泥页岩中不同赋存态烃的分离及特征研究

The organic matter (OM) and inorganic minerals, especially the organo-clay complexes, are the spaces and position of hydrocarbons occurrence in shales. The hydrocarbons are party stored in the pores and outer surface area, the inner surface area (the interlayer space of clay mineral), and party enclused in minerals and OMs, showing the diversity of hydrocarbons stored in shales. Shale samples from the Oligocene Shahejie Formation of Dongying depression were selected in this research. Based on the interactions between organic matter and inorganic minerals, coupled with the separation and detection step by step, the characteristics of hydrocarbon with different occurrences were studied. Pyrolysis- gas chromatography/mass spectrometry (GC/MS), saponification -acid hydrolysis- gas chromatography/mass spectrometry (GC/MS) were performed on the samples of shales and clay size fraction to gain characterize the information of hydrocarbon in different occurrences. The specific surface area and positions of hydrocarbon stored in shales were obtained by N2 adsorption, EGME adsorption, temperature X-ray diffraction, TG and IR analysis. The discussion of characteristics and allocation of hydrocarbons in different occurrences in shales provide a scientific basis to the study of petroleum geology, the formation and evaluation of the unconventional oil and gas reservoirs.

泥页岩中有机质和无机矿物，特别是粘土矿物与有机质结合后形成的有机粘土复合体，都是烃赋存的空间和位置；泥页岩中的烃部分赋存于孔隙和外表面，部分赋存于内表面（粘土矿物层间域）以及部分被矿物或有机质包裹等，形成了泥页岩中烃赋存的多样性。本研究选取东营凹陷古近系沙河街组泥页岩，从有机-无机相互作用的角度，采用逐步的分离与检测的方法，揭示泥页岩中不同赋存态烃的特征差异。对泥页岩和粘粒级样品，采用热解-色谱（Py-GC/MS）以及皂化-酸解-色谱检测，获取泥页岩中不同赋存态的烃特征信息；采用N2吸附（N2-BET）和乙二醇乙醚（EGME）以及升温-X衍射（XRD）、热重(TG)和红外（IR）等检测，获取泥页岩中不同赋存态烃的比表面及赋存位置等特征信息；通过对比分析研究泥页岩中不同赋存态烃和特征以及分配差异，为石油地质理论研究以及非常规油气藏的形成机理和资源评价方法探索提供科学依据。

项目选取东营凹陷Es组泥页岩，采用分步分离及多项检测手段等，研究泥页岩孔隙和比表面与烃特征等以及它们间的相互关系，揭示泥页岩中烃赋存特征和机理。采用抽提-次氯酸钠分步处理及孔隙和比表面检测，发现处理后的泥页岩外表面和内表面急剧增加，而介孔和微孔体积也在增大，这有效地还原了泥页岩烃赋存的原始空间位置特征；采用抽提-皂化-酸解处理及可溶有机质的检测，发现抽提的可溶有机质量远大于皂化、酸解、酸处理的量，且富含饱和烃和芳烃，而皂化、酸解、酸处理则富含非烃和沥青质，展现了泥页岩不同赋存态烃特征的差异。对泥页岩孔隙和比表面与烃的关系的研究，可将泥页岩分成孔隙游离态烃、外表面和内表面吸附态烃等三种类型，其中孔隙和外表面吸附属物理吸附，且饱和烃和芳烃丰富，而内表面吸附属化学吸附，且非烃和沥青质丰富，这揭示了泥页岩油气的赋存特征的层次性和差异性。对泥页岩采用分步分离及对比研究，发现东营凹陷泥页岩的可动页岩油的最低孔径界限（10nm以上），对比分析泥页岩不同赋存态烃中轻烃的含量及变化特征，建立了依据内表面吸附烃中轻烃含量，恢复孔隙游离烃中轻烃含量的方法，这对圈定泥页岩油气富集的层段和区域范围以及勘探目标的优选打下了理论的基础。采用分步分离方法可以揭示泥页岩不同赋存态烃的空间位置和烃的特征以及差异性，这对非常规页岩油气资源量计算、勘探下限的确立、目标‘甜点’的优选以及开发措施的制定都具有重要的意义。