CN110108856B - 超压背景下烃源岩有机质成熟度的预测方法 - Google Patents

超压背景下烃源岩有机质成熟度的预测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种超压背景下烃源岩有机质成熟度的预测方法，该超压背景下烃源岩有机质成熟度的预测方法包括：步骤1，采集获取未熟、低熟的高丰度钻井岩心、野外样品；步骤2，开展实际地质样品高温高压模拟实验，获取实验室测试数据；步骤3，通过对岩心的实验室数据分析，获取样品在不同热演化程度的转化率参数；步骤4，利用最小二乘法获取实际区块的热演化程度计算公式系数；步骤5，根据含油气盆地地震资料及井实测数据，预测获取压力系数；步骤6，预测超压条件下有机质热演化程度平面分布特征。该超压背景下烃源岩有机质成熟度的预测方法延展了石油资源的生成、赋存潜力，为在深层、超深层寻找油气资源奠定了理论基础。

Description

超压背景下烃源岩有机质成熟度的预测方法
技术领域
本发明涉及油气地质勘探技术领域，特别是涉及到一种超压背景下烃源岩有机质成熟度的预测方法。
背景技术
烃源岩供烃范围有效控制了油气田藏的分布与规模，是盆地石油、天然气勘探方向确定的重要依据，因此预测烃源岩热演化成熟度成为盆地油气成藏条件预测的重要步骤。
有机质热演化和生烃过程由一系列平行而连续的反应构成，包括富氢干酪根组分的降解生烃反应、贫氢干酪根组分的演化和生烃作用、长链烃的热裂解及烃类结构和构型的变化等。表征有机质成熟度的指标有镜质体反射率(Ro)、热解峰温(Tmax)、孢粉颜色、生标物参数等，最常用的是镜质体反射率值。镜质体是一种煤素质，主要由芳香稠环化合物组成，随着热演化程度的增强，芳香结构的缩合程度也加大，使得镜质体的反射率增大，且该反射率增加具有不可逆性，因此镜质体反射率具有测定精度高、与演化程度对应关系好的特点，在地质分析中得到了广泛的应用。
超压对有机质热演化的影响，不仅直接关系到超压盆地的油气资源评价,而且与深层油气成藏及保存密切相关。因此，超压与成熟度的关系在全球发育的180多个超压盆地的勘探过程中得到了广泛关注。我国的含油气盆地普遍发育异常高压，且高压多发育在中深部地层，常与主力烃源岩层系的生烃深度重叠。
经典的烃源岩热演化与油气生成理论是建立在正常流体压力环境基础上，未考虑异常压力的作用。基于烃源岩的埋深和成熟度对应关系，一般认为在1500～4000m范围内可生成石油并保存，当埋深超过4000m，有机质成熟度进入高成熟-过成熟阶段，以生成天然气为主。然而,近年来国内外不断发现深度超过5000m甚至6000m的油藏，特别是在超压发育区，有机质热演化程度的预测值与实测数据差异较大，导致油气资源评价失真。
为了解决超压环境下有机质成熟度预测存在偏差的问题，为此我们发明了一种新的超压背景下烃源岩有机质成熟度的预测方法，解决了以上技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种解决了超压发育区热演化程度预测，可反映超压条件对烃源岩有机质成熟度的影响的超压背景下烃源岩有机质成熟度的预测方法。
本发明的目的可通过如下技术措施来实现：超压背景下烃源岩有机质成熟度的预测方法，该超压背景下烃源岩有机质成熟度的预测方法包括：步骤1，采集获取未熟、低熟的高丰度钻井岩心、野外样品；步骤2，开展实际地质样品高温高压模拟实验，获取实验室测试数据；步骤3，通过对岩心的实验室数据分析，获取样品在不同热演化程度的转化率参数；步骤4，利用最小二乘法获取实际区块的热演化程度计算公式系数；步骤5，根据含油气盆地地震资料及井实测数据，预测获取压力系数；步骤6，预测超压条件下有机质热演化程度平面分布特征。
本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
在步骤1中，针对露头、岩心样品，测定其地化参数，初步进行有机质丰度、有机质类型、有机质成熟度评价；根据烃源岩地化评价结果，选取其中有机质丰度较高、有机质成熟度相对较低的样品作为下步的目标样品；针对具体的含油气盆地，选取不同有机质类型的烃源岩样品，包括Ⅰ、Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅲ四种有机质类型。
在步骤2中，制备干酪根样品，利用黄金管条件开展高温高压生烃模拟实验；对具体的烃源岩样品进行实验室加压高温实验，获取不同压力条件烃源岩模拟生烃实验产物的镜质体反射率Ro、阶段生油量、生气量这些测试数据。
在步骤3中，转化率是指某种反应物中，已经反应的物质的量/该反应物总的物质的量×100％；
上述过程用公式描述为F＝(1-W)/W0；
其中：W为单位体积内残余有机质的量，单位为kg；
W0为单位体积内有机质总量，单位为kg。
在步骤4中，利用步骤3获取的转化率、热演化程度、压力数据，对体现镜质体反射率Ro与反应物转化率F的公式进行数学拟合：
Ro＝exp(a+bF-cK)
其中Ro为镜质体反射率，无量纲；
F为有机质转化率，无量纲；
K为压力系数，无量纲；
a，b，c为需拟合常数；
对于不同的干酪根类型，分别为形式相同、系数a、b、c不同的四个经验公式，即：Ro＝exp(ai+biF-cik),其中，i＝1,4；
(1)Ⅰ型
Ro＝exp(a1+b1F-c1k) (1)
(2)Ⅱ1型
Ro＝exp(a2+b2F-c2k) (2)
(3)Ⅱ2型
Ro＝exp(a3+b3F-c3k) (3)
(4)Ⅲ型
Ro＝exp(a4+b4F-c4k) (4)
经过数学变形后系数方程转化为：
Figure BDA0002061093710000031
上述系数方程中，y为镜质体反射率Ro，x为转化率F，z为压力系数K，在至少3个压力模拟实验获得的对应Ro、F数据基础上，采用回代法求解该三元一次方程，即可得出系数a、b、c的值。
在步骤4中，通过各压力点测试结果的数据对输入，计算方程组系数求解矩阵，用回代法求出方程中的未知常数。
在步骤5中，地层压力系数是一个比值，是地层压力与静液压力之比，用公式表示为：
Figure BDA0002061093710000041
αp为地层压力系数；
Pp为地层压力，MPa；
Ph为静液压力，MPa；
超压是指αp>1.2的高压异常；采用地震速度反演法获取超压系数；利用AVO预测超压：
AVO：纵波速度变化量/纵波速度＝(压力/起始时的有效压力)1/6-1。
在步骤6中，根据盆地内有机质类型预测、地层压力的分布，在常规预测Ro基础上，添加超压影响因子，来预测超压条件下有机质热演化程度平面分布特征。
本发明中的超压背景下烃源岩有机质成熟度的预测方法，主要涉及含油气盆地超压对于烃源岩热演化的影响，传统预测方法没有体现超压对烃源岩有机质成熟度的影响，本发明基于高温高压测试获得的大量数据，建立了不同压力与烃源岩热演化程度的关系式，结合盆地地质历史时期温压环境分析，提出了盆地超压环境烃源岩有机质成熟度的预测方法。该方法可实现超压环境烃源岩热演化程度与生烃潜力的更可靠评价，为含油气盆地成烃成藏研究提供了重要技术支撑。
利用不同压力条件的高温生烃模拟实验，测定不同温度条件下相同烃源岩样品的镜质体反射率，基于多个压力条件的实验结果，通过最小二乘法进行系数拟合，建立了不同压力与烃源岩热演化程度的关系式，结合盆地地质历史时期温压环境分析，提出盆地超压环境烃源岩有机质成熟度的预测方法。
该方法可实现对于超压环境烃源岩热演化程度、生烃潜力、成藏过程更为可靠的分析与评价，为含油气盆地成烃成藏研究提供了重要技术支撑。本发明延展了石油资源的生成、赋存潜力，为在深层、超深层寻找油气资源奠定了理论基础。
附图说明
图1为本发明的超压背景下烃源岩有机质成熟度的预测方法的一具体实施例的流程图；
图2为本发明的一具体实施例中压力条件与实验室实测热演化程度的最小二乘法流程图；
图3为本发明的一具体实施例中特定压力条件下伴生气与Ro关系图(P＝20Mpa)；
图4为本发明的一具体实施例中超压环境下烃类总产率与Ro关系图(P＝20Mpa)；
图5为本发明的一具体实施例中准噶尔盆地白垩系底压力系数等值线图。
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为本发明的超压背景下烃源岩有机质成熟度的预测方法的流程图。该超压背景下烃源岩有机质成熟度的预测方法主要包括烃源岩样品选取、高温高压模拟实验、公式拟合、实际工区应用等方面。
S101，采集获取未熟、低熟的高丰度钻井岩心、野外样品。针对露头、岩心样品，测定其相关地化参数，按照《SY/T 5735-1995陆相烃源岩地球化学评价方法》，初步进行有机质丰度、有机质类型、有机质成熟度评价。根据烃源岩地化评价结果，选取其中有机质丰度较高、有机质成熟度相对较低的样品作为下步的目标样品；针对具体的含油气盆地，可选取不同有机质类型的烃源岩样品，包括Ⅰ、Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅲ四种有机质类型。
S102，开展实际地质样品高温高压模拟实验，获取实验室测试数据；
S1021，参照国标“SY/T 5123-1995沉积岩中干酪根分离方法”制备干酪根样品，利用黄金管条件开展高温高压生烃模拟实验
S1022，对具体的烃源岩样品进行实验室加压高温实验，获取不同压力条件烃源岩模拟生烃实验产物的Ro、阶段生油量、生气量等测试数据。
实验数据体包括：
a)实验压力：在实验室条件下，采用不同的压力条件，各压力条件之间可采用等间隔；
b)实验温度：温度是烃源岩演化的重要条件，在不同的压力条件下，采用相同或相近的升温速率，如10℃/h；最高温度应达400℃以上。
c)各温度点镜质体反射率：测定不同温度点，固体残留物镜质体反射率。
d)阶段生油量：不同阶段的生油量，体现着烃源岩的演化过程，在实验过程中进行收集。
e)阶段生气量：不同阶段的生气量，与烃源岩的演化及其裂解有关，在实验过程中进行收集。
如图3所示，通过实验室可以获取特定压力条件下，伴生气生成的过程，从而获得不同压力条件下，生烃产物特征差异。由图3可以看出，在Ro达到4.0％时，产气量可达到230ml/mgTOC。
f)生烃总量：生油量与生气量之和。
如图4所示，通过实验室可以得到烃类物质的总产率与Ro的关系图。由图4可以看出，不同类型产烃率存在差异，在Ro达到2.0％时，产烃总量可达到最高。
S103，通过对岩心的实验室数据分析，获取样品在不同热演化程度的转化率参数；
转化率是指某种反应物中，已经反应的物质的量(或质量或浓度)/该反应物总的物质的量(或质量或浓度)×100％。
上述过程用公式描述为F＝(1-W)/W0。
其中：W为单位体积内残余有机质的量，单位为kg；
W0为单位体积内有机质总量，单位为kg；
表1不同压力、热演化程度实测转化率(F)数据
样品序号 实测Ro 实测F值 K
1-1 1.07 0.45 3
1-2 1.28 0.50 3
1-3 0.62 0.52 2
2-1 1.38 0.55 2
2-2 2.15 0.64 2
2-3 1.49 0.54 1.5
…… …… ……
S104，利用最小二乘法获取实际区块的热演化程度计算公式系数；
传统上，体现热演化程度Ro与反应物转化率F的公式为：
Ro＝exp(-1.6+3.7F)。
在此模型中，反应物转化率F的变化范围为0～0.85，因此可以得出Ro的变化范围为0.2％～4.7％，但是，该模型并没有体现超压对于烃源岩演化的影响。
利用S103获取的转化率、热演化程度、压力数据，就可以对如下公式进行数学拟合：
Ro＝exp(a+bF-cK)
其中Ro为镜质体反射率(成熟度)，无量纲；
F为有机质转化率，无量纲；
K为压力系数，无量纲；
a，b，c为需拟合常数。
对于不同的干酪根类型，分别为形式相同、系数a、b、c不同的四个经验公式，即：Ro＝exp(ai+biF-cik),其中，i＝1,4。
(1)Ⅰ型
Ro＝exp(a1+b2F-c1k) (1)
(2)Ⅱ1型
Ro＝exp(a2+b2F-c2k) (2)
(3)Ⅱ2型
Ro＝exp(a3+b3F-c3k) (3)
(4)Ⅲ型
Ro＝exp(a4+b4F-c4k) (4)
为拟合得到形如y＝ax+by+c的函数，本发明里，采用二元一次曲线拟合最小二乘法的实现过程。最小二乘法又称最小平方法，是一种数学优化技术，它通过最小化误差的平方和寻找数据最佳函数匹配。利用最小二乘法可以简便地求得未知的数据，并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小。
经过数学变形后系数方程可转化为：
Figure BDA0002061093710000081
上述系数方程中，y为镜质体反射率Ro，x为转化率F，z为压力系数K，在至少3个压力模拟实验获得的对应Ro、F数据基础上，采用回代法求解该三元一次方程，即可得出系数a、b、c的值。
上述过程可以通过如图2所示的流程图完成。即通过各压力点测试结果的数据对输入，计算方程组系数求解矩阵，用回代法求出方程中的未知常数。
S105，根据含油气盆地地震资料及井实测数据，预测获取压力系数；
地层压力系数是一个比值，是地层压力与静液压力之比。用公式表示为：
Figure BDA0002061093710000091
αp为地层压力系数；
Pp为地层压力，MPa；
Ph为静液压力，MPa。
本发明中的超压是指αp>1.2的高压异常。采用地震速度反演法获取超压系数：本方法原理下是利用AVO预测超压。
AVO：纵波速度变化量/纵波速度＝(压力/起始时的有效压力)1/6-1。
如图5所示，通过盆地压力预测，准噶尔盆地奎屯-石河子-阜康等地区处于超压环境，压力系数最高可达2.0以上。
S106，根据盆地内有机质类型预测、地层压力的分布，可在常规预测Ro基础上，添加超压影响因子，来预测超压条件下有机质热演化程度平面分布特征。
具体步骤为：针对具体的含油气盆地，利用现有的软件系统(例如PetroMod软件系统)建立三维数据体，使用本发明所得到适合该含油气系统的有机质成熟度校正系数；可以实现有机质热演化程度平面分布特征预测。

Claims (7)

1.超压背景下烃源岩有机质成熟度的预测方法，其特征在于，该超压背景下烃源岩有机质成熟度的预测方法包括：
步骤1，采集获取未熟、低熟的高丰度钻井岩心、野外样品；
步骤2，开展实际地质样品高温高压模拟实验，获取实验室测试数据；
步骤3，通过对岩心的实验室数据分析，获取样品在不同热演化程度的转化率参数；
步骤4，利用最小二乘法获取实际区块的热演化程度计算公式系数；
步骤5，根据含油气盆地地震资料及井实测数据，预测获取压力系数；
步骤6，预测超压条件下有机质热演化程度平面分布特征；
在步骤4中，利用步骤3获取的转化率、热演化程度、压力数据，对体现镜质体反射率Ro与反应物转化率F的公式进行数学拟合：
Ro＝exp(a+bF-cK)
其中Ro为镜质体反射率，无量纲；
F为有机质转化率，无量纲；
K为压力系数，无量纲；
a，b，c为需拟合常数；
对于不同的干酪根类型，分别为形式相同、系数a、b、c不同的四个经验公式，即：Ro＝exp(ai+biF-cik),其中，i＝1,4；
(1)Ⅰ型
Ro＝exp(a1+b1F-c1k) (1)
(2)Ⅱ1型
Ro＝exp(a2+b2F-c2k) (2)
(3)Ⅱ2型
Ro＝exp(a3+b3F-c3k) (3)
(4)Ⅲ型
Ro＝exp(a4+b4F-c4k) (4)
经过数学变形后系数方程转化为：
Figure FDA0003016944550000021
上述系数方程中，y为镜质体反射率Ro，x为转化率F，z为压力系数K，在至少3个压力(K)模拟实验获得的对应Ro、F数据基础上，采用回代法求解该三元一次方程，即可得出系数a、b、c的值。
2.根据权利要求1所述的超压背景下烃源岩有机质成熟度的预测方法，其特征在于，在步骤1中，针对露头、岩心样品，测定其地化参数，初步进行有机质丰度、有机质类型、有机质成熟度评价；根据烃源岩地化评价结果，选取其中有机质丰度较高、有机质成熟度相对较低的样品作为下步的目标样品；针对具体的含油气盆地，选取不同有机质类型的烃源岩样品，包括Ⅰ、Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅲ四种有机质类型。
3.根据权利要求1所述的超压背景下烃源岩有机质成熟度的预测方法，其特征在于，在步骤2中，制备干酪根样品，利用黄金管条件开展高温高压生烃模拟实验；对具体的烃源岩样品进行实验室加压高温实验，获取不同压力条件烃源岩模拟生烃实验产物的镜质体反射率Ro、阶段生油量、生气量这些测试数据。
4.根据权利要求1所述的超压背景下烃源岩有机质成熟度的预测方法，其特征在于，在步骤3中，转化率是指某种反应物中，已经反应的物质的量/该反应物总的物质的量×100％；
上述过程用公式描述为F＝(1-W)/W0；
其中：W为单位体积内残余有机质的量，单位为kg；
W0为单位体积内有机质总量，单位为kg。
5.根据权利要求1所述的超压背景下烃源岩有机质成熟度的预测方法，其特征在于，在步骤4中，通过各压力点测试结果的数据对输入，计算方程组系数求解矩阵，用回代法求出方程中的未知常数。
6.根据权利要求1所述的超压背景下烃源岩有机质成熟度的预测方法，其特征在于，在步骤5中，地层压力系数是一个比值，是地层压力与静液压力之比，用公式表示为：
Figure FDA0003016944550000031
αp为地层压力系数；
Pp为地层压力，MPa；
Ph为静液压力，MPa；
超压是指αp>1.2的高压异常；采用地震速度反演法获取超压系数；利用AVO预测超压：
AVO：纵波速度变化量/纵波速度＝(压力/起始时的有效压力)1/6-1。
7.根据权利要求1所述的超压背景下烃源岩有机质成熟度的预测方法，其特征在于，在步骤6中，根据盆地内有机质类型预测、地层压力的分布，在常规预测Ro基础上，添加超压影响因子，来预测超压条件下有机质热演化程度平面分布特征。
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超压对有机质热演化的差异抑制作用及层次;郝芳等;《中国科学D辑》;20040520(第05期);443-451 *
野外露头的盆地模拟研究与地下烃源岩有机质成熟度的预测;孟元林等;《中国海上油气(地质)》;19960215;第10卷(第01期);13-16 *
高温超高压模拟实验研究Ⅰ温压条件对有机质成熟作用的影响;姜峰等;《沉积学报》;19980930;第16卷(第3期);153-155 *

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