CN105138749A - 一种地质约束下高成熟烃源岩原始有机碳恢复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种地质约束下高成熟烃源岩原始有机碳恢复方法。该方法包括以下步骤：根据研究区地质条件选取烃源岩样品；建立研究区烃源岩的地质模型；根据模型确定模拟实验条件；对所述烃源岩样品进行生排烃模拟；对模拟后的烃源岩残余物进行有机地球化学分析测试；根据分析数据获得原始有机碳恢复公式。利用本发明的地质约束下烃源岩原始有机碳恢复方法，可准确地恢复高成熟烃源岩的原始有机碳含量，与传统方法相比较，对烃源岩生烃能力的评价结果更为准确可靠。
Description
技术领域
本发明是关于烃源岩生烃潜力研究技术，具体地讲是关于一种地质约束下高成熟烃源岩原始有机碳恢复方法，属于油气地质勘探领域中的资源评价技术领域。
背景技术
烃源岩评价是油气资源评价的重要内容之一，而有机质丰度作为烃源岩评价的关键参数一直是石油地质理论研究的重点。目前，石油地质工作者已经认识到在地质历史过程中，随生、排烃作用的进行，烃源岩的有机质丰度是一个逐渐减小的过程，因此，反应其丰度的有机碳含量应逐渐降低。对高、过成熟烃源岩来说，若用残余有机碳含量进行烃源岩评价或计算油气资源量，结果可能就会失真。而要客观评价烃源岩的生烃能力必须对原始有机碳进行恢复。
原始有机碳即烃源岩在生油门限前未大量生烃、排烃时的有机碳，许多学者都曾利用模拟实验(秦建中等，海相高演化烃源岩总有机碳恢复系数研究)、数值模拟计算(卢双舫等，地史过程中烃源岩有机质丰度和生烃潜力变化的模拟计算；周总瑛，烃源岩演化中有机碳质量与含量变化定量分析)等方法，探讨地质演化过程中原始有机碳的恢复问题。但是上述方法主要考虑了有机质类型、岩石孔隙体积等内在因素的影响，而未考虑温度、压力、源储配置关系等外在因素的影响。实际上，受地温场、压力场、构造环境等条件影响，不同地区烃源岩的生、排烃历史具有显著的差别，因此，对其原始有机碳的恢复不能一以贯之。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种地质约束下高成熟烃源岩原始有机碳恢复方法。该方法从具体研究区实际地质条件出发，通过对实验条件的限制揭示烃源岩在地下的实际演化过程，能够更加客观、准确地恢复烃源岩原始有机碳含量。
为达到上述目的，本发明提供了一种地质约束下高成熟烃源岩原始有机碳恢复方法，其包括以下步骤：
步骤S101：根据研究区选取烃源岩样品；
步骤S102：根据研究区地质条件建立研究区烃源岩的地质模型，选取几个研究区烃源岩地质模型中的烃源岩地质演化过程中的关键地质事件点，将选取的研究区烃源岩地质模型中各关键地质事件点对应的地质年代、埋藏深度、压力、热演化程度转化成生排烃模拟实验的各模拟点的温度、压力参数，以确定烃源岩样品的生排烃模拟实验各模拟点的实验条件；
步骤S103：根据步骤S102中确定的生排烃模拟实验各模拟点的实验条件，对烃源岩样品进行生排烃模拟实验，对每个模拟点实验后的烃源岩样品残余物进行岩石热解、有机碳和干酪根元素分析，得到热解分析成熟度参数Tmax、有机碳含量TOC、干酪根碳、氢元素含量数据；
步骤S104：根据每个模拟点实验后进行的干酪根元素分析得到的干酪根H/C原子比以及岩石热解分析得到的热解分析成熟度参数Tmax的线性相关性(以干酪根H/C原子比为横坐标，以Tmax为纵坐标)，确定所述的Tmax、TOC、干酪根碳、氢元素含量数据的可靠性，若干酪根H/C原子比与热解分析成熟度参数Tmax的线性相关性高，则所述的数据可靠，那么则将各模拟点实验后分析得到的Tmax、TOC数据，通过数据拟合(可以借助excel2010数据拟合工具)建立基于成熟度参数Tmax的原始有机碳恢复公式。
在上述的地质约束下高成熟烃源岩原始有机碳恢复方法中，优选地，在所述步骤S101中，根据研究区选取烃源岩样品是从所述研究区中选取成熟度Ro小于0.6％的烃源岩，或者在所述研究区内或外根据地质条件选取有机地球化学特征(即沉积环境、母质类型、有机质组成、岩性、有机质丰度等)相似的烃源岩。
在上述的地质约束下高成熟烃源岩原始有机碳恢复方法中，优选地，在所述步骤S102中，所述研究区地质条件包括研究区埋藏史、地温史及构造演化史等，所述根据研究区地质条件建立研究区烃源岩的地质模型是利用PetroMod数值模拟软件，得到研究区烃源岩层系埋藏热演化史图，以建立研究区烃源岩的地质模型。
在上述的地质约束下高成熟烃源岩原始有机碳恢复方法中，优选地，在所述步骤S102中，所述烃源岩样品的生排烃模拟实验各模拟点的实验条件是通过以下步骤确定的：实验时间采用生排烃模拟实验常用的72h；用生烃动力学模型kinetics2.4计算达到烃源岩地质演化过程中的关键地质事件点(即烃源岩层系埋藏热演化史图中的模拟点)的热成熟度时所用的实验温度；以烃源岩地质演化过程中的关键地质事件点的埋藏深度的静水压力(即地层压力)的2.1-2.4倍为静岩压力，并使其作为实验静压；以所述静水压力的1-1.4倍为流体压力，并使其作为实验流压。
在上述的地质约束下高成熟烃源岩原始有机碳恢复方法中，优选地，在所述步骤S103中，对烃源岩样品进行生排烃模拟实验包括：(1)将烃源岩样品洗净、干燥后，粉碎至颗粒状并混合均匀；(2)称取适量粉碎后的烃源岩样品，压制成圆柱体烃源岩样品，并在压制过程中添加水至样品饱和水；(3)将制备好的圆柱体烃源岩样品整体密封在样品室(样品室的形状与尺寸与圆柱体烃源岩样品相符)后，置于生排烃模拟实验装置的反应釜体内；(4)对反应釜进行反复试漏后抽真空进行加热，并以设定的升温速率加热到设定的温度点(即实验温度)，并设置实验静压和实验流压(其中，实验静压是指反应釜对样品室施加的压力，实验流压是指通过水泵使水流过样品室之外而对样品室施加的压力)，恒温一段时间(即实验时间)后，反应结束；(5)待反应釜冷却至220℃，对模拟实验后的烃源岩样品残余物进行收集，以待分析。其中，该实验所采用的生排烃模拟实验装置(包括反应釜(高压反应釜)、加压系统、控温系统等)可以为本领域常规的生排烃模拟实验装置。
在上述的地质约束下高成熟烃源岩原始有机碳恢复方法中，所述步骤S103中的岩石热解可以参照GB/T18602-2012《岩石热解分析》，有机碳分析可以参考GB/T19145-2003《沉积岩中总有机碳的测定》，干酪根元素分析可以参考GB/T19143-2003《岩石有机质中碳、氢、氧元素分析方法》。
本发明提供了一种地质约束下高成熟烃源岩原始有机碳恢复方法。该方法主要包括：根据研究区地质条件选取烃源岩样品；建立研究区烃源岩的地质模型；根据模型确定模拟实验条件；对所述烃源岩样品进行生排烃模拟；对模拟后的烃源岩残余物进行有机地球化学分析测试；根据分析数据获得原始有机碳恢复公式。该方法从具体研究区实际地质条件出发，通过对实验条件的限制揭示烃源岩在地下的实际演化过程，以深层次认识烃源岩生烃演化规律，并通过公式进行较快速准确的原始有机碳恢复。利用本发明的烃源岩原始有机碳恢复方法，可准确地恢复高成熟烃源岩的原始有机碳含量，与传统方法相比较，对烃源岩生烃能力的评价结果更为准确可靠，能够更加客观、准确地恢复烃源岩原始有机碳含量。
附图说明
图1为本发明实施例中的地质约束下高成熟烃源岩原始有机碳恢复方法流程图；
图2为本发明实施例中的四川盆地川中地区筇竹寺组烃源岩地质模型；
图3为本发明实施例中的Tmax-H/C关系图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
下面以一具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明
本实施例提供了一种地质约束下高成熟烃源岩原始有机碳恢复方法，如图1所示，其包括以下步骤：
步骤S101：从所述研究区中选取成熟度Ro小于0.6％的烃源岩，或者在所述研究区内或外根据地质条件选取有机地球化学特征(即沉积环境、母质类型、有机质组成、岩性、有机质丰度等)相似的烃源岩；
步骤S102：根据研究区埋藏史、地温史及构造演化史等研究区地质条件建立研究区烃源岩的地质模型，所述根据研究区地质条件建立研究区烃源岩的地质模型是利用PetroMod数值模拟软件，得到研究区烃源岩层系埋藏热演化史图，以建立研究区烃源岩的地质模型；选取几个研究区烃源岩地质模型中的烃源岩地质演化过程中的关键地质事件点，将选取的研究区烃源岩地质模型中各关键地质事件点对应的地质年代、埋藏深度、压力、热演化程度转化成生排烃模拟实验的各模拟点的温度、压力参数，以确定烃源岩样品的生排烃模拟实验各模拟点的实验条件；具体地，所述烃源岩样品的生排烃模拟实验各模拟点的实验条件是通过以下步骤确定的：实验时间采用生排烃模拟实验常用的72h；用生烃动力学模型kinetics2.4计算达到烃源岩地质演化过程中的关键地质事件点(即烃源岩层系埋藏热演化史图中的模拟点)的热成熟度时所用的实验温度；以烃源岩地质演化过程中的关键地质事件点的埋藏深度的静水压力(即地层压力)的2.1-2.4倍为静岩压力，并使其作为实验静压；以所述静水压力的1-1.4倍为流体压力，并使其作为实验流压；
步骤S103：根据步骤S102中确定的生排烃模拟实验各模拟点的实验条件，对烃源岩样品进行生排烃模拟实验，生排烃模拟实验包括：(1)将烃源岩样品用蒸馏水洗净、自然晾干后，粉碎至颗粒状并混合均匀；(2)称取100-140g粉碎后的烃源岩样品，压制成截面直径为3.8cm的圆柱体烃源岩样品，并在压制过程中添加蒸馏水至样品饱和水；(3)将制备好的圆柱体烃源岩样品整体密封在样品室(样品室的形状与尺寸与圆柱体烃源岩样品相符)后，置于生排烃模拟实验装置的反应釜体内；(4)对反应釜进行反复试漏后抽真空进行加热，并以2℃/分钟的升温速率加热到设定的温度点(即实验温度)，并设置实验静压和实验流压(其中，实验静压是指反应釜对样品室施加的压力，实验流压是指通过水泵使水流过样品室之外而对样品室施加的压力)，恒温72h后，反应结束；(5)待反应釜冷却至220℃，对模拟实验后的烃源岩样品残余物进行收集，以待分析；其中，该实验所采用的生排烃模拟实验装置(包括反应釜(高压反应度)、加压系统、控温系统等)可以为本领域常规的生排烃模拟实验装置；对每个模拟点实验后的烃源岩样品残余物进行岩石热解、有机碳和干酪根元素分析，其中，岩石热解可以参照GB/T18602-2012《岩石热解分析》，有机碳分析可以参考GB/T19145—2003《沉积岩中总有机碳的测定》，干酪根元素分析可以参考GB/T19143-2003《岩石有机质中碳、氢、氧元素分析方法》，得到热解分析成熟度参数Tmax、有机碳含量TOC、干酪根碳、氢元素含量数据；
步骤S104：根据每个模拟点实验后进行的干酪根元素分析得到的干酪根H/C原子比以及岩石热解分析得到的热解分析成熟度参数Tmax的线性相关性(以干酪根H/C原子比为横坐标，以Tmax为纵坐标)，确定所述的Tmax、TOC、干酪根碳、氢元素含量数据的可靠性，若干酪根H/C原子比与热解分析成熟度参数Tmax的线性相关性高，则所述的数据可靠，那么则将各模拟点实验后分析得到的Tmax、TOC数据，通过数据拟合(可以借助excel2010数据拟合工具)建立基于成熟度参数Tmax的原始有机碳恢复公式。
本实施例以四川盆地川中地区为例，建立了筇竹寺组烃源岩的原始有机碳恢复方法，具体步骤如下所述。
首先，选取合适的烃源岩样品，筇竹寺组烃源岩目前已处于高成熟阶段，Ro(VB)范围在1.83％-3.90％之间，不适合以研究区内所述烃源岩样品作为模拟对象，因此，按照同沉积环境、同母质类型、同岩性、相似有机质丰度的原则，选取了华北张家口下花园地区上元古界青白口系下马岭组页岩作为替代烃源岩样品，样品分析参数如表1所示。
表1下马岭组页岩有机地球化学特征
根据研究区埋藏史、地温史、构造演化史建立烃源岩地质模型，如图2(即烃源岩层系埋藏热演化史图)所示，选取地层发生抬升、沉降等约束烃源岩地质演化过程的关键地质事件点，共9个，将地质模型中各关键地质事件点对应的地质年代、埋藏深度、压力等参数，转化成实验室各模拟点的参数，如表2所示。
表2烃源岩生排烃模拟实验条件
图2中的9个关键地质事件点对应的温度由Petromod模拟得来，为地质温度，表2中的温度为实验温度，热解模拟实验的理论依据之一即有机质热演化的时间-温度补偿原理——实验室模拟用比地下实际地温高得多的温度来补偿比地质时间短得多的实验时间，因此表2中实验温度高于图2中的地质温度。
根据上述表2中实验条件设置对烃源岩样品进行生排烃模拟，过程如步骤S103中所示。模拟完成后，对烃源岩残余物进行岩石热解、有机碳、干酪根元素分析，获得分析数据。分析发现，获得的烃源岩样品Tmax数据与干酪根H/C原子比具有很好的相关性，如图3所示，说明本实施例中的模拟实验结果准确、可靠。进而，利用获得的各温度点Tmax、TOC数据，通过excel2010数据拟合建立了Tmax(y)与有机碳恢复系数(x)的相关关系式：y＝-0.000045x2+0.05x-12.5。由上述关系式可见，仅当Tmax＞410℃，即恢复系数x＞1时，才需对烃源岩有机碳进行恢复。
通过上述实例能够看出，利用本发明实施例的基于地质约束条件的生排烃模拟实验进行高成熟有机碳恢复的方法，能够客观反映烃源岩在地质演化过程中的生烃、排烃过程，建立起可靠的有机碳恢复公式，实现对高成熟烃源岩原始有机碳含量的恢复。
Claims (5)
1.一种地质约束下高成熟烃源岩原始有机碳恢复方法，其包括以下步骤：
步骤S101：根据研究区选取烃源岩样品；
步骤S102：根据研究区地质条件建立研究区烃源岩的地质模型，选取几个研究区烃源岩地质模型中的烃源岩地质演化过程中的关键地质事件点，将选取的研究区烃源岩地质模型中各关键地质事件点对应的地质年代、埋藏深度、压力、热演化程度转化成生排烃模拟实验的各模拟点的温度、压力参数，以确定烃源岩样品的生排烃模拟实验各模拟点的实验条件；
步骤S103：根据步骤S102中确定的生排烃模拟实验各模拟点的实验条件，对烃源岩样品进行生排烃模拟实验，对每个模拟点实验后的烃源岩样品残余物进行岩石热解、有机碳和干酪根元素分析，得到热解分析成熟度参数Tmax、有机碳含量TOC、干酪根碳、氢元素含量数据；
步骤S104：根据每个模拟点实验后进行的干酪根元素分析得到的干酪根H/C原子比以及岩石热解分析得到的热解分析成熟度参数Tmax的线性相关性，确定所述的Tmax、TOC、干酪根碳、氢元素含量数据的可靠性，若干酪根H/C原子比与热解分析成熟度参数Tmax的线性相关性高，则所述的数据可靠，那么则将各模拟点实验后分析得到的Tmax、TOC数据，通过数据拟合建立基于成熟度参数Tmax的原始有机碳恢复公式。
2.根据权利要求1所述的地质约束下高成熟烃源岩原始有机碳恢复方法，其中，在所述步骤S101中，根据研究区选取烃源岩样品是从所述研究区中选取成熟度Ro小于0.6％的烃源岩，或者在所述研究区内或外根据地质条件选取有机地球化学特征相似的烃源岩。
3.根据权利要求1所述的地质约束下高成熟烃源岩原始有机碳恢复方法，其中，在所述步骤S102中，所述研究区地质条件包括研究区埋藏史、地温史及构造演化史，所述根据研究区地质条件建立研究区烃源岩的地质模型是利用PetroMod数值模拟软件，得到研究区烃源岩层系埋藏热演化史图，以建立研究区烃源岩的地质模型。
4.根据权利要求1所述的地质约束下高成熟烃源岩原始有机碳恢复方法，其中，在所述步骤S102中，所述烃源岩样品的生排烃模拟实验各模拟点的实验条件是通过以下步骤确定的：实验时间采用生排烃模拟实验常用的72h；用生烃动力学模型kinetics2.4计算达到烃源岩地质演化过程中的关键地质事件点的热成熟度时所用的实验温度；以烃源岩地质演化过程中的关键地质事件点的埋藏深度的静水压力的2.1-2.4倍为静岩压力，并使其作为实验静压；以所述静水压力的1-1.4倍为流体压力，并使其作为实验流压。
5.根据权利要求1所述的地质约束下高成熟烃源岩原始有机碳恢复方法，其中，在所述步骤S103中，对烃源岩样品进行生排烃模拟实验包括：(1)将烃源岩样品洗净、干燥后，粉碎至颗粒状并混合均匀；(2)称取适量粉碎后的烃源岩样品，压制成圆柱体烃源岩样品，并在压制过程中添加水至样品饱和水；(3)将制备好的圆柱体烃源岩样品整体密封在样品室后，置于生排烃模拟实验装置的反应釜体内；(4)对反应釜进行反复试漏后抽真空进行加热，并以设定的升温速率加热到设定的温度点，并设置实验静压和实验流压，待恒温一段时间后，反应结束；(5)待反应釜冷却至220℃，对模拟实验后的烃源岩样品残余物进行收集，以待分析。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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