岩石热解地化录井的石油地质学基础是什么

3　岩石热解地化录井的石油地质学基础是什么？

石油是以碳氢化合物为主的复杂混合物，其中主要是烃类、胶质、沥青质。不同地区、不同产层的石油的化学组成和烃类组成有明显差别。按原油烃类结构看，原油烃类分属于烷烃、环烷烃、芳香烃，以及由这3种基本烃类组合而成的烃类。不同的石油各族烃类的含量相差很大，同一族烃的分布和结构也不同。轻馏分中富含烷烃、环烷烃，而芳香烃含量较低，随着馏分沸点增高，烷烃含量有所减少。陆相石油常有大量的正构烷烃，尤其是石蜡、地蜡等长链正构烷烃。石油中的胶质、沥青质是非烃组分，除含碳、氢元素外，还含氧、氮、硫元素，它们是高相对分子质量的含杂原子的缩聚合物，胶质和沥青质主要集中在石油的高沸点馏分中。成熟度低的原油的胶质、沥青质含量高，而成熟度高的原油则胶质、沥青质含量较低。胶质和沥青质很不稳定，易受热分解，裂解成低分子烃类和非烃类物质。

3.1　岩石中的天然气

天然气包括各种产状和各种成因的气体，如气态烃、二氧化碳、硫化氢、氮，以及惰性气体氦、氩、氖等（表3－1）。岩石热解地化录井分析的天然气是岩样中的气态烃。天然气的主要成分是甲烷，此外还有乙烷以上的重烃。根据重气态烃的含量可以将天然气分为两类:含重烃较多的称湿气；含重烃较少的称干气。浅层沉积物中细菌作用生成的天然气都是干气，其烃类组成99%以上是甲烷，石油演化末期及初期阶段的天然气和煤田气也多属干气，油田气主要为湿气。表3－2为几种不同组分的天然气。

表3－1　天然气的主要组成

表3－2　几种不同组分的天然气（徐永昌等）

3.2　岩石中的石油

石油是复杂的多组分混合物，主要包含烃类、胶质、沥青质。不同地区、不同产层的石油的化学组分有明显差别，造成这些差异的原因与石油的形成、转化及变质的过程有关。石油一般分为石蜡基石油、石蜡－环烷基石油、芳香中间型石油。我国东部白垩纪、古近纪和新近纪石油属石蜡基石油，具有高蜡、高凝固点、低胶质及低沥青质的特征。

石油的烃族组成为烷烃、环烷烃、芳香烃，以及由这3种烃类官能团组合而成的烃类。不同产地的石油各族烃类含量相差很大，同一族烃的分布和结构也有不同，轻质馏分中富含烷烃、环烷烃，而芳香烃含量最低；随着馏分沸点的增高，烷烃总含量有所降低，多以长链烃为主，而环状烃特别是多环环烷烃和环烷芳香烃含量增大，它们以稠环结构为主，环上带有长短不同的侧链。陆相有机质形成的石油常含有大量的正构烷烃，尤其是石蜡、地蜡等长链正构烷烃。高演化度的老地层和深埋的石油主要是中低分子正构烷烃。受微生物强烈降解的石油，正构烷含量较少。在未成熟原油中，四环环烷烃和五环环烷烃含量较高，其在成熟原油中则含量相对减少。

组成石油的元素主要是碳和氢，其次是氧、氮、硫，我国石油中的元素组成见表3－3。碳占83%～87%，氢占11%～14%，其余3种元素含量很少，仅占0.5%～5%。石油所含的元素绝大多数以有机化合物形式出现，石油越重，含氢越低，含碳越高（表3－3）。

表3－3　我国石油的元素组成　（%）

石油为不同沸点的烃类的混合物，由于轻烃和重烃比例不同，石油的沸点范围也不同。轻质石油中，低沸点轻馏分含量较高，如我国柴达木、南疆等地的轻质石油；重质石油中，高沸点重馏分含量高，如我国东部地区的石油。石油馏分范围的差异直接影响岩石热解地化录井的S₁和S₀的相对含量及Tmax值。掌握进行岩石热解地化录井地区的石油馏分的范围，有利于判断储层的含油和流体性质，我国石油馏分百分含量见表3－4。

表3－4　我国石油的馏分百分含量　（%）

岩石热解是在载气吹扫下把岩石中的原油热蒸发成气态后加以测定。分析流程为在300℃温度下恒温3min测出S₁峰。S₁峰的烃类碳数范围在C₇～C₃₂之间，C₇以前的轻烃已归入S₀峰，而C₃₂以后的烃类需要比300℃更高的温度才能热蒸发成气态。

从表3－5的重油砂岩在300℃温度下恒温3min的热蒸发烃组成看出，在此温度下主要是C₁～C₂₁烃类，C₂₂～C₃₂烃类只占极少数。

表3－5　重油砂岩在300℃温度下恒温3min的热蒸发烃组成　（%）

按岩石热解分析流程，在300～600℃范围内程序升温测出的S₂峰包括C₂₂～C₃₂的部分烃类和大于C₃₂的热蒸发烃，以及石油中的胶质、沥青质的热解烃；如是烃源岩则包括干酪根的热解烃，这些热解烃为C₁～C₅₀以上的系列烃类。

我国重油的胶质和沥青质含量一般为25%～50%。胶质和沥青质在300～600℃温度下热裂解生成较多的油和气（表3－6）。

表3－6　胶质和沥青质在300～600℃温度下热裂解生成的烃类　（%）