甲烷裂解——中国南方寒武系页岩含气量低的一个重要原因

作     者：米敬奎 帅燕华 姜林 马行陟 Jingkui MI;Yanhua SHUAI;Lin JIANG;Xingzhi MA

作者机构：提高石油采收率国家实验室北京100083 中国石油勘探开发研究院北京100083 

出 版 物：《天然气地球科学》 (Natural Gas Geoscience)

年 卷 期：2024年第35卷第5期

页      面：902-916页

核心收录：

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

基　　金：国家自然科学重点基金项目(编号:42030804) 中国石油天然气股份公司两性项目(编号:2021DJ0604)联合资助 

主　　题：寒武系 页岩气 氮气含量 成熟度演化 甲烷裂解 

摘      要：对中国南方页岩气地球化学特征统计分析结果表明,寒武系筇竹寺组页岩气除了具有与志留系龙马溪组页岩气相似的干燥系数极高(98.9%)、碳同位素倒转的地球化学特征外,还具有N_(2)含量高,页岩含气量低的特征。在对目前各种高过成熟阶段天然气碳同位素倒转成因理论分析的基础上,提出甲烷裂解过程的聚合作用是高过成熟阶段天然气碳同位素倒转的重要原因。这一观点得到了CH_(4)+N_(2)混合气体及碳同位素正序天然气裂解模拟实验验证。不同条件下CH_(4)+N_(2)混合气体裂解模拟实验结果证明,甲烷大量裂解时氮气也不会分解,且页岩对甲烷的裂解具有催化作用。结合有机质结构及页岩储层导电性能随成熟度的演化、不同结构烃类分子裂解键能的对比,认为有机质在生气结束后(甲基完全脱落)的强烈石墨化作用会导致页岩电阻率明显降低,并伴随着甲烷的裂解。相关模拟实验结果表明有机质演化过程中氮气生成虽主要发生在烃类气体生成将近结束阶段之后(R_(0)3.0%),但氮气生成量与有机质整个演化过程烃类气体的生成量相比非常少。寒武系页岩气地球化学特征、生烃模拟实验结果、甲烷与天然气的裂解模拟实验、寒武系页岩含气量与页岩储层物性及页岩成熟度综合研究结果表明,除了地质保存条件外,甲烷裂解应是寒武系(特别是R_(0)3.0%区域)页岩气低产及高含N_(2)的另一个重要因素。