CN110658266A - 一种定量识别原油裂解程度的方法 - Google Patents

一种定量识别原油裂解程度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种定量识别原油热裂解程度的方法，利用甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比和二甲苯/正辛烷的质量比作为判断指标来定量识别原油裂解程度，通过本发明提供的方法，可以定量识别塔里木盆地遭受热蚀变原油的热裂解程度，为准确判识原油成因类型奠定了基础。

Description

一种定量识别原油裂解程度的方法
技术领域
本发明属于石油勘探技术领域，具体涉及一种定量识别原油裂解程度的方法。
背景技术
原油成因类型分析是油气勘探工作的基础工作。传统的原油成因类型研究关注生烃母质类型、成熟度及沉积环境，同时各学者也注意到热作用等后生蚀变作用会改变原油的地球化学面貌，影响其成因类型分析。因此，近年来，越来越多的学者关注到后生蚀变作用的重要性并开展相关工作，与热蚀变作用相关的研究工作不断推进，从热模拟实验到地质背景综合分析，从地球化学面貌的描述到相关参数的应用，前人研究成果已有少量有效的定量判识指标，包括依据芳烃组分中相关化合物的绝对浓度或化合物比值划分后生热蚀变作用的程度。但是，依据芳烃组分中相关化合物的绝对浓度划分后生热蚀变作用程度，需要对原油样品中的芳烃化合物开展定量测试分析，不同生物标志化合物浓度的原油样品在测试过程中需调整标样进量，实验过程繁琐且测试费昂贵，而依据芳烃组分中相关化合物的比值的方法，虽然技术方法成熟且应用简单，但是对于塔里木经历过多期成藏作用的混合原油，芳烃组分更多的是只是前期成熟度较低的原油的地球化学特征，不能精准的指示后期成熟度较高的经历热蚀变作用后原油的地球化学特征。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种利用甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比和二甲苯/正辛烷的质量比作为判断指标来定量识别原油裂解程度的方法，通过本发明提供的方法，可以定量识别塔里木盆地遭受热蚀变原油的热裂解程度，为准确判识原油成因类型奠定了基础。
本发明提供了一种定量识别原油热裂解程度的方法，包括：
步骤i、采集原油样品在不同的预设温度下分别进行黄金管热模拟实验，得到多组模拟产物；
步骤ii、分别对每组模拟产物进行物质组成和含量分析，得到甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比和二甲苯/正辛烷的质量比；
步骤iii、测量每组黄金管热模拟实验中原油的裂解程度；
步骤iv、基于步骤ii中得到的甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比和二甲苯/正辛烷的质量比以及步骤iii中得到的原油的裂解程度，建立原油裂解程度判别关系式；
步骤v、采集待检测区域的原油样品并分析确定其中甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比和二甲苯/正辛烷的质量比，结合步骤iv中所建立的原油裂解程度判别关系式，得出待检测区域的原油的裂解程度。
根据本发明的优选实施方式，步骤iii中，所述原油的裂解程度通过原油的转化率定量。
根据本发明的优选实施方式，步骤iii中，所述原油的裂解程度通过称重法测量，即通过式I计算：
Figure BDA0001713716690000021
其中，m0为热模拟实验之前原油的初始质量，m1为原油热模拟产物除去气态挥发物之后的质量。
根据本发明的优选实施方式，通过色谱和/或质谱法进行模拟产物中物质组成和含量分析。
根据本发明的优选实施方式，在步骤iv中，基于步骤ii中得到的甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比和二甲苯/正辛烷的质量比以及步骤iii中得到的原油的裂解程度，得到热裂解产物轻烃比值参数甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比和二甲苯/正辛烷的质量比与原油的热裂解程度的关系，即，获得原油裂解程度判别关系式。
原油的热作用是环化和去甲基化的过程，本申请的发明人经过深入研究选出与成熟度作用关系密切的指示环化、去甲基化作用的比值参数MCyC6/DMCyC5(甲基环己烷/二甲基环戊烷)，通过黄金管热模拟实验得到甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比与原油裂解程度的关系：
当甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比＞1.5时，原油的裂解程度＜10％；
当1.3＜甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比≤1.5时，10％≤原油的裂解程度＜30％；
当0.7＜甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比≤1.3时，30％≤原油的裂解程度＜70％；
当甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比≤0.7时，原油的裂解程度≥70％。
另外，原油的热作用同时也是芳构化的过程，本申请的发明人经过深入研究选出与成熟度作用关系密切的指示芳构化作用的比值参数xylene/nC8(二甲苯/正辛烷)，通过黄金管热模拟实验得到二甲苯/正辛烷的质量比与原油裂解程度的关系：
当二甲苯/正辛烷的质量比＜0.7时，原油的裂解程度＜10％；
当0.7≤二甲苯/正辛烷的质量比＜1.0时，10％≤原油的裂解程度＜30％；
当1.0≤二甲苯/正辛烷的质量比＜30时，30％≤原油的裂解程度＜70％；
当二甲苯/正辛烷的质量比≥30时，原油的裂解程度≥70％。
通过分析热模拟产物轻烃比值参数甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比和二甲苯/正辛烷的质量比与热裂解程度的关系，得到定量划分原油在经受热作用后的原油裂解程度判别关系式，即
当甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比＞1.5，且，二甲苯/正辛烷的质量比＜0.7时，原油的裂解程度＜10％；
当1.3＜甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比≤1.5且二甲苯/正辛烷的质量比＜1.0时，10％≤原油的裂解程度＜30％；
当甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比＞1.5且0.7≤二甲苯/正辛烷的质量比＜1.0时，10％≤原油的裂解程度＜30％；
当0.7＜甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比≤1.3且二甲苯/正辛烷的质量比<30时，30％≤原油的裂解程度＜70％；
当二甲苯/正辛烷的质量比>1.3时且1.0≤二甲苯/正辛烷的质量比<30时，30％≤原油的裂解程度＜70％；
当甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比≤0.7且二甲苯/正辛烷的质量比＜30时，原油的裂解程度≥70％；
当二甲苯/正辛烷的质量比≥30时，原油的裂解程度≥70％。
依据上述原油裂解程度判别关系式建立的原油热裂解程度判识图如图1所示。
根据本发明的优选实施方式，所述黄金管热模拟实验中，预设温度在300-600℃之间，优选地，设置10-30个不同的预设温度。
根据本发明的一个优选实施方式，在所述黄金管热模拟实验中，实验条件设置采用常规的动力学实验条件，先快速升温到300℃，再设置2℃/h和20℃/h两条不同的升温曲线，设定预设温度在336～600℃之间，每隔24℃一个温度点，每条升温曲线上12个温度点共计24个温度点。
根据本发明的优选实施方式，步骤i中，原油样品是指指镜质体反射率Ro值在1.0％以下的低成熟度原油样品。根据本发明的一个优选实施方式，所述原油样品取自塔里木盆地，由于塔里木盆地原油普遍成熟度较高，选用相对低成熟度的原油样品，Ro值在0.8-1.0％之间。
根据本发明的优选实施方式，在黄金管热模拟实验中，每个样品至少进行两个平行实验。其中的一个用于测量原油的裂解程度，另一个用于对热模拟产物进行物质组成和含量分析。测量原油的裂解程度时，模拟实验完成将黄金管刺破，使挥发性气体从黄金管中完全释放，称量此时的黄金管及内容物的质量记为m1，与热模拟实验之前黄金管及内容物的质量m0，根据上述式I来计算原油的裂解程度。在对热模拟产物进行物质组成和含量分析时，到达目标温度点后直接将热模拟产物用液氮冷冻进产物分析系统，可以有效避免轻烃模拟产物的损失。
本发明还提供了上述方法在经历异常热事件或者异常高的热成熟演化过程的地区的原油热裂解程度的判别中的应用，优选在判别塔里木盆地中原油热裂解程度中的应用。
本发明定量识别原油热裂解程度的方法是通过进行选取成熟度较低的原油样品开展黄金管热模拟实验，依据在不同温度点原油的转化率定量表征原油热演化阶段的热裂解程度，探讨热裂解过程中轻烃产物地球化学特征与热裂解程度的关系，建立原油热裂解程度定量判识方法，将塔里木盆地原油依据热蚀变作用划分为小于10％、10-30％、30-70％及大于70％等四种不同的热作用阶段。本发明提供的方法能够有效识别原油成因类型，为正确评价有效烃源岩及评价裂解气潜力提供科学依据。
将本发明提供的方法应用于塔里木盆地目前较为关注的热点勘探区块，结果表明原油整体热裂解程度不高，塔河、跃进和玉北地区原油未经历明显的热裂解作用。仅塔中地区部分钻井遭受过热裂解作用，如顺南1井热裂解作用明显，热裂解程度>30％。
附图说明
图1是以原油热模拟产物轻烃指数甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比和二甲苯/正辛烷的质量比指示原油热裂解程度判识图。
图2是塔中隆起地区的原油热裂解程度分析结果。
图3是玉北、塔河和跃进地区的原油热裂解程度分析结果。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行详细说明，但本发明并不受下述实施例限定。
实施例1
1、原油裂解程度判别关系式的确立：
采集成熟度较低(Ro值在0.8～1.0％之间)的塔里木盆地典型原油开展黄金管热模拟实验。
黄金管热模拟实验的条件为：
在恒定压力下(模拟原油样品的实际地层压力设置为75MPa)，以温度为主要影响因素，实验升温采用恒温单点模式，即每个温度点对应一个原油样品，设立两根不同的升温曲线，升温速率分别为20℃/h和2℃/h，设定测试点温度为336～600℃之间，每隔24℃一个温度点，共计12个温度点。
在黄金管热模拟实验中，每个样品进行两个平行实验。其中的一个用于测量原油的裂解程度，另一个用于对热模拟产物进行物质组成和含量分析。在对热模拟产物进行物质组成和含量分析时，到达目标温度点后直接将热模拟产物用液氮冷冻进产物分析系统，对轻烃产物进行色谱-质谱仪分析，得到轻烃指纹数据后开展轻烃化合物参数的分析，计算MCyC6/DMCyC5(甲基环己烷/二甲基环戊烷)和xylene/nC8(二甲苯/正辛烷)质量比。
原油的裂解程度通过原油的转化率定量，测量原油的裂解程度时，模拟实验完成将黄金管刺破，使挥发性气体从黄金管中完全释放，称量此时的黄金管及内容物的质量记为m1，与热模拟实验之前黄金管及内容物的质量m0，根据式I来计算原油的裂解程度：
Figure BDA0001713716690000051
其中，m0为热模拟实验之前原油的初始质量，m1为原油热模拟产物除去气态挥发物之后的质量。
经过一系列的模拟实验，得到甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比与原油裂解程度的关系为：
当甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比＞1.5时，原油的裂解程度＜10％；
当1.3＜甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比≤1.5时，10％≤原油的裂解程度＜30％；
当0.7＜甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比≤1.3时，30％≤原油的裂解程度＜70％；
当甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比≤0.7时，原油的裂解程度≥70％。
以及，二甲苯/正辛烷的质量比与原油裂解程度的关系为：
当二甲苯/正辛烷的质量比＜0.7时，原油的裂解程度＜10％；
当0.7≤二甲苯/正辛烷的质量比＜1.0时，10％≤原油的裂解程度＜30％；
当1.0≤二甲苯/正辛烷的质量比＜30时，30％≤原油的裂解程度＜70％；
当二甲苯/正辛烷的质量比≥30时，原油的裂解程度≥70％。
通过分析甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比和二甲苯/正辛烷的质量比与原油的裂解程度的关系，得到定量划分原油在经受热作用后的原油裂解程度判别关系式，即：
当甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比＞1.5，且，二甲苯/正辛烷的质量比＜0.7时，原油的裂解程度＜10％；
当1.3＜甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比≤1.5且二甲苯/正辛烷的质量比＜1.0时，10％≤原油的裂解程度＜30％；
当甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比＞1.5且0.7≤二甲苯/正辛烷的质量比＜1.0时，10％≤原油的裂解程度＜30％；
当0.7＜甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比≤1.3且二甲苯/正辛烷的质量比<30时，30％≤原油的裂解程度＜70％；
当二甲苯/正辛烷的质量比>1.3且1.0≤二甲苯/正辛烷的质量比<30时，30％≤原油的裂解程度＜70％；
当甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比≤0.7且二甲苯/正辛烷的质量比＜30时，原油的裂解程度≥70％；
当二甲苯/正辛烷的质量比≥30时，原油的裂解程度≥70％。
2、塔河地区原油热裂解程度的判断：
采集塔河地区原油进行轻烃指纹色谱-质谱分析，得到塔河地区原油的MCyC6/DMCyC5为1.93～3.06，xylene/nC8为0.25～0.63，因而，通过实施例1中得到的原油裂解程度判别关系式可以判断，塔河地区原油未经历明显的热裂解作用，热裂解程度＜10％。该结果与前人地质认识一致，与相应的地质背景相吻合。
实施例2跃进地区原油热裂解程度的判断：
采集跃进地区原油进行轻烃指纹色谱-质谱分析，得到跃进地区原油的MCyC6/DMCyC5为2.05～2.65，xylene/nC8为0.34～0.65，因而，通过实施例1中得到的原油裂解程度判别关系式可以判断，跃进地区原油未经历明显的热裂解作用，热裂解程度＜10％。
实施例3玉北地区原油热裂解程度的判断：
采集玉北地区原油进行色谱-质谱分析，得到玉北地区原油的MCyC6/DMCyC5在1.98～2.51之间，xylene/nC8在0.44～0.81之间，因而，通过实施例1中得到的原油裂解程度判别关系式可以判断，玉北地区原油个别呈现轻微热裂解作用，裂解程度在10～30％，大多数原油未经历明显的热裂解作用，热裂解程度＜10％。
实施例4塔中隆起地区原油热裂解程度的判断：
分别采集塔中隆起地区顺南1井、顺托1井、顺7井、顺901井、顺9-S1k井、顺西1井、顺西101井原油进行色谱-质谱分析，测量的原油的MCyC6/DMCyC5的质量比，二甲苯/正辛烷(xylene/nC8)的质量比以及通过实施例1中得到的原油裂解程度判别关系式判断的原油的裂解程度如表1所示：
表1
Figure BDA0001713716690000071
可以看出，塔中隆起地区原油总体热蚀变作用不高，顺南1井、顺7井和顺西1井遭受了明显的热蚀变作用。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (10)

1.一种定量识别原油热裂解程度的方法，包括：
步骤i、采集原油样品在不同的预设温度下分别进行黄金管热模拟实验，得到多组模拟产物；
步骤ii、分别对每组模拟产物进行物质组成和含量分析，得到甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比和二甲苯/正辛烷的质量比；
步骤iii、测量每组黄金管热模拟实验中原油的裂解程度；
步骤iv、基于步骤ii中得到的甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比和二甲苯/正辛烷的质量比以及步骤iii中得到的原油的裂解程度，建立原油裂解程度判别关系式；
步骤v、采集待检测区域的原油样品并分析确定其中甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比和二甲苯/正辛烷的质量比，结合步骤iv中所建立的原油裂解程度判别关系式，确定待检测区域的原油的裂解程度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤iii中，原油的裂解程度通过原油的转化率定量。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤iii中，原油的裂解程度通过称重法测量，即通过式I计算：
Figure FDA0001713716680000011
其中，m0为热模拟实验之前原油的初始质量，m1为原油热模拟产物除去气态挥发物之后的质量。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，通过色谱和/或质谱法进行模拟产物中物质组成和含量分析。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，原油裂解程度判别关系式为：
当甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比＞1.5且二甲苯/正辛烷的质量比<0.7时，原油的裂解程度＜10％；
当1.3＜甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比≤1.5且二甲苯/正辛烷的质量比<1.0时，10％≤原油的裂解程度＜30％；
当甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比＞1.5且0.7≤二甲苯/正辛烷的质量比<1.0时，10％≤原油的裂解程度＜30％；
当0.7＜甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比≤1.3且二甲苯/正辛烷的质量比<30时，30％≤原油的裂解程度＜70％；
当二甲苯/正辛烷的质量比>1.3且1.0≤二甲苯/正辛烷的质量比<30时，30％≤原油的裂解程度＜70％；
当甲基环己烷/二甲基环戊烷的质量比≤0.7且二甲苯/正辛烷的质量比＜30时，原油的裂解程度≥70％；
当二甲苯/正辛烷的质量比≥30时，原油的裂解程度≥70％。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述黄金管热模拟实验中，预设温度在300℃-600℃之间。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述黄金管热模拟实验中，设置10-30个不同的预设温度。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，步骤i中，原油样品为镜质体反射率Ro值在1.0％以下的的低成熟度原油样品。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于，在黄金管热模拟实验中，每个样品进行至少两个平行试验。
10.权利要求1-9中任一项所述的方法在判别塔里木盆地中原油热裂解程度中的应用。
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CN111595923A (zh) * 2020-04-29 2020-08-28 中国石油天然气股份有限公司 一种利用石油组学确定原油热裂解程度的方法
CN111595928A (zh) * 2020-04-29 2020-08-28 中国石油天然气股份有限公司 原油热裂解程度的判断方法

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