張居和，霍秋立，馮子輝

(大慶油田有限責(zé)任公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712)

天然氣與源巖對(duì)比研究的主要地球化學(xué)方法有組分碳同位素和輕烴指紋方法[1-18]，依據(jù)源巖脫附氣與源巖排出的天然氣具有一致性或相似性[4-18]。目前，源巖脫附氣主要有物理脫附和化學(xué)脫附2種方法，化學(xué)脫附方法主要有鹽酸法和磷酸法[1-2]，化學(xué)脫附氣均稱(chēng)之為酸解氣；物理脫附方法主要有震蕩撞擊法(中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利技術(shù))[3-7]、攪拌和溶劑粉碎法[8-11]等，物理脫附氣均稱(chēng)之為吸附氣。氣巖對(duì)比及天然氣來(lái)源研究時(shí)，有的采用酸解氣指標(biāo)[1]，有的采用吸附氣指標(biāo)[4-11]。然而，對(duì)于脫離地下原始環(huán)境的源巖樣品，采用物理方法脫附的吸附氣和化學(xué)方法脫附的酸解氣的特征是否相同或相近？那種源巖脫附氣與源巖生排出天然氣輕烴特征相同？這些問(wèn)題是氣巖對(duì)比及天然氣來(lái)源研究的基礎(chǔ)，為此，本文開(kāi)展了源巖脫附氣和熱模擬排出氣輕烴對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 源巖脫附氣制備與實(shí)驗(yàn)方法

源巖吸附氣制備方法(中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利技術(shù))[3]：取源巖樣品，置于撞擊式吸附氣制備裝置中，密封抽真空后，通過(guò)往復(fù)震動(dòng)撞擊粉碎樣品，將源巖中吸附氣體釋放出來(lái)，采用排水法取出氣體。

源巖酸解氣制備方法：取源巖用研缽粉碎，篩取一定量0.419 mm以下粒徑樣品，置于平底燒瓶中，密封抽真空后，加入鹽酸溶液(體積比1∶6)，將源巖中吸附氣體釋放出來(lái)，采用排水法取出氣體。

實(shí)驗(yàn)樣品與對(duì)比方法：實(shí)驗(yàn)樣品為芳深7、宋深3井等10件，分別做吸附氣和酸解氣制備和輕烴色譜檢測(cè)，計(jì)算烴指紋峰比值，對(duì)比研究2種源巖脫附氣特征。

1.2 源巖熱模擬排出氣制備與實(shí)驗(yàn)方法

熱模擬實(shí)驗(yàn)樣品：杜13井，泥巖，1 514.0～1 521.13 m，K1sh，鏡質(zhì)體反射率Ro=0.42%，有機(jī)碳含量1.709%，熱解生油潛量S1+S2為3.59 mg/g，氫指數(shù)205 mg/g，為低成熟源巖，有機(jī)質(zhì)類(lèi)型為Ⅲ型。

熱模擬排出氣制備與實(shí)驗(yàn)方法：高溫高壓熱模擬實(shí)驗(yàn)裝置，熱模擬排出氣制備溫度分別為450 ℃和500 ℃，加水量是源巖樣品量的8%，制備得到2個(gè)溫度點(diǎn)的熱模擬排出氣，分別做源巖熱模擬排出氣輕烴色譜檢測(cè)。

源巖熱模擬樣品的脫附氣實(shí)驗(yàn)方法：將模擬實(shí)驗(yàn)生排烴后的源巖樣品，從模擬實(shí)驗(yàn)裝置中取出，均勻分成2份，分別做吸附氣和酸解氣制備及輕烴色譜檢測(cè)(方法同1.1和1.3)。

1.3 輕烴色譜檢測(cè)方法

在冷凍條件下(溫度-75～-70 ℃)，將氣樣注入富集管，使樣品中烴類(lèi)得到富集，再加熱解吸，通過(guò)六通閥切入氣相色譜儀檢測(cè)。氣相色譜檢測(cè)條件：氣相色譜儀及工作站，PONA彈性石英毛細(xì)色譜柱，氫火焰離子化檢測(cè)器，載氣為氦氣，燃?xì)鉃闅錃?，助燃?xì)鉃榭諝?，柱起始溫?5 ℃，恒溫5 min，以2 ℃/min升到180 ℃，恒溫至組分出完。

2 結(jié)果與討論

2.1 重復(fù)性實(shí)驗(yàn)

源巖吸附氣與酸解氣輕烴重復(fù)分析的相對(duì)偏差一般不大于5%，樣品檢測(cè)重復(fù)性好。如汪903井2 695.4 m源巖吸附氣輕烴比值參數(shù)重復(fù)測(cè)定結(jié)果(表1)的最大相對(duì)偏差為4.76%，最小相對(duì)偏差為1.61%。

2.2 源巖脫附氣輕烴特征對(duì)比與脫附機(jī)理探討

從源巖吸附氣與酸解氣輕烴分析結(jié)果對(duì)比(表2)看，同一樣品2種脫附方法輕烴比值參數(shù)的相對(duì)偏差大于10%的占78%，大于5%的占92%，絕大多數(shù)輕烴比值參數(shù)大于同一樣品重復(fù)檢測(cè)相對(duì)偏差小于5%的分析精度(表1)，表明源巖吸附氣與酸解氣輕烴特征不同。

源巖由有機(jī)質(zhì)(干酪根)及吸附烴、粘土礦物、膠結(jié)物等組成，其中存在著干酪根網(wǎng)絡(luò)和孔隙網(wǎng)絡(luò)；孔隙分為連通和不連通2類(lèi)。源巖有機(jī)質(zhì)及干酪根在沉積過(guò)程中生成的烴類(lèi)通過(guò)干酪根網(wǎng)絡(luò)排出進(jìn)入孔隙，孔隙中的粘土礦物等通過(guò)不同性質(zhì)的作用力對(duì)烴分子吸附，有物理吸附和化學(xué)吸附，2種吸附是同時(shí)發(fā)生的。物理吸附是表面范德華力作用的吸附，化學(xué)吸附是通過(guò)化學(xué)作用及化學(xué)鍵包括礦物晶格的吸附。源巖中吸附的烴氣包括成巖作用早期低成熟等在內(nèi)的整個(gè)地質(zhì)時(shí)期內(nèi)烴氣的總和，從源巖中排出的烴氣大多是在成熟階段生成的烴氣[13]。對(duì)于脫離地下原始環(huán)境的源巖樣品吸附的烴氣，主要分為表面和連通孔隙吸附的烴氣、不連通孔隙及礦物晶格中吸附的烴氣。酸解氣是酸分解源巖中碳酸鹽礦物，主要使碳酸鹽礦物晶格及不連通孔隙中吸附的烴氣釋放出來(lái)，酸解氣應(yīng)反映源巖不同時(shí)期生成烴氣的“總和”特征。吸附氣是通過(guò)機(jī)械撞擊粉碎源巖，主要脫附的連通孔隙及表面吸附的烴氣，吸附氣輕烴應(yīng)主要反映源巖排出氣特征。

2.3 不同溫度點(diǎn)熱模擬氣輕烴特征

由于熱模擬實(shí)驗(yàn)溫度400 ℃以上反映源巖處于成熟—高過(guò)成熟階段，源巖生排氣量急劇增加[19-20]，故模擬溫度點(diǎn)選擇450 ℃和500 ℃。采用杜13井低熟源巖進(jìn)行熱模擬實(shí)驗(yàn)，可以反映松遼盆地深層源巖從低熟到過(guò)成熟的排出氣過(guò)程，同時(shí)，源巖熱模擬排出大量的模擬氣有利于烴類(lèi)富集及輕烴檢測(cè)。從杜13井低熟源巖熱模擬排出氣輕烴參數(shù)檢測(cè)結(jié)果(圖1)看，450 ℃和500 ℃溫度點(diǎn)熱模擬生排出氣輕烴指紋參數(shù)差異較明顯、具有不同的特征，反映了源巖在不同演化階段生成的天然氣輕烴差別明顯。

2.4 源巖熱模擬排出氣與熱模擬脫附氣輕烴特征

從源巖熱模擬生排出氣與熱模擬后的源巖吸附氣、酸解氣輕烴色譜圖(圖2)對(duì)比看，熱模擬源巖生排出氣與吸附氣輕烴指紋峰及峰型類(lèi)似；與酸解氣的差異大；從輕烴指紋參數(shù)對(duì)比圖(圖3,4)看，熱模擬源巖排出氣與吸附氣具有較好的相似性，與酸解氣差異大。

表1 源巖吸附氣輕烴參數(shù)重復(fù)性測(cè)定結(jié)果Table 1 Parameters of light hydrocarbon in absorbed gas of source rock

注：2#.異戊烷，3#.正戊烷，4#.2，2-二甲基丁烷，5#.環(huán)戊烷，6#.2-甲基戊烷，7#.3-甲基戊烷，8#.正己烷，9#.2,2-二甲基戊烷， 10#.甲基環(huán)戊烷，11#.2,4-二甲基戊烷，13#.環(huán)己烷， 14#.2-甲基己烷，15#.2,3-二甲基戊烷，17#.3-甲基己烷，23#.正庚烷，24#.甲基環(huán)己烷

表2 源巖脫附氣輕烴參數(shù)測(cè)定結(jié)果的對(duì)比Table 2 Parameters of light hydrocarbon in de-absorbed gas from source rock

注：表中代號(hào)意義同表1。

圖1 不同溫度熱模擬排出氣輕烴參數(shù)比較

3 結(jié)論

1)采用物理和化學(xué)方法脫附的源巖吸附氣和酸解氣輕烴特征不同；低成熟源巖熱模擬生排出氣輕烴，與熱模擬實(shí)驗(yàn)后的源巖吸附氣輕烴類(lèi)似，與其酸解氣輕烴差異較大，證實(shí)源巖吸附氣主要反映源巖排出天然氣特征。

2)源巖物理和化學(xué)輕烴脫附方法的脫附機(jī)理不同，吸附氣和酸解氣分別脫附了源巖不同部位吸附的烴氣。酸解氣主要脫附的是不連通孔隙及碳酸鹽礦物晶格中吸附的烴氣，主要反映不同時(shí)期源巖生成吸附烴氣的“總和”特征；吸附氣主要脫附的是連通孔隙及表面吸附的烴氣，主要反映源巖排出天然氣特征。氣巖對(duì)比及天然氣定量來(lái)源研究，應(yīng)采用源巖吸附氣分析方法及輕烴指標(biāo)，這對(duì)于天然氣地球化學(xué)及勘探研究有重要意義。

圖2 450 ℃源巖熱模擬排出氣與脫附氣輕烴色譜比較

圖3 450 ℃源巖熱模擬排出氣與脫附氣輕烴參數(shù)比較

圖4 500 ℃源巖熱模擬排出氣與脫附氣輕烴參數(shù)比較

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