富有机质页岩成熟演化过程甲烷吸附机理的实验模拟研究

发布时间：2020-04-10 00:53

【摘要】：富有机质页岩在成熟演化过程中,物质组成转化和孔隙系统演化形成多类型、多形态、多尺度孔隙,这些孔隙对甲烷吸附性能的影响及其动态吸附机理亟待研究。论文以黄县组低成熟度富有机质油页岩为研究对象,通过热演化物理模拟实验,获得系列不同成熟阶段样品(系列样品),采用实验测试-模拟研究的系统方法,分析成熟演化过程中生烃、物质演化、孔裂隙和甲烷吸附特征,以揭示成熟演化过程中孔隙动态演化机理及其对甲烷吸附性能的控制。主要取得以下认识:(1)随热模拟实验温压条件的升高,系列样品块体规模和粒度逐渐减小。液态烃产率表现为先迅速增大后缓速增大最后略微减小的规律,以甲烷为主的气态烃产率则持续增大。系列样品的TOC含量较原样表现出阶段性减少,分别对应有机质生烃演化阶段。(2)系列样品有机质以分散态赋存,形态多样。无机矿物主要包括石英、长石、黏土矿物和碳酸盐岩。原样黏土矿物层间孔十分发育,含有高岭石,其余系列样品均不含高岭石,表明高岭石在热演化过程中转化为伊利石等其它矿物。(3)孔隙演化表现出明显的阶段性和继承性。低成熟阶段,有机质孔发育较少,孔隙系统由介孔为主的黏土矿物层间孔和矿物基质孔组成,压力作用下易遭受破坏;成熟阶段,1~2 nm以及50 nm左右优势孔径孔隙逐渐增多,有机质和其生烃作用是微孔增加的主要物质来源和作用机制;过成熟阶段,高压作用下,样品被进一步压实,部分孔隙被破坏,形成以微孔略占优,介孔及宏孔均有增加的新孔隙系统。(4)对于经历成熟过程后的复杂形态孔隙,形态越复杂其吸附性对压力越敏感,孔隙壁面凹槽空间的存在可以提升孔隙甲烷吸附量,但甲烷分子所能进入的凹槽空间开口大小需大于0.492 nm。狭缝型孔隙甲烷吸附能力远大于圆柱型孔隙。最利于甲烷吸附的孔径尺寸在2 nm左右。热演化的低温阶段孔隙具有强吸附性能,但受压力影响较大,储气性能较弱;热演化的高温阶段孔隙吸附性能下降,但吸附气含量受压力影响较小,储气性能较强且稳定。(5)低成熟阶段原生孔隙系统的破坏使甲烷吸附量骤降。有机质是影响成熟演化序列下系列样品甲烷吸附量的主要因素,但仍受黏土矿物转化和易溶矿物的溶解作用共同影响。(6)将成熟演化过程划分压实期、生烃溶蚀期和高温高压调整期。压实期主要受压力影响,原生孔隙系统较脆弱,具有高比表面积和甲烷吸附量;生烃溶蚀期主要受有机质生烃和矿物溶蚀影响,孔隙非均质增强,吸附性能减弱,储气性较好,甲烷吸附量受多因素耦合影响;高温高压调整期经高温高压作用调整形成以微孔占优,介孔及宏孔均有增加的新孔隙系统。该论文有图54幅,表13个,参考文献137篇。
【图文】：

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美国页岩气资源丰富，在世界上最早勘探开发成功，其页岩气勘探开发的历史可以追溯至 1821 年，且一直呈增长趋势。2018 年美国页岩气产量更是高达7560×108m3，超过美国天然气年总产量的 50%。继美国之后，加拿大和中国相继成为页岩气成功商业开发的国家。全球页岩气产量近 90%来自美国，加拿大和中国，阿根廷也有所贡献（图 1-1）。

页岩气,全球

Figure 1-1 Current status and forecast of world shale gas productionI澳大利亚页岩气主要分布在 Cooper 盆地，目前由澳大利亚的 Beach 石油公司计划开发（Backeet al., 2011）。此外，欧洲一些地区评价表明也有页岩气远景潜力，，部分国家和地区正处在筹备与前期资源评价和勘探阶段，如德国、法国、波兰、荷兰、新西兰、印度、南非等（图 1-2）。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P618.13

【参考文献】