CN114705650B - 一种岩石中有机质成熟度评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种岩石中有机质成熟度评价方法，包括：将岩石样品研磨成粉末；设定升温程序对粉末样品进行加热；在加热升温过程中使用甲烷含量检测器检测样品释放的甲烷信号，并且同时记录待测样品的温度数据；寻找甲烷含量检测器检测到的信号峰值，利用该峰值对应的时间点寻找该时间点样品的温度数值；利用预先确定的甲烷信号峰值对应的温度数值与有机质成熟阶段的对应关系，确定所述样品的有机质成熟阶段。该方法适用于各个成熟度范围的岩石样品，为油气资源评价提供准确的成熟度参数。

Description

一种岩石中有机质成熟度评价方法
技术领域
本发明涉及石油地质分析测试技术领域，尤其是指一种岩石中有机质成熟度评价方法。
背景技术
根据石油有机成因理论，石油和天然气是在地质历史发展过程中，由保存在岩石中的有机质逐步转化生成的。岩石中保存的大量有机质，在一定的温度条件下，经历漫长的时间达到一定的热演化程度才能形成石油和天然气。岩石中有机质的热演化程度即成熟度，成熟度可分为未成熟阶段、成熟阶段、高成熟阶段以及过成熟阶段，有机质在不同的成熟阶段生成不同性质及成因的油气。因此，岩石中有机质成熟度评价是油气资源评价工作中重要部分之一，对油气资源的勘探开发工作具有重要意义。
目前用于评价岩石中有机质成熟度的方法有镜质体反射率、拉曼光谱、红外光谱、传统岩石热解Tmax以及各种分子表征物等等。这些方法都有其积极的贡献，但也仍存在一些未解决的难题。例如，测量镜质体反射率时要求被检测岩石中必须有这种物质的存在，而且此方法对检测者的要求很高，同一个样品被不同检测者检测的差异也可能很大，同时该方法不适合在石油钻井现场开展实施。传统岩石热解Tmax所测得的总烃含量实际上同时包含了热裂解新生烃类和新生烃进一步裂解两部分的混合信息。这两个过程所依赖的动力学原理并不相同，因此得到的结果与成熟度的对应关系往往不够准确，比如在有机质成熟度较高时，会出现没有信号峰或出现双峰。所以建立一个或者一套可靠的、样品之间可直接对比的成熟度评价方法一直是油气地球科学家追求的目标。
发明内容
为此，本发明要解决的技术问题在于如何在石油钻井现场准确快速地评价各热演化阶段的岩石中有机质的成熟度。
为解决上述问题，本发明提供了一种岩石中有机质成熟度评价方法，包括以下步骤：S101将岩石样品研磨成粉末；S102设定升温程序对粉末样品进行加热；S103在加热升温过程中使用甲烷含量检测器检测样品释放的甲烷信号，并且同时记录待测样品的温度数据；S104寻找甲烷含量检测器检测到的信号峰值，利用该峰值对应的时间点寻找该时间点样品的温度数值；S105利用预先确定的甲烷信号峰值对应的温度数值与有机质成熟阶段的对应关系，确定所述样品的有机质成熟阶段。
优选的，所述步骤S101中的粉末粒度要求大于100目；
优选的，所述步骤S102中的升温程序为，在90℃下恒温2分钟，然后立即上升至300℃并恒温3分钟，然后从300℃开始，以50℃/min的速率上升至600℃，最后在600℃下恒温1分钟；
优选的，所述步骤S105中的有机质成熟阶段分为低成熟阶段、成熟阶段、高成熟阶段和过成熟阶段；
优选的，所述步骤S105中甲烷信号峰值对应的温度数值与有机质成熟阶段的对应关系的确定方法为：挑选权利要求4所述各个成熟阶段的岩石样品，重复步骤S101至步骤S104，得到各成熟阶段对应的甲烷信号峰值对应的温度数值。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：首先，本发明通过对单一成分简单的物质甲烷进行测量，降低了样品内不同组分的干扰。传统岩石热解Tmax方法，检测的是存留烃和新生成烃这些成分复杂的混合物，每个组分，都有自己的生成和裂解变化过程，叠加在一起时，造成峰型和出峰时间的不确定性。其次，高成熟度的样品仍然能够稳定地生成甲烷，从而能够稳定地形成足够强的信号，避免传统岩石热解Tmax那样出现双峰或者信号严重降低而无法正确读取的困难。再者，甲烷在850℃以下稳定存在，随着有机质的受热裂解，甲烷的量逐渐增加。这使得甲烷的信号，可以覆盖比传统岩石热解Tmax峰更宽的区间，可以作为连接低、中、高成熟度的范围的一个统一的标准，增加单井-盆地-区域甚至更大尺度上的可对比性。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明的不同成熟度样品甲烷生成过程活化能分布图；
图2是本发明实施例中岩石中有机质成熟度评价方法的工作流程图。
具体实施方式
在自然环境下，随着岩石样品有机质成熟度的增加，有机质的组成也发生一系列变化。相对应地，当这些样品在实验室中被高温裂解时,新产生的甲烷气体的产生规律也发生变化。这些变化具体反映在甲烷信号峰的峰值和峰值出现的时间上。除了稳定的甲烷以外，其他烃类在高温下都有继续裂解的倾向。因此传统岩石热解所测得的总烃含量实际上同时包含了热裂解新生烃类和新生烃进一步裂解两部分的混合信息。这两个过程所依赖的动力学原理并不相同，因此得到的结果与成熟度的对应关系往往不够准确。
通过对一系列不同成熟度样品进行甲烷生成过程测试，发现甲烷的生成量会减少，并且生成的时间相应地延后。这是因为，一部分可以生成甲烷的前体物质(母质)已经在地质状态下生成了甲烷，而那部分甲烷已经丢失，并不包括在当前能观测到的甲烷总量里面。这种变化，反映在甲烷的生成动力学上，将是能量分布的向右偏移，也就是需要生产甲烷的能力要求更高了
(图1)。甲烷生成的峰值也就相应地右移，对应的峰值出现时的温度值也就增加了。这就是甲烷信号峰值温度对于有机质成熟度的响应机理。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
参照图2所示：一种岩石中有机质成熟度评价方法，包括以下步骤：
S101将岩石样品研磨成粉末。使用无有机质的高硬度研钵，优选玛瑙研钵，玛瑙研钵硬度大于绝大部分岩石样品，研磨时不容易研磨下本身细渣，对样品无污染，粉碎研磨，优选的，研磨时研钵放在不易滑动的物体上，研杵持垂直，将块状样品先压碎至米粒大小再缓慢碾压。
研磨后，对粉末样品进行筛选，参考《岩石热解分析》GBT18602-2012，岩石、、粉末样品粒径应在0.07mm-0.15mm之间，优选使用100目筛网筛选得到粉末样品。本实例选择了中国西部某盆地的若干待测页岩样品，这些样品基本为高成熟至过成熟样品，使用传统岩石热解分析方法无法对其有机质成熟度进行评价。
S102设定升温程序对粉末样品进行加热。优选的，取若干质量的岩石样品，优选的是100mg，这样可以保证能够产生仪器有效量程范围内的信号强度。将粉末样品置于不锈钢坩埚中，设定升温程序进行加热，参考《岩石热解分析》GBT18602-2012，升温程序设定为在90℃下恒温2分钟，然后立即上升至300℃并恒温3分钟，然后从300℃开始，以50℃/min的速率上升至600℃，最后在600℃下恒温1分钟。
S103在加热升温过程中使用甲烷含量检测器检测样品释放的甲烷信号，并且同时记录待测样品的温度数据。整个加热过程中使用恒定流量40ml/min，该流量能够保证将样品释放的甲烷及时的输送至检测器，的惰性气体载气，载气优选价格低廉且对检测结果无影响的氮气，将样品受热释放的甲烷输送至甲烷红外检测器进行检测。根据选取的样品量所能释放出的甲烷浓度，甲烷红外检测器量程为0-10000ppm。使用计算机每隔一定时间，优选1秒，该时间间隔能够完整地记录信号变化过程且数据量没有冗余，记录甲烷信号值Sppm，以及不锈钢坩埚处的温度传感器的温度T℃。
S104寻找甲烷含量检测器检测到的信号峰值，利用该峰值对应的时间点寻找该时间点样品的温度数值。搜索到甲烷信号峰值Smax，以该峰值Smax处的时间得到该时间点的温度甲烷峰值温度CH4Tmax。如下表所示：
S105利用预先确定的甲烷信号峰值对应的温度数值与有机质成熟阶段的对应关系，确定所述样品的有机质成熟阶段。镜质体反射率是评价有机质成熟度的有效指标之一，国内外学者通过研究总结，根据镜质体反射率划分有机质成熟阶段标准如下表所示：
成熟阶段 未成熟 成熟 高成熟 过成熟
镜质体反射率/％ <0.5 0.5-1.3 1.3-2 >2
选取不同成熟阶段的岩石样品，将每个样品分为两份，一份进行镜质体反射率测试，另一份重复步骤(1)至(4)，得到不同成熟度样品的镜质体反射率Ro和CH4Tmax，如下表所示：
样品编号 镜质体反射率Ro/％ 甲烷峰值温度CH4Tmax/℃
B1 0.66 508
B2 0.87 517
B3 1.59 550
B4 1.92 570
B5 2.47 580
使用曲线拟合方法，优选最小二乘法线性拟合，因为Ro和CH4Tmax两者为线性关系，用最小二乘最简单方便且准确拟合得到二者函数关系：CH4Tmax＝k*Ro+b，当判定系数r2＝0.977时，拟合结果k＝42.022，b＝481.88，函数关系为：CH4Tmax＝42.022*Ro+481.88，根据此函数关系计算得到甲烷信号峰值对应的温度数值与有机质成熟阶段的对应关系：
成熟阶段 未成熟 成熟 高成熟 过成熟
甲烷峰值温度CH4Tmax/％ <500 500-540 540-570 >570
S106根据上表关系，待测样品的有机质成熟阶段分别为：
样品编号 甲烷峰值温度CH4Tmax/℃ 成熟阶段
1 578 过成熟
2 546 高成熟
3 502 成熟
4 572 过成熟
5 583 过成熟
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。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变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (2)

1.一种岩石中有机质成熟度评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101将岩石样品研磨成粉末；
S102设定升温程序对粉末样品进行加热；
S103在加热升温过程中使用甲烷含量检测器检测样品释放的甲烷信号，并且同时记录待测样品的温度数据；
S104寻找甲烷含量检测器检测到的信号峰值，利用该峰值对应的时间点寻找该时间点样品的温度数值；
S105利用预先确定的甲烷信号峰值对应的温度数值与有机质成熟阶段的对应关系；
S106确定所述样品的有机质成熟阶段；
步骤S105中的有机质成熟阶段分为低成熟阶段、成熟阶段、高成熟阶段和过成熟阶段；
步骤S105中甲烷信号峰值对应的温度数值与有机质成熟阶段的对应关系的确定方法为：挑选步骤S105中各个成熟阶段的岩石样品，将每个样品分为两份，一份进行镜质体反射率测试，另一份重复步骤S101至步骤S104，得到不同成熟度样品的镜质体反射率Ro和甲烷信号峰值对应的温度数值CH4Tmax，由于Ro和CH4Tmax两者为线性关系，用最小二乘法线性拟合得到二者函数关系：CH4Tmax＝k*Ro+b，根据上述函数关系计算得到甲烷信号峰值对应的温度数值与有机质成熟阶段的对应关系；
其中，步骤S102中的升温程序为，在90℃下恒温2分钟，然后立即上升至300℃并恒温3分钟，然后从300℃开始，以50℃/min的速率上升至600℃，最后在600℃下恒温1分钟。
2.根据权利要求1所述的一种岩石中有机质成熟度评价方法，其特征在于，所述步骤S101中的粉末粒度要求大于100目。
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