超深层油气相态转化过程及其控制因素：来自原油可视化热模拟实验的启示

摘要

超深层油气相态转化过程及主控因素缺乏系统的实验研究，也缺少对转化过程的可视化直观呈现。为研究超深层油气相态转化过程及主控因素，以SHB7井正常原油为研究对象，开展了原油相态转化过程的在线及离线可视化观测实验。得出如下结果：（1）在热模拟实验温度达到原油发生裂解的起始温度之前，原油的红绿熵值（Q650/500）在升、降温过程中发生可逆变化，说明原油荧光不仅受油成分、密度的影响，还受到温度本身的影响。（2）在实验温度达到原油发生裂解的起始温度之后，原油的Q650/500发生不可逆的变化，指示油的成分受热裂解的影响发生了不可逆变化，并且随着模拟温度的增高原油中液态烃的含量呈减少的变化趋势，而沥青的含量呈增加的变化趋势，表明温度是控制原油热裂解及相态转化的关键因素。（3）对比0.1℃/min、0.7℃/min、5℃/min升温速率下原油的荧光演化，热解后残余油发生荧光（成分）分异的温度点依次升高，表明升温速率越小越有利于原油的热裂解，因此长期缓慢升温的地质条件下不利于液态烃的保存。（4）对比不同油充填度的样品实验结果，可知原油经历过R_o=1.89%的热演化后，压力增加促进了原油的热演化。所以，压力不一定抑制液态油裂解转化，反而有可能促进热裂解转化。综合原油热裂解的可视化分析结果，将原油热裂解过程划分三个阶段：第一阶段的R_o范围是0.80%～1.24%,重质饱和烃优先裂解，原油中的饱芳比下降，液态烃荧光颜色发生红移；第二阶段的R_o的范围是1.24%～1.55%,该阶段大量的芳烃缩合成固体-半固体沥青并在降温后附在管壁，导致残余油的饱和烃相对含量略微升高，液态烃荧光蓝移。第三阶段的R_o大于1.90%,芳烃继续缩合形成固体-半固体沥青，毛细管中的烃类在室温下出现明显荧光分异现象，其中发蓝色荧光的烃类为由非极性饱和烃为主要成分的轻质油，而发橙黄色荧光的烃类为由极性沥青质为主要成分的重质油。这种荧光分异现象或可为同一微域下不同荧光颜色的油包裹体共生提供解释。塔里木盆地顺北油气田的油气分布规律验证了实验结果中温度和压力对油裂解的控制作用。

关键词

正常原油 / 模拟热演化 / 可视化观测 / 荧光变化特征 / 原油裂解影响因素

基金资助

国家自然科学基金委员会企业创新发展联合基金集成项目“海相深层油气富集机理与关键工程技术基础研究”(U19B6003); 中国石化石油勘探开发研究院科技研发项目“不同类型湖盆富有机质页岩油气生成过程与相态转化差异性研究”(YK-2023-18)