CN110325856B - 金属同位素在烃勘探、开发和生产中的应用 - Google Patents

金属同位素在烃勘探、开发和生产中的应用 Download PDF

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Abstract

本文描述的是使用多金属同位素标记作为内示踪剂来用于烃源，改变和混合的方法和技术。所述多金属同位素标记可以包括来自于样品的第一金属的至少两种同位素的比率、第二金属的至少两种同位素的比率和第三金属的至少两种同位素的比率。该第一、第二和第三金属的同位素比率可以整合来形成多金属同位素标记。

Description

金属同位素在烃勘探、开发和生产中的应用
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年2月28日提交的美国临时申请No.62/464853的权益，其全部内容通过引用并入本文。
发明领域
本文描述的是使用金属同位素标记来增强烃勘探、开发和生产过程的方法和系统。
背景
烃产生于地下富含有机物质的源岩。在初步沉积之后，源岩被掩埋并经受随着掩埋的增加而增加的温度和压力。当源岩达到足够有机物质热转化为油母岩质接着在称作源岩熟化(maturation)的过程中转化成自由液态和/或气态的烃相的温度时，则产生了烃。一经产生，烃会随后从源岩排出和在地下迁移到储集岩(例如砂岩或者石灰岩)，其具有足够的孔隙率、结构和充足的密封，使得它们有能力捕集烃相(一种或多种)，从而允许烃积累。供选择地，烃可以迁移到地面位置(例如渗出(seep))。存在于地下的任何烃可以保存或者它们可以经受不同形式的改变 (alteration)。例如，生物降解是通过微生物降解或者消耗烃的过程。类似地，烃可以通过暴露于高于它们的热稳定的温度来热改变。供选择地，烃可以在过程例如热化学硫酸盐还原中被氧化或者消耗。
常规的烃勘探、开发和生产实践使用油和气样品中的烃化合物的分子地球化学分析、稳定同位素分析和金属浓度分析。这些技术用于尝试估计从其中产生烃的源岩的熟化度，从其中产生烃的源相(facies)(例如海洋或者陆地的源岩)的熟化度，并且有时候可以用于区分不同的潜在烃起源(例如生物源或者热源的)或者提供烃改变的信息。
例如，常规方法一经利用了原油中存在的高浓度的过渡金属(例如钒 (V)、镍(Ni)、铁(Fe)，和较小程度的钼(Mo)、铬(Cr)、钴(Co)、锌(Zn) 和铜(Cu))，来尝试配制烃源的示踪剂。在通常的方法中，单金属同位素标记(例如V或者Ni的单同位素)是与感兴趣的金属浓度比率(例如 V/(V+Ni))相组合来测量的。例如，烃中钒的浓度和化学形态已经用于提供关于源岩沉积(参见例如M.D.Lewan，“Factors Controlling the Proportionality ofVanadium to Nickel in Crude Oils”，Geochimica et Cosmochimica Acta，第48卷，第2231-2238页(1984))，石油产生(参见例如Sundararaman等人(1988))，石油迁移(参见例如Al-Shahristani 等人，“Vertical Migration of Oil in Iraqi Oil Fields：EvidenceBased on Vanadium and Nickel Concentrations”，Geochimica et Cosmochimica Acta，第36卷，第929-938页(1972))，油生物降解(参见例如Sasaki等人，“Vanadium as aninternal marker to evaluate microbial degradation of crude oil”EnvironmentalScience and Technology，第22卷，第3618-3621页，(1998))，储集层连通性(参见例如López等人，“V/Ni ratio in maltene and asphaltene fractions of crude oil from thewest Venezuelan Basin：correlation studies”， Chemical Geology，第119卷，第225-262页(1995))，和油-源岩相关性(参见例如A.J.G.Barwise，“Role of Nickel andVanadium in Petroleum Classification”，Energy&Fuels，第4卷，第647-652 页(1990))的信息。
然而，这样的常规方法经常不能提供连接源岩与油，油与油，和解析油混合物的支持证据所需的细节水平。即，通过熟化和潜在生物降解来产生的初级和次级过程经常改变油和源岩的初级地球化学标记(例如破坏烃化合物种类)。例如，已知的是次级效应例如热熟化和生物降解会影响烃中痕量金属浓度和因此危及由样品中存在的金属浓度比率进行的评估。因此，来自于受熟化和次级过程影响的分子标记的分子数据驱动的解释需要核对不确定性水平，其经常是难以捕集的。
因此，令人期望的是具有这样的地球化学工具，其使用这样的地球化学标记，其在油中保留了它的初级标记，并且其可以链接回其来源，而不管该油已经经历的熟化、生物降解或混合的程度。
另外的背景参考文献可以包括：Casey等人，“Analysis of Low Abundance TraceMetals and 51V/50V Isotope Ratios in Crude Oils： New Methods forCharacterization and Exploration”，Goldschmidt Abstracts(2015)；Ventura等人，“The Stable Isotope Composition of Vanadium，Nickel，and Molybdenum in CrudeOils”，Applied Geochemistry，第59卷，第104-117页(2015)；Ratié等人，“Nickel IsotopeFractionation During Laterite Ni Ore Smelting and Refining： Implications forTracing the Sources of Ni in Smelter-Affected Soils”，Applied Geochemistry，第64卷，第136-145页(2016)； Irregeher等人“Application of Non-traditional StableIsotopes in Analytical Ecogeochemistry Assessed by MC ICP-MS-A CriticalReview”，Anal.Bioanal.Chem.，第408卷，第369-385页(2016)；Wu 等人，“VanadiumIsotope Measurement by MC-ICP-MS”，Chemical Geology，第421卷，第17-25页(2016)。
概述
本文描述的是使用多金属同位素标记作为内示踪剂来用于烃源、改变和混合的方法和技术。所述多金属同位素标记可以包括来自于样品的第一金属的至少两种同位素的比率，第二金属的至少两种同位素的比率和第三金属的至少两种同位素的比率。该第一、第二和第三金属的同位素比率可以整合来形成多金属同位素标记。
所述多金属同位素标记可用于提供与源存在、源熟化、烃的起源、油产生、迁移路径、时序、改变、生物降解，混合、熟化、源-油相关性、沉积环境、油-油性相关、源-渗出相关性、烃-渗出相关性、浮油表征和起源相关性、储集层划分、混合流体料流以及全球性或者区域性盆地标记相关的信息。
附图简要描述
本发明方法和技术的优点可以通过回顾下面的详细描述和附图而变得显然可见。
图1是地下区域中烃系统的组分的横截面视图。
图2是使用了根据所公开的方法和技术的金属同位素的示例性方法的流程图。
图3A和3B显示了使用多金属同位素测量以确定样品的特定信息。
图4A和4B显示了使用化合物特异性金属同位素比率以确定样品的特定信息。
图5是可用于本发明方法和技术的示例性计算系统的图。
公开详述
下面描述针对具体的实施方案或者具体应用，这只是意在说明和不应解释为限制本发明的范围。相反，其意在覆盖包括于本发明的精神和范围内的全部替代方案、改变和等价物。
本文所述的示例性方法可以参考流程图而更好地理解。虽然为了简化解释的目的，作为一系列的块来显示和描述了所示的方法，但是应理解所述方法不受限于块的顺序，因为一些块可以与所示和所述的不同的顺序出现和/或与其他块同时出现。此外，可能需要少于全部所示的块来实现示例性方法的各种实施方案。块可以结合或者分离成多个组分。此外，另外的和/或供选择的方法可以使用本文未示出的另外的块。虽然所述图显示了连续发生的各种动作，但是应该理解各种动作可以串联、基本上并联和/或在基本上不同的时间点发生。
本文使用的各种术语是如下定义的。在权利要求中使用的术语没有在下面定义的情况中，应该赋予相关领域技术人员赋予所述术语的尽可能广泛的定义，如至少一个印刷出版物或者公布的专利中所反映的。
术语“去险(de-risk)”是指评价不期望的物质例如H2S或者CO2以使得烃生产或者烃精炼变得更困难或者降低所生产的烃的价值的浓度存在的可能性。
“地层水”是指存在于地下的任何水，其可以存在于储集岩中，包括在聚集区或者紧下面的多孔介质中的水，其与烃聚集区接触(例如水相 (water leg))。地层水可以来源于大气源；地表水例如雨水或者海水的再填充，其通过地下的可渗透岩石来迁移；和/或在掩埋过程中捕集在沉积物中的水，其保留在适当的位置。
术语“野外样品(field sample)”是指含有来自于自然环境的材料的样品。野外样品包括但不限于取自以下的样品：任何土壤(包括所有土壤类型和深度)，水或者液体(包括淡水水生或者海洋生境)，沉积物(包括海洋沉积物，湖泊或者河沉积物，或者泥沉积物)，或者大气尘埃或颗粒。在一些实施方案中，野外样品可以包括从井筒获得的钻井流体或者从井筒获得的烃流体。在一些实施方案中，野外样品可以取自烃渗出附近的沉积物或者水柱。在这种语境中，术语“附近”表示样品是在距离从地面产生渗出的位置中心150米，或者125米，或者100米，或者75 米，或者50米，或者25米，或者20米，或者15米，或者10米，或者 5米，或者3米，或者1米的半径内获得的。参考样品也可以为取自烃源的野外样品，例如从远离烃渗出附近的沉积物或者水柱取走的那些。在这种语境中，术语“远离”是指参考样品是在远离从地面产生渗出的位置中心至少200米，或者至少250米，或者至少300米，或者至少350米，或者至少400米，或者至少450米，或者至少500米，和在一些实施方案中，远离从地面产生渗出的位置小于2000米，或者小于1750米，或者小于1500米，或者小于1250米，或者小于1000米处获得的。
“地质模型”是地下土方量(例如石油储集层或者沉积盆地)的基于计算机的图示。地质模型可以采取多种不同的形式。取决于上下文，为石油应用而构建的描述性或者静态的地质模型可以为单元(cell)的2D 或者3D阵列的形式，对其赋予了地质学和/或地球物理学性质例如岩性、多孔性、声阻抗、渗透性或者水饱和度(这样的性能在本文统称为“储集层性能”)。许多地质模型受限于地层或者结构表面(例如海泛面、层序界面、液体接触和/或断层)和边界(例如相变化)。这些表面和边界确定了模型中可能具有不同的储集层性能的区域。
“烃”通常定义为主要由氢和碳原子形成的分子，例如油和天然气。烃也可以包括痕量的其他元素或者化合物，例如卤素、金属元素、氮、氧、硫、硫化氢(H2S)和二氧化碳(CO2)。烃可以从烃储集层通过穿过含有烃的地层的井来生产，或者可以从海洋和/或陆地环境中的渗出物中收集。来源于烃储集层的烃可以包括但不限于石油、油母岩质、沥青、焦沥青、沥青质、焦油、油、天然气或者其组合。烃可以位于地球内部的矿物基质(称为储集层)之中或者与其毗邻。基质可能包括但不限于沉积岩、沙子、硅酸盐、碳酸盐、硅藻土和其他多孔介质。
如本文使用的，“烃勘探”是指与确定烃在地下区域中的位置相关的任何活动。烃勘探通常是指进行以如下获得测量值，通过获取与地下地层相关的测量数据，和相关的数据建模，以确定烃聚集区的潜在位置的任何活动。因此，烃勘探包括获取测量数据，测量数据建模以形成地下模型，和确定烃储集层在地下的可能位置。测量数据可以包括包括地震数据、重力数据、磁场数据、电磁数据等。
如本文使用的，“烃开发”是指与计划提取和/或访问(access to) 地下区域中的烃有关的任何活动。烃开发通常是指进行以计划访问和/ 或生产来自地下地层的烃和相关的数据建模以确定优选的开发方案和方法的任何活动。举例来说，烃开发可以包括对地下地层建模和在生产阶段的提取计划，确定和计划要使用的装置和要用于从地下地层中提取烃的技术等。
如本文使用的，“烃作业”是指与烃勘探、烃开发和/或烃生产有关的任何活动。
“烃生产”或者“生产烃”是指与从地下位置(例如井或者其他开口) 提取烃有关的任何活动。烃生产通常是指进行以形成井筒的任何活动以及在完井后在井中或者井上进行的任何活动。因此，烃生产或者提取不仅包括初级烃提取，还包括次级和三级生产技术，例如注入气体或者液体来增加驱动压力，使烃流通或者通过例如化学品处理或者水力压裂井筒来促进增加的流动、井维修、测井，以及其他井和井筒处理。
如本文使用的，“烃管理”或者“管理烃”包括烃提取，烃生产，烃勘探，确认潜在烃资源，确认井位置，确定井注射和/或提取速率，确认储集层连通性，获得、处置和/或放弃烃资源，复查先前烃管理决定，以及任何其他烃相关行为或者活动。
如本文使用的，“机器可读介质”是指参与直接或间接提供信号、指令和/或数据的介质。机器可读介质可以采取这样的形式，包括但不限于非易失性介质(例如ROM，磁盘)和易失性介质(RAM)。常见的机器可读介质形式包括但不限于软盘、软磁盘、硬盘、磁带、其他磁性介质、CD-ROM、其他光学介质、穿孔卡、纸带、带孔图案的其他物理介质、RAM、ROM、EPROM、FLASH-EPROM或者其他存储芯片或者卡、记忆棒，以及计算机、处理器或者其他电子装置可以读取的其他介质。
术语“同位素”是指两种或者更多种的具有相同的原子序数，但是具有不同的中子数的原子之一。例如，天然存在的钒(V)可以作为两种同位素之一存在：51V，其是具有23个质子和28个中子的稳定同位素，和50V，其是具有23个质子和27个中子的放射性同位素。
术语“同位素体”通常是指具有相同的化学组成，但是具有不同的同位素标记的分子。例如，甲烷含有一个碳原子和四个氢原子。甲烷结构中每个原子可以含有该原子的两种稳定的同位素之一，和因此存在着十种可能的甲烷同位素体。
术语“多取代的同位素体”通常是指这样的同位素体，其结构中含有至少两种稀有同位素。例如，甲烷的多取代的同位素体含有一个13C原子和一个氘(D)原子，或者在没有13C原子的情况下含有至少两个D原子。
术语“二元同位素体(clumped isotopologue)”通常是指这样的同位素体，其含有至少两种在其结构中共享共用化学键的稀有同位素。例如，甲烷的二元同位素体含有一个13C原子，其与至少一个D原子共享化学键。
术语“位置特异性同位素标记”通常是指这样的化合物，其具有多个化学上或者结构上不同的位置，用于布置稀有同位素。例如，丙烷中位置特异性同位素效应可以是指13C原子的位置，其可以位于化合物的中心或者端部位置之一，或者D原子的位置，其可以连接到中心或者端部位置的碳上。
术语“标记”是指样品中给定物质的元素和/或同位素相关的丰度、浓度和/或比率。例如，标记可以是指一种或多种元素、同位素、化合物等的化学或者地球化学组成、组分、浓度或者比率。标记可以来自于下面的一种或多种：烃、金属同位素、稀有气体、二元同位素、水、非烃气体等。
术语“随机分布”是指这样的系统，其中给定的分子群中稳定的同位素是在给定物质中的所有可能的同位素体中随机分布的。随机分布是测量偏差的参考系，并用于提供基线来确认与次级同位素交换过程相关的异常现象。
术语“稀有气体”是指一系列化学惰性元素，其表现出相似的性能。天然存在的六种稀有气体是氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe) 和氡(Ra)。
术语“放射产生的”是指通过另一物质的放射性衰变而产生或者创造的物质。例如，50Ti和50Cr是通过50V放射性衰变产生的放射产生的同位素。
术语“感兴趣的区域”是指烃、非烃气体和/或水可以存在于其中的间隔(interval)、隔间(compartment)或者储集层。感兴趣的区域可以是指烃、非烃气体和/或水可以存在于其中的多个间隔、隔间或者储集层。
术语“区域之间”或者“隔间之间”是指来自于多个感兴趣区域(包括但不限于隔间、间隔或者储集层)的多个地球化学指纹的比较。“区域之间”指纹中的偏差可以来自于不同比例的感兴趣的单个区域(其构成了生产过程中的合并的流动料流)，在地下连接的多个隔间(其产生了与多个输入一致的指纹)，等等。
术语“区域之中”或者“隔间之中”是指来自于一个感兴趣区域(包括但不限于隔间、间隔或者储集层)的多个地球化学指纹的比较。“区域之中”指纹中的偏差可以来自于一个感兴趣区域的性能变化。
术语“指纹”或者“地球化学指纹”是指与感兴趣的特定区域相关的地球化学标记的集合。
术语“驻留时间”是指地层水和/或化学物质已经在地下存在的时间期间，并且可以被认为是地层水和/或化学物质的年龄。例如，驻留时间可以是指化学物质(例如溶解的阴离子或者阳离子)已经在地下存在的时间期间。
如本文使用的，术语“标记”是指给定物质的各种元素和同位素的相对丰度、浓度和/或比率。
术语“热源的”是指从油母岩质中产生的烃，其当前或者过去已经经受了高温和高压。
本文描述的是这样的方法和技术，其在用于烃勘探、生产和开发过程的烃系统中使用多组分金属同位素标记。具体地，本文所述的方法使用地球化学工具，其整合了块体多金属同位素标记与化合物特异性比率。使用块体浓度和化合物特异性金属同位素比率允许保存初级烃标记，甚至在改变后也是如此，因此允许确定沉积的源岩环境，源岩与油的相关性，油与油的相关性，油熟化，油迁移，生物降解，储集层连通性，和下游混合物追踪。此外，使用多组分金属同位素标记可以允许更有效的储集层监视和更有效监控烃生产作业。例如，使用多组分金属同位素标记可以允许改进在区分来自于不同的感兴趣的区域的烃流的灵敏度。作为另一实例，使用多组分金属同位素标记可以提供在烃精炼作业中区分烃流体源的能力。
图1是地下区域中烃系统组分的横截面，在图中，提供了地下区域102(其可以至少部分低于水体104)的烃系统中的组分和事件。烃系统的过程包括产生、迁移、阱(trap)形成，聚集或者泄露到渗出，和/或保存。烃系统的要素(或者组分)包括地层的各种部分，例如源岩106，储集岩108和密封岩128。烃系统分析可以包括确定源存在、源熟化、阱存在、迁移路径、储集层存在、阱密封存在和时序。烃可以通过井筒126产生。
作为一个实例，烃系统过程可以包括各种步骤来形成当前的烃位置。首先，产生烃，其出现于源岩106中。然后，烃从源岩106中通过断层和裂缝迁移，例如裂缝111，如箭头112、114、116和118所示。烃聚集在储集层110中。烃的聚集只可以在同时存在阱结构时发生，或者在烃迁移穿过储集岩108之前发生，如果充足的密封岩128处于合适的位置的话。烃可以储存在聚集区110中和保存，如密封岩128所示，或者可以通过断层线120由裂缝来改变。如果受地下地质情况的限制，则烃可以捕集在烃聚集区110中，例如气体储集层和/或油/气储集层。烃可以从海下表面132鼓泡和渗出122经由断层120进入水体104，和在水体104表面形成浮油124。
本文描述的是这样的方法和技术，其用于评价初级地球化学标记，其可以被用作烃源、改变和混合的强的内部示踪剂。即，本文描述的地球化学标记对于烃产生、迁移和和其他次级效应(例如来自热熟化和生物降解)期间的变化具有弹性。因此，本文描述的地球化学标记可以用于提供关于源存在，源熟化，烃的起源，石油生成，迁移路径，时序，改变，生物降解，混合，熟化，源-油相关性，沉积环境，油-油相关性，源- 渗出相关性，烃-渗出相关性，浮油表征和起源相关性，储集层划分，混合的流体料流，和全球或者地区盆地标记的信息。此外，本文描述的地球化学标记可以被链接回烃源，而不管烃已经经历的熟化、改变、生物降解或者混合的程度。即，本文描述的多组分金属同位素标记的使用可以横跨上游和下游应用二者使用。
如上所述，在烃研究中使用金属同位素的常用方案是测量单金属同位素(例如仅仅V或者Ni)，并且结合感兴趣的金属浓度的体积比(bulk ratio)(例如V/(V+Ni))。然而，次级效应，例如烃的改变可以影响金属浓度和因此危及金属浓度比率。因此，常规的方案会产生不准确的结果。
与在烃研究中使用金属同位素的常规方案相对照，本发明提供一种改进的地球化学工具，其使用和整合多金属同位素测量和使用化合物特异性比率。具体地，地球化学工具可以包括测量块体浓度和化合物特异性金属同位素比率二者。因此，本文描述的地球化学工具能够测量初级标记，其甚至在烃改变过程中得以保存，然后其可以用于确定沉积的源岩环境，源岩与油相关性，油与油相关性，油熟化，油迁移，生物降解，储集层连通性，以及其他下游应用例如连接油与源供料和解析 (deconvoluting)混合物以确定源。
图2是依照本技术的实施方案的一种示例性方法的流程图200。流程图200包括获取样品，分析样品，测量金属同位素和块体金属浓度，整合块体浓度和金属同位素数据，和使用所述信息来开发或者精炼勘探、开发、生产或者下游策略。
在块202处获得烃(一种或多种)的样品。所述样品可以来自于源岩，钻井流体或者烃流体。所述样品可以处于油和/或气体(其获自地下，地面位置例如渗出)形式，和可以处于自由油和/或气体形式如固体烃，或者可以捕集在岩石样品中。作为另一实例，在下游精炼应用中，样品可以取自蒸馏塔(例如沥青质蒸馏塔或者真空蒸馏塔)的入口或者出口，或者取自氢化处理器或者氢化裂解器，或者取自精炼厂中的任何其他加工设备。
在块204处可以进行初步筛选分析，以确定样品的地球化学标记或者物理性质。例如，确定地球化学标记可以包括分析样品以确定块体组成，非金属同位素标记，分子地球化学，烃二元同位素或者位置特异性同位素地球化学的测量，例如，确定样品的物理性质可以包括分析以确定样品的凝固点和/或沸点。
作为一个实例，可以分析样品以确定样品中不同烃(例如甲烷、丙烷、丁烷等)的二元同位素标记或者位置特异性同位素标记。如果使用甲烷，则可以进行分析以测量二元双取代的同位素体13CH3D和双取代的同位素体12CH2D2。可以使用多种技术进行这样的同位素体的测量，例如质谱法和/或基于激光的光谱法。甲烷二元同位素标记(例如13CH3D同位素体标记)然后可以用于确定关于产生甲烷的温度的信息，因为已知甲烷二元同位素标记得以保存，甚至在甲烷被限制在其中的沉积物的迁移或者上升过程中甲烷被暴露于不同的温度时也是如此。参见例如Stolper等人“Formation Temperatures of Thermogenic andBiogenic Methane”， Science，第344卷，第1500-1503页(2014)。相对照，其他烃分子物质的二元同位素标记的测量可以提供样品历史的不同部分的信息，这归因于烃物质不同的动力学行为。例如，对癸烷二元同位素标记的分析可以提供关于历史温度信息，该信息反映了在过去几年中储存样品的温度，因为癸烷分子会在比甲烷更快地时间尺度内经历分子内(intro-molecular)同位素交换。
作为另一实例，可以进行气相色谱法和质谱法分析(例如GC/MS， GC/GC/MS，或者液相色谱法)以确定样品的块体组成标记。例如，测量稀有气体同位素的丰度可以依照标准萃取技术使用质谱法来进行。
作为另一实例，各种技术例如XRD可以用于提供关于由其获得样品的储集层的矿物学信息。
在块206处，可以将感兴趣的化合物从样品中分离。例如，如果样品是源岩，则沥青和油母岩质可以通过已知的萃取技术从岩石中分离。作为另一实例，如果样品是流体，则该流体的烃相可以与样品中的其他流体(例如钻井流体、地层水等)分离。任选地，一旦分离了流体样品的烃相，则该烃相可以分馏成为不同的化合物种类。
在块208处，将样品的含金属的组分从样品中分离，并且将该含金属的组分分离成用于金属同位素分析的部分。
在块210处，进行金属同位素分析。可以通过本领域已知的任何方法来测量本文描述的金属同位素比率。然而，在优选的实施方案中，金属同位素比率是使用多集电极电感耦合等离子体质谱法(MC-ICPMS)，傅里叶变换离子回旋共振质谱法(FTICR-MS)结合化学分离程序和定量纯化萃取物和烃来测量的。这些技术允许高精度和精确的同位素测量，例如测量钒同位素(δ51V)，镍同位素(δ60Ni，δ60/58Ni)，钼(δ98Mo，δ98/95 Mo)，以及测量铬、铁、钴、锌、铜同位素，以及测量表1所述的任何同位素。
表1-感兴趣的示例性金属同位素
Figure BDA0002180073090000121
Figure BDA0002180073090000131
在块212处，将来自于块体金属浓度分析和金属同位素分析的数据整合，如参考图3和4进一步描述的。
在块214处，在块212中确定的多组分金属同位素标记可以用于开发或者精炼烃勘探、开发或者生产策略，或者开发或者精炼下游精炼策略。例如，多组分金属同位素标记可以用于连接样品与源(例如源岩)，以及解决与样品历史有关的问题(例如产生、改变、迁移、混合和污染)。具体地，烃勘探、开发或者生产策略可以使用来自于多组分金属同位素标记的信息来得以开发或者精炼，所述信息例如关于源存在，源熟化，迁移途径，生成的时序，改变，生物降解，烃的混合，熟化，源与油相关性，油与油相关性，源与烃渗出相关性，烃-渗出采集指纹，浮烃与源相关性，和/或烃-浮油采集指纹的信息。信息也可以用于开发或者精炼下游精炼策略，例如通过确认烃料流的起源，采集烃料流指纹，和识别和分离混合的烃料流。
在块216处，所述信息可以用于从地下聚集区生产烃或者生产下游精炼产品。例如，生产烃可以包括作业，例如对钻井位置进行建模，指导获取井布置数据，钻井，构建地面设施以生产烃，以及在完井后在井中和/或与井相关进行的其他作业。因此，生产烃包括烃提取，以及注入气体或者液体来提高驱动压力，使烃流通或者通过例如化学品处理或者水力压裂井筒，以促进增加的流动、井维护、测井和其他的井和井筒处理。作为另一实例，生产下游产品可以包括精炼烃来生产燃料和润滑剂，或者使用更高级碳物质(例如乙烷和丙烷)来生产下游化学产品例如聚乙烯或者聚丙烯。
图3显示了图3A中的常规分析和图3B中的本发明技术的多金属同位素测量的比较。图3A显示了三个样品油(样品1，样品2和样品3)的单金属同位素比率(例如δ51V或者δ60Ni)与感兴趣的金属丰度比率(例如 V/(V+Ni))的比较。如图3A可见，所述标记其结果重叠，并且其难以将样品彼此区分开，或者解析样品的混合物。然而，如图3B所示，当比较三种样品每个的多金属同位素测量时，获得了增加的解析度和样品表征。例如，在图3B中，钒金属同位素系统的图可以相对于镍和钼同位素系统作图。整合多金属同位素测量允许样品的分离。这可以允许基于样品起源(例如源)，历史(包括形成、熟化、改变、迁移和污染)，烃族等来更特异性识别样品。因此如图3B所示，使用多金属同位素比率(例如钒、镍和钼)与图3A中单金属同位素比率相比，可以提供样品更详细的表征。
在一些实施方案中，本发明的方法可以包括比较多个样品中多金属同位素比率，以确定样品是否来自于相同的源和/或具有相同的历史。例如，所述方法可以包括分析样品以确定至少三种不同金属的至少两种同位素的浓度。感兴趣的第一金属，感兴趣的第二金属和感兴趣的第三金属的同位素比率然后可以整合来提供样品的多金属同位素标记。第一样品的多金属同位素标记然后可以与另一样品的多金属同位素标记比较或者与多金属同位素标记的数据库比较以帮助确定第一样品的起源。
在一些实施方案中，所述方法可以包括分析样品以确定样品中至少两种钒同位素，至少两种镍同位素和至少两种钼同位素的浓度。同位素浓度然后可以用于配制感兴趣的每种金属(即钒、镍和钼)的同位素比率。例如，可针对钒测定51V比50V的同位素比率(δ51V)(即，51V/50V)。例如，可以针对镍测定60Ni比58Ni的同位素比率(δ60Ni)(即，60Ni/58Ni)，或者60Ni比61Ni，或者60Ni比62Ni，60Ni比64Ni。例如，可以针对钼测定同位素比率100Mo比92Mo，或者100Mo比94Mo，或者100Mo比95Mo，或者100Mo比96Mo，或者100Mo比97Mo，或者100Mo比98Mo。供选择地，可以针对钼测定98Mo比96Mo的同位素比率(δ98Mo)(即，98Mo/95Mo)，或者98Mo比92Mo，或者98Mo比94Mo，或者98Mo比96Mo，或者98Mo比97Mo，或者98Mo比100Mo。在一些实施方案中，感兴趣的金属的同位素比率可以包括三个或更多个同位素的比率。例如，可以测定58Ni比60Ni比62Ni的比率。虽然钒、镍和钼的比率可以是优选的，但是其他感兴趣的金属可以包括铬、铁、钴、锌和铜等。此外，在一些实施方案中，多金属同位素标记可以包括四种或更多种感兴趣的金属，或者五种或更多种感兴趣的金属，或者六种或更多种感兴趣的金属的比率，其中使用感兴趣的每种金属的至少两种同位素的同位素比率以确定样品中多金属同位素标记。
感兴趣的金属的同位素比率然后可以整合在一起以形成多金属同位素标记。例如，用绘制感兴趣的不同的金属的同位素比率的每个轴，可以产生三元图。在其中感兴趣四种金属的实施方案中，可以使用四元图。
如图4所示，使用化合物特异性金属同位素比率可以提供样品的另外的解析度和表征。
图4显示了图4A中的常规分析和图4B中的本发明技术的多组分金属同位素测量的比较。图4A显示了三种样品油(样品1、样品2和样品 3)的单金属同位素比率(例如V或者镍)与感兴趣的金属丰度的比率(例如V/(V+Ni))的比较。如图4A可见，所述标记其结果重叠，并且其难以将样品彼此区分开，或者解析样品的混合物。然而，如图4B所示，当比较三种样品每个的化合物特异性金属同位素测量时，获得了增加的解析度和样品表征结果。例如，在图4B中，钒金属同位素比率的图可以相对于钼或者镍的化合物特异性同位素比率来绘图。
上述的多金属同位素标记可以与其他地球化学技术例如生物标志物标记、稳定的碳和氢同位素标记、二元同位素标记、稀有气体标记，非烃气体组成标记(例如H2S、N2和/或CO2)整合。该整合的标记可以用于采集样品指纹和提供关于源相、热熟化、热源与生物源样品比较、非烃气体的起源等的信息。样品的指纹对于感兴趣的单个区域(例如感兴趣的隔间、间隔或者储集层)是独特的。一旦获得了感兴趣的指纹的区域，它们就可以用于宽范围的储集层监视作业、烃生产策略来增强采竭策略，和在下游作业中当它们移动穿过精炼厂时跟踪和确认源。
例如，可以分析所生产的流体的多金属同位素标记和其他地球化学标记来开发样品的指纹。随着生产持续，可以监控标记中的变化来提供关于产液源改变的信息，确认井筒的生产问题(例如穿透储集层内不同的隔间)。这样的储集层监视操作可以进一步包括监控生产分配、储集层连通性、水穿透等。
类似于储集层监视，在精炼作业中，可以监控进入精炼厂的给料来确认烃源的变化。例如，当来自于多个源的烃在精炼厂中共混在一起时，令人期望的是保留将共混物中的烃链接回源的能力，以使得在精炼厂中可以采取适当的步骤来缓解由于使用不同来源造成的积垢。
图5是可以用于本发明方法的示例性实施方案的计算机系统500的方块图。中央处理器(CPU)502与系统总线504连接。CPU 502可以是任何的通用CPU，虽然可以使用CPU 502(或系统500的其他部件)的其他类型的架构，只要CPU 502(和系统500的其他部件)支持本文所述的本发明的操作就行。CPU 502可以根据本文所述的各种示例性实施方案执行各种逻辑指令。例如，CPU 502可以根据图2中所示的操作流程图来执行机器级处理指令。
计算机系统500也可以包括计算机部件例如随机存取存储器 (RAM)506，其可以是SRAM，DRAM，SDRAM等。计算机系统500也可以包括只读存储器(ROM)508，其可以是PROM，EPROM，EEPROM等。RAM 506 和ROM 508保持用户和系统数据和程序，如本领域已知的。计算机系统 500也可以包括输入/输出(I/O)适配器510，通信适配器522，用户界面适配器524和显示适配器518。I/O适配器510，用户界面适配器524，和/或通信适配器522在某些实施方案中可以使用户能够与计算机系统 500进行交互，以便输入信息。
I/O适配器510优选连接储存装置(一种或多种)512，例如一种或多种硬驱动器，光盘(CD)驱动器，软盘驱动器，磁带驱动器等到计算机系统500。当RAM506对于存储用于本发明方法和技术的实施方案的操作的数据相关的存储要求来说不足时，可以使用储存装置(一种或多种)512。计算机系统500的数据储存可以用于字符串信息和/或如本文公开的使用或者生成的其他数据。通信适配器522可以将计算机系统500连接到网络(未显示)，其可以通过网络(例如因特网或者者其他广域网，局域网，公共或专用交换电话网络，无线网络和上述任何组合)将信息输入到系统 500和/或从其中输出。用户界面适配器524连接用户输入装置，例如键盘1228，定点装置526等到计算机系统500。显示适配器518由CPU 502 驱动来通过显示器驱动器516控制显示器装置520上的显示。根据某些示例性实施方案，由此可以显示与供应链设计或者运输模拟的一部分有关的信息和/或图示，例如显示对应于感兴趣的物理或者金融性能的数据。
系统500的架构可以如期望的变化。例如，可以使用任何合适的基于处理器的装置，包括但不限于个人电脑，膝上型计算机，计算机工作站和多处理器服务器。此外，实施方案可在专用集成电路(ASIC)或者超大规模集成(VLSI)电路上实现应用。事实上，本领域技术人员可以使用任何数目的合适的结构，其能够执行根据实施方案的逻辑操作。
作为一个实例，机器可读的逻辑或者代码可以用于计算系统例如计算系统500或者使用其来执行。计算机系统可以用于烃的勘探、生产和开发。计算机系统可以包括处理器，与该处理器通信存储的存储器，和存储在处理器中并且处理器可访问的一组指令。当通过处理器执行时，指令组配置来：获得与烃样品有关的信息；进行用于地球化学标记的样品的初步筛选分析，包括以下中的一种或多种：块体组成，同位素标记，分子地球化学，二元同位素/位置特异性同位素地球化学，和烃样品的物理性质(例如凝固点或者沸点)；从样品中分离出感兴趣的化合物；将样品的含金属的组分分离成用于金属同位素分析的部分；在样品上进行金属同位素分析；整合块体金属浓度分析和金属同位素数据分析；和/或开发或者精炼烃勘探、开发、生产策略。
应该理解的是前述仅是本发明的具体实施方案的详细描述，和在不背离本发明的范围的情况下，可以对所公开的实施方案做出许多改变、修改和替代方案。因此，前述描述并不意味着限制本发明的范围。而是，本发明的范围仅仅取决于所附的权利要求书和它们的等价物。还可以理解本发明的实施方案中体现的结构和特征可以改变、重排、取代、删除、复制、组合或者添加至彼此。

Claims (14)

1.一种生产烃的方法，其包括：
(a)从井中感兴趣的区域获得一种或多种样品；
(b)分析该样品以确定第一金属的至少两种同位素的比率；
(c)分析该样品以确定第二金属的至少两种同位素的比率；
(d)分析该样品以确定第三金属的至少两种同位素的比率；
(e)整合所述第一金属、第二金属和第三金属的同位素比率以形成多金属同位素标记，其中所述多金属同位素标记包括块体金属浓度和化合物特异性金属同位素比率；
(f)使用该多金属同位素标记以确定地下聚集区中烃的类型、地下聚集区中烃的品质和烃源中的一种或多种；和
(g)基于所确定的烃的类型、烃的品质和烃源中的一种或多种，开发或者精炼烃的勘探、烃的开发或者烃的生产策略。
2.一种生产烃的方法，其包括：
(a)获得一种或多种包含烃的样品；
(b)分析该样品以确定样品的地球化学标记，其中该地球化学标记包括下面中的一种或多种：块体金属浓度，非金属同位素标记，分子地球化学，二元同位素/位置特异性同位素地球化学；
(c)将样品的含金属组分分离成用于金属同位素分析的部分；
(d)分析所述部分以确定第一金属的至少两种同位素的比率，第二金属的至少两种同位素的比率和第三金属的至少两种同位素的比率；
(e)整合第一金属、第二金属和第三金属的同位素比率以形成多金属同位素标记，所述多金属同位素标记包括块体金属浓度和化合物特异性金属同位素比率；
(f)整合所述地球化学标记和多金属同位素标记；
(g)使用整合的标记来开发或者精炼烃勘探、开发或者生产策略。
3.权利要求1或者2的方法，其中所述样品包含来自于井的生产的流体。
4.权利要求1的方法，其中所述样品包含烃。
5.权利要求1或2的方法，其中第一金属、第二金属和第三金属选自钒、镍、钼、铬、铁、钴、锌和铜。
6.权利要求1或2的方法，其中第一金属、第二金属和第三金属中的至少一种选自钒、镍和钼。
7.权利要求1或2的方法，其中第一金属是钒，第二金属是镍，和第三金属是钼。
8.权利要求1或2的方法，其中第一、第二和第三金属中的至少一种是钒，并且所述多金属同位素标记包括比率51V比50V。
9.权利要求1或2的方法，其中第一、第二和第三金属中的至少一种是镍，并且所述多金属同位素标记包括比率60Ni比58Ni。
10.权利要求1或2的方法，其中第一、第二和第三金属中的至少一种是钼，并且所述多金属同位素标记包括比率98Mo比96Mo。
11.权利要求1或2的方法，其中整合第一、第二和第三金属同位素比率包括形成金属同位素比率的三元图。
12.权利要求1或2的方法，其进一步包括将所测量的多金属同位素标记与已知的多金属同位素标记数据库比较，以确定样品中的烃源。
13.权利要求1或2的方法，其进一步包括开发用于第二样品的多金属同位素标记，并且比较第一样品和第二样品的多金属同位素标记。
14.权利要求1或2的方法，其中该方法进一步包括将所述多金属同位素标记与下面中的一种或多种整合：多取代同位素体标记、二元同位素标记或者位置特异性同位素标记。
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