計算高過成熟度腐泥型烴源巖的排油效率的方法及系統與流程

1.本發明涉及常規和非常規油氣勘探技術領域，更具體的，涉及一種計算高過成熟度腐泥型烴源巖的排油效率方法及系統。


背景技術：

2.在頁巖持續埋藏的熱演化過程中，一般認為熱成熟度(ro)在達到1.0％之前的甲烷主要來自于干酪根初次裂解，隨著熱演化的進行，當ro大于1.0％時，除了干酪根裂解生氣外，滯留在頁巖中的油也會發生裂解形成天然氣。頁巖中的滯留油是頁巖氣的重要來源，高演化頁巖氣富集區的形成一般都與頁巖中滯留油裂解成氣相關。
3.我國海相頁巖氣富集區四川盆地及其周緣下寒武統、下志留統黑色頁巖干酪根類型主要是ⅰ型、ⅱ1
型，為腐泥型烴源巖，早期以生油為主。目前，已在下志留統頁巖取得突破，獲得工業頁巖氣產能，而在資源潛力預測最大的下寒武統頁巖尚未獲得工業產能，除后期保存條件外，一個可能的原因就是生油階段頁巖排油效率的差異?？碧綄嵺`也表明下寒武統頁巖生油階段排出的原油高演化階段裂解氣對常規天然氣藏的形成具有巨大貢獻，如川中高石梯-磨溪地區發現的震旦系-寒武系萬億方級特大型氣田。因此，在頁巖氣勘探開發過程中，在考慮頁巖基礎地質條件的同時，應將排油效率作為一個重要參數，同樣排油效率的厘定也有助于認識烴源巖對常規油氣成藏的貢獻。


技術實現要素：

4.本發明所要解決的技術問題之一是需要提供一種有效計算高過成熟度的腐泥型烴源巖排油效率的方法。
5.為了解決上述技術問題，本技術的實施例首先提供了一種計算高過成熟度腐泥型烴源巖的排油效率的方法，該方法包括：步驟一，獲取研究區單井的高過成熟度的腐泥型烴源巖巖心系列樣品的有機碳含量和固體瀝青面積百分比；步驟二，基于各樣品中的有機碳含量和固體瀝青面積百分比計算樣品中固體瀝青含量；步驟三，結合烴源巖在熱演化過程中其有機質中碳元素的轉化關系、碳守恒原則和有機碳的定義，建立高過成熟度的腐泥型烴源巖排油效率與固體瀝青含量、有機碳含量之間的關系式，進而根據該關系式求取排油效率；步驟四，將所述研究區單井的所有取樣點的排油效率進行平均運算，將得到的平均值作為該單井烴源巖的排油效率。
6.在一個實施例中，在所述步驟一，通過對采集的樣品制備全巖光片，獲取鏡下全巖光片有機顯微組分中固體瀝青面積百分比。
7.在一個實施例中，在所述步驟二中，通過如下表達式來計算樣品中固體瀝青含量百分比b
t
：
8.b
t
＝(bm×
toc)/100
9.其中，toc表示樣品中的有機碳含量，bm表示樣品中的固體瀝青的面積百分比。
10.在一個實施例中，在所述步驟三中，根據烴源巖在熱演化過程中其有機質中碳元
素的轉化關系確定該烴源巖的當前有機碳含量的表達式；根據碳元素的守恒及有機碳的定義確定該烴源巖的初始有機碳含量的表達式；將上述兩個表達式聯合，得到排油效率關于固體瀝青含量與有機碳含量的函數表達式。
11.在一個實施例中，基于殘余有機碳中死碳的含量和由殘留油裂解生氣之后產生的殘余碳含量來得到高過成熟度的烴源巖的當前有機碳含量的表達式。
12.在一個實施例中，所述高過成熟度的烴源巖的當前有機碳含量tocr的表達式如下：
13.tocr＝[toco×mo
×
(1-a％-b％)+toco×mo
×
a％
×
(1-e)
×
f1]/mr[0014]
其中，mr與mo分別表示當前和初始狀態時某特定烴源巖的質量，toco×
(1-a％-b％)表示殘余有機碳中死碳的含量，toco×
a％
×
(1-e)
×
f1表示由殘留油裂解生氣之后產生的殘余碳的含量，a％、b％和1-a％-b％分別表示有機質中碳元素的轉化中的生油率、生氣率和死碳率，f1表示令殘留油裂解生氣之后轉化成固體瀝青的系數，toco表示初始有機碳含量。
[0015]
在一個實施例中，所述高過成熟度的烴源巖的初始有機碳toco的表達式如下：
[0016]
toco＝[(tocr×mr-mr/ρ
頁
×bt
×
ρ
瀝
×
f2)/(1-a％-b％)]/mo[0017]
其中，mr/ρ
頁
×bt
×
ρ
瀝
表示高成熟度的腐泥型烴源巖中固體瀝青的實際質量，f2表示固體瀝青中碳元素的百分比，ρ
頁
、ρ
瀝
分別表示烴源巖密度與固體瀝青的密度。
[0018]
在一個實施例中，通過如下表達式來計算排油效率：
[0019]
e＝1-{(1-a％-b％)
×
[tocr/(toc
r-b
t
×
ρ
瀝
×
f2/ρ
頁
)-1]}/(a
×
f1)
[0020]
根據本發明的另一方面，還提供了一種計算高過成熟度腐泥型烴源巖的排油效率的裝置，所述系統執行如上所述的方法。
[0021]
根據本發明的另一方面，還提供了一種計算高過成熟度腐泥型烴源巖的排油效率的系統，所述系統包括：如上所述的計算高過成熟度腐泥型烴源巖的排油效率的裝置；有機碳含量測試裝置，其對樣品進行toc測定得到樣品toc含量數值；全巖光片制備裝置，其制備所述樣品的全巖光片；以及全巖光片顯微組分測量裝置，其對全巖光片的有機顯微組分進行鑒定，測量其中的固體瀝青面積百分比。
[0022]
與現有技術相比，上述方案中的一個或多個實施例可以具有如下優點或有益效果：
[0023]
針對現有技術的不足，本發明實施例基于成烴動態演化過程，通過對高過成熟度的腐泥型烴源巖中固體瀝青的(半)定量識別、統計和toc測定，結合有機質生烴過程中的碳守恒原則和理論推導，建立高過成熟度的腐泥型烴源巖排油效率的計算方法，為高成熟烴源巖常規與非常規油氣潛力評價提供更為詳盡的參數和科學依據。
[0024]
本發明的其它特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明的技術方案而了解。本發明的目的和其他優點可通過在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構和/或流程來實現和獲得。
附圖說明
[0025]
附圖用來提供對本技術的技術方案或現有技術的進一步理解，并且構成說明書的一部分。其中，表達本技術實施例的附圖與本技術的實施例一起用于解釋本技術的技術方
案，但并不構成對本技術技術方案的限制。
[0026]
圖1為根據本技術實施例的一種計算高過成熟度腐泥型烴源巖的排油效率的方法的流程圖。
[0027]
圖2為根據本技術實施例的一種計算高過成熟度的腐泥型烴源巖的排油效率的系統的功能框圖。
具體實施方式
[0028]
以下將結合附圖及實施例來詳細說明本發明的實施方式，借此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題，并達成相應技術效果的實現過程能充分理解并據以實施。本技術實施例以及實施例中的各個特征，在不相沖突前提下可以相互結合，所形成的技術方案均在本發明的保護范圍之內。
[0029]
另外，附圖的流程圖示出的步驟可以在諸如一組計算機可執行指令的計算機系統中執行。并且，雖然在流程圖中示出了邏輯順序，但是在某些情況下，可以以不同于此處的順序執行所示出或描述的步驟。
[0030]
在過去的30多年中，地球化學家們通過地質剖面解剖的方法對烴源巖在埋藏演化過程中的排油量與排油效率進行了許多探索，還有一些地球化學家在實驗室高溫高壓條件下對烴源巖的生排烴進行了模擬，定量計算排油量及排油效率，以每個熱模擬階段的排油量除以生油量，即視為排油效率。
[0031]
有機質類型、豐度及其成熟度三位一體，反映了生烴母質的特征，是頁巖能否排烴的內因，對排烴起決定作用。優質頁巖的生烴、排烴效率遠高于品質差的頁巖，類型好，生烴能力強，排油效率可達60％～80％，反之，排油效率小于40％。對成熟度來說，排油效率一般隨著成熟度的增加而增高，腐泥型、偏腐泥混合型優質頁巖在低成熟階段的排油效率低于20％，在主生油階段的排油效率介于20％～50％，在高成熟階段的排油效率介于50％～80％，且與有機質豐度呈正相關性。同時，烴源巖的內、外部環境，包括烴源巖的結構特征(巖性組合、頂底板等)、烴源巖內有效的運移通道、反應體系封閉性、微裂縫的發育情況以及外部的各種構造運動等地質作用也對排烴起著重要的影響。巖性方面，在成熟早中期硅質型、鈣質型烴源巖排油效率高，達30％～65％，粘土型只有4％～20％；成熟晚期-高成熟期粘土型烴源巖排油效率迅速增加到60％。反應體系方面，排烴與烴源巖中是否存在異常壓力有關，在相對開放的超壓體系中排油效率平均在50％左右，而在良好超壓“封存箱”體系中排油效率較常壓系統(40％
±
)低很多，平均僅為20％左右。此外，烴源巖的厚度及其與儲集巖的相互配置關系也對排油效率有較大影響，單層烴源巖越薄，砂泥交互越頻繁，排油效率越高。
[0032]
可見，烴源巖的排油過程是一個復雜的地質過程，是受多種地質因素綜合作用的結果，不同層系、不同地區頁巖由于有機質本身性質和外部地質環境的差異將導致排烴作用差異明顯，直接影響著常規與非常規油氣資源的分布。但我國南方古生界海相腐泥型烴源巖廣泛經歷了多期構造運動，普遍進入高過成熟階段，乃至達到淺變質階段，系統的自然演化剖面難以尋找，而且，實驗室高溫高壓模擬可實現的地質因素有限，得出的排油效率參數可應用性不高。因此，如何有效重建其在埋藏演化過程中的排油效率是當前面臨的難題，又是客觀分析評價高演化階段頁巖氣生成能力必須涉及的一個重要環節。
[0033]
圖1為根據本技術實施例的一種計算高過成熟度腐泥型烴源巖的排油效率的方法的流程圖。下面參考圖1來說明本方法的各個步驟。
[0034]
在步驟s110中，采集研究區單井的高過成熟度的烴源巖巖心系列樣品。
[0035]
具體地，以一定深度間隔，采集研究區單井高過成熟度烴源巖巖心系列樣品，采集的樣品為塊狀樣品，且每個取樣點的重量不少于30g。
[0036]
在步驟s120中，獲取研究區單井的高過成熟度的腐泥型烴源巖巖心系列樣品的有機碳(toc)含量。
[0037]
具體地，可以依據《gb/t 19145-2003沉積巖中總有機碳的測定》的標準對樣品進行toc測定，或依據《gb/t 18602-2012巖石熱解分析》標準來獲取樣品toc含量數值(tocr，％)。由于這兩種標準為現有技術，因此不對此贅述。
[0038]
在步驟s130中，獲取研究區單井的高過成熟度的腐泥型烴源巖巖心系列樣品中的固體瀝青面積百分比。
[0039]
具體地，通過對采集的樣品制備全巖光片，獲取鏡下全巖光片有機顯微組分中固體瀝青面積百分比bm。如，依據《gb/t 16773煤巖分析樣品制備方法》的標準來制備全巖光片，使用偏光顯微鏡，交替使用白光和熒光，根據反射光顏色、強度、結構形態、突起、內反射、產狀等反射光特征和熒光下的顏色、形態及強度鑒定顯微組分，具體參照《sy/t 6414-2014全巖光片顯微組分鑒定及統計方法》的標準執行，獲取鏡下全巖光片有機顯微組分中固體瀝青面積百分比bm(％)。上述這兩種標準為現有技術，因此不對此贅述。
[0040]
在步驟s140中，基于各樣品中的toc含量和固體瀝青面積百分比bm計算樣品中固體瀝青體積含量百分比b
t
(％)。
[0041]
具體地，可以通過如下表達式(1)來計算當前殘余的固體瀝青體積含量百分比b
t
：
[0042]bt
＝(bm×
toc)/100
???????????????????????
(1)
[0043]
在步驟s150中，結合烴源巖在熱演化過程中其有機質中碳元素的轉化關系、碳守恒原則和有機碳的定義，建立高過成熟度的腐泥型烴源巖排油效率與固體瀝青含量、有機碳含量之間的關系式，進而根據該關系式求取排油效率。
[0044]
需要說明的是，烴源巖在熱演化過程中，其有機質中碳元素的轉化分為三部分：第一部分是轉化至烴類氣體和二氧化碳中，記為生氣率b％；第二部分是轉化至液態石油中，這部分記為生油率a％；第三部分是經過熱演化之后，由于干酪根進一步聚合形成的死碳，記為1-a％-b％。其中，液態石油在地質過程中一部分已從烴源巖中排出，而剩余的殘留油在進一步熱成熟過程中裂解形成天然氣，同時形成了一定量的固體瀝青，這些固體瀝青中的碳元素與死碳一起，組成了高過成熟烴源巖當前(現今)殘余的有機碳(tocr)。
[0045]
在該步驟中，首先根據烴源巖在熱演化過程中其有機質中碳元素的轉化關系確定該烴源巖的當前有機碳含量的表達式。具體來說就是，基于殘余有機碳中死碳的含量和由殘留油裂解生氣之后產生的殘余碳含量來得到高過成熟度的烴源巖的當前有機碳含量的表達式。
[0046]
具體地，令烴源巖初始有機碳含量為toco(％)，排油效率為e(％)，則殘留油含量為toco×
a％
×
(1-e)；同時令殘留油裂解生氣之后轉化成固體瀝青的系數為f1。根據碳元素的轉化關系則烴源巖的當前有機碳含量tocr(％)可以寫成關系式(2)：
[0047]
tocr＝[toco×mo
×
(1-a％-b％)+toco×mo
×
a％
×
(1-e)
×
f1]/mr????
(2)
[0048]
由于有機碳本身為質量百分比單位，這里mr與mo分別表示當前和初始狀態時某特定烴源巖的質量，toco×
(1-a％-b％)表示殘余有機碳中死碳的含量，而toco×
a％
×
(1-e)
×
f1表示由殘留油裂解生氣之后產生的殘余碳。
[0049]
接著，根據碳元素的守恒及有機碳的定義確定該烴源巖的初始有機碳含量的表達式。具體地，高成熟烴源巖中固體瀝青的實際質量為mr/ρ
頁
×bt
×
ρ
瀝
，ρ
頁
、ρ
瀝
分別表示烴源巖密度與固體瀝青的密度，令固體瀝青中碳元素的百分比為f2，則當有機質類型一定時，其死碳所占的比例是一定的，則根據碳元素守恒及有機碳的定義，初始有機碳toco可以寫成關系式(3)：
[0050]
toco＝[(tocr×mr-mr/ρ
頁
×bt
×
ρ
瀝
×
f2)/(1-a％-b％)]/mo?????????
(3)
[0051]
將兩個表達式(2)和(3)聯合，則可得到排油效率e關于固體瀝青百分含量b
t
與當前殘余tocr的函數表達式(4)：
[0052]
e＝1-{(1-a％-b％)
×
[tocr/(toc
r-b
t
×
ρ
瀝
×
f2/ρ
頁
)-1]}/(a
×
f1)
????????
(4)
[0053]
根據前人模擬實驗結果，i-ii1型腐泥型烴源巖有機質中碳元素有約42％進入到液態石油中，而6.5％直接轉化成烴類氣，故取a％＝42％(等效于干酪根的生油量為500mg/gtoc)，b％＝6.5％。原油在裂解生氣結束之后，1單位體積的初始原油能夠產生0.175單位體積的固體瀝青，其碳元素的含量為98％(f2＝0.98)，經過換算可得到1g原油中的碳元素最終將有0.33g轉化至固體瀝青中，即f1＝0.33。烴源巖與固體瀝青的密度分別取值2.65g/cm3和1.35g/cm3。代入以上各值，則建立腐泥型烴源巖排油效率與烴源巖(高過成熟度，有機質類型為i型或ii1型)中固體瀝青含量及當前殘余tocr含量的關系式(5)：
[0054]
e＝[1-1.5452
×bt
/(toc
r-0.4165
×bt
)]
×
100％
???????????
(5)
[0055]
將步驟s120獲取的tocr值和步驟s140獲取的b
t
值代入上述表達式(5)中，計算樣品的排油效率e(％)。
[0056]
在步驟s160中，將研究區單井的所有取樣點的排油效率e進行數學平均運算，將得到的平均值視為該單井烴源巖的排油效率。
[0057]
本發明實施例通過對高過成熟度腐泥型烴源巖中固體瀝青的(半)定量識別與統計，結合有機質生烴過程中的碳守恒原則和理論推導，建立高過成熟度腐泥型烴源巖排油效率的計算方法，解決了針對高過成熟度烴源巖無法尋找系統的自然演化剖面和無法通過熱模擬實驗求取排油效率的難題。另外，本發明實施例對單井系統取樣計算，每個樣品點都是真正經過地質過程演化的，代表了其特定的多種地質因素綜合作用的結果，更符合地質實際。
[0058]
為了更好地理解本發明，下面對一示例進行說明。
[0059]
示例
[0060]
四川盆地上奧陶統五峰組-下志留統龍馬溪組頁巖有機質類型為ⅰ型、ⅱ1
型，屬于腐泥型烴源巖，現今熱演化成熟ro大于2.6％，屬于高過成熟烴源巖，以jy2井為例，開展了排油效率計算，具體包括以下步驟：
[0061]
步驟1、以一定深度間隔，采集研究區單井高過成熟度烴源巖巖心系列樣品，塊狀樣品，每個取樣點不少于30g。優選地，采樣深度間隔越小，效果越好。在本示例中，采樣的深度間隔分別為2475.28m、2522.20m、2553.30m、2562.20m、2563.15m、2566.88m、2570.25m。
[0062]
步驟2、依據《gb/t 18602-2012巖石熱解分析》獲取樣品中toc含量數值
(tocr，％)，見表1。
[0063]
步驟3、依據《gb/t 16773煤巖分析樣品制備方法》制備全巖光片，使用偏光顯微鏡，交替使用白光和熒光，根據反射光顏色、強度、結構形態、突起、內反射、產狀等反射光特征和熒光下的顏色、形態及強度鑒定顯微組分，參照《sy/t 6414-2014全巖光片顯微組分鑒定及統計方法》，獲取鏡下全巖光片有機顯微組分中固體瀝青面積百分比bm(參見表1)。
[0064]
優選地，在樣品制片時選擇垂直層面，在油浸50倍物鏡下對全巖光片進行顯微組分鑒定，固體瀝青組分的鑒定從結構、產狀、表面特征、各項異性、隨機反射率等方面進行分析。
[0065]
步驟4、依據表達式b
t
＝(bm×
toc)/100，計算樣品中固體瀝青體積含量百分比b
t
(參見表1)。
[0066]
步驟5、依據表達式e＝[1-1.5452
×bt
/(toc
r-0.4165
×bt
)]
×
100％，將步驟2獲取的tocr值和步驟4獲取的b
t
代入上述公式，計算樣品的排油效率e(參見表1)。
[0067]
步驟6、將單井所有取樣點的排油效率e進行數學平均，平均值為66.52％，也即該井烴源巖的排油效率為66.52％。
[0068]
表1 jy2井高過成熟烴源巖排油效率計算結果
[0069]
來樣號井深/mtocr/％bm/％b
t
/％e/％jy2-12475.280.4212.380.0579.83jy2-22522.202.2819.340.4467.50jy2-32553.302.9022.900.6660.88jy2-42562.204.5129.671.3447.69jy2-52563.154.8926.181.2854.60jy2-62566.884.3214.610.6375.96jy2-72570.254.1712.760.5379.18
[0070]
另一方面，本發明實施例還提供了一種計算高過成熟度的腐泥型烴源巖的排油效率的系統。圖2為該排油效率計算系統的功能框圖，下面參考圖2來說明該系統的各個組成和功能。
[0071]
如圖2所示，該排油效率計算系統包括：高過成熟度的腐泥型烴源巖的排油效率計算裝置20、有機碳含量測試裝置22、全巖光片制備裝置24和全巖光片顯微組分測量裝置26。其中，有機碳含量測試裝置22對樣品進行toc測定得到樣品toc含量數值，如依據《gb/t 19145-2003沉積巖中總有機碳的測定》或《gb/t 18602-2012巖石熱解分析》標準來獲取樣品的toc含量。全巖光片制備裝置24依據《gb/t 16773煤巖分析樣品制備方法》的標準來制備全巖光片。全巖光片顯微組分測量裝置26具體參照《sy/t 6414-2014全巖光片顯微組分鑒定及統計方法》的標準執行，對全巖光片的有機顯微組分進行鑒定，測量其中的固體瀝青面積百分比。
[0072]
再次參考圖2，排油效率計算裝置20包括第一模塊20a、第二模塊20b、第三模塊20c和第四模塊20d。其中，第一模塊20a可以從有機碳含量測試裝置22和全巖光片顯微組分測量裝置26中獲取研究區單井的高過成熟度的腐泥型烴源巖巖心系列樣品的有機碳含量和固體瀝青面積百分比，即執行步驟s120和s130。其他各個模塊通過合理設置可以分別執行上述步驟中的s140～s160，因此不再贅述。
[0073]
應該理解的是，本發明所公開的實施例不限于這里所公開的特定結構、處理步驟，而應當延伸到相關領域的普通技術人員所理解的這些特征的等同替代。還應當理解的是，在此使用的術語僅用于描述特定實施例的目的，而并不意味著限制。
[0074]
說明書中提到的“一個實施例”或“實施例”意指結合實施例描述的特定特征、結構或特性包括在本發明的至少一個實施例中。因此，說明書通篇各個地方出現的短語“一個實施例”或“實施例”并不一定均指同一個實施例。
[0075]
雖然本發明所公開的實施方式如上，但所述的內容只是為了便于理解本發明而采用的實施方式，并非用以限定本發明。任何本發明所屬技術領域內的技術人員，在不脫離本發明所公開的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式上及細節上作任何的修改與變化，但本發明的專利保護范圍，仍須以所附的權利要求書所界定的范圍為準。