不同因素對生烴模擬實驗的影響

關瑞

（西安石油大學，吉林松原710065）

生烴熱模擬實驗是目前廣泛應用的烴源巖成烴潛力與資源評價的重要手段，主要應用于實驗室，可采用全巖、干酪根、瀝青等作為實驗材料[1]，再現地質過程中有機質的演化過程。從實驗的提出到現在，前人做出了大量的研究和改進，將實驗的體系根據封閉的程度分為3 類：開放體系、封閉體系和半開放體系。相同的實驗裝置可模擬不同的地質條件和不同的研究目的，依據地層狀態下頁巖或烴源巖成烴特征選取合適的模擬實驗裝置，對于頁巖生烴模擬，不同學者出于不同的研究目的，三種實驗裝置體系均有采用。

生烴模擬實驗主要依據干酪根熱降解成烴原理和有機質熱演化的時間-溫度補償原理，因為實驗中影響結果的因素較多，所以總結前人的實驗條件和結果以及分析各個因素對于實驗結果的影響對研究烴源巖的生烴過程有重要的意義。

1 生烴模擬實驗的不同影響因素

生烴模擬實驗中，不同因素對于實驗結果有不同的影響。在烴源巖生烴的過程中，烴源巖中有機質或干酪根形成油氣是一個非常復雜的變化，會受地層溫度、時間、壓力、空間和一些物質條件等因素的綜合影響。

根據油氣有機成因理論及早期研究人員[2]分析指出，泥頁巖中熱解成因氣的形成有3 個途徑：干酪根分解成氣體和瀝青；瀝青再次分解為液態油和氣體；最后油二次裂解為氣、高含碳量的焦炭或瀝青殘留物。因此，模擬實驗樣品往往為低成熟度的頁巖或者分離的干酪根。孫麗娜等[3]通過對于遼河盆地中的碳質泥巖通過WYMN－3 型高溫高壓模擬儀進行了控溫和控壓2 個系列的模擬實驗，探究了相同壓力下不同溫度和不同壓力不同溫度時排烴情況，對鄂爾多斯盆地中油頁巖進行不同溫度下的模擬實驗和不同產物分析[4]，并總結了在前人的實驗中水的影響[5]；馬中良等[6]通過對于同一樣品的有限空間和常規高壓釜加水的對比實驗探究空間對實驗結果的影響。

2 不同影響因素的生烴模擬實驗結果的分析與討論

2.1 溫度

根據孫麗娜等[3]的實驗，對鄂爾多斯盆地中油頁 巖 樣 品 從250℃、300℃、350℃、375℃、400℃、450℃和500℃7 個溫度點進行實驗，發現在250～300℃時，排出油、洗出油和殘留油的產率無明顯變化，其中洗出油的產率接近0，隨溫度變化也無明顯變化；在300～350℃階段，排出油產率有少量增加，洗出油和殘留油產率極速增加，并同時在350℃時出現峰值；從350～500℃階段，三種產物產率均開始下降，在375℃前呈極速下降趨勢，375℃后開始緩慢下降，其中洗出油產率在400℃開始接近于0，殘留油在400～450℃階段出現少量增加，而后下降，趨近于0。在溫度低時，烴源巖處于未成熟階段，總油產率來自于殘留油，而到了高溫階段則來自于排出油。在實驗過程中，發現三種產物都是由產率不變到極速增加最后到下降的模式，而且對三種產物對比發現，排出油的產率峰值高于殘留油產物峰值，由此推測，液態烴在初次運移后會有短暫停留，而后才會裂解并產生二次運移。

2.2 壓力

通過對于遼河盆地中碳質泥巖樣品在350℃、400℃、450℃、500℃、520℃和540℃的不同溫度下，進行控壓實驗，結果顯示，在400℃前，壓力對排出油產量無明顯影響，在400℃后，排出油產量較不控壓樣品明顯提高，在520℃時達到峰值，而后下降；不控壓樣品的殘留油產量呈先上升趨勢，在400℃達到峰值，而后開始下降。而控壓樣品的殘留油產量在350℃時最大，而后開始持續下降，在450℃時開始趨近于0；總油產量在不控壓時，在400℃前呈上升趨勢，而后開始下降，在500℃時近似0，而后上升，在520℃時達到峰值后開始下降。而控壓時，總油產量先開始下降，在400℃后開始上升，同樣在520℃時達到峰值后開始下降。結果顯示，烴源巖排烴主要是受到溫度影響，壓力只是對烴源巖中殘留油的排出起到了促進的作用。

2.3 水

孫麗娜等[4]通過對前人的大量實驗發現水在生烴模擬實驗中起到至關重要的作用。其中，Lewan 對于Woodford 頁巖進行了不同溫度下的有無水的實驗對比，發現在無水的情況下，無論溫度怎么變化，排出油率一直為0，保持不變，且總產物在低溫度時較高，而在加水的情況下，瀝青質含量明顯減少，氣態產物和排出油量隨著溫度的升高而逐漸增加，總產物也隨著溫度的升高而不斷增多，在溫度為350℃時，有水狀態下的總產物量為無水狀態下的2 倍多。不僅是否有水會對實驗有影響，加水量的多少也同樣重要。Lewan通過對于加水量不同的對比實驗發現，在加水量為樣品重量的20%～50%時，排出油產率、殘留油產率、總油產率、總汀產率都在升高，而氣態烴產率無明顯變化，在加水量大于樣品重量75%以上時，反而對烴源巖生烴有了抑制作用。

2.4 空間

馬中良等[6]為了探究生烴空間與生烴熱模擬實驗之間的關系，通過對相同的灰色泥巖樣品進行了烴源巖有限空間和常規高壓釜兩種對比模擬實驗，通過對實驗產物的分析發現，兩種狀態下，氣態產物和液態烴的產物和產率均不同。有限空間中的氣態產物產率均小于常規高壓釜中氣態產物產率，同時，在有限空間中，重烴裂解為甲烷的溫度為450℃，高于常規高壓釜的425℃。二液態產物，在低成熟度階段時，兩者趨勢相近，總油產率也基本相同，在高成熟度階段以及425℃時，常規高壓釜中重油開始向烴氣轉化，而在有限空間條件下，仍有大量油存在，可能是由于有限空間中，孔隙間流體壓力較大，抑制了油向氣的轉化。在產率上，有限空間條件下的排出油產率遠遠高于常規高壓釜中排出油產率，原因是由于在常規高壓釜中，空間較大，水以水蒸氣形式存在，參與排烴作用大大減小，而在有限空間中，油隨著液態水在高溫高壓的作用下大量排出。

3 結論

1）對于烴源巖的生烴模擬實驗的影響因素有很多，其中最主要的就是溫度，溫度直接影響烴源巖的成熟度，在不同溫度下，烴源巖排烴的產物和產率有極大的變化。

2）壓力對于烴源巖生烴無明顯影響，主要是對于排烴有積極影響。

3）水同溫度一樣，直接作用于烴源巖生烴過程，在有水且含水量不高于樣品的50%時，水對生烴作用有積極影響，含水量高于50%時，會抑制烴源巖生烴。

4）空間的大小主要影響液態產物裂解為氣態產物，同時，在有限空間的前提下會有利于烴源巖的排烴。