新聞動態(tài)廣州地化所提出腐殖型煤生油潛力評價新方法與指標(biāo)
海相和湖相傾油型烴源巖中的I型和IIA型干酪根在熱解過程中釋放的組分以脂肪鏈化合物為主，而煤系烴源巖中的III型和IIB型干酪根在熱解過程中釋放的組分以芳烴和酚類化合物為主，兩類烴源巖干酪根生油潛力(量)評價方法和指標(biāo)具有明顯的差異。評價烴源巖/干酪根生油潛力的常用方法和指標(biāo)主要有: (1) Rock-Eval分析指標(biāo)氫指數(shù)(HI = S2/TOC)，或質(zhì)量指數(shù)[QI = (S1+S2)/TOC]; (2) 干酪根有機(jī)元素分析H/C和O/C原子比值；和(3)干酪根顯微組分組成。這些方法和指標(biāo)對于評價I型和IIA型干酪根生油潛力是適用和有效的。特別是Rock-Eval分析由于所需樣品量少，可以低成本、大批量分析樣品，因此，Rock-Eval氫指數(shù)(HI)或質(zhì)量指數(shù)(QI)是油氣行業(yè)應(yīng)用最廣泛的烴源巖評價方法和指標(biāo)。然而，早在1998年，?？松凸綢saksen等就明確提出Rock-Eval分析氫指數(shù)(HI)或質(zhì)量指數(shù)(QI)、有機(jī)元素分析H/C和O/C原子比值和干酪根顯微組分組成均不能有效評價煤系烴源巖生油潛力，常常得出錯誤的結(jié)論。
近期，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所有機(jī)地球化學(xué)國家重點實驗室潘長春研究員課題組博士研究生曾立飛和黃文魁等通過對準(zhǔn)噶爾盆地南緣10個中－下侏羅統(tǒng)煤礦煤樣和塔里木盆地庫車坳陷三疊－侏羅系7個煤礦煤樣進(jìn)行金管－高壓釜熱模擬實驗、熱解色譜定量分析(Py-GC)和巖石熱解分析(Rock-Eval)結(jié)果，提出了腐殖型煤生油潛力評價新方法與指標(biāo)。
通過金管－高壓釜生烴模擬實驗，可以較準(zhǔn)確地得到烴源巖/干酪根生油量。生烴模擬實驗是一類耗時和高成本的方法，只能做有限的樣品。煤系烴源巖干酪根結(jié)構(gòu)和組成非均質(zhì)性很強(qiáng)，需要通過大量樣品的實驗數(shù)據(jù)才能對一套烴源巖生油潛力做出客觀評價。這需要找到一些低成本分析指標(biāo)，與生烴模擬實驗的生油量之間存在較好的對應(yīng)關(guān)系，建立能夠有效評價煤系烴源巖/干酪根生油潛力的方法和指標(biāo)。熱解色譜定量分析quantitative flash pyrolysis-gas chromatography (Py-GC)是上世紀(jì)八十年代就廣泛使用和完善的一類分析方法，可以同時測定干酪根熱解組分的產(chǎn)率和組成。通過對熱解色譜分析參數(shù)和上述常用的烴源巖評價指標(biāo)與生烴模擬實驗生油量之間對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行對比，找到評價煤系烴源巖/干酪根生油潛力的有效指標(biāo)。
應(yīng)用色譜定量分析(內(nèi)標(biāo)法)對金管實驗液態(tài)烴產(chǎn)物(CPΣC8+)進(jìn)行定量。隨著生烴模擬實驗溫度升高，液態(tài)烴產(chǎn)率(CPΣC8+)先升高，后降低。液態(tài)烴產(chǎn)率最高值(MCPΣC8+)能夠反映烴源巖/干酪根在地質(zhì)條件下的生油潛力，即最大生油量。準(zhǔn)噶爾盆地10個煤樣和塔里木盆地庫車坳陷7個煤樣金管生烴實驗液態(tài)烴產(chǎn)率最高值(MCPΣC8+)與Rock-Eval分析QI 指數(shù)之間沒有相關(guān)關(guān)系(圖1a)。準(zhǔn)噶爾盆地煤樣生油量明顯高于具有相近QI值的庫車坳陷煤樣，這說明QI 指數(shù)不能有效評價煤樣的生油量。
通過外標(biāo)定量方法對煤樣熱解色譜(quantitative flash Py-GC)分析色譜圖(圖2a)中的脂肪烴組分(正構(gòu)烷烴加正構(gòu)烷烯FPΣn-C7+ = ΣC7+ n-alkanes + n-alkenes)和液態(tài)烴全組分(FPΣC7+)進(jìn)行定量。Py-GC分析得到的FPΣn-C7+產(chǎn)率與金管生烴模擬實驗正構(gòu)烷烴產(chǎn)率最高值(MCPΣn-C8+)和液態(tài)烴產(chǎn)率最高值(MCPΣC8+)具有較好的相關(guān)關(guān)系(圖1b–c和圖2b)。在金管生烴實驗中得到的液態(tài)烴色譜圖中，正構(gòu)烷烴是主要組分(圖2b)。17個煤樣金管生烴實驗正構(gòu)烷烴產(chǎn)率的最高值(MCPΣn-C8+)與液態(tài)烴產(chǎn)率的最高值(MCPΣC8+)本身存在很好的相關(guān)關(guān)系(圖1d)。反映了不同煤樣在金管生烴實驗得到的液態(tài)烴或油組分中正構(gòu)烷烴含量變化范圍較小。
Killops et al. (1998)提出煤的生油量達(dá)到40 mg/g TOC時，即達(dá)到排油門限，成為有效生油巖。每克油樣相當(dāng)于金管生烴模擬實驗0.563克液態(tài)烴產(chǎn)率。當(dāng)煤樣在金管生烴模擬實驗中，實測液態(tài)烴產(chǎn)率最高值(MCPΣC8+)高于22.52 mg/g TOC，即生油量高于40 mg/g TOC，可認(rèn)為該煤樣為油源巖。依據(jù)熱解色譜Py-GC分析FPΣn-C7+產(chǎn)率與金管生烴實驗液態(tài)烴產(chǎn)率最高值(MCPΣC8+)相關(guān)關(guān)系式: MCPΣC8+ = 1.75 × FPΣn-C7+ + 4.28，R2 = 0.7104，當(dāng)煤樣Py-GC分析FPΣn-C7+ 產(chǎn)率高于10.42 mg/g TOC，相當(dāng)于金管生烴實驗中MCPΣC8+ > 22.52 mg/g TOC，生油量高于40 mg/g TOC，可認(rèn)為是油源巖。由于Py-GC分析是非常成熟的常規(guī)分析技術(shù)，分析成本遠(yuǎn)低于金管生烴模擬實驗，可以大批量、流程化地分析樣品。Py-GC分析FPΣn-C7+ 產(chǎn)率是值得推廣的評價煤生油潛力的重要指標(biāo)。本研究對于煤系地層油氣資源準(zhǔn)確評價具有重要的應(yīng)用價值。
圖1 金管生烴實驗液態(tài)烴最高產(chǎn)率MCPΣC8+與Rock-Eval分析QI指數(shù)(a)；Py-GC分析FPΣn-C7+產(chǎn)率與金管生烴實驗正構(gòu)烷烴最高產(chǎn)率MCPΣn-C8+ (b)；
Py-GC分析FPΣn-C7+產(chǎn)率與金管生烴實驗液態(tài)烴最高產(chǎn)率MCPΣC8+ (c)；和金管生烴實驗正構(gòu)烷烴最高產(chǎn)率MCPΣn-C8+與液態(tài)烴最高產(chǎn)率MCPΣC8+相關(guān)關(guān)系圖(d)
圖2 庫車凹陷煤樣TTC1 Py-GC分析液態(tài)烴色譜圖(a)和金管生烴實驗液態(tài)烴色譜圖(b)
該項目得到中科院先導(dǎo)項目(XDA14010104)、國家自然科學(xué)基金(41572107和41673066)和油氣專項(2017ZX05008-002-030)的資助。相關(guān)成果已發(fā)表于Organic Geochemistry上。論文信息：
Zeng, Lifei; Huang, Wenkui; Pan, Changchun; Jin, Jun; Ma, Wanyun; Yu, Shuang; Xu, Hao; Liu, Dayong; Liao, Yuhong; Liu, Jinzhong. Assessment of oil potentials for humic coals on the basis of flash Py-GC, Rock-Eval and confined pyrolysis experiments. ORGANIC GEOCHEMISTRY, 2020, 148. DOI: 10.1016/j.orggeochem.2020.104097
鏈接：https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2020.104097
(有機(jī)地球化學(xué)國家重點實驗室)
