CN110869762A - 用于确定烃源岩的排烃效率的热解 - Google Patents

用于确定烃源岩的排烃效率的热解 Download PDF

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Abstract

对从自然系统获得的第一烃源岩样品的开放系统热解在热解室内通过将所述热解室维持在大致恒定的温度下进行。从热解室回收所述第一烃源岩样品释放的烃。在热解室内，在大致恒定的温度下对经热解的样品进行热汽化。确定烃源岩的第一排烃效率。将第二烃岩样品研磨至小于等于或小于250微米的粒度。通过将所述室维持在大致恒定的温度下，对经研磨的烃源岩样品进行第二热解。确定所述自然系统中的烃源岩的第二排烃效率。利用第二排烃效率来验证第一排烃效率。

Description

用于确定烃源岩的排烃效率的热解
优先权要求
本申请要求于2017年6月29日提交的美国专利申请15/637,932的优先权，其整个内容通过引用结合于此。
技术领域
本说明书涉及分析在其中产生和圈闭(截留，trap)烃的岩石。
背景技术
烃勘探技术有时涉及产生计算机生成的地质模型并使用实验数据来校准这样的模型。例如，可以将实验数据作为输入提供给地质模型。实验数据可以从对烃源岩(即在其中产生烃的岩石)进行的实验室实验获得。计算机生成的模型的预测的准确性可取决于使用测得的实验数据对模型进行校准的质量，所述实验数据又可取决于进行实验室实验的条件。换句话说，如果进行实验室实验的条件与产生烃的地下岩石所经历的条件基本相似，则实验数据的质量可以很高。地质模型的一个输入可以包括烃岩排驱被圈闭烃的特性。热解是用于研究烃源岩排驱或圈闭烃的特性的一种技术。
发明内容
本说明书描述了用于分析烃源岩排驱/保留被圈闭烃的特性的热解技术。特别地，例如，本说明书描述了用于确定烃源岩的排烃效率的热解。
本公开内容内描述的主题的一种示例性实施方式是一种具有以下特征的方法。在热解室内进行从自然系统获得的第一烃源岩样品的开放系统热解，得到经热解的样品。通过将热解室维持在基本上恒定的375℃的温度下进行该开放系统热解。第一烃源岩样品包括等效球直径为大致至少一厘米的烃源岩。从热解室回收由第一烃源岩样品响应于开放系统热解而释放的烃。在热解室内对已经在大致恒定的375℃的温度下进行了开放系统热解的经热解的样品进行热汽化。从热解室回收由经热解的样品响应于热汽化而释放的烃。基于所回收的由第一烃源岩样品响应于开放系统热解而释放的烃并且基于所回收的由经热解的样品响应于热汽化而释放的烃来确定该自然系统中的烃源岩的第一排烃效率。将预定质量的第二烃岩样品研磨，得到粒度小于等于或小于250微米的经研磨的烃源岩样品。在集成的样品破碎机和热汽化室内进行研磨。在集成的样品破碎机和热汽化室内对经研磨的烃源岩样品进行第二次热解。通过在集成的样品破碎机和热汽化室内将该集成的样品破碎机和热汽化室维持在大致恒定的375℃的温度下来进行第二次热解。基于对第二烃源岩样品进行的第二次热解来确定该自然系统中的烃源岩的第二排烃效率。利用第二排烃效率来验证第一排烃效率。
可以单独或组合地与示例性实施方式组合的所述示例性实施方式的方面包括以下内容。所述集成的样品破碎机和热汽化室包括电动刀片。
可以单独或组合地与示例性实施方式组合的示例性实施方式的方面包括以下内容。所述热解室是样品破碎机和热汽化室。
可以单独或组合地与示例性实施方式组合的所述示例性实施方式的方面包括以下内容。验证第一排烃效率包括将第一排烃效率与第二排烃效率进行比较以及确定第一排烃效率和第二排烃效率之间的比率。
可以单独或组合地与示例性实施方式组合的所述示例性实施方式的方面包括以下内容。进行从自然系统获得的第一烃源岩样品的开放系统热解包括：一旦热解室处于大致375℃的温度，就开始开放系统热解。在整个开放系统热解过程中维持大致375℃的恒定温度。在设定的时间量之后结束开放系统热解。在所述设定的时间量处的温度为大致375℃。
可以单独或组合地与示例性实施方式组合的所述示例性实施方式的方面包括以下内容。第二烃源岩样品的量大致为至少100克。
可以单独或组合地与示例性实施方式组合的所述示例性实施方式的方面包括以下内容。确定第一排烃效率(HCEE1)包括利用第一个公式：
HCEE1＝(HC热解)x100/(HC热解+HC热汽化+HC破碎热汽化)
其中HC热解是响应于烃源岩样品的开放系统热解而释放的烃的量，HC热汽化是响应于热解室中的先前经热解的烃源岩样品的第一次热汽化而释放的烃的量，HC破碎热汽化是响应于对第二烃岩样品进行研磨并进行第二次热解而释放的烃的量。
可以单独或组合地与示例性实施方式组合的所述示例性实施方式的方面包括以下内容。确定第二排烃效率(HCEE2)包括利用第二个公式：
HCEE2＝(HC热解)x 100/HC粉末状样品热解
其中HC热解是响应于粒度为大致一厘米的烃源岩样品的开放系统热解而释放的烃的量，HC粉末状样品热解是响应于粒度大致小于或等于大致250微米的粉末状烃源岩样品的开放系统热解而释放的烃的量。
可以单独或组合地与示例性实施方式组合的所述示例性实施方式的方面包括以下内容。确定残留有机物的成熟度。将所确定的成熟度输入到计算机生成的地质模型中。
本公开内容中描述的主题的一种示例性实施方式是一种具有以下特征的系统。集成的样品破碎机和热汽化室能够保留烃岩样品。加热元件能够加热集成的样品破碎机和热汽化室。控制器能够将加热元件控制至设定温度。传感器能够检测在集成的样品破碎机和热汽化室内释放的烃。
可以单独或组合地与示例性系统组合的所述示例性系统的方面包括以下内容。将加热元件控制至设定温度包括将集成的样品破碎机和热汽化室加热至大致375℃的温度。在使用集成的样品破碎机和热汽化室的同时，在所述集成的样品破碎机和热汽化室内维持大致375℃的恒定温度。
可以单独或组合地与示例性系统组合的所述示例性系统的方面包括以下内容。所述集成的样品破碎机和热汽化室包括电动研磨刀片。
可以单独或组合地与示例性系统组合的所述示例性系统的方面包括以下内容。所述集成的样品破碎机和热汽化室能够容纳至少100克的样本量。
可以单独或组合地与示例性系统组合的所述示例性系统的方面包括以下内容。所述集成的样品破碎机和热汽化室具有至少1升的容积。
本公开内容中描述的主题的一种示例性实施方式是具有以下特征的第二种方法。在热解室内对烃源岩样品进行开放系统热解，该烃源岩样品包括具有大致至少一厘米的等效球直径的碎片。进行开放系统热解得到经热解的岩样品。回收由岩样品响应于开放系统热解而释放的烃。确定响应于开放系统热解而释放的烃的第一量。在热解室内对经热解的岩样品进行热汽化。回收热解室内由岩样品响应于热汽化而释放的烃。确定响应于热解室中的热汽化而释放的烃的第二量。将样品放入破碎室中并将经热解的岩样品破碎并进行热汽化。回收由岩样品响应于破碎和热汽化而释放的烃。确定响应于破碎室中的破碎和热汽化而释放的烃的第三量。将烃源岩的第一排烃效率确定为烃的第一量之和相对于烃的第一量、烃的第二量和烃的第三量之和的比率。对该烃源岩的粒度小于或等于大致250微米的粉末状样品进行热解。响应于对粉末状样品进行开放系统热解而释放的烃的第四量。将烃源岩的第二排烃效率确定为烃的第一量与烃的第四量的比率。提供排烃效率作为地质模型的输入，该地质模型能够分析通过地质历史从烃源岩的烃排驱。
本说明书中描述的主题的一种或多种实施方式的细节在附图和以下描述中阐述。根据说明书、附图和权利要求书，所述主题的其他特征、方面和优点将变得明显。
附图说明
图1是用于破碎和热汽化室的系统的一个示例的示意图，所述破碎和热汽化室将在烃源岩的开放系统热解后被用于破碎并释放任何圈闭的烃。
图2是用于确定烃源岩的排烃效率的过程的一个示例的流程图。
图3是热解温度间隔(阶梯)的一个示例的图示。
图4是在处于恒定温度下的样品破碎室中的热汽化的一个示例的图示。
图5A是基于热解温度阶梯的成熟度增加的一个示例的图示。
图5B是在热解和/或破碎-热汽化阶段之后从烃源岩样品中回收的烃分布的一个示例。
图6是用于确定烃源岩的排烃效率的过程的另一个示例的流程图。
在各个附图中，相似的附图标号和标记指示相似的元件。
具体实施方式
通过热解(在惰性气氛存在下加热源岩样品)的实验室人工熟化研究，其描述从源岩的自然HC产生，是有帮助的。然而，通过实验室热解对干酪根(kerogen)进行人工熟化还远远不能代表自然系统中的沉积有机物的熟化。常规实验室热解实验是在密闭或开放系统中、通过等温或非等温加热、在含水或无水反应器中进行的。开放系统热解传统上是在几毫克的研磨岩石(通常小于250微米)上进行的，而密闭无水系统可以是微型密封容器或金袋(gold-bag)热解系统，其同样利用少量的研磨岩石或分离的干酪根。粉末状烃源岩样品没有保持其原始质地和孔隙率，所以在粉末状样品中不再存在流体流动障碍。在开放系统无水热解中，产物(生成的HC)立即通过载气从系统中移出，而在密闭系统热解中，产物保留在系统中并暴露于进一步的加热(例如，导致二次裂化)。作为结果，液态烃被保留并在更高的实验温度下裂化为气体。另一方面，含水热解(在过量水存在下对干酪根进行加热)只能在密闭反应器中进行，并且这种方法也导致所生成的烃在热解室内的二次反应和裂化。在具有这些分析局限性(开放系统热解对于要排出的所有产品是完全开放的，或者密闭系统将生成的产物保留在实验室内并导致烃裂化和气体形成)的情况下，很明显，常规热解系统都不能充分模拟(接近)自然熟化过程。由于使用的cm粒度，本文介绍的系统处于两种可用热解设置之间，并且可以认为更接近真实(自然)系统。据报道，热解后，烃源岩样品在300℃的热汽化足以从烃源岩样品中清除保留的烃。
本说明书涉及通过在热解室中使用开放系统热解和热汽化(在375℃)，接着在破碎和热汽化室中对烃源岩样品进行破碎和热汽化(在375℃)，来确定烃源岩的烃生成/保留/排驱特征，其中重点是石油排驱特性。首先截留所释放的烃，然后通过气相色谱法和/或气相色谱-质谱法进行分析。
本说明书描述了与石油勘探相关的方法和系统。特别地，本说明书描述了用于确定从烃源岩产生的烃的排驱效率的热解方法和系统。本文描述的热解方法和系统可以在实验室中实施，并且在一些实施方式中，可以将获得的结果作为计算机生成的地质模型的输入，以研究从烃源岩的烃产生和排驱。
烃从烃源岩向储集岩(从中可以回收烃)中的排驱受所产生的烃从干酪根的释放以及这些烃在源岩内的移动(即迁移)影响。液态烃从干酪根的释放受在干酪根内或表面上(或两者)的液态烃的吸收或吸附(或两者)以及烃通过干酪根的扩散控制。因此，排驱效率由干酪根的量和偏油性(或富氢性)控制。
源岩内的油的迁移受以下因素影响，这些因素包括例如有机物的量和类型、沥青(柏油)饱和阈值、烃岩中的有效迁移路径、压力累积和微压裂、气相中用于油移动的气体利用率、它们的组合等等。这些因素随沉积盆地演化期间源岩沉积环境和次生成岩过程中的主要沉积学条件而变化。换句话说，烃迁移的机理将根据烃源岩的岩相(litho-facies)而变化。
实验室热解用于人工熟化干酪根以及研究源岩内的烃产生和从源岩中排驱的过程。实验室热解实验可以在密闭或开放系统中进行，其通过例如在含水管或无水管中对细磨(例如为粉末形式)的烃源岩样品进行等温或非等温加热。可以使用例如几毫克的尺寸等于或小于约250微米的研磨岩石进行开放系统热解。在开放系统热解中，可以通过输送载气从系统(有时在热解之后立即)移出产物(即，通过热解排驱的烃)。封闭系统热解，例如封闭的无水系统，可以在微型的密封容器中实施，或者作为利用少量烃源岩或分离的干酪根的金袋热解系统实施。在密闭的系统热解中，生成的烃可以被保留在系统中并暴露于进一步的加热，直到热解结束，例如直到发生二次裂化。含水热解涉及在过量水的存在下加热干酪根。这样的热解在密封反应器中进行，并导致所产生的烃在热解室内的二次反应和裂化。因此，可以实施不同类型的热解以人工熟化干酪根，从而研究烃生成和迁移的过程。这样的人工干酪根熟化，尽管是有用的工具，但并不总是准确地代表自然系统(即地下)的沉积有机物的熟化。
本公开内容描述了人工干酪根熟化(和来自其的烃产生以及所产生的烃的迁移)技术，其相对于先前描述的人工干酪根熟化技术更好地近似于干酪根自然熟化。在一些实施方式中，本文所描述的人工干酪根熟化技术可作为受限系统热解实施。热解系统的限制在于，为了因热解而被排驱，烃源岩中的烃需要克服物理障碍，然后该烃才能到达可以通过载气将排驱的烃清除的空间。换句话说，本说明书中描述的受限制热解技术研究了岩石样品中的烃穿过物理屏障的能力，该物理屏障类似于在自然熟化期间生成的烃在地下(例如，地下烃储层)将会经历的物理屏障。
本文描述的技术可以被实施以预测烃积累或预测保留在烃源岩中的烃(或两者)。这些技术也可以被实施该以确定烃从烃源岩样品的排驱效率，并将这样的效率输入计算机生成的地质模型中，例如可以预测烃积累的模型。通过实施本文描述的技术获得的排驱效率可以提高在烃勘探或采收或两者中实施的计算机生成的地理模型的置信度。例如，排驱效率可以用于校准石油系统和盆地建模模拟，其可以导致更好地理解和确定烃从源岩的排驱。可以实施校准的系统和模拟以成功地发现烃储层，从而更好地预测在这样的储层中的保留烃，或鉴定非常规资源评估中的最佳位置(或它们的组合)。从而可以减少进行这样的过程的时间和精力从而提高效率。
采用开放系统热解设备以人工熟化烃源岩样品，以及分离和俘获通过熟化过程产生的烃。烃源岩样品可以包括具有大致至少一厘米(例如，在0.9厘米至几厘米的范围内)的等效球直径的岩石样品碎片。岩石样品碎片的等效球直径是具有与岩石样品相同体积的球体的直径。在一些实施方式中，烃源岩样品可以包括多片烃岩，其中的至少一些具有大致至少一厘米的等效球直径。一些碎片可以具有不同于(即小于或大于)至少一厘米的等效球直径。通常，烃源岩样品可以具有与在获得该岩样品的地下中发现的等同烃岩的尺寸大致相似的尺寸。
烃源岩样品可以从要研究的烃源岩获得。地下中的烃源岩的粒度影响在岩石中产生并圈闭的烃在自然干酪根熟化期间被释放之前需要穿过的距离。选择烃源岩样品以具有与地下中的烃岩的粒度大致相似的粒度。以这种方式，可以使人工干酪根熟化的实验条件更接近于自然干酪根熟化的条件。即，在这样的条件下，岩石样品中的烃将需要行进一段距离，该距离更接近于圈闭于岩石中的烃在自然干酪根熟化期间被释放之前需要穿过的距离。因此，在人工干酪根熟化后对于烃源岩样品104确定的排烃效率将是地下中的烃源岩在自然干酪根熟化后的排烃效率的更准确预测。
开放系统热解设备的热解室可以比在烃源岩样品的热解中使用的常规热解室大。例如，热解室可以具有大致一升(例如，在0.8升至几升的范围内)的容积，并且可以配置成容纳数百克(例如，多至差不多800克)的烃源岩样品。热解室可以进一步配置成将烃源岩样品加热至高达650℃的温度。特别地，热解室可以被配置成以不同的温度梯度和不同的温度阶梯来加热烃源岩样品，如下文参考图3(仅示出了直至550℃的温度)所描述的。图3中所示的温度是热解窗口的最终温度，例如400℃意指温度范围为300至400℃的热解步骤，而425℃的温度意指温度范围为300至425℃的热解步骤等等。
在一些实施方式中，烃源岩样品可以另外地依据总有机碳(TOC)含量(为源岩的重量百分比(重量％))和使用常规有机地球化学技术确定干酪根类型来加以表征。可以通过LECO TOC分析仪确定TOC含量，其中有机碳在去除碳酸盐碳之后测量。TOC含量也可以通过具有热解和氧化炉的源岩(Source Rock)分析仪确定。
图1是集成的样品破碎和热汽化设备150的一个示例的示意图。设备150包括集成的样品破碎机和热汽化室152，在其中放置了先前经热解的烃源岩样品。在一些实施方式中，该室可以包括同时进行样品破碎、热汽化的样品破碎机设备(电动破碎刀片174)、加热元件以及控制器，所述控制器可以控制加热元件以将经热解的烃源岩样品加热至设定温度如375℃。破碎刀片174在旋转的同时可以冲击样品碎片
在一些实施方式中，烃输送(载气)设备可以连接至样品破碎和热汽化设备150。例如，烃输送设备可以包括连接至样品破碎和热汽化室152的底侧的管道156。如下文所述的，烃输送158可以流过热汽化室152。烃回收设备也可以包括连接至热汽化室152(例如，在上侧或其他侧上)的管道159，烃输送158可以通过该管道输送在先前经热解的烃源岩样品154热汽化的破碎和热汽化期间释放的烃。烃输送(载气)设备可以包括一个或多个阀(例如，阀162)以控制所回收的烃的流量。在一些实施方式中，该设备可以包括另外的管道(例如，管道160、管道164、管道170)以将全部或部分所回收的烃输送至一个或多个冷阱。该设备也可以配置成使全部或部分所回收的烃流动至被配置成分析烃例如以确定化学组成的仪器172(例如，色谱仪或其他仪器)。
图2是用于确定烃源岩的排烃效率的过程200的一个示例的流程图。过程200可以例如使用以上参考图1描述的系统来实现。在202，可以对从地下获得的烃源岩样品的碎片进行开放系统热解。烃源岩样品可以包括具有大致至少一厘米的等效球直径的碎片。在开放系统热解中使用的烃源岩样品104的预定质量可以为大致足以作为所述源的代表性样品的量。即，样品可以为足以抵消样品内的异质性影响的质量，如几百克(例如，大致100克)。在开放系统热解期间，将烃源岩样品104放置在热解室152中并非等温地进行加热。在一些实施方式中，热解室152的温度可以以不同的加热速率升高。图3是热解温度阶梯的一个示例的图示300，根据该热解温度阶梯可以在开放系统热解设备100中热解烃源岩样品104。例如，热解室152的温度可以以大致约25℃/分钟的加热速率(或者更低或更高的加热速率)升高。
在一些实施方式中，热解可以以多种加热速率进行，例如，八个温度阶段(阶梯)；从300℃的起始温度至400℃，从300的起始温度至425℃等等。每个温度阶段中的加热速率可以相同或不同。在任何连续的温度阶梯之间的加热速率的增加可以相同或不同。例如，对于所有的温度阶梯，在连续温度阶梯之间的加热梯度的增加可以保持为每分钟5℃/分钟。
在204，可以回收由烃源岩样品响应于开放系统热解而释放的烃。在一些实施方式中，可以使用烃输送设备，利用惰性烃输送108(例如，氦气或其他惰性气体)连续冲洗热解室152。例如，烃输送108可以通过管道106流入到热解室152中，并通过管道110与被排驱的烃一起从热解室152中流出。由于烃源岩样品104中的烃是挥发性的，在高温下处于气态的形式，所以烃输送108可以将被排驱的烃带出热解室152。在一些实施方式中，从烃源岩样品104排驱的烃可以在每个温度阶段(例如从300℃的开始温度至450℃)之后从热解室152中冲出。在热解期间，管道106和110都连续打开以冲洗被排驱的烃。
烃和烃输送108的组合可以流到一个或多个冷阱(例如，冷阱116或冷阱118或两者)。在一些实施方式中，每个冷阱可以是浸没在装有液氮或其他低温(例如，低至-100℃)的容器中的熔凝硅石柱。在开放系统热解之后或在热汽化之后，每个冷阱可以截留由烃源岩样品释放的烃的至少一部分。例如，冷阱可以不截留甲烷气体。在任何热解温度阶梯(例如，每个温度阶梯，任何一个温度阶梯或最后一个温度阶梯)结束时，可以首先将冷阱加热至约60℃的温度，然后加热至约375℃的高温持续设定的时间，以分别吹洗气态和液态热解产物。以这种方式，可以释放被冷阱118截留的烃。
在一些实施方式中，烃输送设备可以被实施成将由烃输送所携带并且流出热解室152的烃分成多个流。例如，阀112可以将流自热解室152的烃输送分成第一气体流和第二气体流。第一气体流可被引导至可移动式冷阱118，并且第二部分可被引导至冷阱116。流过可移动式冷阱116的第一气体流然后可以流动至另一仪器(未示出)以确定烃的组成。在一些实施方式中，第一气体流可以被清除，例如在受控真空罩中释放到大气中。在一些实施方式中，离开热解室152的气体流可以被分成多个流(即，多于两个流)。这些流中的一个可以流动到冷阱118，然后流动到仪器172。另一个流可以流动到可移动式冷阱116，然后流动到另一仪器。可以清除第三个流等等。离开热解室152的气体流分成多个气体流以及气体流的流动可以例如使用阀112来控制。
在206，可以确定响应于进行开放系统热解而释放的烃的第一量(A)。在一些实施方式中，由烃输送108从热解室152携带出来的烃可以流动到可以分析被排驱的烃的组成的仪器172中。例如，仪器114可以包括传感器，如气相色谱仪(GC)或气相色谱-质谱仪(GC-MS)。仪器172可以被实施以表征从烃源岩样品104排驱的烃。在一些实施方式中，仪器172可以被实施成例如以微克烃/克烃源岩样品进行定量。在208，在热解室内对经热解的烃样品进行热汽化。在210，可以回收由烃源岩样品响应于热解室内的热汽化而释放的烃。在212，可以确定响应于进行开放系统热解而释放的烃的第二量(B)。
图5A是热解温度(仅示出直至550℃)对烃源岩样品的成熟度增加的一个示例的图示。图5B是从烃源岩样品中回收的烃中的烃类(甲烷，湿气，轻油，重油等)分布的一个示例。这两个图示出了在每个热解阶段结束时达到的烃源岩样品152内的残留有机物的成熟度。这两个图还示出了随着成熟度增加，烃类分布(C1(甲烷)，C2-C4(乙烷，丙烷和丁烷)，C5+(戊烷和更重质烃))的预期变化。即，随着热解温度阶段增加，达到更大的成熟度并且较轻质烃类(例如，C1-C4)占主导。
在214，可以对已经进行了开放系统热解的烃源岩样品进行在375℃的温度下的破碎和热汽化(在热汽化室内)。在一些实施方式中，在开放系统热解之后，将烃源岩样品从热解室152中移出，破碎并热汽化。例如，可以同时地进行先前经热解的烃源岩样品的破碎和热汽化。在热汽化期间，将经热解的烃源岩样品154放置在破碎和热汽化室152中，并加热到375℃达设定的时间量。用于热汽化的经热解的烃源岩样品154的量可以为几十克(例如，大致20g)。图4是热汽化温度梯度的一个示例的图示400，根据该热汽化温度梯度可以在热汽化设备150中热汽化经热解的烃源岩样品154。例如，室152的温度可以保持恒定在大致375℃。热汽化可以清除岩石样品中的任何保留烃。
在216，可以回收由经热解的烃源岩样品响应于破碎和热汽化而释放的烃。在一些实施方式中，可以使用烃回收设备，用惰性载气158(例如，氦气或其他惰性载气)连续冲洗室152。例如，载气158可以通过管道156流入到热汽化室152中，并通过管道160与被排驱的烃一起从室152中流出。随着经热解的烃源岩样品154中的烃分解成气态形式，载气158可以将被排驱的烃携带出破碎和热汽化室152。在218，可以确定响应于进行开放系统热解而释放的烃的第三量(C)。
烃和载气158的组合可以流到一个或多个冷阱(例如，冷阱166或冷阱168或两者)。在一些实施方式中，每个冷阱可以是浸没在用液氮填充或其他低温(例如，低至-100℃)的容器中的熔凝硅石柱。在热汽化结束时，可以首先将冷阱加热至约60℃的温度，然后加热至约375℃的高温以分别清除气态和液态热解产物。以这种方式，由冷阱168截留的烃可以被释放。
类似于在开放系统热解期间的气体流分流，烃回收设备可被实施成将从热汽化室152流出的烃分成多个气体流。例如，阀162可以将流自破碎和热汽化室152的气体分成第一气体流和第二气体流。第一气体流可被引导至可移动式冷阱168，并且第二部分可被引导至冷阱166。流过可移动式冷阱166的第一气体流然后可以流动至另一仪器(未示出)以确定气体流的组成。在一些实施方式中，第一气体流可以被清除，例如释放到大气中。在一些实施方式中，离开破碎和热汽化室152的气体流可以被分成多个流(即，多于两个流)。这些流中的一个可以流动到冷阱168，然后流动到仪器172。另一个流可以流动到可移动式冷阱166，然后流动到另一仪器。可以清除第三个流，等等。离开破碎和热汽化室152的气体流分成多个气体流以及气体流的流量可以例如使用阀162来控制。
在一些实施方式中，由载气158从破碎和热汽化室152携带出来的烃可以流动到可以分析被排驱的烃的组成的仪器172。例如，仪器172可以包括气相色谱仪(GC)或气相色谱-质谱仪(GC-MS)。仪器172可以被实施以表征从经热解的烃源岩样品154排出的烃。在一些实施方式中，仪器172可以被实施成例如以微克烃/克烃源岩样品进行定量。
在上述的示例性实施方式中，在开放系统热解期间将烃源岩样品104放置在热解室152中，然后在热汽化期间将经热解的烃源岩样品154放置在单独且不同的样品破碎和热汽化室152中。备选地，热解室152可以用作样品破碎和热汽化室152。在开放系统热解完成之后，经热解的烃源岩样品154可以被放置在(或可以保持在)热解室152中。然后，可以如上所述对经热解的烃源岩样品进行样品破碎和热汽化。
在一些实施方式中，在每个阶梯(即，每个热解温度阶段，热汽化)结束时，可以利用诸如地球化学技术(例如，镜质组反射率测量，开放系统热解Tmax或其他地球化学技术)的程序来确定残留干酪根的成熟度。以这种方式，在每个阶梯之后，可以表征已产生、排驱或保留烃的源岩的所确定的成熟度水平。
在220，可以确定烃岩石的第一排烃效率。例如，可以将该效率确定为烃的第一量之和(即，在烃源岩样品104的开放系统热解期间释放的烃–HC热解)与第一、第二(来自在热解室152中在375℃的热汽化–HC热汽化)和第三(即在经热解的烃源岩样品154在375℃的破碎和热汽化期间释放的烃–HC破碎热汽化)之和的比率。在一些实施方式中，可以使用以下所示的公式1来确定排烃效率(HCEE)。
HCEE＝(HC热解)x 100/(HC热解+HC热汽化+HC破碎热汽化) (公式1)
在公式1中，HC热解是响应于烃源岩样品104的开放系统热解而释放的烃的量(例如，以微克/克样品计)。HC热汽化是响应于先前经热解的烃源岩样品104的热汽化而释放的烃的量(例如，以微克/克样品计)。HC破碎热汽化是响应于先前经热解的烃源岩样品154的破碎和热汽化而释放的烃的量(例如，以微克/克样品计)。
在222，可以从与可以获得烃源岩样品104的相同烃源岩获得第二烃源岩样品。可以将该岩石样品研磨以具有在微米范围内(例如，小于大致250μm)的粒度。在222，可以对粉末状岩石样品进行开放系统热解。用于开放系统热解的粉末尺寸烃源岩样品的量可以为几百毫克到一克(例如，大致小于1克)。可以利用与上述那些类似的技术，使用开放系统热解设备100对第二烃岩石样品进行开放系统热解。
在224，可以利用与上述那些类似的技术来确定响应于对粉末状烃源岩样品进行开放系统热解而释放的烃的第四量。
在226，作为对通过使用公式1得到的第一HCEE的验证，也可以使用以下所示的公式2来确定第二HCEE。
HCEE＝(HC热解)x 100/HC粉末状样品热解 (公式2)
在公式2中，HC热解是响应于烃源岩样品104的开放系统热解而释放的烃的量(例如，以微克/克样品计)，并且HC粉末状样品热解是响应于粉末状烃源岩样品104的开放系统热解而释放的烃的量(例如，以微克/克样品计)。此处计算的HCCE基于从碎片粒度(例如，1cm)的烃源岩的热解释放的烃与从粉末形式的相同烃源岩的热解释放的烃的比率。在粉末状样品的情况下的排烃效率被认为不受任何屏障影响，并且所释放的烃的量被认为是最大的(例如，产生的烃等于从烃源岩释放的烃)。预期从碎片粒度(例如，1cm)的相同烃源岩样品的热解释放的烃将相对地更少并且HCCE将低于100％。
在228，可以提供排烃效率作为地质模型的输入，以研究通过地质历史从烃源岩的烃排驱。
图6示出了用于确定烃源岩的排烃效率的另一种示例性方法600的流程图。在602，在热解室内进行从自然系统获得的第一烃源岩样品的开放系统热解。这产生经热解的样品。通过将热解室维持在基本恒定的375℃的温度下进行该开放系统热解。第一烃源岩样品包括具有至少大致一个厘米的等效球直径的烃源岩。在604，响应于开放系统热解，从热解室回收由第一烃源岩样品释放的烃。在606，在基本恒定的375℃的温度下对已进行了开放系统热解的经热解的样品进行(在热解室内)热汽化。在608，响应于热汽化，从热解室回收由经热解的样品释放的烃。在610，基于所回收的由第一烃源岩样品响应于开放系统热解而释放的烃并基于所回收的由经热解的样品响应于热汽化而释放的烃，来确定自然系统中的烃源岩的第一排烃效率。在612，将预定质量的第二烃岩样品研磨，得到粒度小于等于或小于250微米的经研磨的烃源岩样品。研磨在集成的样品破碎机和热汽化室中进行。在614，对经研磨的烃源岩样品进行第二次热解(在集成的样品破碎机和热汽化室内)。在集成的样品破碎机和热汽化室内，通过将集成的样品破碎机和热汽化室维持在基本恒定的375℃的温度下来进行第二次热解。在616，基于对第二烃源岩样品进行第二次热解来确定自然系统中的烃源岩的第二排烃效率。在618，利用第二排烃效率来验证第一排烃效率。
总之，利用本说明书中描述的技术对烃源岩样品进行人工熟化可以导致对自然系统中烃源岩中烃的排驱和保留的更好理解。可以将排驱的烃相对于保留的烃的更好理解和量化(在实验室实验中伴随增加的成熟)进行定量并转换为参数。可以提供这样的参数作为地质模型(例如盆地建模软件)的输入，从而校准在烃源岩的埋藏和熟化期间生成的烃的排驱-保留。
因此，已经描述了所述主题的具体实施方式。其他实施方式在所附权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种方法，所述方法包括：
在热解室内进行从自然系统获得的第一烃源岩样品的开放系统热解，得到经热解的样品，其中所述开放系统热解通过将所述热解室维持在大致恒定的375℃的温度下进行，所述第一烃源岩样品包括具有大致至少一厘米的等效球直径的烃源岩；
从所述热解室回收由所述第一烃源岩样品响应于所述开放系统热解而释放的烃；
在所述热解室内对已经在大致恒定的375℃的温度下进行了所述开放系统热解的所述经热解的样品进行热汽化；
从所述热解室回收由所述经热解的样品响应于所述热汽化而释放的烃；
基于所回收的由所述第一烃源岩样品响应于所述开放系统热解而释放的烃并且基于所回收的由所述经热解的样品响应于热汽化而释放的烃，确定所述自然系统中的烃源岩的第一排烃效率；
研磨预定质量的第二烃岩样品，得到粒度小于等于或小于250微米的经研磨的烃源岩样品，其中所述研磨在集成的样品破碎机和热汽化室内进行；
在所述集成的样品破碎机和热汽化室内对所述经研磨的烃源岩样品进行第二次热解，其中所述第二次热解在所述集成的样品破碎机和热汽化室内通过将所述集成的样品破碎机和热汽化室维持在大致恒定的375℃的温度下进行；
基于对所述第二烃源岩样品进行所述第二次热解，确定所述自然系统中的所述烃源岩的第二排烃效率；以及
利用所述第二排烃效率验证所述第一排烃效率。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述集成的样品破碎机和热汽化室包括电动刀片。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述热解室是所述样品破碎机和热汽化室。
4.根据权利要求1所述的方法，其中验证所述第一排烃效率包括：
将所述第一排烃效率与所述第二排烃效率进行比较；和
确定所述第一排烃效率和所述第二排烃效率之间的比率。
5.根据权利要求1所述的方法，其中进行从自然系统获得的所述第一烃源岩样品的所述开放系统热解包括：
一旦所述热解室处于大致375℃的温度，就开始所述开放系统热解；
在整个所述开放系统热解过程中维持大致375℃的恒定温度；和
在设定的时间量后结束所述开放系统热解，在所述设定的时间量处的温度为大致375℃。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二烃源岩样品的量大致为至少100克。
7.根据权利要求1所述的方法，其中确定第一排烃效率(HCEE1)包括利用第一个公式：
HCEE1＝(HC热解)x100/(HC热解+HC热汽化+HC破碎热汽化)
其中HC热解是响应于所述烃源岩样品的开放系统热解而释放的烃的量，HC热汽化是响应于所述热解室中的先前经热解的烃源岩样品的第一次热汽化而释放的烃的量，HC破碎热汽化是响应于对所述第二烃岩样品进行研磨并进行所述第二次热解而释放的烃的量。
8.根据权利要求7所述的方法，其中确定第二排烃效率(HCEE2)包括利用第二个公式：
HCEE2＝(HC热解)x 100/HC粉末状样品热解
HC热解是响应于粒度为大致一厘米的所述烃源岩样品的开放系统热解而释放的烃的量，HC粉末状样品热解是响应于粒度大致小于或等于大致250微米的粉末状烃源岩样品的开放系统热解而释放的烃的量。
9.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
确定残留有机物的成熟度；和
将所确定的成熟度输入到计算机生成的地质模型中。
10.一种系统，所述系统包括：
被配置成保留烃岩样品的集成的样品破碎机和热汽化室；
被配置成加热所述集成的样品破碎机和热汽化室的加热元件；
被配置成将所述加热元件控制至设定温度的控制器；以及
被配置成检测在所述集成的样品破碎机和热汽化室内释放的烃的传感器。
11.根据权利要求10所述的系统，其中将所述加热元件控制至设定温度包括：
将所述集成的样品破碎机和热汽化室加热至大致375℃的温度；和
在使用所述集成的样品破碎机和热汽化室的同时，在所述集成的样品破碎机和热汽化室内维持大致375℃的恒定温度。
12.根据权利要求10所述的系统，其中所述集成的样品破碎机和热汽化室包括电动研磨刀片。
13.根据权利要求10所述的系统，其中所述集成的样品破碎机和热汽化室被配置成含有至少100克的样品量。
14.根据权利要求10所述的系统，其中所述集成的样品破碎机和热汽化室具有至少1升的容积。
15.一种方法，所述方法包括：
在热解室内对烃源岩样品进行开放系统热解，所述烃源岩样品包括等效球直径为大致至少一厘米的碎片，进行所述开放系统热解得到经热解的岩样品；
回收由所述岩样品响应于所述开放系统热解而释放的烃；
确定响应于所述开放系统热解而释放的烃的第一量；
在所述热解室内对所述经热解的岩样品进行热汽化；
回收由所述热解室中的所述岩样品响应于所述热汽化而释放的烃；
确定响应于所述热解室中的热汽化而释放的烃的第二量；
将所述样品放置在破碎室中并且对所述经热解的岩样品进行破碎并进行热汽化；
回收由所述岩样品响应于破碎和热汽化而释放的烃；
确定响应于所述破碎室中的破碎和热汽化而释放的烃的第三量；
将所述烃源岩的第一排烃效率确定为烃的第一量之和相对于烃的第一量、烃的第二量和烃的第三量之和的比率；
对所述烃源岩的粒度小于或等于大致250微米的粉末状样品进行热解；
确定响应于对粉末状样品进行开放系统热解而释放的烃的第四量；
将所述烃源岩的第二排烃效率确定为烃的第一量与烃的第四量的比率；和
提供所述排烃效率作为地质模型的输入，所述地质模型被配置成分析通过地质历史从所述烃源岩的烃排驱。
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