不同因素对生烃模拟实验的影响

关瑞

（西安石油大学，吉林松原710065）

生烃热模拟实验是目前广泛应用的烃源岩成烃潜力与资源评价的重要手段，主要应用于实验室，可采用全岩、干酪根、沥青等作为实验材料[1]，再现地质过程中有机质的演化过程。从实验的提出到现在，前人做出了大量的研究和改进，将实验的体系根据封闭的程度分为3 类：开放体系、封闭体系和半开放体系。相同的实验装置可模拟不同的地质条件和不同的研究目的，依据地层状态下页岩或烃源岩成烃特征选取合适的模拟实验装置，对于页岩生烃模拟，不同学者出于不同的研究目的，三种实验装置体系均有采用。

生烃模拟实验主要依据干酪根热降解成烃原理和有机质热演化的时间-温度补偿原理，因为实验中影响结果的因素较多，所以总结前人的实验条件和结果以及分析各个因素对于实验结果的影响对研究烃源岩的生烃过程有重要的意义。

1 生烃模拟实验的不同影响因素

生烃模拟实验中，不同因素对于实验结果有不同的影响。在烃源岩生烃的过程中，烃源岩中有机质或干酪根形成油气是一个非常复杂的变化，会受地层温度、时间、压力、空间和一些物质条件等因素的综合影响。

根据油气有机成因理论及早期研究人员[2]分析指出，泥页岩中热解成因气的形成有3 个途径：干酪根分解成气体和沥青；沥青再次分解为液态油和气体；最后油二次裂解为气、高含碳量的焦炭或沥青残留物。因此，模拟实验样品往往为低成熟度的页岩或者分离的干酪根。孙丽娜等[3]通过对于辽河盆地中的碳质泥岩通过WYMN－3 型高温高压模拟仪进行了控温和控压2 个系列的模拟实验，探究了相同压力下不同温度和不同压力不同温度时排烃情况，对鄂尔多斯盆地中油页岩进行不同温度下的模拟实验和不同产物分析[4]，并总结了在前人的实验中水的影响[5]；马中良等[6]通过对于同一样品的有限空间和常规高压釜加水的对比实验探究空间对实验结果的影响。

2 不同影响因素的生烃模拟实验结果的分析与讨论

2.1 温度

根据孙丽娜等[3]的实验，对鄂尔多斯盆地中油页 岩 样 品 从250℃、300℃、350℃、375℃、400℃、450℃和500℃7 个温度点进行实验，发现在250～300℃时，排出油、洗出油和残留油的产率无明显变化，其中洗出油的产率接近0，随温度变化也无明显变化；在300～350℃阶段，排出油产率有少量增加，洗出油和残留油产率极速增加，并同时在350℃时出现峰值；从350～500℃阶段，三种产物产率均开始下降，在375℃前呈极速下降趋势，375℃后开始缓慢下降，其中洗出油产率在400℃开始接近于0，残留油在400～450℃阶段出现少量增加，而后下降，趋近于0。在温度低时，烃源岩处于未成熟阶段，总油产率来自于残留油，而到了高温阶段则来自于排出油。在实验过程中，发现三种产物都是由产率不变到极速增加最后到下降的模式，而且对三种产物对比发现，排出油的产率峰值高于残留油产物峰值，由此推测，液态烃在初次运移后会有短暂停留，而后才会裂解并产生二次运移。

2.2 压力

通过对于辽河盆地中碳质泥岩样品在350℃、400℃、450℃、500℃、520℃和540℃的不同温度下，进行控压实验，结果显示，在400℃前，压力对排出油产量无明显影响，在400℃后，排出油产量较不控压样品明显提高，在520℃时达到峰值，而后下降；不控压样品的残留油产量呈先上升趋势，在400℃达到峰值，而后开始下降。而控压样品的残留油产量在350℃时最大，而后开始持续下降，在450℃时开始趋近于0；总油产量在不控压时，在400℃前呈上升趋势，而后开始下降，在500℃时近似0，而后上升，在520℃时达到峰值后开始下降。而控压时，总油产量先开始下降，在400℃后开始上升，同样在520℃时达到峰值后开始下降。结果显示，烃源岩排烃主要是受到温度影响，压力只是对烃源岩中残留油的排出起到了促进的作用。

2.3 水

孙丽娜等[4]通过对前人的大量实验发现水在生烃模拟实验中起到至关重要的作用。其中，Lewan 对于Woodford 页岩进行了不同温度下的有无水的实验对比，发现在无水的情况下，无论温度怎么变化，排出油率一直为0，保持不变，且总产物在低温度时较高，而在加水的情况下，沥青质含量明显减少，气态产物和排出油量随着温度的升高而逐渐增加，总产物也随着温度的升高而不断增多，在温度为350℃时，有水状态下的总产物量为无水状态下的2 倍多。不仅是否有水会对实验有影响，加水量的多少也同样重要。Lewan通过对于加水量不同的对比实验发现，在加水量为样品重量的20%～50%时，排出油产率、残留油产率、总油产率、总汀产率都在升高，而气态烃产率无明显变化，在加水量大于样品重量75%以上时，反而对烃源岩生烃有了抑制作用。

2.4 空间

马中良等[6]为了探究生烃空间与生烃热模拟实验之间的关系，通过对相同的灰色泥岩样品进行了烃源岩有限空间和常规高压釜两种对比模拟实验，通过对实验产物的分析发现，两种状态下，气态产物和液态烃的产物和产率均不同。有限空间中的气态产物产率均小于常规高压釜中气态产物产率，同时，在有限空间中，重烃裂解为甲烷的温度为450℃，高于常规高压釜的425℃。二液态产物，在低成熟度阶段时，两者趋势相近，总油产率也基本相同，在高成熟度阶段以及425℃时，常规高压釜中重油开始向烃气转化，而在有限空间条件下，仍有大量油存在，可能是由于有限空间中，孔隙间流体压力较大，抑制了油向气的转化。在产率上，有限空间条件下的排出油产率远远高于常规高压釜中排出油产率，原因是由于在常规高压釜中，空间较大，水以水蒸气形式存在，参与排烃作用大大减小，而在有限空间中，油随着液态水在高温高压的作用下大量排出。

3 结论

1）对于烃源岩的生烃模拟实验的影响因素有很多，其中最主要的就是温度，温度直接影响烃源岩的成熟度，在不同温度下，烃源岩排烃的产物和产率有极大的变化。

2）压力对于烃源岩生烃无明显影响，主要是对于排烃有积极影响。

3）水同温度一样，直接作用于烃源岩生烃过程，在有水且含水量不高于样品的50%时，水对生烃作用有积极影响，含水量高于50%时，会抑制烃源岩生烃。

4）空间的大小主要影响液态产物裂解为气态产物，同时，在有限空间的前提下会有利于烃源岩的排烃。