CN112748143A - 一种页岩油原地量计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种页岩油原地量计算方法，包括以下步骤：S1、将页岩样本按抽提前和抽提后两组进行岩石热解测试，获得抽提前后两组的可溶烃S1和S1post、热解烃S2和S2post、TOC和TOCpost；S2、对抽提后测试的热解烃S2post进行TOC等价校正，计算S2与校正后的S2post的差值，得到吸附油Oa；S3、拟合建立吸附油Oa与可溶烃S1的关系，对页岩待测样进行岩石热解测试，获得可溶烃S1’；用该关系式，根据页岩待测样的可溶烃S1’计算其吸附油Oa’；S4、计算轻烃补偿系数kHC；S5、根据页岩待测样的可溶烃S1’、吸附油Oa’和轻烃补偿系数kHC，得到页岩油原地量Oip。

Description

一种页岩油原地量计算方法
技术领域
本发明涉及地质勘探技术，具体涉及一种页岩油原地量计算方法。
背景技术
页岩油原地量计算是页岩油资源评价的关键技术方法。在常规油气勘探面临困难的时候，北美在二叠盆地、威利斯顿、西湾、阿巴拉楔亚、西加沉积盆地等盆地的页岩油勘探和研究取得了重大进展。中国在鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地、松辽、准噶尔盆地等盆地也发现了页岩油。2017年美国的页岩油(含致密油)产量达到了16.2×108bbl，占其石油总产量的47.6％。美国页岩革命的成功使其油气自给率大幅度提高，石油消费对外依存度降低到10％。中国在页岩油(含致密油)勘探与评价方面进行了积极的探索，也取得了一定的成效，发现了新安边等油田。截至2018年底，中石油探区内已探明页岩油地质储量3.77亿吨、剩余控制+预测18.3亿吨，三级储量22.1亿吨，新建产能329万吨。页岩油将有望成为中国石油重要的接替资源。因此，页岩油原地量计算对页岩油资源评价具有重要的价值。
本发明中，页岩油原地量是指地下页岩层中每克岩石含有的石油毫克量(mg/g岩石)，与岩石热解参数S1(可溶烃)和S2(热解烃)的单位相同。
目前，页岩油原地量计算主要通过岩石热解参数的统计分析获得。薛海涛等提出了页岩含油率的校正的方法，包括S1的轻烃补偿和重烃补偿(薛海涛，田善思，王伟明等.页岩油资源评价关键参数——含油率的校正[J].石油与天然气地质,2016,37(1):15-22)。谌卓恒等，提出了一种页岩油的资源潜力及流动性评价方法，包括游离烃及轻烃损失的计算、吸附油的计算等(谌卓恒，黎茂稳，姜春庆，等.页岩油的资源潜力及流动性评价方法——以西加拿大盆地上泥盆统Duvernay页岩为例[J].石油与天然气地质,2019,40(3):459-468)。Michael等提出用原油的密度指数API与C15以下烃的含量来估计C15以下轻烃损失(Michael G E,Packwood J,Holba A.Determination of in-situ hydrocarbon volumesin liquid rich shale plays[C]//Unconventional Resources TechnologyConference,Denver,Colorado,USA,2013,8)。Jarvie建议对同一样品进行两次单独的热解实验，对其中一次用有机溶剂对样品萃取将可溶有机物除去后再做热解，然后通过计算两个热解烃S2之差的方法获得吸附油。Jarvie认为抽提后热解的游离烃为溶剂污染，应该不计算在吸附油(Jarvie D M.Shale resource systems for oil and gas:part 2—shale-oil resource systems[C]//Breyer J A.Shale reservoirs—giant resources for the21st Century:AAPG Memoir 97，2012:89-119)。但Li等认为这部分很可能是隔离在纳米孔中的游离组分，抽提的结果削弱对这些游离组分的隔离，使得这部分在抽提后的样品分析中以游离烃的状态出现，即抽提后热解的游离烃为吸附油(Li M,Chen Z,Ma X,et al.Anumerical method for calculating total oil yield using a single routine岩石-Eval program:A case study of the Eocene Shahejie Formation in DongyingDepression,Bohai Bay Basin,China[J].International Journal of Coal Geology,2018,191:49-65)。
以上计算方法存在以下不足：
(1)在吸附油计算方面：抽提前和抽提后的热解测试样品，不是指一个样品前后做两次岩石热解测试，而是指一个样品分成两块，其中一块直接做岩石热解测试，另一块要经过抽提后再做岩石热解测试。显然，这就要求两块样品TOC及其他地化指标完全一样，否则前后两次测试结果无法对比。然而，以上方法中都没有考虑页岩普遍存在较强非均质性的因素，没有做两块样品的TOC等价校正。
(2)在轻烃补偿方面：尽管考虑到地下与地面油的体积变化和密度变化的影响，但在采用物质守恒法时，地下油总量被认为是轻烃的总量。用地下油体积与密度相乘获得的油量，实际上包括了重烃部分，而不仅仅是轻烃。这样就造成了轻烃补偿不足的问题。
发明内容
为解决以上至少之一的技术问题，本发明提供一种页岩油原地量计算方法。
为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种页岩油原地量计算方法，其包括以下步骤：
一种页岩油原地量计算方法，其包括以下步骤：
S1、将页岩样本按抽提前和抽提后两组进行岩石热解测试，获得抽提前后两组的可溶烃S1和S1post、热解烃S2和S2post、TOC和TOCpost；
S2、对抽提后测试的热解烃S2post进行TOC等价校正，计算S2与校正后的S2post的差值，得到吸附油Oa；
S3、拟合建立吸附油Oa与可溶烃S1的关系，对页岩待测样进行岩石热解测试，获得可溶烃S1’；用该关系式，根据页岩待测样的可溶烃S1’计算其吸附油Oa’；
S4、计算轻烃补偿系数kHC；
S5、根据页岩待测样的可溶烃S1’、吸附油Oa’和轻烃补偿系数kHC，得到页岩油原地量Oip。
以下针对每一步骤进行详细说明：
S1、将页岩样本按抽提前和抽提后两组进行岩石热解测试，获得抽提前后两组的可溶烃S1和S1post、热解烃S2和S2post、TOC和TOCpost。
其中，将页岩样本按氯仿沥青“A”抽提。
优选地，S1中，将每个页岩样本切割成两块，一块直接进行岩石热解测试，另一块进行页岩油抽提之后再进行岩石热解测试。
优选地，所属页岩样本的数量≥10，此时拟合结果较为可靠。
S2、对抽提后测试的热解烃S2post进行TOC等价校正，计算S2与校正后的S2post的差值，得到吸附油Oa。
吸附油一般用页岩抽提前和抽提后测试的热解烃(S2)的差值表示。抽提前和抽提后的热解测试，不是指一个样品前后做两次岩石热解测试，而是指一个样品分成两块，其中一块直接做岩石热解测试，另一块要经过有机质抽提后再做岩石热解测试。显然，这就要求两块岩石TOC及其他地化指标完全一样，否则前后两次测试结果无法对比。
本发明认为，页岩普遍存在较强非均质性，两块前后测试的页岩在TOC含量等方面通常存在不等价现象。因此，前后两次测试结果在对比之前需要做TOC等价校正，以确保两次结果具有可比性。本发明引入TOC等价系数，来校正吸附油计算式，即：
Figure BDA0002253392670000031
式中：Oa——吸附油，mg/g岩石；
S2——抽提前测试的岩石热解烃，mg/g岩石；
S2post——抽提后测试的岩石热解烃，mg/g岩石；
TOCeq——TOC等价系数，无量纲；
TOC——用于抽提前测试的岩石总有机碳含量，％；
TOCpost——用于抽提后测试的岩石总有机碳含量，％；
Aex——抽提的可溶有机物，mg/g岩石；
δ——碳烃转化系数，1000×(1/0.833)，即0.833克有机碳可转化为1000毫克烃；本发明取值1200。
S3、拟合建立吸附油Oa与可溶烃S1的关系，对页岩待测样进行岩石热解测试，获得可溶烃S1’；用该关系式，根据页岩待测样的可溶烃S1’计算其吸附油Oa’。
由于存在测试费用和测试周期等因素，多数样品只做抽提前的测试。在没有抽提后测试数据的情况下，无法通过(式1)计算吸附油。针对这一难题，本发明提出用拟合法计算吸附油。具体如下：将可溶烃S1作为自变量(x轴)、吸附油Oa作为因变量(Y轴)，绘制两者关系图，并拟合出趋势曲线，取相关系数最大的曲线类型，形成Oa与S1关系式(图2)，即：
Figure BDA0002253392670000041
式中：α、β为回归系数，本发明实施例中分别0.5537和1.672；
S1——为抽提前测试的可溶烃，mg/g岩石。
S4、计算轻烃补偿系数kHC。
优选地，S4中根据地层原地量与地表现有量的关系，基于物质守恒原理计算轻烃补偿系数kHC。
从地下页岩取样及岩石热解样品制作等过程中存在易挥发的轻烃损失，因此需要做轻轻补偿。本发明提出了一种基于物质平衡的补偿系数计算方法，即:
地下原始页岩油量为：
Qorig＝Vsub×ρsub (式3)
地面目前页岩油量为：
Qpres＝Vsur×ρsur (式4)
轻烃补偿系数，即原始量与目前量之比为：
kHC＝Qorig/Qpres＝(Vsub/Vsur)×(ρsub/ρsur)＝Bo×(ρsub/ρsur) (式5)
式中：kHC——轻烃补偿系数，无因次；
Qorig——地下原始页岩油量，t；
Qpres——地面目前页岩油量，t；
Vsub——地下页岩油体积，m3；
Vsur——地面页岩油体积，m3；
Bo——原油地层体积系数，无量纲；
ρsub——地层原油密度，t/m3；
ρsur——地面原岩油密度，t/m3；
本领域技术人员容易理解的，轻烃补偿系数最终公式中的Bo、ρsub和ρsur为油田开发数据或类比相似油田的开发数据获得。
以上公式是基于页岩油原地量的补偿，即补偿的基数既包括S1，也包括吸附油。现有技术中的轻烃补偿系数有些是直接测试得到的；有些是根据密度测算的。但含义有差别，本发明补偿的基数是S1+Oa；常用的补偿的基数是S1，不包括Oa。
S5、根据页岩待测样的可溶烃S1’、吸附油Oa’和轻烃补偿系数kHC，得到页岩油原地量Oip。
页岩油原地量Oip的计算过程为：先计算烃补偿量，然后将页岩待测样的可溶烃S1’、吸附油Oa’和轻烃补偿量加和得到页岩油原地量Oip；或者，根据页岩待测样的可溶烃S1’、吸附油Oa’和轻烃补偿系数kHC直接计算得到页岩油原地量Oip。
页岩油原地量包括吸附油、可动油(S1)及轻烃补偿量，因为以上S4中计算的轻烃补偿系数是基于页岩油原地量的补偿，即补偿的基数既包括S1，也包括吸附油，因此，页岩油原地量Oip的计算式为：
Figure BDA0002253392670000051
式中：Oip——页岩油原地量，mg/g岩石。
优选地，所述轻烃补偿量＝(S1’+Oa’)×(kHC-1)。
本发明的页岩油原地量计算方法包括：将页岩样本按氯仿沥青“A”抽提前和抽提后两组进行岩石热解测试，获得抽提前后两组的可溶烃S1和S1post、热解烃S2和S2post、TOC和TOCpost；对抽提后测试的热解烃S2post进行TOC等价校正，计算S2与校正后的S2post的差值，得到吸附油；通过拟合，建立吸附油与可溶烃S1的关系，用该关系式计算未做抽提测试的页岩待测样的吸附油；根据地层原地量与地表现有量的关系，基于物质守恒原理计算轻烃补偿系数；将可溶烃、吸附油和轻烃补偿量加和得到页岩油原地量，或根据可溶烃、吸附油和轻烃补偿系数直接得到页岩油原地量。
本发明与现有方法对比具有以下有益效果：
(1)考虑页岩普遍存在较强非均质性的因素，本发明对抽提前、后做两块样品的热解烃做了TOC等价校正，使吸附油计算结果更合理。
(2)由于存在测试费用、测试周期和工作量等因素，多数样品只做抽提前的测试，没有抽提后测试数据。针对这一难题，本发明提出用拟合法计算吸附油，大大降低了对实验数据的要求，拓宽了应用范围。
(3)用地下油体积与密度相乘获得的油量，实际上包括了重烃部分，而不仅仅是轻烃。这样就造成了轻烃补偿不足的问题。针对这一难题，本发明提出了一种基于物质平衡的补偿系数计算方法，使轻烃补偿量的计算更准确。
附图说明
图1为本发明页岩油原地量计算方法的流程图。
图2为本发明实施例中校正后吸附油与可溶烃的关系。
图3为本发明实施例中未校正吸附油与可溶烃的关系。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
鄂尔多斯盆地横跨陕、甘、宁、蒙、晋五省区，北部为鄂尔多斯高原，海拔1200m～1500m，南部为黄土高原，海拔800m～1600m，隶属华北地台，是一个稳定沉降、坳陷迁移的克拉通盆地，面积约25×104km2。
鄂尔多斯盆地三叠系延长组是一套陆相碎屑岩沉积地层，南厚北薄，最大厚度超过1000m，自上而下划分为长1—长10共10个油层组，其中致密储层油、页岩油主要位于第7个油层组(简称长7)。
长7分布面积约10×104km2，埋深在600～2900m之间，厚度为70～130m，是一套深湖、半深湖、浅湖、三角洲前缘沉积，是中国页岩油分布的最重要地层之一。
以下以长7页岩为例对本发明的页岩油原地量计算方法进行举例说明，参见图1流程图：
S1：将页岩按抽提前和抽提后两组进行岩石热解测试，获得抽提前后两组可溶烃S1、热解烃S2和TOC含量数据。
具体是将每个页岩样本切割成两块，一块直接进行岩石热解测试，另一块进行页岩油抽提之后再进行岩石热解测试。
抽提前和抽提后热解数据见表1。
表1抽提前和抽提后热解数据
Figure BDA0002253392670000071
注：S1、S2、Aex、S1post、S2post、Oa的单位为mg/g岩石；TOC和TOCpost的单位为％。
S2：计算吸附油
根据表1中9个样品的数据，按(式1)计算各样品吸附油，结果见表1中最后1列。从表中可见，当抽提前后TOC含量差别较大时，校正前后的吸附油相差较大。
Figure BDA0002253392670000072
式中：Oa——吸附油，mg/g岩石；
S2——抽提前测试的岩石热解烃，mg/g岩石；
S2post——抽提后测试的岩石热解烃，mg/g岩石；
TOCeq——TOC等价系数，无量纲；
TOC——用于抽提前测试的岩石总有机碳含量，％
TOCpost——用于抽提后测试的岩石总有机碳含量，％；
Aex——抽提的可溶有机物，mg/g岩石；
δ——碳烃转化系数，取1200。
S3：建立吸附油与可溶烃的关系
分别绘制出校正前后吸附油与可溶烃关系图(图2和图3)。
图2中，
Figure BDA0002253392670000081
图3中，
Figure BDA0002253392670000082
x为S1，y为Oa。
可见，通过校正的曲线复相关系数R2高达0.8056；未校正的只有0.1464。显然校正过程相当重要。
S4：计算轻烃补偿系数
长7页岩的原油密度和原油体积系数见表2。根据(式5)，轻轻补偿系数为：
kHC＝Bo×(ρsub/ρsur)＝1.222×(0.748/0.839)＝1.09
表2长7页岩原油主要性质
Figure BDA0002253392670000083
S5：计算吸附油、页岩油原地量及轻烃补偿量
长7页岩油原地量计算结果详见表3。已知长7页岩20个测试样品的S1含量(表3第2列)，根据(图2中关系式)计算出吸附油，结果详见表3第3列。
根据(式6)计算出页岩油原地量，即S1与吸附油加和后乘以轻烃补偿系数。将页岩油原地量减去吸附油与可溶烃之和得到轻烃补偿量，总补偿系数为页岩油原地量除以S1。从表3中发现，总补偿系数平均值为2.46，说明吸附油和轻轻补偿量对页岩油原地量的计算非常重要。即地下页岩中石油原地量比S1含量大2.46倍；说明地下页岩油原地量规模较大，对今后战略部署具有参考价值。
表3长7页岩油原地量计算结果
Figure BDA0002253392670000091
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种页岩油原地量计算方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S1、将页岩样本按抽提前和抽提后两组进行岩石热解测试，获得抽提前后两组的可溶烃S1和S1post、热解烃S2和S2post、TOC和TOCpost；
S2、对抽提后测试的热解烃S2post进行TOC等价校正，计算S2与校正后的S2post的差值，得到吸附油Oa；
S3、拟合建立吸附油Oa与可溶烃S1的关系，对页岩待测样进行岩石热解测试，获得可溶烃S1’；用该关系式，根据页岩待测样的可溶烃S1’计算其吸附油Oa’；
S4、计算轻烃补偿系数kHC；
S5、根据页岩待测样的可溶烃S1’、吸附油Oa’和轻烃补偿系数kHC，得到页岩油原地量Oip。
2.根据权利要求1所述的页岩油原地量计算方法，其特征在于，将页岩样本按氯仿沥青“A”抽提。
3.根据权利要求1所述的页岩油原地量计算方法，其特征在于，S1中，将每个页岩样本切割成两块，一块直接进行岩石热解测试，另一块进行页岩油抽提之后再进行岩石热解测试。
4.根据权利要求1-3任一项所述的页岩油原地量计算方法，其特征在于，S2中引入TOC等价系数，来校正吸附油计算式，即：
Figure FDA0002253392660000011
式中：Oa——吸附油，mg/g岩石；
S2——抽提前测试的岩石热解烃，mg/g岩石；
S2post——抽提后测试的岩石热解烃，mg/g岩石；
TOCeq——TOC等价系数，无量纲；
TOC——用于抽提前测试的岩石总有机碳含量，％；
TOCpost——用于抽提后测试的岩石总有机碳含量，％；
Aex——抽提的可溶有机物，mg/g岩石；
δ——碳烃转化系数。
5.根据权利要求4所述的页岩油原地量计算方法，其特征在于，S3中拟合建立的吸附油Oa与可溶烃S1的关系式为：
Figure FDA0002253392660000021
式中：α、β为回归系数。
6.根据权利要求5所述的页岩油原地量计算方法，其特征在于，S4中根据地层原地量与地表现有量的关系，基于物质守恒原理计算轻烃补偿系数kHC。
7.根据权利要求6所述的页岩油原地量计算方法，其特征在于，S4中轻烃补偿系数kHC的计算过程包括：
地下原始页岩油量为：
Qorig＝Vsub×ρsub (式3)
地面目前页岩油量为：
Qpres＝Vsur×ρsur (式4)
轻烃补偿系数kHC，即地下原始页岩油量与地面目前页岩油量之比为：
kHC＝Qorig/Qpres＝(Vsub/Vsur)×(ρsub/ρsur)＝Bo×(ρsub/ρsur) (式5)
式中：kHC——轻烃补偿系数，无因次；
Qorig——地下原始页岩油量，t；
Qpres——地面目前页岩油量，t；
Vsub——地下页岩油体积，m3；
Vsur——地面页岩油体积，m3；
Bo——原油地层体积系数，无量纲；
ρsub——地层原油密度，t/m3；
ρsur——地面原岩油密度，t/m3。
8.根据权利要求7所述的页岩油原地量计算方法，其特征在于，S5中页岩油原地量Oip的计算过程为：
先计算烃补偿量，然后将页岩待测样的可溶烃S1’、吸附油Oa’和轻烃补偿量加和得到页岩油原地量Oip；
或者，根据页岩待测样的可溶烃S1’、吸附油Oa’和轻烃补偿系数kHC直接计算得到页岩油原地量Oip；页岩油原地量Oip的计算式为：
Figure FDA0002253392660000022
式中：Oip——页岩油原地量，mg/g岩石。
9.根据权利要求8所述的页岩油原地量计算方法，其特征在于，所述轻烃补偿量＝(S1’+Oa’)×(kHC-1)。
10.根据权利要求5所述的页岩油原地量计算方法，其特征在于，α、β分别为0.5537和1.672。
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