3　巖石熱解地化錄井的石油地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)是什么？

石油是以碳?xì)浠衔餅橹鞯膹?fù)雜混合物，其中主要是烴類、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)。不同地區(qū)、不同產(chǎn)層的石油的化學(xué)組成和烴類組成有明顯差別。按原油烴類結(jié)構(gòu)看，原油烴類分屬于烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴，以及由這3種基本烴類組合而成的烴類。不同的石油各族烴類的含量相差很大，同一族烴的分布和結(jié)構(gòu)也不同。輕餾分中富含烷烴、環(huán)烷烴，而芳香烴含量較低，隨著餾分沸點(diǎn)增高，烷烴含量有所減少。陸相石油常有大量的正構(gòu)烷烴，尤其是石蠟、地蠟等長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴。石油中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)是非烴組分，除含碳、氫元素外，還含氧、氮、硫元素，它們是高相對(duì)分子質(zhì)量的含雜原子的縮聚合物，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)主要集中在石油的高沸點(diǎn)餾分中。成熟度低的原油的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量高，而成熟度高的原油則膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量較低。膠質(zhì)和瀝青質(zhì)很不穩(wěn)定，易受熱分解，裂解成低分子烴類和非烴類物質(zhì)。

3.1　巖石中的天然氣

天然氣包括各種產(chǎn)狀和各種成因的氣體，如氣態(tài)烴、二氧化碳、硫化氫、氮，以及惰性氣體氦、氬、氖等（表3－1）。巖石熱解地化錄井分析的天然氣是巖樣中的氣態(tài)烴。天然氣的主要成分是甲烷，此外還有乙烷以上的重?zé)N。根據(jù)重氣態(tài)烴的含量可以將天然氣分為兩類:含重?zé)N較多的稱濕氣；含重?zé)N較少的稱干氣。淺層沉積物中細(xì)菌作用生成的天然氣都是干氣，其烴類組成99%以上是甲烷，石油演化末期及初期階段的天然氣和煤田氣也多屬干氣，油田氣主要為濕氣。表3－2為幾種不同組分的天然氣。

表3－1　天然氣的主要組成

表3－2　幾種不同組分的天然氣（徐永昌等）

3.2　巖石中的石油

石油是復(fù)雜的多組分混合物，主要包含烴類、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)。不同地區(qū)、不同產(chǎn)層的石油的化學(xué)組分有明顯差別，造成這些差異的原因與石油的形成、轉(zhuǎn)化及變質(zhì)的過程有關(guān)。石油一般分為石蠟基石油、石蠟－環(huán)烷基石油、芳香中間型石油。我國(guó)東部白堊紀(jì)、古近紀(jì)和新近紀(jì)石油屬石蠟基石油，具有高蠟、高凝固點(diǎn)、低膠質(zhì)及低瀝青質(zhì)的特征。

石油的烴族組成為烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴，以及由這3種烴類官能團(tuán)組合而成的烴類。不同產(chǎn)地的石油各族烴類含量相差很大，同一族烴的分布和結(jié)構(gòu)也有不同，輕質(zhì)餾分中富含烷烴、環(huán)烷烴，而芳香烴含量最低；隨著餾分沸點(diǎn)的增高，烷烴總含量有所降低，多以長(zhǎng)鏈烴為主，而環(huán)狀烴特別是多環(huán)環(huán)烷烴和環(huán)烷芳香烴含量增大，它們以稠環(huán)結(jié)構(gòu)為主，環(huán)上帶有長(zhǎng)短不同的側(cè)鏈。陸相有機(jī)質(zhì)形成的石油常含有大量的正構(gòu)烷烴，尤其是石蠟、地蠟等長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴。高演化度的老地層和深埋的石油主要是中低分子正構(gòu)烷烴。受微生物強(qiáng)烈降解的石油，正構(gòu)烷含量較少。在未成熟原油中，四環(huán)環(huán)烷烴和五環(huán)環(huán)烷烴含量較高，其在成熟原油中則含量相對(duì)減少。

組成石油的元素主要是碳和氫，其次是氧、氮、硫，我國(guó)石油中的元素組成見表3－3。碳占83%～87%，氫占11%～14%，其余3種元素含量很少，僅占0.5%～5%。石油所含的元素絕大多數(shù)以有機(jī)化合物形式出現(xiàn)，石油越重，含氫越低，含碳越高（表3－3）。

表3－3　我國(guó)石油的元素組成?。?）

石油為不同沸點(diǎn)的烴類的混合物，由于輕烴和重?zé)N比例不同，石油的沸點(diǎn)范圍也不同。輕質(zhì)石油中，低沸點(diǎn)輕餾分含量較高，如我國(guó)柴達(dá)木、南疆等地的輕質(zhì)石油；重質(zhì)石油中，高沸點(diǎn)重餾分含量高，如我國(guó)東部地區(qū)的石油。石油餾分范圍的差異直接影響巖石熱解地化錄井的S₁和S₀的相對(duì)含量及Tmax值。掌握進(jìn)行巖石熱解地化錄井地區(qū)的石油餾分的范圍，有利于判斷儲(chǔ)層的含油和流體性質(zhì)，我國(guó)石油餾分百分含量見表3－4。

表3－4　我國(guó)石油的餾分百分含量?。?）

巖石熱解是在載氣吹掃下把巖石中的原油熱蒸發(fā)成氣態(tài)后加以測(cè)定。分析流程為在300℃溫度下恒溫3min測(cè)出S₁峰。S₁峰的烴類碳數(shù)范圍在C₇～C₃₂之間，C₇以前的輕烴已歸入S₀峰，而C₃₂以后的烴類需要比300℃更高的溫度才能熱蒸發(fā)成氣態(tài)。

從表3－5的重油砂巖在300℃溫度下恒溫3min的熱蒸發(fā)烴組成看出，在此溫度下主要是C₁～C₂₁烴類，C₂₂～C₃₂烴類只占極少數(shù)。

表3－5　重油砂巖在300℃溫度下恒溫3min的熱蒸發(fā)烴組成　（%）

按巖石熱解分析流程，在300～600℃范圍內(nèi)程序升溫測(cè)出的S₂峰包括C₂₂～C₃₂的部分烴類和大于C₃₂的熱蒸發(fā)烴，以及石油中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的熱解烴；如是烴源巖則包括干酪根的熱解烴，這些熱解烴為C₁～C₅₀以上的系列烴類。

我國(guó)重油的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量一般為25%～50%。膠質(zhì)和瀝青質(zhì)在300～600℃溫度下熱裂解生成較多的油和氣（表3－6）。

表3－6　膠質(zhì)和瀝青質(zhì)在300～600℃溫度下熱裂解生成的烴類　（%）