本發(fā)明涉及一種計算巖石中干酪根密度的方法。

技術背景

隨著巖石物理分析的興起，需要研究巖石各組成成分的密度參數(shù)。研究巖石中干酪根密度值，可以用于巖石物理模型的建立，提高正演精度。國內已有的巖石組分分析中，主要側重于研究巖石組分，鏡質組反射率等參數(shù)進而分析成烴作用等，未見到巖石干酪根密度的求取方法。主要原因是由于干酪根是富含有機質巖石中的一種成分，提取干酪根存在難度。由于巖石中的干酪根類型不同，甚至是多種類型的干酪根的混合體，干酪根密度與經(jīng)驗值之間的差異很大。

技術實現(xiàn)要素：

本技術方法主要目的是計算煤巖巖石中干酪根的密度，對煤巖體積密度、真密度、有機碳總含量(TOC)、干酪根中的碳質量分數(shù)(C_k)等參數(shù)進行測量，然后通過計算獲得干酪根密度。它給出了計算煤巖干酪根密度的方法，規(guī)避了經(jīng)驗值造成的誤差，具有簡單精確的特點。

本發(fā)明解決其技術問題所采取的技術方案:

(1)巖樣體積密度和視密度測量：測量樣品的體積密度和真密度，進而求出孔隙度的計算。

(2)元素分析：確定樣品中的TOC含量和干酪根中的碳含量(C_k)以及各礦物的含量。

(3)礦物密度：通過本發(fā)明中的公式計算礦物平均密度。

(4)干酪根密度計算：通過本發(fā)明的公式計算干酪根密度。

優(yōu)選地，所述干酪根密度計算方法具體包括以下步驟：

(1)巖樣體積密度和視密度測量：根據(jù)GBT\23561.3-2009和GBT\23561.2-2009的要求測量樣品的體積密度和真密度，利用測得的體積密度和真密度計算孔隙度。體積密度和孔隙度為干酪根密度計算提供必要參數(shù)。

(2)元素分析：用熱解分析儀對樣品進行測試，獲取樣品中的TOC含量和干酪根中的碳含量，通過巖石樣品的電子探針測試，確定各礦物的含量，為干酪根密度的計算提供必要的參數(shù)。

(3)礦物密度：通過本發(fā)明中的公式計算礦物平均密度。

(4)干酪根密度計算：通過本發(fā)明的公式計算干酪根密度。

本發(fā)明的有益效果是：可以根據(jù)常規(guī)的巖石物理測量參數(shù)(密度、TOC、C_k)，通過本方法快速精確的計算巖石中干酪根的密度。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

圖1是干酪根面密度計算流程圖

圖2是巖石組成模型

具體實施方式

以下將結合附圖對本發(fā)明進行詳細說明，但本發(fā)明并不限于此。

根據(jù)大量的巖石樣品成分分析，巖石的組成主要包括礦物(碳酸鹽巖礦物、粘土、石英、黃鐵礦等)、孔隙流體(水、油或氣)和干酪根。根據(jù)組成成分，建立簡單的巖石模型，如圖1所示。

對于巖石的總有機碳(TOC),通過地球化學分析，發(fā)現(xiàn)主要來自于干酪根中的碳和孔隙自由油中的碳。其中自由油的質量分數(shù)(S1)可以通過300℃以下的高溫熱解測量。所以：

其中:

W_k—干酪根的質量分數(shù)

TOC—總有機碳質量分數(shù)

S₁—自由油質量分數(shù)

C_S1—自由油中的碳的質量分數(shù)

C_k—干酪根中的碳的質量分數(shù)

干酪根的質量分數(shù)與體積分數(shù)用下式轉換。

其中:

V_k—干酪根的體積分數(shù)

ρ_b—巖石體積密度

ρ_k—干酪根密度

聯(lián)立式(1)(2)

對于孔隙空間不含自由油的巖石，TOC中的碳全部來自于干酪根，假定孔隙空間處于水飽和狀態(tài)。所以在此基礎上簡化：

對于V_k的確定是求取結果的重點。對于單位體積的巖石模型，可以得到兩個簡單的關系，總體積為各組成部分體積之和以及總質量為各組成部分質量之和。所以：

1＝V_k+V_f+V_m (5)

ρ_b＝V_kρ_k+V_fρ_f+V_mρ_m (6)

其中：

V_k、V_f、V_m分別為干酪根，孔隙流體和礦物的體積分數(shù)，其中V_f等于孔隙度

由公式(4)(5)(6)聯(lián)立解得

所以：

公式(8)即為巖石中干酪根密度的計算公式。從中可以看出，干酪根密度ρ_k計算時的輸入?yún)?shù)是礦物密度ρ_m、體積密度ρ_b、流體密度ρ_f、干酪根中C含量C_k、TOC含量、孔隙度

孔隙度通過公式(9)計算：

其中：ρ_b為體積密度；ρ_g為骨架(真)密度。ρ_b和ρ_g分別根據(jù)GBT\23561.3-2009和GBT\23561.2-2009的要求測量。

礦物密度ρ_m，通過公式(10)計算：

其中W_i和ρ_i分別為巖石各組成礦物的質量分數(shù)和密度。通過電子探針進行礦物含量定量分析，或者其他方法，比如煤巖工業(yè)成分分析。其中各種礦物密度值可以參考已有的測試成果，比如巖石物理手冊。

TOC含量和干酪根中碳含量通過C_k分別通過熱解分析和元素分析得到。

實施例1：山西晉城寺河煤礦煤巖干酪根密度計算，于2016年7月10日進行。

對研究區(qū)內3#煤層煤樣進行取樣分析。煤巖中TOC的來源為干酪根和吸附氣，寺河3#煤含氣量在10m³/t，結合甲烷密度0.77kg/m³可知煤巖中甲烷對TOC含量的影響很小，可以認為煤巖中TOC全部來自于干酪根，可利用本專利中的公式(8)進行計算，根據(jù)GBT\23561.3-2009的要求測得煤樣體積密度為1.45g/cc，根據(jù)GBT\23561.2-2009要求測得煤樣骨架密度為1.65g/cc。根據(jù)體積密度和骨架密度，由本專利中的公式(9)計算得到孔隙度為12％。電子探針測試結果表明，煤樣中礦物質量含量為：粘土礦物占8.59％、石英占11.4％、長石占2.7％、碳酸鹽礦物及黃鐵礦等均為0，根據(jù)此結果，由本專利公式(10)計算得到礦物密度ρ_m為2.61g/cc。TOC和C_k測試結果分別為0.64和0.61。根據(jù)本專利中的公式(8)計算得到煤巖中干酪根密度為1.60g/cc，此密度值代表煤巖中干酪根充滿水的情況下的密度值。