一种油气资源评价中外部氢指数的确立方法及其应用

摘要

本发明提供了一种油气资源评价中外部氢指数的确立方法，包括以下步骤：S1、建立地质模型：通过石油地质学研究，确定待评价地区的基本地质概况，包括温度、压力、生烃母质类型、外部氢源的供应形式以及外部氢源的作用时机，构建地质模型；S2、采用步骤S1构建的地质模型，开展生烃母质的生烃模拟实验，实验组加入外部氢源，对照组不加入外部氢源，实验组和对照组产生的同类烃类物质的质量比值即为外部氢指数I

说明书

技术领域

本发明属于石油与天然气勘探领域，涉及一种油气资源评价中外部氢指数的确立方法及其应用。

背景技术

油气资源评价，即对含油气盆地内生烃母质的生油潜力进行评价，是判断一个区块、一个构造单元乃至一个含油气盆地的勘探开发潜力的关键。

前人已经对油气资源评价方法进行了大量的研究。现有技术中油气资源量的计算，可以分为两种方法：一种是间接法或者地质类比法，另一种是直接法。前者以勘探程度较高的盆地为标准，通过全部地质储量与总有机碳之间关系得到有机碳转化系数，计算相似地质条件的盆地的烃源岩生油量，近而评价盆地的资源量。后者是以烃源岩生烃模拟实验为基础，计算烃源岩的生油量。

间接法的主要计算方法包括氯仿沥青法，其生油量的计算公式为：

Q＝H×S×D×B×K_B

其中，Q—生油量(t)

H—生油层厚度(m)

S—生油区面积(m²)

D—烃源岩密度(t/m³)

B—烃源岩沥青含量(％)

K_B—转化系数。

直接法主要包括干酪根降解数学模型法和用热解模拟结果进行生油量计算。

干酪根降解数学模型法的需要的主要参数分为地质参数和有机质参数。前者主要由盆地沉降速度、地表温度、地温梯度、岩石比重等构成，后者主要包括干酪根数量、干酪根类型以及干酪根生烃的活化能。热解模拟结果进行生油量计算的方法，其计算公式为：

其中：Q_i—盆地内第i个区块的资源量，

C_原—烃源岩原始有机碳值，％，

CP/C—降解率，

M—区块内烃源岩厚度，km，

D—区块内烃源岩密度，23×10⁸t/km³，

Q—盆地资源量，10⁸t。

上述油气资源评价方法中，均认为生成石油与天然气的主要物质，即碳元素与氢元素，全部来自生烃母质。因此，可以利用有机碳的含量，即TOC与干酪根含有的氢的数量，即氢指数I_H对烃源岩的生烃潜力进行评价。无论间接法还是直接法，在计算烃源岩生烃量的过程中，主要考虑总有机碳及其转化物氯仿沥青的高低，而对氢元素的考虑较少，对于生烃母质之外的氢元素的作用，考虑的就更少了。

在国内外的研究中，对于常用的间接法与直接法给予了充分关注，从建立地质模型、计算方法理论等方面进行了深入研究，并形成了一些新技术和新方法。这些技术和方法，主要包括：(1)预测烃源岩的分布；(2)对烃源岩进行资源评价的地质模型以及(3)对烃源岩进行资源评价的方法。

在对烃源岩进行资源评价的方法领域，申请号为201410042090.0的专利申请公开了一种利用实验及地球物理数据判断烃源岩有机碳含量(TOC)的方法，但并未涉及到烃源岩之外的氢元素对生烃的影响。申请号为201410550854.7的专利申请，公开了一种对烃源岩生烃产率进行详细研究的方法，但在研究过程中，没有对氢元素的作用进行讨论。

在构造简单地区，上述油气资源评价方法发挥了重要作用，对正确评价油气资源量，确定盆地勘探策略起到了关键的支撑作用。但在油气开发过程中，部分盆地或者区块的原油与天然气的产量之和，大于计算所得的资源量。这一方面与勘探开发技术的进步有关，但也与目前应用的油气资源评价方法的局限性有关。

目前的油气资源评价方法及与之相关的地质建模、参数选择等方法中，很少考虑外部氢元素对油气形成的作用。但已有研究表明，烃源岩之外的氢元素，如H₂O与H₂可以极大的促进烃源岩的生烃能力。目前在烃源岩之外的氢元素的研究主要集中在机理研究领域的定性描述方面，即对外部氢元素促进烃源岩生烃的过程进行分析，进而对外部氢元素对油气资源量的影响进行定性或者半定量描述。但是对如何在油气资源评价过程中确定外部氢元素的作用及其对油气资源量的影响，形成外部氢元素影响下的油气资源量计算方法，尚未见报导。因此，以目前的油气资源评价方法对发育深部流体的含油气盆地或区块进行油气资源评价，必将造成对油气资源量的低估，从而造成在某一发育深部流体的区块或盆地中，油气产量大于资源量的现状。

发明内容

为了更准确的对油气资源进行评价，本申请提出了外部氢指数的概念，用来评价外部氢源对生烃母质生烃的贡献程度。在油气资源评价的过程中，考虑外部氢指数，解决了现有技术中对生烃母质之外的氢元素对生烃影响作用考虑不足的问题，从而更加精确地对发育深部流体或者含油气盆地深部的油气资源进行准确评价。

根据本发明的一个方面，提供了一种油气资源评价中外部氢指数的确立方法，包括以下步骤：

S1、建立地质模型：通过石油地质学研究，确定待评价地区的基本地质概况，包括温度、压力、生烃母质类型、外部氢源的供应形式以及外部氢源的作用时机，构建地质模型；

S2、采用步骤S1构建的地质模型，开展生烃母质的生烃模拟实验，实验组加入外部氢源，对照组不加入外部氢源，实验组和对照组产生的同类烃类物质的质量比值即为外部氢指数I_HE。

一般的，石油地质学研究结果包括：烃源岩所处的温度、压力、烃源岩发育的时代、烃源岩中生烃母质的类型、烃源岩层系中是否发育有可以提供外部氢源的物质、外部氢源的供应形式(氢气、含氢岩石或水)、外部氢源发育的时代、规模、分布范围、生烃母质开始生烃的时代等，根据这些研究建立地质模型，进而可以确定进行生烃母质生烃模拟实验中的温度、压力、外部氢源的形式以及外部氢源的作用时机等。本发明中，构建地质模型的方法采用本领域常用的构建地质模型的方法，优选的，可以参照“碳酸盐岩缝洞型油藏三维地质建模方法，石油与天然气地质，胡向阳，李阳等，2013年6月”。

根据本发明，所述外部氢源的作用时机根据外部氢源作用于生烃母质初次生烃的时间与生烃母质初次生成烃类物质的时间的关系，分为早于、同时或晚于。所述外部氢源作用于生烃母质初次生烃的时间即为外部氢源发育的时代。

根据本发明，所述生烃母质类型包括固体生烃母质和液态生烃母质。所述生烃母质类型为固体生烃母质时，还需要确定干酪根的类型、成熟度；当生烃母质类型为液态生烃母质时，还需要确定原油或者沥青的类型、粘度。

根据本发明，可以为生烃母质提供氢元素的主要是H₂O和H₂。H₂包括气态的氢气和/或固态的含氢岩石。外部氢源的供应形式根据真实的地质情况确定，如生烃母质周围发育有含有氢元素比较多的岩石，则外部氢源为岩石。如果生烃母质周围发育有氢气，则外部氢源为氢气。一般情况下，地层中均含有水，作为外部氢源的水是普遍存在的。

根据本发明，在生烃模拟实验过程中，需要控制的条件包括温度、压力、加入外部氢源的时间点。

根据本发明，所述加入外部氢源的时间点通过前述确定的外部氢源的作用时机确定，在生烃母质的低熟阶段、成熟阶段和过成熟阶段加入。由于特定的生烃母质在低熟阶段、成熟阶段和过成熟阶段分别具有不同的温度，因此，加入外部氢源的时间点对应于相应的温度，例如250℃、400℃、500℃或者600℃等温度点加入。

其中，加入外部氢源的时间点中的在低熟阶段加入即说明外部氢源的作用时机早于生烃母质初次生成烃类物质的时间；在成熟阶段加入即说明外部氢源的作用时机与生烃母质初次生成烃类物质的时间是同时的；在过成熟阶段加入即说明外部氢源的作用时机晚于生烃母质初次生成烃类物质的时间。

在生烃模拟实验中，一般的，在温度达到最高温度之后且待温度恒定之后需要继续反应48小时或72小时。

根据本发明，所述生烃模拟实验采用现有的生烃模拟装置和方法进行，如专利201110004746.6、200810101067.9或201210292729.1中所述的装置以及方法进行生烃模拟实验。根据本发明的优选实施方式，采用专利201210292729.1中所述的装置以及方法进行生烃模拟实验。

根据本发明，所述烃类物质为液态烃类物质和/或气态烃类物质。

根据本发明，所述外部氢指数I_HE是一个无量纲常数，根据评价目标的不同，外部氢指数I_HE取值不同。

所述评价目标为油资源量、气资源量或油气资源量。

当评价目标为油资源量时，实验组和对照组产生的液态烃产物的质量比值为外部氢指数I_HE；

当评价目标为气资源量时，实验组和对照组产生的气态烃产物的质量比值为外部氢指数I_HE；

当评价目标为油气资源量时，实验组和对照组产生的液态烃和气态烃产物的质量之和的比值为外部氢指数I_HE。

当外部氢源的供应形式为H₂O时，I_HE＝1，当外部氢源的供应形式为气态的氢气和/或固态的含氢岩石时，I_HE的值需要根据不同的地质模型，采用上述方法确定。

根据本发明的另一方面，提供了一种油气资源评价方法，所述油气资源评价中实际油气资源量为在现有的油气资源评价方法中得到的油气资源量的基础上乘以外部氢指数I_HE。

在发明的优选实施方式中，油和/或气资源量通过式I或式II计算：

式I：Q＝I_HE×H×S×D×B×K_B

其中：Q—生油量，t，

I_HE—外部氢指数，

H—生油层厚度，m，

S—生油区面积，m²，

D—烃源岩密度，t/m³，

B—烃源岩沥青含量，％，

K_B—沥青转化系数；

式II：

其中：Q_i—盆地内第i个区块的资源量，

I_HE—外部氢指数，

C_原—烃源岩原始有机碳值，％，

CP/C—降解率，

M—区块内烃源岩厚度，km，

D—区块内烃源岩密度，23×10⁸t/km³，

Q—盆地资源量，10⁸t。

可以理解的是，本申请中的“外部氢源”只是描述外部氢源促进生烃母质生烃的贡献程度的用语，其他任何具有相似含义的词汇，均在本发明要求保护的范围内。同理，I_HE为描述上述用语的符号，其他任何具有相似含义的词汇，也在本发明的保护范围内。

本发明提出的外部氢指数的概念，在生烃母质生烃的过程中考虑生烃母质本身之外的氢元素，从而，解决了过去对生烃母质之外的氢元素对生烃影响作用考虑不足的问题，可以更加精确的描述含油气盆地不同区块生烃母质的生烃潜力，提高生烃母质的烃类物质的转化率，因此，能够更加真实的反映某一地区的油气资源潜力，对于提高含油气盆地的资源潜力和勘探周期，具有重要的促进作用。

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

一种油气资源评价中外部氢指数的确立方法，包括以下步骤：

S1、建立地质模型：通过地质学和石油地质学研究，确定待评价地区的基本地质概况，在本实施例中，所述地质学和石油地质学研究结果包括：烃源岩所处的温度、压力、烃源岩发育的时代、烃源岩中生烃母质的类型、烃源岩层系中是否发育有可以提供外部氢源的物质、外部氢源的状态(氢气、含氢岩石或水)、外部氢源发育的时代、规模、分布范围、生烃母质开始生烃的时代等，根据这些地质学研究建立地质模型，进而可以确定进行生烃母质生烃模拟实验中的温度、压力、外部氢源的形式以及外部氢源的作用时机等。

S2、采用步骤S1构建的地质模型，开展生烃母质的生烃模拟实验，实验组加入外部氢源，对照组不加入外部氢源，实验组和对照组产生的同类烃类物质的质量比值即为外部氢指数I_HE。

以生烃母质初次生成烃类物质的时间节点为界，可以将外部氢源作用于生烃母质初次生烃的时间分为早于、同时或晚于生烃母质初次生成烃类物质的时间。所述外部氢源作用于生烃母质初次生烃的时间即为外部氢源发育的时代。

在本实施例中，在生烃模拟实验过程中，需要控制的条件包括温度、压力和加入外部氢源的时间点。

根据本发明，所述加入外部氢源的时间点通过前述确定的外部氢源的作用时机确定，在生烃母质的低熟阶段、成熟阶段和过成熟阶段加入。由于特定的生烃母质在低熟阶段、成熟阶段和过成熟阶段分别具有不同的温度，因此，加入外部氢源的时间点对应于相应的温度，例如250℃、400℃、500℃或者600℃等温度点加入。

其中，加入外部氢源的时间点中的在低熟阶段加入即说明外部氢源的作用时机早于生烃母质初次生成烃类物质的时间；在成熟阶段加入即说明外部氢源的作用时机同时生烃母质初次生成烃类物质的时间；在过成熟阶段加入即说明外部氢源的作用时机晚于生烃母质初次生成烃类物质的时间。

在生烃模拟实验中，一般的，在温度达到最高温度之后待温度恒定之后需要继续反应48小时或72小时。

生烃母质类型包括固体生烃母质和液态生烃母质。所述生烃母质类型为固体生烃母质时，还需要确定干酪根的类型、成熟度；当生烃母质类型为液态生烃母质时，还需要确定原油或者沥青的类型、粘度。

可以为生烃母质提供氢元素的主要是H₂O和H₂。H₂包括气态的氢气和/或固态的含氢岩石。外部氢源的供应形式根据真实的地质情况确定，如果生烃母质周围发育有含有氢元素比较多的岩石，则外部氢源为岩石。如果生烃母质周围发育有氢气，则外部氢源为氢气。一般情况下，地层中均含有水，作为外部氢源的水是普遍存在的。当外部氢源的供应形式为H₂O时，I_HE＝1。

其中，所述烃类物质为液态烃类物质和/或气态烃类物质。

其中，所述外部氢指数I_HE是一个无量纲常数，根据评价目标的不同，外部氢指数I_HE取值不同。

所述评价目标为油资源量、气资源量或油气资源量。

当评价目标为油资源量时，实验组和对照组产生的液态烃产物的质量比值为外部氢指数I_HE；

当评价目标为气资源量时，实验组和对照组产生的气态烃产物的质量比值为外部氢指数I_HE；

当评价目标为油气资源量时，实验组和对照组产生的液态烃和气态烃产物的质量之和的比值为外部氢指数I_HE。

采用本发明提出的技术，在某含油气盆地发育火山岩的区块进行实验研究。因火山岩可以通过不同途径为生烃母质提供外氢气作为外部氢源，火山岩发育的时间与生烃母质初次生烃时间相同，并且，火山岩作用可以为生烃母质提供足够的氢元素，经过模拟实验研究，相同类型的生烃母质，考虑外部氢元素的作用时，I_HE为1.4，使用式I进行含油量评价，

式I：Q＝I_HE×H×S×D×B×K_B

其中：Q—生油量，t，

I_HE—外部氢指数，

H—生油层厚度，m，

S—生油区面积，m²，

D—烃源岩密度，t/m³，

B—烃源岩沥青含量，％，

K_B—沥青转化系数。

即考虑外部氢源的影响后，该地区油资源量是未考虑外部氢源影响时的1.4倍，表明本发明提供的技术可以精确描述含油盆地的资源量。

虽然在上文中已经参考了一些实施例对本发明进行了描述，然而在不脱离本发范围的情况下，可以对其进行各种改进，本发明所披露的各个实施例中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是落入权利要求的范围的所有技术方案。