加拿大沃思堡盆地页岩生气模式

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1、本科毕业设计（论文）外文翻译译文学生姓名：郭 帮 冲院係）：油气资源学院一专业班级：地质0801指导教师：王乃 军完成日期：2012年 月 日得克萨斯州沃思堡盆地Barnett页岩生气模式Modeling of gas generation from the Barnett Shale,Fort Worth Basin, TexasRonald J. Hill, Etuan Zhang, Barry Jay Katz, and Yongchun Tang0摘要用密闭的gold-tube热解实验来定量评估得克萨斯州沃思堡盆地密西西比纪 Barnett页岩生成天然气的潜力。从热解数据估算的气体生成

2、动力学参数和镜质组反 射率值(Ro)变化，这些用来估计在地质加热率下从Barnett页岩中生成的油气的量。 使用派生动力学法研究一个初始总有机碳含量为5.5%,Ro = 0.44%的样品的Ro的变 化和气体的生成，Ro为1.1%的烃类气体产生量约为230 L / T (7.4立方英尺/吨)， 当其Ro值为2.0%时增加至大于5800 L / T (186立方英尺/吨)。页岩气的产量取决 于有机质富度、页岩的厚度和热成熟度，以及在运移过程中保存在页岩中的原油的量。 储存在页岩中的天然气看似来自于干酪根裂解和保留在页岩的石油，并且那些保留下 来的原油是在Ro为1.1%时开始裂解的。这一结果表明，保

3、留在烃源岩中的原油裂解 速率高于常规的硅质碎屑岩和碳酸盐储层的预测速率，而且这些油与干酪根和页岩矿 物的接触也许是页岩气生成的一个关键因素。页岩气系统，连同上覆盖层，可以被认 为是完整的含油气系统，尽管其油气的运移、聚集及圈闭形成的过程与传统的石油系 统的定义有所不同。1. 引言得克萨斯州中北部的沃思堡盆地是一个前陆盆地，是对美国大陆边缘的Ouachita 构造带在早密西西比纪的晚期和宾夕法尼亚纪沃希托马拉松(Ouachita-Maratho n) 造山运动期间逆冲推覆的回应(Flippin, 1982; Walper, 1982; Grayso等.，1990)。自二十 世纪初，已有约3.2亿

4、立方米(20亿桶)原油和0.19万亿立方米(7 tcf)的天然气由沃斯 堡盆地奥陶纪至二叠纪的储层产生(Pollastro, 2003)。密西西比纪Barnett页岩是盆地 中的主要烃源岩，其总有机碳(TOC)含量平均为4 wt%，与沿Llano隆起露头样品 的 14%一样高(Henk 等2000; Jarvie 等, 2001)，基于轻烃数据(Jarvie 等,2001)以及更 详尽的地球化学分析(Hill等,2007)。天然气页岩，特别是Barnett页岩，已成为美国最重要的陆上勘探目标，尽管它 有非常低的孔隙率(约6%)和渗透率(约0.02 MD)。Barnett页岩天然气的初步勘 探始

5、于1982年，尽管直到2000年都没有加强勘探。Barnett页岩气产量从5300增至 7800 L / T(170至250立方英尺/吨)归功于来自Mitchell 2 T.P. Sims井修正的甲烷吸 附数据。据来自于Barnett页岩内的区间分析(Jarvie 等, 2004)该页岩目前有55% 的游离气和45%的吸附气。有机质丰富、热成熟度、气体组分、干酪根类型、干酪根 演化程度是评价页岩生气潜力的关键因素(Jarvie等，2004)。要完成用来预测页岩气前景的合适图件，需要的数据包括TOC、Rock-Eval热解氢指数(HI)和Tmax (热解 生油最高速率时的温度)、镜质组反射率值(

6、Ro)和天然气产量。将油气系统模型纳入天然气页岩远景评价过程并不常有。这篇文章的目的是为了 演示如何用热解实验所得的动力学参数和天然气产量来估计页岩生气潜力，该方法在 进一步帮助天然气页岩远景评价中是一个潜在的有价值的工具，并建立页岩气系统如 何适应进入石油系统的概念。2. 地质综述沃思堡盆地是一个不对称的楔形盆地，沿天鹅拱(Muenster arch)西侧含高达3700 米(12,000英尺)的沉积岩(Pollastro等，2007)。这个前陆盆地形成于Ouachita构 造带推进之前，即在晚密西西比纪和早宾夕法尼纪板块汇聚事件时期逆冲到北美克拉 通之上(Flippin, 1982; Wal

7、per, 1982; Grayson 等,1990)。Bend arch 是一个宽广的、从 Llano的隆起向北延伸、向北倒转的地表背斜(图1)(Pollastro等人，2007年)。沃思堡盆地东部和东南部被O uachita构造包围，南邻Llan o隆起，西接Bend arch， 北部和东北部挨天鹅拱和红河拱(Red River arches)(图1)。广义的Bend arch-沃思堡 盆地地层剖面如图2所示。从寒武纪到密西西比纪，现在是沃思堡盆地的地方曾是由 碳酸盐沉积主导的稳定克拉通陆棚的一部分。Barnett页岩是在前陆盆地中在晚密西西 比纪形成时期沉积在Ellenburger不整合之

8、上，但奥陶系Viola和Chappel l灰岩有时出现, Simpson地层缺失。地层贯穿几乎整个沃思堡盆地-Bend arch地区，厚度从其西部的几 十英尺到毗邻天鹅拱的超过305米(1000英尺)(Pollastro, 2003)。尽管埋深是Barnett 页岩热成熟度的一个主要因素，但实际上天然气生成和相应的产气量很大程度上是由 与沃思堡盆地内的O uachita逆冲断层系统有关的高热流控制(Bowker, 2002, 2003; Pollastro等,2003)。这套地层现在在盆地北部和西部地区处于石油窗，东部和南部地 区处于生气窗。 JLhiCGTTUWKnADEN1DNEPHTOM

9、 Glffli7Basin BoundaryMCCUUJXHHMMOHHAM3EMANRMRDMONTAGUEU5GS Fort WorthROOCMDfnmYOUNGrKJ-nLateral extent ofBamett ShaleM3UNGILLESPEI1 r图1广义的沃思堡盆地的构造图。Barnett页岩的横向伸展及美国地质调查局标定的沃思堡盆地边界。从Pollastro等修正得（2003年）组E 垩 2F下COHANCdEAN叠0CHOAN- GHADA 丄 E 舒JFONAROIANi艸MCA，伽cisco GROUP夕尼亚V|Rfi|L|A 忖VIlSSOURlWJCANYON

10、 GROUPESMQlhlESlAMSTRAINAlUK.NBEND RULPFALLS LlMESKWEMORROWANGHEWTErt 砂 MSUMECIAI-4BARNFTTOSAGEAM匚 HrrELLlMESmCNzf 4.4.VlGHJ LlMESlONtSIMISOW GROUP1ELLEURGER 石 ROUP上WLBERHS-RJLEY-GRANITE-DIORITE- MFTASEDlMBwrnS删岩Bamall與岩图2沃思堡盆地广义地层剖面，显示Barnett页岩与其他地层单位的接触关系。从Pollastro等修改得(2003年)3. 实验选取两个Barnett页岩样品进

11、行裂解实验，一个未成熟(Ro 0.44%),个成熟(Ro 1.15%)。地球化学特征总结如下：在这项研究中，我们没有试图从Barnett所有方面来 描述其生气特征，而是基于J arvie等人(2004)的成果选择了两个可以合理代表其TOC 和岩石热解特性的样品。这些样品可以用来比较不同成熟度的下的Barnett的生气特 点，并可以输入到盆地模拟软件中粗略估计其天然气产量。3.1.未热解的Barnett页岩样品这些用来做裂解实验的未成熟Barnett页岩样品收集于得克萨斯州Lampasas县 Chevron IMoline井的岩心。其大部分的地球化学和显微页岩样品数据列于表1。表1 Barnet

12、t页岩样品的显微组成和地球化学参数样品未成熟成熟横质体反射率（）0.441.15显徽组成 非晶质体9591壳质体聊）II镇质体W53惰质体（简15RmhEwl和总有机碳TOC 帥）5.514.51S, (mg H强 rxk)2.K1.75S2 (mg H 强 r-Kki19.13.07Ss (mg 5龌 roc)1.080.25441463Hl (mgHgTOQ3466801 (吨 B的 T3C)205PIO.U0.361碌B35兀素组成C52.52273H5旳2.0J04.P9斗7s93MD戶N0.01MD,H/CA1.050/C0.10.15这是一个相对不成熟的样品，镜质体反射率为0.44

13、%,TOC为5.51%,岩石热解生氢 指数（Rock-Eval HI）为346, H / C原子比率为1.41,显微组分是93%的非晶质体、5% 镜质体、1%壳质体、1%惰质体。热解实验用的成熟Barnett页岩样品收集于得克萨斯 州Erath县Chevron 1 St. Clair C井的岩心。岩样的大部分地球化学和显微数据总结在表 1。这是一个较成熟样品，1.15%的 Ro、TOC 为4.51%、Rock-Eval HI为68、1.06的 H / C原子比，显微组成是91%非晶质，3%镜质体，1%的壳质体、5%的惰质体。3.2.封闭系统的热解根据唐某等(1996)和张某等(2007)的实验

14、方法，用未成熟的Barnett页岩干酪根独 立的在升压和两倍加温速率下进行密闭gold-tube热解实验。这些实验使我们准确地监 测残余页岩样品的产气率的变化、气体分子组成、镜质体反射率(Ro)及元素组成。基 于热解数据，利用Lawrence Livermore国家实验室动力学软件，设定特定的动力学模 型，以导出Ro的变化和天然气产量。裂解实验采用密闭金管(50毫米1.9英寸长、3.6毫米0.14英寸内径、0.4毫米 0.015英寸壁厚)在一个高压和高温热解系统中进行(Hill等人，1994年，1996年； 张等，2007)。装载试样前，将一个清洁管焊接在另一个的尾部。将大约100mg经真 空

15、干燥过的细粉末状的均质的纯干酪根样品加入到放在充满氩气的手套式操作箱中 的每一个金管中。把试管在箱子里用氩冲刷持续15分钟,确保除去所有的空气。然后 用Hill等(1994, 1996)的方法将金试管的另一端在氩气环境中焊接。将密闭金管被放进不锈钢器皿，然后放进一个大烤炉中，并在实验过程中保持 5000磅(34.5兆帕)恒压。压力介质是由空气驱动泵控制的水。样品分别用两个不同 的不等温加热程序加热，一个以10 oC /hr从150到469oC，另一个以1 oC /hr从150到456 oC。温度用烤箱内置的PRO-SET温控程序直接控制，用每一个器皿顶部和底部固定的 两个热电偶直接测量(准确度1 oC)，并记录存储在电脑上。将一个含金管的器皿从最 终温度为与280 oC温差20 -0 oC的烤炉中拿出。将器皿迅速冷却