴涅特页岩的天然气产率模拟。我们观察到本研究计算的天然气产率可以期望作为巴涅特页岩的最大天然气产率,因为巴涅特页岩具有相近的总有机碳与岩石热解参数。对不同的地质升温速率下几乎同样的天然气产率相对于镜质体反射率曲线,这允许评估天然气产量作为热成熟度的函数而独立于地史之

26、外。表 给出了天然气产率作为热成熟度函数的关系。表 中给出的计算的天然气产率值随总有机碳和岩石热解烃的增加而增加。已有报导未成熟巴涅特页岩的总有机碳值可高达 % 等,; 等, ,因此天然气产量几乎三倍高于本研究的产量有可能成为现实。我们假设本研究的天然气产率动力学总体上适用于全盆地,并且通过调节总气或者甲烷产率就能从更高的总有机碳、更高的岩石热解烃样品中评估出将要产出的天然气量。海洋地质年第 期 一 槲温度 图 基于本研究的动力学参数,镜质体反射率成熟与总烃类气产率相对于做为地质升温速率函数的温度的趋势图。这显示了地质升温速率对需要达到一定程度的热成熟度或者产生一定体积的天然气所要达到的温度是

27、有影响的。我们的实验没有计算对于常规油气藏来说的油气散失,如通过巴涅特页岩断裂产生的运移或者天然气的散失。对于未成熟与成熟样品,在天然气产率 表 ;图 与动力学参数 表 方面的不同之处反应了在镜质体反射率约为 . %一 .%范围的巴涅特页岩的天然气散失。对于两个测试的样品,大约 %的天然气在该成熟度范围散失了,表明不仅烃源岩的地球化学特征在控制天然气产率方面是重要的,在考虑油气的 . 等著,德克萨斯州沃斯堡盆地巴涅特页岩的产气模拟保存与天然气的散失这方面也很重要。一个超出本文章范围的话题,即通过了解巴涅特页岩的排烃效率从而评估保存在烃源岩中的油气数量,这样预测的页岩气的产量可能需要调整。在实际

28、效果上,本研究结果能用于对比盆地不同局部的天然气产率,用在盆地模拟的动力学参数可评价天然气生成的时间与数量。镜质体反射率 %镜质体反射率 %图 利用本研究获得的动力学参数在地质升温速率分别为 、 、 、 / 条件下,天然气产率相对于镜质体反射率外推的结果.结果显示在任何地质升温速率下,作为镜质体反射率函数的天然气产率是几乎相同的,并且利用这种关系在沃斯堡盆地内可以估算在任何成熟度时天然气的产率.海洋地质年第 期. 镜质体反射率为 . %热成熟度时巴涅特页岩气截图等讨论过成熟度对于巴涅特页岩气的生成与运移的重要性。在巴涅特页岩气体系中镜质体反射率达到.%似乎是必要的。镜质体反射率大于 .%,保存

29、在源岩中阻塞孔隙的油气开始裂解为天然气与凝析油,从而成为了巴涅特可能的天然气产量等, 。较早研究认为 以下石油是稳定的 等, ,不能发现高于 还存在的石油 ,;, 。然而,油田上证实 等,; 等,;, ; 等,; 等, ,实验室证实, ; 与,; 等, ;,; 等, ,加上理论上计算 等,支持石油到时都是稳定的。 将动力学参数应用于模拟组分裂解、重烃断裂、天然气生成及自然界中油气出现的动力学经验数据得出了油裂解成气的动力学表达式。其研究结果表明油裂解发生在较早研究提出的热应力程度以上等, ; ,;, ,而在最近研究提出的热应力程度以下也发生油裂解 等,; 等,。我们将 的动力学结果外推到地质升

30、温速率,并将结果相对于本研究计算得出的镜质体反射率投图 图 。结果显示出镜质体反射率为 . %时油裂解的范围不到 %,镜质体反射率为 . % 时%的油发生裂解。这表明成熟度镜质体反射率低于 . %时巴涅特页岩出现很少量的油裂解产生出的天然气 转化率 % ,天然气主要是来源于干酪根裂解。表 本研究中。基于动力学参数与产量估算出的作为热成熟度函数的天然气产率岩石密度假设为 . / 然而,从巴涅特页岩气体系观察认为,保存在源岩中的石油在镜质体反射率 . 等著,德克萨斯州沃斯堡盆地巴涅特页岩的产气模拟. %开始裂解 等, ,这暗示 应用于自然界体系中的常规油藏的油裂解动力学可能不适用于源岩中的石油裂解

31、。 曾为其研究的油动力学参数用于自然体系的普遍的适用性作了极大辩论。本研究产生的天然气产率曲线与 的相似 图 ,除了本研究中天然气生成开始于较低的镜质体反射率 镜质体反射率为. %时为 %的产率 与 的研究 镜质体反射率为 . %时为 %的产率 有别。本研究中较早的天然气生成可能来源于干酪根或者沥青的裂解。图 给出了包括了 、 等与等的天然气产率曲线,这些曲线表明油裂解可能出现的多样性。然而,如果巴涅特页岩体系中滞留油的裂解是天然气的主要来源,并且 、 等 与 等的天然气产率曲线是有代表性的话,那么另外一些过程,例如与干酪根的相互作用、矿物催化作用必须被考虑为是在天然气生成过程中有潜在重要作用

32、的。本研究中,巴涅特页岩的干酪根分离用于天然气产率模拟。干酪根被认为包含自由基 等,;等,并可作为促进页岩体系中滞留油裂解成气的自由基引发剂。我们认为在我们的实验中产生的石油与干酪根自由基相互作用,在低的热成熟度水平下导致了天然气的生成,而不是象其它实验油裂解模型预测的。然而,这不能彻底解释 等 对巴涅特页岩的观测。等的工作表明巴涅特页岩中的大部分滞留油在镜质体反射率为.%时裂解,承认天然气在页岩中产生。本研究实验表明产生的石油与干酪根相互作用能部分地解释在巴涅特页岩中观测到的滞留油的早期裂解。通过有机质与岩矿和 , 或者有机质与过渡金属 和 ,;和 , 的相互作用发生的干酪根或者沥青的催化裂

33、化一直以来被提出过,这可用于解释巴涅特页岩中观测到的滞留油向天然气的转化。在实验室中粘土矿物对于烃类生成的影响是显著的。我们知道在自然体系和实验室实验中,有机组分会吸附在矿物表面,并且在实验室中带有干酪根、蒙脱石和伊利石粘土矿物的实验能明显改变烃类的组成? 和, ;等,; 等, ;和., 。有蒙脱石存在的干酪根产生的 一 的数量是单独干酪根产生的 一 的数量的 倍 和,。在 和 的研究中,伊利石的存在减少了 ,一 产生的数量,但仍然高于干酪根单独存在产生的 。一的数量。来自于 等和与 的实验结果显示伊利石在干酪根产生的天然气与凝析油的生成方面有明显的影响。在页岩中通常发现蒙脱石、伊利石、伊蒙混

34、层、高岭石、绿泥石、石英、长石和碳酸盐岩。页岩中存在水,而且在热解实验中水一直被认为是减少粘土矿物对于烃类生成的影响 和., ; 等 。这些观测一直消除了粘土矿物对于烃类生成的重要性,尽管页岩中的滞留油相对于常规油藏中的油在稳定性方面的差异看来有区别。给出了一个可选择性的极好的总结,以说明裂解气与天然气之间在组分上差异。证实了过渡金属在油转化为甲烷的实验中的作用 和 , ,过渡金属的存在下油的半衰期被估算为在 时是年,高于干燥活性 、 / 海洋地质年第 期 催化剂的存在 和 , 。自然体系中过渡金属催化作用的定量价值应被建立起来。更进一步,细砂岩沉积物中湿气组分的存在不能维持油转化为甲烷的半衰

35、期在下长达上百万年 , 。尽管使用过渡金属催化剂的天然气生成实验结果受到关注,并且其在页岩中滞留油的裂解过程中存在意义,而该类过程的证据在自然体系中是缺乏的。. 含气油页岩被看做完整的油气系统油气系统的概念由和确定。烃源岩、储层、圈闭和上覆盖层成为一个含油气系统的必要条件,并为石油的生成、运移、聚集和圈闭形成的必要条件。象页岩气这样的非常规资源定义了一个新的考虑油气系统的框架。在含气油页岩中,天然气直接来源于源岩,页岩不仅是源岩,同时也是储层和盖层。其实,除了油气生成必须的上覆盖层之外,页岩气系统属于独立的油气系统。在页岩气油气体系中,源岩单元仍然是富有机质页岩相,但储层与盖层有巨大差异。不像高孔、高渗的硅质碎屑岩与碳酸盐岩,页岩油藏为低孔、低渗,同时还扮演着烃源岩的角色。页岩油藏包含了贫有机质的碳酸盐岩和粉砂岩相,其常为页岩组的一部分组成。镜质体反射率 %图 基于本研究的动力学参数和 、 等和 等油裂解动力学的天然气产率的转化率.研究显示,镜质体反射率低于. %产生的天然气来源于干酪根裂解,或者说常规的原油裂解动力学不适用于源岩中滞留油的裂