CN103543470A - 一种热解岩石中的游离烃/残留烃s1的轻、重烃校正方法 - Google Patents

Abstract

一种页岩油资源潜力评价关键参数-热解岩石中的游离烃／残留烃S₁的轻、重烃校正方法，针对S₁法进行页岩油资源评价时存在的轻、重烃损失问题，本技术在实验的基础上建立上述参数的校正方法，对油田已有资料中S₁进行补偿校正，从而校正采用S₁法评价得出的页岩油资源量。

Description

一种热解岩石中的游离烃/残留烃S1的轻、重烃校正方法

技术领域

本发明涉及一种页岩油资源潜力评价关键参数-热解岩石中的游离烃／残留烃S₁的轻、重烃校正方法。

背景技术

能源需求的日益攀升和常规油气资源的不断消耗，使油气供需矛盾日益突出。因此，非常规能源越来越受到人们的重视。页岩油作为非常规能源的重要组成部分，国内外均对其加强了勘探力度。作为油气勘探的重要环节，资源量计算是页岩油勘探必不可少的步骤之一，而页岩油作为典型的非常规资源，在资源评价过程中所选取的参数与常规油气资源评价明显不同，常规资源通常可采用多种评价方法，比如类比法、统计法、成因法、福斯潘模型和体积法等，而页岩油资源评价被广泛认可并应用的方法一般为体积法。就体积法而言，页岩油资源评价与常规油气资源评价所选取的参数不同，常规资源主要用孔隙度和含油饱和度刻画储层含油率，而受实验手段限制，泥页岩孔隙度和含油饱和度难以准确测定，因此只能用反应泥页岩含烃量的参数S₁(热解烃)来对页岩油进行资源评价。

S₁定义为岩石中的游离烃／残留烃，为已经生成尚残留在岩石中的烃类。目前S₁由岩石热解仪(Rock-Eval)分析得到，为岩样加热不超过300℃时挥发出的烃，基本上是C_7-33的烃。然而进行热解分析所用的样品往往是在岩心库中静置了很长时间，其中的气态烃(C_1-5)、轻烃(C_6-13)已有较多的损失。同时，已有的研究表明，岩石热解分析得到S₂(称为裂解烃，以往认为都是热解分析过程中固态干酪根热裂解形成，代表残余干酪根的生烃能力)中存在部分先前生成的液态烃，这部分液态烃分子量较大，Rock-Eval分析中300℃之前尚未蒸发出，是由孔隙中残留和有机质的吸附产生。因此，采用热解分析得到的S₁参数并不能代表地下岩石中滞留烃量。地下页岩油应该包含三部分烃类：①实测S₁；②热解分析前已经损失的小分子烃类；③进入S₂中的先前生成的液态烃。所以页岩油资源评价需要进行S₁的轻烃补偿和S₁的重烃校正。

胜利油田张林晔等将刚从地下取出的泥页岩样品分成若干份，对其中一份直接进行Rock-Eval热解实验，其他几份放置若干时间后进行Rock-Eval热解实验，对比直接热解和放置不同时间后热解的结果，认为放置时间越长轻烃损失越多，放置30天以上时平均损失量为50％，以此作为轻烃校正系数。

此技术认为对从地下刚刚取出的岩心直接进行Rock-Eval热解实验所测得的S₁没有轻烃损失，但实际上岩石从井底上升到井口的过程中亦有轻烃损失，该方法无法对这部分损失进行校正。

王安桥(热解色谱分析参数的校正)曾对比过抽提前后S₂值的变化，认为抽提前后S₂的差值为Rock-Eval热解过程中S₁损失的重烃。盛志纬等(生油岩定量评价中的轻烃问题)利用分步热解，将干酪根热解进行到不同温度，将所生成的烃收集到冷凝管中冷凝，之后加热到300℃将烃类蒸发出来，同时对烃含量进行检测，测得干酪根热解到不同温度时，即干酪根在不同成熟度时生成轻重烃含量，假定正常岩样热解过程中重烃损失忽略不计，则可根据生烃轻重比例，利用此比例对不同成熟度泥页岩内轻烃进行校正。分步热解实验过程本身存在缺陷，由于冷凝后再次加热时仅加热到300℃，重烃不能完全被蒸发出来，导致实验所测轻重烃比例远大于常规Rock-Eval热解和实际地质情况；另外，该方法在利用轻重烃比例对轻烃恢复之前并未考虑重烃损失，将导致恢复结果严重失真。唐庆梅(喇嘛甸油田井壁取心热解总烃含量的校正_唐庆梅)等对比研究储层砂岩密闭取芯和井壁取芯热解参数差值，井壁取芯岩样在样品从井底上升至井口的过程中以及样品放置过程中均有大量轻质油损失，而密闭取芯则避免了这些损失，因此密闭取芯热解参数要明显高于井壁取芯，可以建立密闭取芯热解参数与井壁取芯热解参数之间的关系，从而对井壁取芯热解参数进行校正。该方案主要针对储层砂岩，并不针对泥岩，并且仅针对轻烃损失进行恢复，另外，此方案需要有密闭取芯井，造价极高。

郭树生等(热解参数S₁的校正方法)对比了储层砂岩岩心、井壁取心和岩屑热解参数，井壁取芯和岩屑热解参数明显小于岩心，S₁所代表的轻烃损失严重，但S₂所代表的重烃基本不变，因此根据S₂与岩心热解参数中S₁的线性关系，将岩心和岩屑的热解S₁进行校正。该方案仅对砂岩的S₁进行轻烃校正，并未进行重烃校正，且只校正到岩心热解的状态，并未校正到地下状态。

马德华(提高含油饱和度计算精度的方法研究)根据井壁取芯热解所得总烃含量与井壁取芯、岩心、岩屑热解所得总烃含量的线性关系，对岩心、井壁取心和岩屑的热解烃轻烃损失进行恢复。该方案仅对储层砂岩轻烃损失进行校正，需要密闭取芯，价钱昂贵。

发明内容

本发明的目的在于提供一种页岩油资源潜力评价关键参数-热解岩石中的游离烃／残留烃S₁的轻、重烃校正方法。

泥页岩中含有一部分残留烃(游离烃)，在加热条件下(在Rock-Eval实验中为300℃)可以被蒸发出来，作为S₁被检测出来，同时，当加热温度较高时(Rock-Eval实验中为600℃)，泥页岩中干酪根裂解生烃作为S₂被检测出来。S₁实测值由于游离烃重质部分沸点高于300℃而未在加热到300℃时被完全蒸发出来，导致重烃损失，对于页岩油资源评价而言，需要恢复S₁的重烃部分。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：S₁的重烃恢复过程为利用Rock-Eval热解测得S₁和S₂，利用氯仿抽提去除岩样中的残留油，再次进行Rock-Eval热解，测得S₁’和S₂’，根据各参数的意义定义S₁的重烃校正系数为：S₁的轻烃恢复过程为，由Rock-Eval和PY-GC实验可测得初次裂解中不同烃组分的产率XC₁、XC_2-5、XC_6-13、XC₁₄ ⁺和二次裂解过程中不同烃组分的产率XC₁、XC_2-5、XC_6-13，根据生烃组分化学动力学原理，建立平行一级反应模型，并对模型进行优化，S₁的轻烃恢复主要针对C_6-13，经过重烃恢复的S₁(实测S₁+S_1重烃)相当于C₁₃ ⁺部分，得不同成熟度时C_6-13／C₁₃ ⁺值，即轻烃恢复系数K_轻烃，其恢复公式如下：

S_1轻烃=S_{1(重烃恢复后)}×K_轻烃=(S₁+K_重烃×S₁)×K_轻烃

原始S₁公式如下：

S_1原始=S_{1(重烃恢复后)}+S_1轻烃=S₁+K_重烃×S₁+(S₁+K_重烃×S₁)×K_轻烃=S₁×K_{S1恢复系数}

K_{S1恢复系数}如下：

K_{S1恢复系数}=1+K_重烃+(1+K_重烃)×K_轻烃=(1+K_轻)·(1+K_重)

式中，S₁为Rock-Eval所测游离烃含量；S_1轻烃为S₁的轻烃损失部分；S_{1(重烃恢复后)}为重烃恢复后的S₁，即S₁实测值与损失的重烃之和；K_轻烃为S₁轻烃恢复系数，即损失的轻烃占重烃恢复后S₁的比例；K_重烃为S₁的重烃恢复系数；S_1原始为轻、重烃恢复后的S₁；K_{S1恢复系数}为S₁的恢复系数，包括轻烃和重烃两部分的恢复，其中K_轻烃是成熟度的函数，K重烃通过实验得出。

附图说明

图1为本发明提供的完整技术方案

图2为泥页岩样品S₁重烃恢复实验方案

图3为中国东部湖相沉积地层泥页岩滞留烃与S₁的关系图

图4为泥页岩有机质裂解生烃方案

图5为组分动力学活化能分布图

图6为某凹陷(I型干酪根)不同演化阶段C_6-13／C₁₃₊图版

图7渤南洼陷Es3x底界Ro等值图

图8渤南洼陷Es3x段S₁恢复系数等值图

具体实施方式

下面对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

利用Rock-Eval热解测得S₁和S₂，利用氯仿抽提去除岩样中的残留油，再次进行Rock-Eval热解，测得S₁’和S₂’，两次热解的样品具有本质区别，直接热解的样品中既含有游离烃又含有干酪根，而经过抽提后的样品中只有干酪根，因此，所测得的S₂中既包含干酪根裂解生成的烃，也包括游离烃中的重质部分，而S₂’中只包括干酪根裂解生成的烃类，S₁为游离烃(不包括进入S₂的重烃)，而S₁’为样品中未被抽提掉游离烃，其含量非常少。根据各参数的意义定义S₁的重烃校正系数为：

从图3可以看出，中国东部湖相沉积地层泥页岩重烃损失量与S₁实测值具有明显线性关系，且此线性关系并未因干酪根类型和成熟度的不同而有明显不同，重烃损失量为S₁实测值的3倍左右，即S₁的重烃恢复系数K_重烃为3左右。

S重烃恢复公式如下：

式中，K_重烃为S₁的重烃恢复系数；S_{1(重烃恢复后)}为恢复重烃之后的S₁值。

轻烃恢复

以往对轻烃的研究主要集中在轻烃作为气源对比、成熟度参数方面，而对轻烃补偿校正研究罕见报道，本技术利用生烃组分动力学的方法对于S₁进行轻烃恢复。干酪根裂解生烃过程如图4所示，在初次裂解过程中，干酪根直接裂解成C₁₄ ⁺、C_6-13、C_2-5和C₁，如果在密闭体系中，干酪根裂解生成的烃会发生二次裂解，C₁₄ ⁺裂解成C_6-13、C_2-5和C₁，初次裂解和二次裂解生成的C_6-13继续裂解成C_2-5和C₁，最终C_2-5裂解成C₁。干酪根裂解过程中，各个产物的产率随着成熟度增加而变化，而裂解过程烃产率特征与干酪根类型密切相关。

由Rock-Eval和PY-GC实验可测得初次裂解中不同烃组分的产率(XC₁、XC_2-5、XC_6-13、XC₁₄ ⁺、)和二次裂解过程中不同烃组分的产率(XC₁、XC_2-5、XC_6-13)，根据生烃组分化学动力学原理，建立平行一级反应模型，并对模型进行优化。

首先构造目标函数和惩罚函数，使实验所测得的各组分烃类转化率和模型所计算转化率差值最小，即使计算转化率无限接近实验值，优化求取此时各个烃类组分生成过程的活化能(

等)和指前因子(

等)(如图5所示)，优化问题采用收敛速度较快而又无需计算烦琐的二阶导数矩阵及其逆矩阵的变尺度法来进行求解，变尺度优化算法的详细推导过程参见有关文献[李维铮等，1982，运筹学]。

成熟度参数Ro依据Easy Ro模型模拟得到，模拟温度范围50-300℃，升温速率3℃／Ma。即可求得不同成熟度下干酪根裂解生成各烃类组分的转化率，进而求得不同成熟度下生成各烃组分的比例，在假设原油组分等比例排烃前提下，泥页岩中所残留的各组分烃类含量比例与生成时各组分比例相同，可以得到C₁、C_2-5、C_6-13和C₁₄ ⁺的比值，此时不难得出C_6-13／C₁₃ ⁺与Easy Ro％的关系图版(如图6所示)。C_6-13／C₁₃ ⁺随着Easy Ro的增加而呈先减小再增大的趋势，Easy Ro为0.5％时，其比值为0.85左右，Easy Ro为1.15％左右时其比值达到最小值，约为0.22，Easy Ro增大到1.8％时其比值约为1.4。

一般情况下，油田会有较多的Ro实测数据，而Ro值与埋藏深度具有良好的相关关系，通常可以根据Ro-埋深关系和埋藏深度推测Ro等值图，继而可以根据Ro等值图(如图7所示)和不同演化阶段C_6-13／C₁₃ ⁺图版(如图6所示)得到S₁的轻烃恢复系数图(如图8所示)。

对于S₁来说，其实测值由于久置导致轻烃损失，由于重烃部分沸点高于300℃而损失重烃，对于页岩油资源评价而言，S₁的轻烃恢复主要针对C_6-13，经过重烃恢复的S₁(实测S₁+S_{1 重烃})相当于C₁₃ ⁺部分，根据图6可得不同成熟度时C_6-13／C₁₃ ⁺值，即轻烃恢复系数K_轻烃，其恢复公式如下：

原始S₁公式如下：

K_{S1恢复系数}如下：

式中，S₁为Rock-Eval所测游离烃含量；S_1轻烃为S₁的轻烃损失部分；S_{1(重烃恢复后)}为重烃恢复后的S₁，即S₁实测值与损失的重烃之和；K_轻烃为S₁轻烃恢复系数，即损失的轻烃占重烃恢复后S₁的比例；K_重烃为S₁的重烃恢复系数；S_1原始为轻、重烃恢复后的S₁；K_{S1恢复系数}为S₁的恢复系数，包括轻烃和重烃两部分的恢复。其中K_轻烃是成熟度的函数，二者关系如图6所示；K重烃通过实验得出，如图3所示。根据上诉原理，可得渤南洼陷Es3x段S₁恢复系数等值图，如图8所示。

根据上述方法可以看出，S₁轻、重烃恢复对资源量计算有直接影响，利用S₁法对渤南洼陷Es3x段进行资源评价，并对恢复前后各个级别资源量进行对比(如图9，表1所示)，I级资源量恢复后增加39.93亿吨，II级资源量恢复后增加5.82亿吨，总资源量恢复后增加45.98亿吨，是恢复前总资源量的3.42倍。

表1渤南洼陷Es3x段恢复前后页岩油资源量对比统计表

Claims (2)

1.一种页岩油资源潜力评价关键参数-热解岩石中的游离烃／残留烃S₁的轻、重烃校正方法，其特征在于：S₁的重烃恢复过程为利用Rock-Eval热解测得S₁和S₂，利用氯仿抽提去除岩样中的残留油，再次进行Rock-Eval热解，测得S₁’和S₂’，根据各参数的意义定义S₁的重烃校正系数为：S₁的轻烃恢复过程为，由Rock-Eval和PY-GC实验可测得初次裂解中不同烃组分的产率XC₁、XC_2-5、XC_6-13、XC₁₄ ⁺和二次裂解过程中不同烃组分的产率XC₁、XC_2-5、XC_6-13，根据生烃组分化学动力学原理，建立平行一级反应模型，并对模型进行优化，S₁的轻烃恢复主要针对C_6-13，经过重烃恢复的S₁(实测S₁+S_1重烃)相当于C₁₃ ⁺部分，得不同成熟度时C_6-13／C₁₃ ⁺值，即轻烃恢复系数K_轻烃，其恢复公式如下：

S_1轻烃=S_{1(重烃恢复后)}×K_轻烃=(S₁+K_重烃×S₁)×K_轻烃

原始S₁公式如下：

S_1原始=S_{1(重烃恢复后)}+S_1轻烃=S₁+K_重烃×S₁+(S₁+K_重烃×S₁)×K_轻烃=S₁×K_{S1恢复系数}

K_{S1恢复系数}如下：

K_{S1恢复系数}=1+K_重烃+(1+K_重烃)×K_轻烃=(1+K_轻)·(1+K_重)

式中，S₁为Rock-Eval所测游离烃含量；S_1轻烃为S₁的轻烃损失部分；S_{1(重烃恢复后)}为重烃恢复后的S₁，即S₁实测值与损失的重烃之和；K_轻烃为S₁轻烃恢复系数，即损失的轻烃占重烃恢复后S₁的比例；K_重烃为S₁的重烃恢复系数；S_1原始为轻、重烃恢复后的S₁；K_{S1恢复系数}为S₁的恢复系数，包括轻烃和重烃两部分的恢复，其中K_轻烃是成熟度的函数，K重烃通过实验得出。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述建立平行一级反应模型，并对模型进行优化，优化问题采用收敛速度较快而又无需计算烦琐的二阶导数矩阵及其逆矩阵的变尺度法来进行求解，成熟度参数Ro依据Easy Ro模型模拟得到，模拟温度范围50-300℃，升温速率3℃／Ma。即可求得不同成熟度下干酪根裂解生成各烃类组分的转化率，进而求得不同成熟度下生成各烃组分的比例，在假设原油组分等比例排烃前提下，泥页岩中所残留的各组分烃类含量比例与生成时各组分比例相同，可以得到C₁、C_2-5、C_6-13和C₁₄ ⁺的比值，得出C_6-13／C₁₃ ⁺与成熟度参数Ro的关系图。

Images