廣州地化所在生物降解原油再裂解生氣機理與潛力方面取得新認識
我國西部含油氣盆地如四川盆地和塔里木盆地是典型的疊合盆地，而原油裂解氣是目前很多氣藏的烴源。地質歷史上，疊合盆地中的油藏由于經歷了多期次的構造運動，往往會發生各類次生蝕變作用。其中生物降解和熱蝕變是四川盆地和塔里木盆地兩種最常見的油藏次生蝕變作用。它們往往會先后發生，通常在油藏溫度較低時（<80℃）發生生物降解作用，在油藏溫度較高時（≥160℃）發生強烈的熱蝕變作用導致原油裂解生氣。生物降解作用能顯著地改變原油的化學性質，也會對原油的再裂解生氣產生影響。但是以往的對原油裂解氣的資源評價模型大都基于正常原油的裂解生氣模擬實驗，對于生物降解作用對原油的生氣潛力、生氣時機、固體瀝青產率的影響缺乏系統的研究，這是在我國富含油氣的疊合盆地的油氣勘探工作中亟待解決的一個問題。
近期，廣州地化所廖玉宏研究員團隊提出了油氣藏“疊加次生蝕變作用”的概念，重點關注兩種以上的次生蝕變作用在油氣藏先后疊加發生及地質效應。為了揭示生物降解作用對原油裂解生氣行為的影響，廖玉宏等從遼河盆地西部凹陷選取了4個同源但遭受了不同程度生物降解（未降解L-0、輕度降解L-2、重度降解L-5和嚴重降解L-8）的原油/儲層瀝青樣品，在封閉體系中將這4個樣品以兩種不同的升溫速率（2℃/h和20℃/h）的熱解實驗，人工熟化到不同的熱成熟度，模擬原油/瀝青的裂解生氣過程。模擬實驗結束后，測定熱解產物（氣態烴、液態烴和固體瀝青）的組成和產率，計算相關的生烴動力學參數，并將模擬實驗得到的生烴動力學參數推廣到地質條件下（圖1）。
圖1. 通過生烴動力學模擬得到的不同程度生物降解原油L-x在地質條件下（2 ℃/Ma）的烴類氣體產率(x=0, 2, 5, and 8，x為生物降解的PM等級，L-0級為未降解，L-2級為輕度降解，L-5級為重度降解，L-8級為嚴重降解)。
研究結果表明，生物降解作用會導致原油/瀝青生氣潛力的明顯降低，其降低幅度與烷烴化合物含量的減少有著較好的線性關系。研究表明原油的生氣潛力的降低主要是生物降解作用對烷烴化合物的選擇性消耗所致。其次，遭受了不同程度的生物降解作用的原油樣品的熱裂解氣的組成也有差別：在相同的熱演化階段，隨著生物降解程度的加劇，原油/瀝青熱裂解氣濕度變小（甲烷占比增高），這一差異在較低的熱演化階段尤其明顯。此外，遭受了輕度生物降解作用的原油開始裂解生氣的溫度與未降解的原油差別不大，而遭受了重度和嚴重降解的原油熱穩定性明顯降低，它們開始裂解生氣的溫度要低于未降解和輕度降解原油。
特別值得注意的是，以往的對原油裂解氣的資源評價模型都是基于正常原油的模擬實驗，在此基礎上根據油氣藏現存的固體瀝青量計算原油裂解產生的天然氣資源量。然而，此次模擬實驗結果表明：在等效鏡質體反射率（EasyRo）為1.6~2.5%的區間內，重度-嚴重生物降解的原油產生同等數量的固體瀝青時的產氣量僅為未降解原油的1/4~1/2，即生物降解既能大大降低產氣量，而結焦量卻顯著提高（圖2）。上述研究表明，如果油氣藏在形成早期發生過明顯的生物降解作用，僅根據油氣藏現存的固體瀝青量來估算原油裂解產生的天然氣資源量，可能會存在嚴重的高估。
圖2. (a)單位重量的不同生物降解程度的原油/瀝青L-x在熱裂解過程中的結焦量相對于原油L-0結焦量的比值隨EasyRo%的變化； (b) 不同生物降解程度原油/瀝青產生一單位焦瀝青時的烴類氣體產率隨EasyRo%的變化。
該項成果得到國家自然科學基金面上項目、中國科學院先導科技專項A以及有機地球化學國家重點實驗室自主課題資助。論文近期發表在國際期刊《Organic Geochemistry》上，本文的第一作者和通訊作者為廖玉宏研究員，共同作者還包括廣州地化所的博士生劉衛民、潘銀華助理研究員、王云鵬研究員和彭平安院士以及西北大學的王曉鋒教授。
論文信息：Liao, Y., Liu, W., Pan, Y., Wang, X., Wang, Y., Peng, P., 2020. Superimposed secondary alteration of oil reservoirs. Part I: Influence of biodegradation on the gas generation behavior of crude oils. Organic Geochemistry 142, 103965.
(有機地球化學國家重點實驗室)
