頁巖油可流動性研究中原油族組分分析的應用

羅麗榮，馬 軍，楊偉偉，吳 凱，劉 飛，李善鵬

(1.中國石油長慶油田分公司 勘探開發研究院，陜西 西安 710018；2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，陜西 西安 710018)

近年來，頁巖油和頁巖氣成為全球非常規油氣勘探開發的熱點。目前北美地區頁巖油的勘探與開發已取得成功，在我國渤海灣、鄂爾多斯、松遼、南襄等多個中新生代陸相湖盆中，也已不同程度地獲得了工業頁巖油流，顯示出良好的勘探開發前景[1-4]。鄂爾多斯盆地是一個多旋回沉積型克拉通類含油氣盆地，也是我國第二大沉積盆地。中生界上三疊統延長組由上到下劃分為長1到長10共10個層段，主要為河流—湖泊沉積相，其中湖盆全盛期沉積的長7段發育了一套富含有機質、巖性為黑色泥頁巖的優質油源巖，可以將頁巖油定義為長7段湖相頁巖層內的油氣聚集，儲集層以黑色富有機質頁巖為主，同時包括不能單獨作為油藏單元開發的單個或多個薄砂巖夾層，屬典型的源內油藏[5，6]。一般認為，頁巖油主要以吸附態或游離態形式賦存，少量為溶解態(或互溶態)。儲集于頁巖中的吸附態和游離態頁巖油是潛在可動、可采的，與有機質互溶的溶解態頁巖油幾乎不可動，難以開采；但在當前技術條件下，游離態頁巖油是最具有可采性的部分[7-11]。目前鄂爾多斯盆地頁巖油藏的勘探開發處于初級階段，受頁巖層系非均質性影響，頁巖油的可流動性難以預測。以往的研究表明長7段頁巖油屬偏輕質原油，輕質組份與飽和烴含量高、瀝青質極低，具有低密度、低黏度、低含硫、低凝固點的特點。可流動性較強的頁巖油往往以游離態為主，而難以流動的頁巖油中吸附態比例較高。長7油頁巖的可溶有機質族組分分析顯示其非烴與瀝青質含量高，因而其可溶有機質流動性差[12，13]。

為了厘清鄂爾多斯盆地長7泥頁巖中高含量的瀝青質組分對長7頁巖油可流動性的影響，設計了頁巖油與過量瀝青質的溶解試驗，利用原油族組分分析檢測試驗前后頁巖油中瀝青質的百分含量，分析頁巖油與泥頁巖中瀝青質溶解作用的強弱，進一步判斷泥頁巖中高含量瀝青質對頁巖油可流動性的影響，并獲得初步認識和結論。

1 試驗原理

巖石中可溶有機物及原油族組分分析是石油地質研究中的重要項目，也是研究石油成因、演化、運移、聚集理論的基礎，能夠對石油中重、輕有機質進行描述。依據原油族組分分析的原理，試樣中的瀝青質可以用正己烷沉淀析出，飽和烴、芳烴、非烴的混合物可以溶解在正己烷中，從而可以將瀝青質與其他3種組分分離，待瀝青質晾干后，可以計算其在頁巖油中的百分含量。

2 試驗方法

首先選取M78井長7段頁巖油樣品，C91井長71暗色泥巖、L231井長73黑色頁巖氯仿瀝青“A”抽提物中的瀝青質組分進行溶解試驗。然后將進行一段時間溶解試驗后的頁巖油樣品與泥頁巖的瀝青質分離，之后稱取一定量試驗后頁巖油樣品并利用族組分分析檢測頁巖油樣品中瀝青質的百分含量，比較試驗前后，頁巖油樣品中瀝青質百分含量的變化，判斷頁巖油與泥頁巖中瀝青質溶解作用的強弱，從而分析泥頁巖中高含量的瀝青質對頁巖油在儲層中可流動性的影響。考慮到試驗時間對溶解作用的影響，將頁巖油與過量瀝青質混合不同時間后，測定頁巖油中瀝青質百分含量，并評價時間對頁巖油溶解瀝青質的影響。

3 試驗結果

3.1 溶解試驗時間為7 d

將M78井長7段的頁巖油樣品與C91井長71暗色泥巖(1號、2號)氯仿瀝青A抽提物中的瀝青質混合，進行溶解試驗，試驗中瀝青質是過量的。取一定量溶解試驗后的原油樣品，進行族組分分析，檢測瀝青質的百分含量，與溶解試驗前原油的瀝青質族組分結果(0.68%)進行對比，試驗結果如表1所示。在原油族組分實驗中，一些未溶解的瀝青質顆粒混入，會影響瀝青質含量分析結果(2號)，造成分析結果偏高，在后續的試驗中，要盡量避免瀝青質顆粒的混入，以確保分析結果的真實可靠。

表1 溶解試驗時間為7 d的原油族組分結果

3.2 溶解試驗時間為14 d

同3.1采取同樣的試驗方法，將M78井長7段的頁巖油樣品分別與C91井長71暗色泥巖(樣品編號為1、2、3號)，L231井長73黑色頁巖(樣品編號為4、5、6號)的氯仿瀝青“A”抽提物中的瀝青質混合，進行溶解試驗，試驗時間延長為14 d，并檢測瀝青質百分含量。在此次試驗中用5 mL玻璃注射器吸取原油樣品，將原油樣品與過量的瀝青質分離，這樣可以減少瀝青質懸浮顆粒對瀝青質試驗結果的干擾。

表2 溶解試驗時間為14 d的原油族組分結果

3.3 溶解試驗時間為21 d

為了進一步考察時間對頁巖油溶解瀝青質試驗結果的影響，將試驗3.1后的1～6號樣品放置21 d后，檢測瀝青質的百分含量。本次試驗最大程度的避免瀝青質顆粒的混入并增加待檢測原油樣品質量，從而提高分析數據的準確度。

表3 溶解試驗時間為21 d的原油族組分結果

4 認識與討論

4.1 時間對試驗結果的影響

分別將頁巖油與瀝青質混合7 d，14 d，21 d，試驗結果表明，頁巖油中瀝青質百分含量與反應時間未呈現正相關的關系，因此，延長反應時間不會顯著影響試驗結果。只要保證原油與瀝青質能夠有充分的溶解時間，就可以滿足分析要求。反應時間為7 d或者更短，可以滿足溶解試驗的需求。

4.2 樣品中未溶解瀝青顆粒與樣品量對分析結果的影響

在試驗3.1中，直接用玻璃棒沾取一定量溶解試驗后原油樣品進行族組分試驗，分析結果顯示表1瀝青質含量(2.45%～6.09%)明顯高于溶解試驗前原油瀝青質含量(0.68%)，在試驗中觀察到原油樣品中混入少量未溶解的瀝青質顆粒，在后續的試驗3.2中，用5 mL玻璃注射器移取樣品，盡量避免未溶解瀝青質顆粒對實驗結果的影響。試驗結果顯示，瀝青質含量部分降低，但3、4、6號樣品的結果與1、2、5號樣品的分析結果差異明顯，試驗3.3中將樣品量由30 mg左右增加至100 mg左右，試驗結果顯示(表3)，瀝青質含量都在2%以內，1～6#樣品，試驗結果間依然有差異，但明顯減小了瀝青質顆粒物的影響，部分原油樣品的分析結果甚至小于溶解試驗前同一原油樣品的分析結果，這可能是由于樣品與瀝青質互溶的非均質性造成的。

4.3 長7泥頁巖中的瀝青質對儲層中頁巖油流動性的影響

有機地球化學資料分析表明，長7頁巖油，輕質組份與飽和烴含量高、瀝青質極低，原油性質好(表4)，目前采出的頁巖油以游離烴為主，主要賦存于頁巖的微孔(裂)隙中。長7暗色泥巖的瀝青“A”族組成性質具有烴類組分含量高的特點，飽和烴與芳烴百分含量之和為70.0%～92.1%，飽/芳比值為2.35～11.04。而黑色頁巖的烴類組分含量(33.23%～65.81%)和飽/芳比值(0.73～1.93)明顯低于暗色泥巖，因此，暗色泥巖的瀝青“A”族組成性質明顯好于黑色頁巖，其可溶有機質具有一定的流動性。長7黑色頁巖中非烴類組分含量高，直接流動困難，高含量的瀝青質有可能會影響儲層中頁巖油的流動性。頁巖油溶解長7泥頁巖瀝青質試驗結果顯示，頁巖油溶解瀝青質的能力有限，試驗前后頁巖油中瀝青質百分含量并未發生明顯變化(見表3)，長7頁巖中高含量的瀝青質未顯著影響頁巖油在儲層中的流動性。

表4 頁巖油族組成特征與物性

5 結論

原油族組分分析，以往被用于烴源巖有機質豐度評價、判斷各類烴源巖界限、不同沉積環境可溶有機物組分的變化。本文將原油族組分分析應用于頁巖油可流動性研究，將鄂爾多斯盆地長7段頁巖油與泥頁巖氯仿瀝青A抽提物中的瀝青質進行不同時間的溶解試驗，檢測溶解試驗后原油中瀝青質的百分含量。研究結果顯示在溶解試驗后，頁巖油中瀝青質的百分含量并未發生顯著變化，長7頁巖油儲層中原油溶解瀝青質的能力有限。初步判斷頁層中較高含量的瀝青質主要以吸附態賦存與干酪根中，而頁巖孔(裂)隙中則可能以流動性較好的輕質原油為主，頁巖中高含量的瀝青質不會顯著影響頁巖油的可流動性。試驗結果為尚處于勘探開發初級階段頁巖油的可動性分析提供了一定的理論支持。然而，該試驗分析只是從一個方面顯示泥頁巖中高含量瀝青質與長7段頁巖油未發生明顯的互溶作用，但要系統的研究長7段儲層中頁巖油的可流動性還需要結合其他的技術進行綜合判斷。