岩石热解实验分析程序有哪些

6　岩石热解实验分析程序有哪些？

6.1　三峰分析程序

用于评价烃源岩的岩石热解分析的方法由法国石油研究院（IFP）在20世纪70年代末研究成功。此热解评价烃源岩的机理是在热解炉中把岩样恒温300℃以定量分析烃源岩中游离烃S₁（mg/g），从300℃程序升温至600℃，定量分析烃源岩中的干酪根热裂解生成的热解烃S₂（mg/g）。法国石油研究院提出的岩石热解分析程序简称为三峰分析程序（图6－1）。

图6－1　三峰分析温度时序图

三峰分析程序是把岩样在温度90℃的气流（氦气或氢气）中吹扫2min，吹出的C₁～C₇气态烃被氢焰检测器鉴定，出天然气峰（S₀峰）。然后岩样被顶进热解炉，在温度300℃恒温3min，岩样中的C₇～C₃₂烃热蒸发成气态，出油峰（S_l峰）。以300℃开始以50℃/min程序升温至600℃恒温1min，大于C₃₂重烃热蒸发成气态，石油中的胶质、沥青质热裂解，出热解烃峰（S₂峰）。具体分析过程是:

（1）选取0.1g样品（岩芯、岩屑或井壁取芯）放入热解炉中，通氮气加热到90℃并恒温2min，测定C₇以前的气态烃的含量，即S₀值。

（2）继续加热到300℃并恒温3min，使原油的C₈～C₃₅的馏分汽化并测定其含量，即S₁值。

（3）接着从300℃以50℃/min的升温速率程序升温到600℃并恒温1min，使原油中的中、重质组分及胶质、沥青质热解、汽化并定量测定其含量，即S₂值。

（4）在测定S₂的同时，检测到S₂峰最高点的峰顶温度Tmax，该参数反映原油的物理性质。

最早的热解分析仪器还收集样品在S₁和S₂分析期间产生的二氧化碳，并检测其含量（S₃峰），用于计算样品有机质中氧的含量。目前的岩石热解分析仪取消了S₃分析单元。

把已热解分析完毕的样品置入热解残碳分析单元，将样品中不能生产烃类的死碳在600℃温度下燃烧，通过检测燃烧产生的二氧化碳量来计算样品中不能生烃的死碳含量（S₄峰）。

岩石热解分析可以得到原始和计算参数如下:

S₀——气态烃量，mgHC/g岩石；

S₁——液态烃量，mgHC/g岩石；

S₂——裂解烃量，mgHC/g岩石；

S₃——有机质裂解过程中二氧化碳量，反映有机质中氧的含量，mgCO₂/g岩石（目前在用设备取消了此参数的测量）；

S₄——残余碳，反映岩石中不能生成烃类的死碳，mgC/g岩石；

TOC——总有机碳，TOC＝0.83＊（S₀＋S₁＋S₂＋S₄），%；

Pg——产油气潜量，Pg＝S₀＋S₁＋S₂，mgHC/g岩石；

GPI——气产率指数，GPI＝S₀/（S₀＋S₁＋S₂）；

OPI——油产率指数，OPI＝S₁/（S₀＋S₁＋S₂）；

TPI——油气总产率指数，TPI＝（S₀＋S₁）/（S₀＋S₁＋S₂）；

HPI——氢指数，HPI＝100＊（S₂/TOC），mgHC/gTOC；

HCI——烃指数，HCI＝100＊（S₀＋S₁）/TOC，mgHC/gTOC；

CP——有效碳，CP＝0.083＊（S₀＋S₁＋S₂），%；

T_max——S₂的峰顶温度，℃；

S₁/S₂——轻重比，与样品中原有的油质有关；

D——降解潜力，（CP/TOC）＊100，%；

RC——残余碳，RC＝12CO₂/44＋12CO/28，或RC＝S₄/10，表示单位质量岩石热解后残余有机碳占岩石质量的百分数。

6.2　五峰分析程序

法国石油研究院热解分析方法对烃源岩分析评价是有效的并取得了很大成就，但用于评价储油岩就明显地表现出其缺陷。法国石油研究院分析方法以300℃温度作为区分游离烃和干酪根热解烃的温度分界线，理由是:300℃温度下可以把岩石大部分小于C₃₀的游离烃（油和气）热蒸发，而岩样中的干酪根在此温度下瞬间不会热解生烃，300～600℃是干酪根在短时间内快速热解生烃的温度区。但储油岩热解评价应该是用热蒸发原理把储油岩中的油气加以定量分析，而原油各馏分的温度范围并不是简单的小于300℃和300～600℃的两个馏分。

众所周知，天然气和石油均是不同碳数的烃类的混合物，所谓干气、湿气、凝析油、轻质油、中质油、重质油之分，主要是所含的不同碳数的烃类的比例不同，含碳数少的烃多则油轻，含碳数多的烃多则油重，碳数不同的烃类从液态热蒸发为气态所需的温度也不同，碳数越少的烃热蒸发温度越低，反之越高。石油炼制中把原油精炼成汽油、煤油、柴油、润滑油等也是利用馏分沸点范围不同的原理。热解评价储油岩的实质是分析测定岩石中的原油各馏分的量，显然法国石油研究院热解评价烃源岩的分析方法用于评价储油岩就显得粗略，达不到对原油组分定性的要求。

中国石油勘探开发研究院经多年研究成功开发“储油岩油气组分的定量分析方法”，该方法是把储油岩中的油气按不同温度范围热蒸发为天然气馏分峰S₀、汽油馏分峰S₁₁、煤油及柴油馏分峰S₂₁、蜡及重油馏分峰S₂₂、胶质及沥青质热解烃峰S₂₃共5个峰，并测定其含量（mg/g）。其分析条件见表6－1。

表6－1　“储油岩油气组分的定量分析方法”分析条件

该方法通过模拟石油蒸馏，把储油岩中的原油在热解炉中按汽油、煤油、柴油、蜡、重油的馏分温度范围热蒸发这些馏分，通过惰性气体（氦或氢）将其蒸气携带进氢焰检测器进行定量测定，从而测得储油岩原油的天然气、汽油、煤油及柴油、蜡及重油、胶质及沥青质热解烃的含量（mg/g）。非烃化合物胶质和沥青质在温度大于450℃后受热裂解生成一部分烃类，裂解后的残碳通过氧化测定其含量S₄（mg/g），除以0.9换算为残余油量（表6－2、表6－3）。

表6－2　“储油岩油气组分的定量分析方法”热解温度范围和馏分组成

表6－3　我国原油的胶质、沥青质组成

把相对密度小于0.74的原油定为凝析油，主要组分为C₇～C₁₄；相对密度为0.74～0.83的原油定为轻质原油，主要组分为C₇～C₂₅；相对密度为0.83～0.90的原油定为中质原油，主要组分为C₇～C₃₈；相对密度为0.91～0.95的原油定为重质原油，主要组分为C₁₄～C₆₀；相对密度大于0.95的原油定为超重油。表6－4为用“储油岩油气组分的定量分析方法”对不同性质的原油及有机物热解分析结果。

表6－4　不同性质原油及有机物热解分析结果　（%）

以上分析条件由中华人民共和国国家标准《岩石热解分析》（GB/T 18602—2001）规定。