高-过成熟阶段源外分散可溶有机质成气定量评价方法

摘要

本发明公开了一种高-过成熟阶段源外分散可溶有机质成气定量评价方法，包括选取岩石样品与单井测井曲线对地层油裂解成气残留无效碳进行定量评价；建立源外分散可溶有机质成气定量评价模型，确定无效碳产率、分散可溶有机质各时期充注比例及成气转化率；对高-过成熟阶段源外分散可溶有机质成气量与成气期进行定量评价。本发明丰富了天然气勘探地质理论，完善了高-过成熟阶段分散可溶有机质成气的评价方法本发明应用于确定高-过成熟阶段源外分散可溶有机质成气期与成气量，该方法在无效碳反演技术方法的基础上，评价源外分散可溶有机质有着许多优点。

说明书

技术领域

本发明属于石油化工技术领域，涉及一种高-过成熟阶段源外分散可溶有机 质成气定量评价方法。

背景技术

天然气是一种重要的优质能源和可贵化工原料，其勘探、开发直接关系到 我国的能源安全和经济发展。我国天然气资源总量约为56万亿方，目前已探明 6.34万亿方，探明率仅为11.3％，远低于40％的世界平均水平，这预示着我国天 然气资源勘探潜力巨大。随着对天然气生成及成藏机理研究的逐步加深，学者 们对烃类天然气气源的研究取得了重要的进展，但一直没有完全突破传统烃源 理论的框架。除生物成因气外，干酪根在地质条件下生油、生气，所生成原油 进一步裂解成气已成为大家的共识(Tissot等，1978；卢双舫，1996；刘文汇 等，2005)。但干酪根随地层沉积演化过程中所生成的原油，除了以油藏(古 油藏)这些聚集形式存在外，还有一部分以分散形式存在(包括烃源岩中未排 出的可溶有机质、散失在运移通道上的可溶有机质以及油藏经过改造而分散的 可溶有机质)，这部分分散可溶有机质在高演化阶段可以成气并能成为重要气 源(赵文智等，2005；刘文汇等，2005)。分散可溶有机质这一概念的提出， 丰富了天然气形成的地质理论，为天然气的勘探开发、资源评价提供了新思路。 学者们针对分散可溶有机质成气开展了探索性的研究工作(赵文智等，2005， 2006，2007；刘文汇等，2005，2006，2007；王兆云等，2006，2009)，刘文 汇等(2007)揭示了分散可溶有机质在碳酸盐岩、砂岩混合条件下与原油裂解 成气特征、成气规律之间的差异，赵文智等(2011)找出了判别滞留液态烃成 气的鉴别标志物，薛海涛等(2015)利用残留烃S₁这一热解参数建立低熟-成熟 阶段分散可溶有机质成气的反演计算模型，评价了塔里木盆地分散可溶有机质 的成气量，赵文智等(2015)将可溶有机质分为了源内分散可溶有机质、源外 分散可溶有机质及古油藏内的聚集型有机质，并给出了分散可溶有机质的鉴别 标准，最后利用校正后的S₁参数对四川盆地高-过成熟阶段震旦系地层中的分散 可溶有机质成气量进行了评价。

但是上述利用S₁参数反演计算方法在针对高-过成熟阶段的源外分散可溶 有机质进行成气量评价时，存在如下三方面问题：

①高-过成熟阶段储层及运移通道内残留的油都基本裂解成气，残留烃S₁参数极低，通常为0.01mg/g～0.1mg/g，进行原始裂解油量恢复时甚至能到10mg/g 以上，相差成百上千倍，计算误差极大；

②仅考虑了源外分散可溶有机质裂解成气时所处矿物环境的不同，并未考 虑含水量的不同，其含水量较古油藏与源内分散可溶有机质大；

③对源外分散可溶有机质的空间展布并未有良好的预测方法。

为此，本发明提出一种源外分散可溶有机质成气定量评价方法，寻找一种 能够更精确反应高-过成熟阶段源外分散可溶有机质裂解遗迹的参数，以此为基 础建立源外分散可溶有机质成气定量评价模型，对源外分散可溶有机质成气进 行定量评价的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高-过成熟阶段源外分散可溶有机质成气定量 评价方法，旨在解决高-过成熟阶段源外分散可溶有机质难以定量的问题及其裂 解成气期与成气量评价的问题。

本发明是这样实现的，一种高-过成熟阶段源外分散可溶有机质成气定量评 价方法，所述源外分散可溶有机质成气定量评价方法包括：

选取岩石样品与单井测井曲线对地层油裂解成气残留无效碳进行定量评 价；

建立源外分散可溶有机质成气定量评价模型，确定无效碳产率、分散可溶 有机质各时期充注比例及成气转化率；

对高-过成熟阶段源外分散可溶有机质成气量与成气期进行定量评价。

进一步，所述定量评价具体包括：

选择储层及运移通道上的岩石样品分别进行RockEval热解分析测出岩石 样品TOC、S₁、S₂，计算出TOC_无效碳的量；建立改进的ΔlogR法测井曲线与TOC_无效碳之间的关系模型，并根据实测数据对模型进行标定，预测地层无效碳的空间 展布。

进一步，所述评价模型的建立方法包括：

在不同的沉积埋藏史和热史条件下，烃源岩中的干酪根会分不同期次生成 油气，有n个生烃时期，第1期充注的烃到第n期的转化率记为Tr_1,n，第2期 记为Tr_2,n，第i期记为Tr_i,n，第n期记为Tr_n,n；第1期充注的烃的比例记为X₁， 第2期记为X₂，第i期记为X_i，第n期记为X_n；则第n期烃裂解成气比例等于 X_n·Tr_n,n，裂解成气的烃量为Q_裂；总充注烃量记为S₁⁰；则裂解成气的烃量等于总 充注烃量与各时期烃裂解成气比例总和的乘积：

Q_裂＝S₁⁰·(X₁·Tr_1,n+X₂·Tr_2,n+…+X_n·Tr_n,n)；

其中无效碳的质量TOC_无效碳等于总裂解气量乘以油中碳的质量分数0.83再 乘以无效碳的产率K_无效碳；

Q_裂·0.83·K_无效碳＝TOC_无效碳；

表示为总有机碳-残留烃和裂解烃中的碳的质量；

TOC_无效碳＝TOC-(S₁+S₂)·0.083；

总裂解成气量Q_og等于总裂解气量乘以油裂解成烃气产率K_烃气；

Q_og＝Q_裂·K_烃气；

各时期裂解成气量Q_ogi等于总充注烃量乘以烃气的产率再乘以各时期烃裂 解成气比例的总和：

Q_ogi＝S₁⁰·K_烃气·(X₁·Tr_1,i+X₂·Tr_2,i+…+X_i·Tr_i,i)。

进一步，所述对高-过成熟阶段源外分散可溶有机质成气量与成气期进行定 量评价包括确定源外分散可溶有机质计算模型中的各项参数，对源外分散可溶 有机质成气量与成气期进行计算。

进一步包括：

步骤一，无效碳产率K_无效碳的确定：选取与靶区近似的低成熟原油样品进行 金管热模拟实验，计量原油样品中碳的质量，收集反应产生的烃气与二氧化碳， 计量产物烃气与二氧化碳中碳的质量，用原油样品中碳的质量减去烃气中碳的 质量和二氧化碳中碳的质量可得无效碳的质量，最后用无效碳的质量比上原油 样品中的碳的质量即为无效碳的产率K_无效碳；

步骤二，不同时期充注比例X_n的确定：烃源岩在不同时期的排油量越大， 其充注进不同储层与运移通道的油量越大，用烃源岩不同时期的排烃效率来代 表不同时期充注比例X_n；

步骤三，不同时期分散可溶有机质裂解成气转化率Tr_n,n的确定：

根据源外储层与运移通道中的含水饱和度，用十八烷加水金管热模拟实验 模拟源外分散可溶有机质成气产率与转化率，以化学动力学为基础，结合靶区 沉积埋藏史与热演化史，计算源外分散可溶有机质各时期成气转化率；

最后将各项计算所得参数代入源外分散可溶有机质成气计算模型中，评价 源外分散可溶有机质成气。

本发明提供的高-过成熟阶段源外分散可溶有机质成气定量评价方法，丰富 了天然气勘探地质理论，完善了高-过成熟阶段分散可溶有机质成气的评价方法 本发明应用于确定高-过成熟阶段源外分散可溶有机质成气期与成气量，该方法 在在无效碳反演技术方法的基础上，评价源外分散可溶有机质有着许多优点。

与现有技术相比，具有以下优势：

①用无效碳反演计算源外分散可溶有机质成气量，评价结果更加精确合 理；

②热解、TOC测量实验成本较低，操作简单，分析周期短，无效碳参数容 易获取；

③应用加水十八烷金管热模拟实验结合化学动力学法计算源外分散可溶 有机质成气转化率，其结果更加接近地质实际。

附图说明

图1是本发明实施例提供的源外分散可溶有机质成气定量评价方法流程图。

图2是本发明实施例提供的四川盆地海相高演化阶段地层无效碳与残留烃 S₁的相关关系图。

图3是本发明实施例提供的高科1井实测与计算TOC的相关性示意图。

图4是本发明实施例提供的高石1井实测与计算TOC的相关性示意图。

图5是本发明实施例提供的高科1井建模预测结果和高石1井验证预测柱 状图。

图6是本发明实施例提供的筇竹寺组烃源岩成油-灯四段储层构造关键期叠 合示意图。

图7是本发明实施例提供的灯四段源外分散可溶有机质烃源灶(TOC_无效碳) 分布等值线图。

图8是本发明实施例提供的不同时期油气充注及原油裂解成气模式图。

图9是本发明实施例提供的与蒸馏水1：10混合条件下十八烷裂解生气转 化率与温度关系图。

图10是本发明实施例提供的灯四段源外分散可溶有机质各时期成气成气量 等值线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例， 对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以 解释本发明，并不用于限定本发明。

油在烃源岩外裂解时，在不同的裂解阶段，会残余一部分烃类与不能再裂 解的无效碳，这些残留烃与无效碳可以通过实验手段被检测出来，结合反演的 思想，用油裂解成气剩余的残留烃与无效碳来恢复原始裂解成气的油量，即可 得到源外分散可溶有机质的量，进而得到源外分散可溶有机质成气量。在高-过 成熟阶段时，油基本完全裂解成气，这时残留烃几乎为零，利用无效碳来恢复 源外分散可溶有机质的量更为合理。

下面结合附图对本发明的应用原理作进一步描述。

如图1所示，本发明实施例的高-过成熟阶段源外分散可溶有机质成气定量 评价方法包括以下步骤：

步骤一：选取岩石样品与单井测井曲线对地层油裂解成气残留无效碳进行 定量评价，结合烃源岩生油-储层构造关键期叠合图绘制源外分散可溶有机质烃 源灶(TOC_无效碳)分布图；

步骤二：建立源外分散可溶有机质成气定量评价模型，确定无效碳产率、 分散可溶有机质各时期充注比例及成气转化率；

步骤三：对高-过成熟阶段源外分散可溶有机质成气量与成气期进行定量评 价。

下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步的描述。

实施例1：

以四川盆地震旦系海相高-过成熟地层灯影组为例，其储层与运移通道内残 留烃量S₁几乎为零，而油裂解成气残余无效碳含量较高，是残留烃S₁的4～1200 倍(如图2)，用无效碳来反演计算高-过成熟阶段地层源外分散可溶有机质成 气量更为合理与精确。以川中乐山-龙女寺古隆起及其周缘地区为靶区，对筇竹 寺烃源岩外灯四段储层内分散可溶有机质成气期与成气量进行评价。

步骤一、灯四段储层及运移通道内无效碳含量的评价

选择灯四段储层样品进行有机碳测定实验与岩石热解分析实验，用所测 TOC、S₁及S₂参数得到无效碳含量TOC_无效碳(TOC_无效碳＝TOC-(S₁+S₂)·0.083)，用 改进的△logR法建立灯四段储层无效碳与声波、电阻率的关系模型，并用相邻 井进行验证，最后在整个川中地区进行应用。

以高科1井为例，首先进行模型建立，实测TOC与计算TOC相关性散点图 中看，高科1井实测TOC与计算TOC相关系数达到0.72(图3)，用高石1井 进行验证，高石1井实测TOC与计算TOC相关系数达到0.71具有较好的相关性 (图4)。可以将其拟合方程运用到周围井上进行预测(图5)。

在灯四段内部，上段的TOC普遍高于下段，说明在储层上部油更加容易聚 集，裂解的油量多于下段，储层中的构造高部位油气聚集裂解量多于构造低部 位。根据预测的无效碳值并结合主要生油期烃源岩层生烃强度和关键时期构造 线叠合图(图6)，绘制灯四段无效碳等值线图(图7)。

步骤二、模型的建立

在不同的沉积埋藏史和热史条件下，烃源岩中的干酪根会分不同期次排出 油气。假设有n个排烃时期，第1期充注的烃到第n期(现今)的转化率记为 Tr_1,n，第2期记为Tr_2,n，第i期记为Tr_i,n，第n期记为Tr_n,n；第1期充注的烃的 比例记为X₁，第2期记为X₂，第i期记为X_i，第n期记为X_n；则第n期烃裂解 成气比例等于X_n·Tr_n,n，裂解成气的烃量为Q_裂；总充注烃量记为S₁⁰；随着埋藏深 度的加大，充注油逐渐裂解，残余油量越来越少而油裂解成气残余无效碳含量 越来越高(如图8)。

裂解成气的烃量等于总充注烃量与各时期烃裂解成气比例总和的乘积：

Q_裂＝S₁⁰·(X₁·Tr_1,n+X₂·Tr_2,n+…+X_n·Tr_n,n)(1-1)

其中无效碳的质量TOC_无效碳等于总裂解气量乘以油中碳的质量分数(0.83) 再乘以无效碳的产率K_无效碳；

Q_裂·0.83·K_无效碳＝TOC_无效碳(1-2)

总裂解成气量Q_og等于总裂解气量乘以油裂解成烃气产率K_烃气；

Q_og＝Q_裂·K_烃气(1-3)

表示为总有机碳-残留烃和裂解烃中的碳的质量；

TOC_无效碳＝TOC-(S₁+S₂)·0.083(1-4)

各时期裂解成气量Q_ogi等于总充注烃量乘以烃气的产率再乘以各时期烃裂 解成气比例的总和：

Q_ogi＝S₁⁰·K_烃气·(X₁·Tr_1,i+X₂·Tr_2,i+…+X_i·Tr_i,i)(1-5)

步骤3，确定源外分散可溶有机质计算模型中的各项参数，对源外分散可溶 有机质成气量与成气期进行计算。

①无效碳产率K_无效碳的确定：选取与靶区近似的低成熟原油样品进行金管 热模拟实验，计量原油样品中碳的质量，收集反应产生的烃气与二氧化碳，计 量产物烃气与二氧化碳中碳的质量，用原油样品中碳的质量减去烃气中碳的质 量和二氧化碳中碳的质量可得无效碳的质量，最后用无效碳的质量比上原油样 品中的碳的质量即为无效碳的产率K_无效碳。

下面结合实验对本发明的应用效果作详细的说明。

由于四川盆地灯四段储层处于高-过成熟阶段，并无油样。取塔里木盆地海 相奥陶系地层中的原油样品作为代替，将塔东2井、轮南57井及塔中62井原 油样品进行金管实验，实验结果如表1所示，从实验结果来看无效碳产率K_无效碳平均值为56.75％，烃气的产率K_烃气平均值为475mg/g。

表1不同原油裂解烃气产率与无效碳产率表

②不同时期充注比例X_n的确定：烃源岩在不同时期的排油量越大，其充注 进不同储层与运移通道的油量越大，用烃源岩不同时期的排烃效率来代表不同 时期充注比例X_n。

③不同时期分散可溶有机质裂解成气转化率Tr_n,n的确定：

根据源外储层与运移通道中的含水饱和度，用十八烷加水金管热模拟实验 模拟源外分散可溶有机质成气转化率与时间-温度的关系，以化学动力学为基 础，标定源外分散可溶有机质成气动力学参数(如表2)，结合靶区沉积埋藏史 与热演化史，计算源外分散可溶有机质各时期成气转化率，如图9。

最后将各项计算所得参数代入源外分散可溶有机质成气计算模型中，结合 灯四段储层岩石密度(2.6t/m³)及厚度展布图评价源外分散可溶有机质各时期 成气量。从图10来看，灯四段源外分散可溶有机质在各个地质历史时期成气总 量为52.82万亿方，三叠纪末-侏罗纪末时期内源外分散可溶有机质成气量为最 高值，生气量为44.23万亿方，约占各个地质历史时期成气总量的84％，主要分 布在川中低平构造区的东部，高值区位于川中低平构造区的中东部-磨溪8井、 磨溪11井附近；其次为源外分散可溶有机质在二叠纪末-三叠纪末时期的成气 量，为6.16万亿方，主要分布在川中低平构造区中东部，高值区位于川中低平 构造区中部，靠近古断裂槽，灯四段在此处存在不整合面，在古断裂槽内由于 麦地坪组填充可能存在油气从麦地坪组直接侧向运移到灯四段的油气运移活 动，使该区域出现高值；其余各时期灯四段源外分散可溶有机质的成气作用很 微弱，合计约占灯四段各个地质历史时期源外分散可溶有机质成气总量的4.6％。

表2与蒸馏水1：10混合条件下十八烷裂解生气化学动力学参数表

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。