CN109991123B - 页岩油资源可动性的地球化学评价方法 - Google Patents

页岩油资源可动性的地球化学评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种页岩油资源可动性的地球化学评价方法，该页岩油资源可动性的地球化学评价方法包括：步骤1，选取研究区典型的产油层与非产油层样品；步骤2，进行典型样品的有机碳、热解分析；步骤3，建立页岩油可动性的地球化学参数判识图版；步骤4，进行待评价样品的有机碳、热解分析；步骤5，进行泥页岩样品的页岩油资源可动性评价。该页岩油资源可动性的地球化学评价方法既能够充分利用已有的地球化学技术手段和资料，又能表征页岩含油量、原油性质，并评价页岩油可动性，测试方法相对容易，成本较低，易于快速评价页岩油资源的可动性，更易于推广应用。

Description

页岩油资源可动性的地球化学评价方法
技术领域
本发明涉及页岩油资源勘探与开发技术领域，特别是涉及到一种页岩油资源可动性的地球化学评价方法。
背景技术
页岩油是一种重要的非常规油气资源，主要赋存在泥页岩的基质孔隙中、裂缝/微裂缝中和页岩段中的薄夹层中，尽管成熟的泥页岩烃源岩内一般蕴含着大量的页岩油资源，但由于储集层相对致密、渗流能力较差，页岩油的能否产出受多种因素制约，包括储层渗透性、含油量和油的性质等。目前对于页岩油可动性的评价方法有经验参数法和模拟实验法等。
申请号为201310224584.6的专利申请“一种泥页岩层系内页岩油资源潜力评价方法”，公开了通过地球化学数据统计分析图解法确定所述泥页岩饱和吸附油量，并进一步利用物质平衡原理计算，由原地资源量减去饱和吸附油量，即可得到页岩油可动量。而其泥页岩的吸附油量采用经验公式计算，即有机碳含量乘以饱和吸附系数，未考虑到不同演化阶段干酪根吸附能力的变化，以及原油性质对有机质吸附能力的影响。
申请号为201710536726.0的专利申请公开了“一种页岩可采油量评价模拟实验仪”。包括：页岩处理控制装置，压力缸下端的压力杆从高压釜上端的中心插入并对高压釜密封腔内的页岩样品实施破裂；气体输入控制装置，气体钢瓶的气体通过气体增压器增压后注入到高压釜内；液体输入控制装置，包括动力源以及连接气体增压器的第一控制管道和连接压力缸的第二控制管道；产物收集装置。本发明装置能够结合地质勘探开发实际情况，集页岩密闭压裂破碎、油藏自然弹性驱动排油模拟、人工注气排油模拟和人工注水或表面活性剂排油模拟多功能于一体。本方法适合与实验室内可采油量的研究及评价，不易开展大批量样品的快速评价。
截至目前，还没有一种既能快速评价页岩油可动性，而且又相对简单易行的操作方法。本为此我们发明了一种新的页岩油资源可动性的地球化学评价方法，解决了以上技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种既能够充分利用已有的地球化学技术手段和资料，又能表征页岩含油量、原油性质，并评价页岩油可动性的目的的页岩油资源可动性的地球化学评价方法。
本发明的目的可通过如下技术措施来实现：页岩油资源可动性的地球化学评价方法，该页岩油资源可动性的地球化学评价方法包括：步骤1，选取研究区典型的产油层与非产油层样品；步骤2，进行典型样品的有机碳、热解分析；步骤3，建立页岩油可动性的地球化学参数判识图版；步骤4，进行待评价样品的有机碳、热解分析；步骤5，进行泥页岩样品的页岩油资源可动性评价。
本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
在步骤1中，收集整理研究区一系列典型的产油层、非产油层和未具开发潜力的泥页岩的岩心或岩屑样品；产油层样品包括常规产油层样品、低渗透及致密产油层样品、裂缝型页岩油藏产油层样品、基质型页岩油藏产油层样品和夹层型页岩油藏产油层样品；非产油层样品包括证实含油但无原油产出的常规储层、低渗透及致密储层样品、基质型页岩样品、夹层型页岩样品，以及成熟度相对较低，含油未达到饱和度吸附的泥页岩样品。
在步骤2中，对于泥页岩样品进行有机碳和热解分析，非泥页岩样品进行热解分析，记录各个样品的有机碳TOC、热解气体烃量S0、热解游离烃量S1、热解裂解烃量S2、和热解Tmax数据。
在步骤3中，建立页岩油可动性判识图版，包括热解参数S0+S1与S2关系图版、热解参数(S0+S1)/S2与Tmax关系图版以及含油饱和度指数OSI与有机碳TOC关系图版。
在步骤3中，根据有机碳和热解数据分别计算判识图版相关参数，对于泥页岩样品计算含油饱和度指数OSI，公式为OSI＝S1/TOC*100、S0+S1和(S0+S1)/S2；对于非泥页岩样品，计算S0+S1和(S0+S1)/S2。
在步骤3中，所述的S0+S1与S2关系页岩油可动性判识图版，以S2为横坐标，以为S0+S1为纵坐标，根据典型产油层与典型非产油层数据投到图版中，将图版划分为3个区：可动区、非可动区和过渡区；可动区S0+S1与S2比值要明显高于非可动区，由原点向典型产油层的最低S0+S1与S2比值的投点划一直线，即为可动区的下标线，标线以上即为可动区；由原点向典型的非产油层的最高的S0+S1与S2比值的投点划一直线，即为非可动区的上标线，标线以下即为非可动区；可动区与非可动区之间即定为过渡区；另外，若页岩中存在可动油，则(S0+S1)必须要达到某一数值，因此对于可动区，需划定一与横轴(S2)平行的(S0+S1)下限。
在步骤3中，所述的(S0+S1)/S2与Tmax关系页岩油可动性判识图版的绘制以(S0+S1)/S2为横坐标，以Tmax为纵坐标；由于可动油的存在会导致岩石的(S0+S1)/S2增高和热解参数Tmax降低，原油越轻，可动油比例越高，其(S0+S1)/S2越高，其Tmax数值降低的越明显；因此，典型的产油层与非产油层在(S0+S1)/S2与Tmax关系图版中很容易识别；(S0+S1)/S2高于某一数值，Tmax低于某一数值的区间，即为典型的可动区；(S0+S1)/S2低于某一数值，Tmax高于某一数值的区间即为典型的非可动区；可动区与非可动区之间即为过渡区。
在步骤3中，所述的OSI与TOC关系页岩油可动性判识图版，以TOC为横坐标，以OSI为纵坐标；泥页岩样品的总体OSI与TOC关系分为三种典型类型，分别代表三种页岩油赋存状态特征：第一种类型为总体上OSI与TOC呈负相关关系，即TOC越高，其OSI越低，表明岩石未达到整体吸附饱和，不具有可动油资源潜力；第二种类型为总体OSI与TOC无明显关系，即OSI为大致稳定的一个数值区间，不随TOC变化而变化，表明该类型泥页岩中原油已经恰好达到饱和吸附状态，但仍不具可动页岩油资源，第三种典型类型为总体上OSI与TOC正相关，即TOC越大，OSI越高，表明泥页岩中的烃类以及满足了饱和吸附，存在着可动油资源。
在步骤3中，通过OSI与TOC关系页岩油可动性判识图版，确定页岩油饱和吸附的大致饱和吸附平衡OSI值，即如果OSI分布在一个大致稳定的数值附近，与TOC无相关关系时，此稳定的OSI数值即为该系列样品所代表的泥页岩的饱和吸附平衡OSI值。
在步骤4中，选取待评价层位的一系列岩心或岩屑样品，包括基质型泥页岩样品、裂缝型泥页岩样品和泥页岩夹层样品，样品需无污染且保持新鲜。
在步骤5中，将待评价样品的各个参数分别投点到热解参数S0+S1与S2关系图版、热解参数(S0+S1)/S2与Tmax关系图版和含油饱和度指数OSI与TOC关系图上，利用三个图版综合确定该样品的页岩油是否具有可动性。
本发明中的页岩油资源可动性的地球化学评价方法，利用地球化学参数(热解参数S0+S1、S2和Tmax，有机碳参数TOC，以及这些参数的组合)来评价页岩中是否存在可动油，是否具有页岩油勘探开发潜力。该方法采用的系列页岩油资源可动性判识图版，充分利用有机碳分析和热解分析参数，即能包含了页岩含油量信息，又包含了页岩油性质的信息，以及可动油存在对岩石热解峰温度的影响，更能准确评价页岩油资源的可动性，另外，还能够确定泥页岩中原油饱和吸附的平衡OSI值。而且采用的有机碳分析和热解分析测试方法相对容易，成本较低，易于快速评价页岩油资源的可动性，更易于推广应用。
附图说明
图1为本发明的页岩油资源可动性的地球化学评价方法的一具体实施例的流程图；
图2为本发明的岩油资源可动性的地球化学评价方法的一实施例中热解参数S0+S1与S2关系图版；
图3为本发明的岩油资源可动性的地球化学评价方法的一实施例中热解参数(S0+S1)/S2与Tmax关系图版；
图4为本发明的岩油资源可动性的地球化学评价方法的一实施例中含油饱和度指数(OSI)与TOC关系图版。
具体实施方式
为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。
如图1所示，图1为本发明的页岩油资源可动性的地球化学评价方法的流程图。
步骤101，选取研究区典型的产油层与非产油层样品。产油层样品包括常规产油层样品、低渗透及致密产油层样品、裂缝型页岩油藏产油层样品、基质型页岩油藏产油层样品和夹层型页岩油藏产油层样品，因为有实施例证实，各种类型的产油层样品的在本发明的图版中，均具有相似的分布规律。非产油层样品包括证实含油但无原油产出的常规储层、低渗透率及致密产储层样品、基质型页岩油藏样品、夹层型页岩油藏样品，以及成熟度相对较低，含油未达到饱和度吸附的泥页岩样品等。样品可以为岩心样品，也可以为岩屑样品，但所有样品应尽量保持新鲜、无有机物污染。样品选取处理后，流程进入到步骤102。
步骤102，典型样品的有机碳、热解分析，对于泥页岩样品进行有机碳和热解分析，非泥页岩样品进行热解分析，记录各个样品的TOC、热解S0、热解S1、热解S2、和热解Tmax数据。进入步骤103。
步骤103，建立页岩油可动性判识图版，根据有机碳和热解数据分别计算判识图版相关参数，对于泥页岩样品计算含油饱和度指数(OSI)(公式为OSI＝S1/TOC*100)、S0+S1和(S0+S1)/S2。对于非泥页岩样品，计算S0+S1和(S0+S1)/S2。
热解参数S0+S1与S2关系图版的绘制以S2为横坐标，以S0+S1为纵坐标，将典型产油层与典型非产油层数据投到图版中，将图版划分为3个区：可动区、非可动区和过渡区。可动区S0+S1与S2比值要明显高于非可动区，由原点向典型产油层的最低S0+S1与S2比值的投点划一直线，即为可动区的下标线，标线以上即为可动区。由原点向典型的非产油层的最高的S0+S1与S2比值的投点划一直线，即为非可动区的上标线，标线以下即为非可动区。可动区与非可动区之间即定为过渡区。另外，若页岩中存在可动油，则(S0+S1)必须要达到某一数值，因此对于可动区，需划定一与横轴(S2)平行的(S0+S1)下限，一较佳实施例中，此(S0+S1)下限值为2mg/g。
(S0+S1)/S2与Tmax关系图版的绘制以Tmax为横坐标，以(S0+S1)/S2为纵坐标。由于可动油的存在会导致岩石的(S0+S1)/S2增高和热解参数Tmax降低，原油越轻，可动油比例越高，其(S0+S1)/S2越高，其Tmax数值降低的越明显。因此，典型的产油层与非产油层在(S0+S1)/S2与Tmax关系图版中很容易识别。(S0+S1)/S2高于某一数值，Tmax低于某一数值的区间，即为典型的可动区；(S0+S1)/S2低于某一数值，Tmax高于某一数值的区间即为典型的非可动区；可动区与非可动区之间即为过渡区。
OSI与TOC关系图版的绘制以TOC为横坐标，以OSI为纵坐标，某一系列的泥页岩样品的总体OSI与TOC关系可能有三种典型类型：一种类型为总体上OSI与TOC呈负相关关系，即TOC越高，其OSI越低，表明岩石未达到整体吸附饱和，不具有可动油资源潜力；第二种类型为总体OSI与TOC无明显关系，即OSI为大致稳定的一个数值区间，不随TOC变化而变化。表明该类型泥页岩中原油已经恰好达到饱和吸附，或者由于排烃通道顺畅，生成的烃类容易排出，而导致OSI数值稳定在一个区间不变，此稳定的不随TOC而变化的OSI数值即为饱和吸附时的OSI数值。第三种典型类型为总体上OSI与TOC正相关，即TOC越大，OSI越高，其成因有两种可能。一种原因为岩石封闭性较强，泥页岩中生成的烃原地滞留，泥页岩有机质丰度越高，其生成的烃量越多，滞留的游离烃量也越高；另一种原因为页岩油的非原地的调整聚集，因而测得的TOC参数中的有机碳主要为原油中的碳，因而，TOC越高，OSI越高。然而不管何种成因，TOC越高OSI越高的现象均表明有可动油的存在。
因此，在OSI与TOC关系图版上，利用三种典型的OSI与TOC关系可以识别出页岩油是否具有可动性：如果在图版上，OSI与TOC呈负相关关系，表明该泥页岩未达到平衡吸附，该页岩油不具有可动性；如果OSI分布在一个大致稳定的数值，与TOC无相关关系，表明该泥页岩中的原油已经达到的饱和吸附，但仍不具页岩油可动性，而此稳定的OSI数值即为该系列样品所代表的泥页岩的饱和吸附OSI数值；若OSI与TOC正相关，则表明达到饱和泥页岩中的烃类已经满足了饱和吸附，存在着可动油。
页岩油资源可动性的地球化学评价方法的热解参数S0+S1与S2关系图版、热解参数(S0+S1)/S2与Tmax关系图版和含油饱和度指数(OSI)与TOC关系图版示意图如图2～图4所示，流程进入步骤104。
步骤104，待评价样品的有机碳热解分析，选取待评价层位的一系列岩心或岩屑样品，包括基质型泥页岩样品、裂缝型泥页岩样品和泥页岩夹层样品等，样品需无污染且保持新鲜。对该系列样品进行与步骤102所述的相同的操作，各个样品的TOC、热解S0、热解S1、热解S2、和热解Tmax数据，并计算步骤103所述的需要的各个参数。
步骤105，页岩油可动性判识，将待评价样品的各个参数分别投点到热解参数S0+S1与S2关系图版、热解参数(S0+S1)/S2与Tmax关系图版和含油饱和度指数(OSI)与TOC关系图上，以确定该样品的页岩油是否具有可动性。
本发明中的页岩油资源可动性的地球化学评价方法方法，采用的系列页岩油资源可动性判识图版，充分利用有机碳分析和热解分析参数，即能包含了页岩含油量信息，又包含了页岩油性质的信息，以及可动油存在对岩石热解峰温度的影响，更能准确评价页岩油资源的可动性，具有较好的推广应用前景。

Claims (9)

1.页岩油资源可动性的地球化学评价方法，其特征在于，该页岩油资源可动性的地球化学评价方法包括：
步骤1，选取研究区典型的产油层与非产油层样品；
步骤2，进行典型样品的有机碳、热解分析；
步骤3，建立页岩油可动性的地球化学参数判识图版；
步骤4，进行待评价样品的有机碳、热解分析；
步骤5，进行泥页岩样品的页岩油资源可动性评价；
在步骤2中，对于泥页岩样品进行有机碳和热解分析，非泥页岩样品进行热解分析，记录各个样品的有机碳TOC、热解气态烃量S0、热解游离烃量S1、热解裂解烃量S2、和热解峰值温度Tmax数据；建立页岩油可动性判识图版，包括热解参数S0+S1与S2关系图版、热解参数(S0+S1)/S2与Tmax关系图版以及含油饱和度指数OSI与有机碳TOC关系图版。
2.根据权利要求1所述的页岩油资源可动性的地球化学评价方法，其特征在于，在步骤1中，收集整理研究区一系列典型的产油层、非产油层和未具开发潜力的泥页岩的岩心或岩屑样品；产油层样品包括常规产油层样品、低渗透及致密产油层样品、裂缝型页岩油藏产油层样品、基质型页岩油藏产油层样品和夹层型页岩油藏产油层样品；非产油层样品包括证实含油但无原油产出的常规储层、低渗透及致密储层样品、基质型页岩样品、夹层型页岩样品，以及成熟度相对较低，含油未达到饱和度吸附的泥页岩样品。
3.根据权利要求1所述的页岩油资源可动性的地球化学评价方法，其特征在于，在步骤3中，根据有机碳和热解数据分别计算判识图版相关参数，对于泥页岩样品计算含油饱和度指数OSI，公式为OSI＝S1/TOC*100、S0+S1和(S0+S1)/S2；对于非泥页岩样品，计算S0+S1和(S0+S1)/S2。
4.根据权利要求1所述的页岩油资源可动性的地球化学评价方法，其特征在于，在步骤3中，所述的S0+S1与S2关系页岩油可动性判识图版，以S2为横坐标，以为S0+S1为纵坐标，根据典型产油层与典型非产油层数据投到图版中，将图版划分为3个区：可动区、非可动区和过渡区；可动区S0+S1与S2比值要明显高于非可动区，由原点向典型产油层的最低S0+S1与S2比值的投点划一直线，即为可动区的下标线，标线以上即为可动区；由原点向典型的非产油层的最高的S0+S1与S2比值的投点划一直线，即为非可动区的上标线，标线以下即为非可动区；可动区与非可动区之间即定为过渡区；另外，若页岩中存在可动油，则(S0+S1)必须要达到某一数值，因此对于可动区，需划定一与横轴(S2)平行的(S0+S1)下限。
5.根据权利要求1所述的页岩油资源可动性的地球化学评价方法，其特征在于，在步骤3中，所述的(S0+S1)/S2与Tmax关系页岩油可动性判识图版的绘制以(S0+S1)/S2为横坐标，以Tmax为纵坐标；由于可动油的存在会导致岩石的(S0+S1)/S2增高和热解参数Tmax降低，原油越轻，可动油比例越高，其(S0+S1)/S2越高，其Tmax数值降低的越明显；因此，典型的产油层与非产油层在(S0+S1)/S2与Tmax关系图版中容易识别；(S0+S1)/S2高于某一数值，Tmax低于某一数值的区间，即为典型的可动区；(S0+S1)/S2低于某一数值，Tmax高于某一数值的区间即为典型的非可动区；可动区与非可动区之间即为过渡区。
6.根据权利要求1所述的页岩油资源可动性的地球化学评价方法，其特征在于，在步骤3中，所述的OSI与TOC关系页岩油可动性判识图版，以TOC为横坐标，以OSI为纵坐标；泥页岩样品的总体OSI与TOC关系分为三种典型类型，分别代表三种页岩油赋存状态特征：第一种类型为总体上OSI与TOC呈负相关关系，即TOC越高，其OSI越低，表明岩石未达到整体吸附饱和，不具有可动油资源潜力；第二种类型为总体OSI与TOC无明显关系，即OSI为大致稳定的一个数值区间，不随TOC变化而变化，表明该类型泥页岩中原油已经恰好达到饱和吸附状态，但仍不具可动页岩油资源，第三种典型类型为总体上OSI与TOC正相关，即TOC越大，OSI越高，表明泥页岩中的烃类以及满足了饱和吸附，存在着可动油资源。
7.根据权利要求5所述的页岩油资源可动性的地球化学评价方法，其特征在于，在步骤3中，通过OSI与TOC关系页岩油可动性判识图版，确定页岩油饱和吸附的大致饱和吸附平衡OSI值，即如果OSI分布在一个大致稳定的数值附近，与TOC无相关关系时，此稳定的OS I数值即为该系列样品所代表的泥页岩的饱和吸附平衡OSI值。
8.根据权利要求1所述的页岩油资源可动性的地球化学评价方法，其特征在于，在步骤4中，选取待评价层位的一系列岩心或岩屑样品，包括基质型泥页岩样品、裂缝型泥页岩样品和泥页岩夹层样品，样品需无污染且保持新鲜。
9.根据权利要求1所述的页岩油资源可动性的地球化学评价方法，其特征在于，在步骤5中，将待评价样品的各个参数分别投点到热解参数S0+S1与S2关系图版、热解参数(S0+S1)/S2与Tmax关系图版和含油饱和度指数OSI与TOC关系图上，利用三个图版综合确定该样品的页岩油是否具有可动性。
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