專利名稱：為繪制地下巖石夾雜物組成圖而獲取聚集流體夾雜揮發(fā)物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過分析地下沉積巖樣品中的流體夾雜物來解釋地下結(jié)構(gòu)及其形成歷史的方法。在一方面，本發(fā)明涉及一種可使一組多個沉積巖樣品中的每一個樣品所包藏的無數(shù)流體夾雜物的揮發(fā)組分釋放出來和/或?qū)ζ溥M(jìn)行分析的設(shè)備和方法。這類從包藏于沉積巖樣品內(nèi)的無數(shù)流體夾雜物中釋放出來的揮發(fā)性樣品在下文中將被稱之為聚集的揮發(fā)性樣品或聚集的流體夾雜物揮發(fā)性組分。在另一方面，本發(fā)明還涉及一種通過對聚集的揮發(fā)性樣品進(jìn)行組成分析來繪制地下巖石地區(qū)性化學(xué)物質(zhì)分布圖來勘探石油和天然氣資源的方法。
碳?xì)浠衔镌诔练e盆地中的形成和遷移與世界石油資源密切相關(guān)。成巖礦、連生礦以及細(xì)脈礦通常都含有無數(shù)處于不同形成時期，即不同發(fā)育階段的直徑小于10微米的夾雜物。
流體夾雜物是在礦物的發(fā)育過程中或裂隙合攏過程中被包藏起來的一些環(huán)境液體和氣體，根據(jù)這些夾雜物可以判斷在這些構(gòu)造形成時的環(huán)境狀況。沉積巖的特征是含有大量的在不同時期形成的和代表各種不同環(huán)境狀況的流體夾雜物。存在于每一單位重量的沉積巖樣品中的夾雜物的數(shù)目有很大不同，但根據(jù)合理的估計，在每一立方厘米的沉積巖中約有103至109個夾雜物。這是存在于沉積巖(如碳酸鹽、砂巖和頁巖)中流體夾雜物的大約數(shù)目，下文將把這些數(shù)目的夾雜物稱之為無數(shù)的流體夾雜物。個別的巖石樣品可能具有較小數(shù)目的夾雜物。
對夾雜物的系統(tǒng)分析可以準(zhǔn)確地指出，在什么地方特種流體(如碳?xì)浠?已被活化，以及可獲得其他一些對石油和天然氣的勘探有用的信息?，F(xiàn)有技術(shù)本身存在的困難和時間的耗費限制了對這些流體所作的分析。
由于在一個礦物樣品中存在大量的夾雜物，因此，只對單個流體夾雜物進(jìn)行選擇性的單個分析，雖然能提供有用的信息，但是不能繪制出地下地質(zhì)圖。簡單地說，由于困難太大，以至于不能通過對單個流體夾雜物的分析，以足夠的流體夾雜物的數(shù)據(jù)來繪制有效的化學(xué)物質(zhì)分布圖。此外，實際上任何的選擇技術(shù)都是傾向于選擇某些夾雜物而把其他夾雜物排除在外。夾雜物本身的大小及其外觀要影響對它們的選擇。研究人員可能會傾向于選擇那些較大的和外觀較好的夾雜物來進(jìn)行研究，然而一些較小的和外觀較差的夾雜物卻可能含有十分有用的信息。由于這些夾雜物是連續(xù)形成的，故這樣的選擇會導(dǎo)致偏離真實的結(jié)果。
已知有一些可用來打開一個以上流體夾雜物的現(xiàn)有技術(shù)，例如用加熱法(如用加熱爐或用激光)或用壓碎法。然而，為了打開很多氣體夾雜物，加熱法是無效的，這是因為存在于夾雜物中的氣體的摩爾數(shù)太少，以致于在通常的加熱條件下不能達(dá)到足夠的壓力。
用于使無數(shù)夾雜物釋放內(nèi)容物的壓碎技術(shù)包括將巖石樣品裝入一個金屬樣品管中，將樣品管的兩端壓扁，再用錘子等工具將樣口管壓碎。然后將樣品管置于一個可控制的環(huán)境中將其打開，使揮發(fā)性物質(zhì)釋放出來并加以收集，然后分析其中的水分、CO2、N2及碳?xì)浠衔锖?。這樣的技術(shù)是冗長而費時的，并且不適用于處理大量的樣品，此外，這樣的技術(shù)不能獲得會象本發(fā)明中所敘述的重要的組分?jǐn)?shù)據(jù)。
另外，所述的壓碎技術(shù)會導(dǎo)致偏離真實的結(jié)果。由于H2S能與金屬反應(yīng)，故這種技術(shù)不能用來檢測H2S。還有，由于釋放出的氣體與在壓碎時新暴露出的表面發(fā)生長時間的接觸，會使夾雜物揮發(fā)物質(zhì)的表觀成分發(fā)生吸附變化。因此需要這樣一種方法，在此方法中，要使得剛從樣品中釋放出的揮發(fā)性物質(zhì)立即被取走并對其進(jìn)行分析，而不讓它與那些能使釋放的揮發(fā)性組分發(fā)生明顯改變的材料接觸。
本發(fā)明涉及這樣的方法和設(shè)備，它們可以簡單而迅速地測定大量地下沉積巖樣品中聚集的流體夾雜物揮發(fā)組分而不需要象現(xiàn)有技術(shù)那樣進(jìn)行大量的樣品制備和處理工作。
本發(fā)明還涉及用來對聚集的流體夾雜物揮發(fā)組分進(jìn)行分析的方法和設(shè)備，這些設(shè)備配備有適用于分析在流體夾雜物中所發(fā)現(xiàn)的絕大部分元素和化合物的記錄裝置。
本發(fā)明還涉及地下巖石的地層和/或夾雜物的組成分布圖，以及使用這些分析結(jié)果來探查石油和天然氣資源。
本發(fā)明廣泛地涉及一種用于分析沉積巖中流體夾雜物的方法。把一批多個沉積巖樣品裝入一批多個樣品室中，再把這批裝有巖樣的多個樣品室裝入一個可抽空的小室中。將此小室抽真空。這時就對樣品室中的巖石樣品進(jìn)行有效的沖擊處理，這樣就足以使聚集的揮發(fā)性組分從巖石樣品中的無數(shù)流體夾雜物中釋放出來。將聚集的揮發(fā)性樣品從小室中抽出并分析其中的組分。再對另外一個巖石樣品進(jìn)行沖擊以使其釋放其中聚集的揮發(fā)性樣品。一直重復(fù)前面這兩個步驟，直到各巖石樣品室中的一組多個巖石樣品依次逐個地被壓碎并釋放出其中的揮發(fā)性組分，然后分析其中各種成分。最后除去抽空室的真空并把其中的多個樣品室取出。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，從地面的不同地點和/或從地下的不同深度取來大量的，從統(tǒng)計學(xué)上和從地層學(xué)上都認(rèn)為足夠的聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品，分析這些樣品中的組分，將這些組分?jǐn)?shù)據(jù)繪制成地下巖石地層學(xué)上的和解釋性的分布圖。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了這樣一種設(shè)備，這種設(shè)備可使每一批多個沉積巖樣品依次地釋放出各自的聚集的流動夾雜物揮發(fā)性樣品，同時該設(shè)備還可把所獲的一組多個收集的揮發(fā)性樣品輸送到分析裝置中以測定每一個樣品中的組分。
在一個抽空室中，每一批多個沉積巖樣品依次地釋放出聚集流體夾雜物揮發(fā)性組分，在這些巖石樣品釋放聚集的流體夾雜物揮發(fā)性組分時，所說的抽空室可以容納和支持這些巖石樣品并把這些樣品相互分隔開。在抽空室內(nèi)有一個沖擊裝置，它可以按時控的順序?qū)⒚恳粋€巖石樣品進(jìn)行沖擊，以有效地使它們將其中聚集的揮發(fā)性物質(zhì)釋放出來，而不會使抽空室的真空泄漏掉。當(dāng)依次地對樣品沖擊時，每一個聚集的揮發(fā)性樣品就被連續(xù)地送到分析裝置處以分析其中的組分。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，使用適合于對聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品進(jìn)行質(zhì)譜(MS)分析的方法和設(shè)備來測定釋放出的流體夾雜物揮發(fā)性物質(zhì)中的組分。根據(jù)本發(fā)明的這一方面，可以很迅速地對一系列的巖石樣品進(jìn)行分析，以獲得包括很大范圍質(zhì)荷比(m/e或MCR)的質(zhì)譜數(shù)據(jù)，這些質(zhì)譜數(shù)據(jù)相應(yīng)于從大量到痕量的無機(jī)的和有機(jī)的元素以及化合物在夾雜物中的豐度，故這些數(shù)據(jù)可用來解釋地質(zhì)史。這樣就或獲得一套大量的有關(guān)地層學(xué)的和統(tǒng)計學(xué)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可用來繪制地下構(gòu)造的地層分布圖。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，以大量的具有各自特征組成數(shù)據(jù)的各區(qū)點來把地下地質(zhì)層繪制成地層分布圖，這些組成數(shù)據(jù)取自分布于地球上很多不同地點的聚集流體夾雜物揮發(fā)性樣品。這些組成數(shù)據(jù)是不加選擇地從存在于巖石樣品中所有的或基本上所有的碳?xì)浠衔?、水相的、氣相的及其混合的流體夾雜物中獲取。所獲的數(shù)據(jù)代表了在收集到的釋放的流體夾雜物揮發(fā)性樣品中各種物質(zhì)的含量，所說的物質(zhì)包括氧、氮、氬、氖、氙、二氧化碳、硫化氫、氨、硫酸鹽、氯化氫、甲烷和其它輕質(zhì)烴類、重質(zhì)烴類(例如鏈烷烴和環(huán)烷烴)、水可溶烴以及其他具有可分析量的化合物。
參看下列附圖將可進(jìn)一步理解本發(fā)明，此處將對附圖作一簡介解釋并接著在下面進(jìn)行詳細(xì)解釋。


圖1為一個自動取樣器系統(tǒng)的部分分解圖，該系統(tǒng)可從一組多個沉積巖樣品的每一個樣品中自動地取得聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品。
圖1A示出在一塊礦物薄切片中存在的夾雜物，這種切片可從圖1的巖石樣品38中取得。
圖2為圖1中組裝形式的自動取樣器10的部分剖面圖。
圖3A示出一個用于對聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品進(jìn)行質(zhì)譜分析的系統(tǒng)。
圖3B以簡化流程圖示出在圖1和圖3中自動取樣/分析系統(tǒng)的控制程序。
圖4以簡化流程圖示出一個總成質(zhì)荷比(MCR)系統(tǒng)，這些荷質(zhì)比數(shù)據(jù)是對每一個聚集的揮發(fā)性樣品在全部MCR范圍內(nèi)進(jìn)行一組多次掃描記錄所獲得的結(jié)果，這樣就由對每一個聚集的揮發(fā)性樣品的總掃描結(jié)果產(chǎn)生出匯總的MCR值，這些MCR值就可顯示為MCR譜。
圖5A以簡圖形式示出所測得的自動取樣器的本底數(shù)據(jù)以及自動取樣器的本底數(shù)據(jù)加上聚集的流體夾雜物樣品的數(shù)據(jù)。
圖5B通過從樣品數(shù)據(jù)減去本底數(shù)據(jù)來示出夾雜氣體與非夾雜氣體的差值。
圖6A示出對聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品測得的對數(shù)座標(biāo)MCR譜圖。
圖6B示出與圖6A相應(yīng)的直線座標(biāo)MCR譜圖。
圖7示出一個流體夾雜物組分?jǐn)?shù)據(jù)的三元相圖，其中示出具有特征的流體夾雜物組分的兩個區(qū)域，每一個區(qū)域都代表地下巖石中的一組多個地點。
圖8是一個測井曲線圖，它示出了在一個特定的鉆井中聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品中的甲烷豐度隨深度變化的函數(shù)關(guān)系，并且還示出了所確定的碳?xì)浠衔镞w移區(qū)域與密封區(qū)域。
圖9示出在圖8的150區(qū)域中聚集的流體夾雜物樣品的對數(shù)坐標(biāo)MCR譜圖。
圖10是一個流體夾雜物組分的測井曲線圖，它示出了在一個特定的鉆井中氬氣豐度隨深度變化的函數(shù)關(guān)系，并且還示出了所確定的原始一暴露的區(qū)域。
圖11和12是一個流體夾雜物組分的測井曲線圖，它們示出了CO2豐度隨深度變化的函數(shù)關(guān)系，并且它們還相應(yīng)地示出了在地下巖石中的162和164這兩處流體夾雜物組分區(qū)域，而這些區(qū)域可以廣泛地用作地層的年令標(biāo)志。
圖13是一個流體夾雜物組分的測井曲線圖，它示出了氦氣豐度隨深度變化的函數(shù)關(guān)系，并且還示出了在地下巖石中的另一個流體夾雜物組分區(qū)域，它可以廣泛地用作地層的年令標(biāo)志。
圖14A示出一口測試井，用以測試一個簡單的斷層儲油構(gòu)造。
圖14B是一個測井曲線圖，它以圖15A中的鉆井中的鏈烷烴豐度作特征示出流體夾雜物組分區(qū)域與深度的函數(shù)關(guān)系。
圖15A示出形成地層構(gòu)造的結(jié)構(gòu)等高線地層圖。
圖15B示出在圖15A所示鉆井附近的夾雜物中CO2/(CO2+甲烷)比值的變化。
圖15C示出用于圖15A中各鉆井的三元相圖，這些相圖示出了甲烷、CO2以及代表重質(zhì)烴的MCR41之間的相對變化。
圖15D以圖15C的三元相圖的形式示出在有關(guān)地下結(jié)構(gòu)的地層圖(圖15A)所示區(qū)域聚集的流體夾雜物揮發(fā)組分的變化情況。
圖16A示出了在鉆井附近的地層構(gòu)造中流體夾雜物揮發(fā)組分CO2/CH4/H2S比例變化情況的本發(fā)明的三元相圖。
圖16B示出了在生產(chǎn)性的和非生產(chǎn)性的沖斷層中流體夾雜物揮發(fā)組分CO2/CH4/H2S比例變化的不同特性分布的本發(fā)明的三元相圖。
圖16C是一個測井曲線圖，它示出了在鉆孔附近相對于CO2規(guī)一化的H2S與深度的函數(shù)關(guān)系。
圖16D是一個測井曲線圖，它示出了在鉆孔附近相對于CH4規(guī)一化的CO2含量與深度的函數(shù)關(guān)系。
圖16E是一個測井曲線圖，它示出了在鉆孔附近相對于氫規(guī)一化的氦氣含量與深度的函數(shù)關(guān)系。
流體夾雜物是以微孔形式被封閉在巖石基體細(xì)小孔洞內(nèi)的流體物質(zhì)，它不會影響巖石的多孔體系，即既不影響大孔的孔隙率，也不影響小孔的孔隙率。流體夾雜物可分為烴類夾雜物(當(dāng)液態(tài)烴占主要時)、水相夾雜物(當(dāng)液態(tài)的水占主要時)以及氣相夾雜物(當(dāng)氣體夾雜物占主要時)。通常也有人將所說夾雜物分為液相-填充式、氣相-填充式和液相-氣相混合填充式的夾雜物。
使揮發(fā)性組分從流體夾雜物中釋放出來并加以收集，例如，將來自每一個沉積巖樣品中的大量流體夾雜物的分析數(shù)據(jù)匯總。從每一塊巖石樣品中的所有不同形成期的和所有不同類型的夾雜物中釋放出來的揮發(fā)性物質(zhì)是非均質(zhì)的混合物。具有不同分子量的分子以不同的速率通過分析系統(tǒng)，因此需要一種能準(zhǔn)確和精確地反映該混合物原始組分的分析程序。不同的巖石樣品具有不同的流體夾雜物的非均質(zhì)混合物，這要取決于這些巖石樣品的地質(zhì)歷史。采用一種有效的方法來分析這些不同的非均質(zhì)樣品的組分，以便獲得有關(guān)存在于樣品中的所有分子的信息，根據(jù)這些組分的變化就可指出從地上某一區(qū)域到另一個區(qū)域的流體夾雜物群組之間的差異。
現(xiàn)在參考圖1A，圖1A中示出了一些夾雜物，這些夾雜物從圖1的巖石樣品38取下的礦物薄切片中可觀察到。
以編碼310示出的部分是從天然存在的原生礦物中割取的樣品的一部分，這一部分可從圖1的巖石樣品38中割取。樣品310是一個厚度約為0.03-1.0mm的切片，它經(jīng)過兩面拋光，然后固定于玻璃載片上(圖1中未示出)。圖1A是一個通過顯微鏡觀察到的拋光部分的視圖，因此它是大大地放大了的。關(guān)于夾雜物的大體尺寸可以這樣來描述，即在樣品310中，在礦物的各個生長期內(nèi)形成的基本上所有流體夾雜物(如夾雜物312)的直徑皆小于10μm。樣品310包含很多原生礦，如礦物314、316、318、320、322和324等。礦物316和318分別包含連生礦326和328，這些連生礦起一種粘結(jié)劑的作用，并且往往被稱為粘結(jié)劑。
礦物324中包括很多原生夾雜物，如夾雜物330和332等。這些夾雜物是在礦物324的生長初期形成的。閉合裂隙334形成于礦物324中，而閉合裂隙336形成于礦物322和礦物324中。裂隙334是在礦物324的最初生長期之后形成于礦物324中的，也就是在夾雜物330和332等原始夾雜物之后形成的。裂隙336也是在礦物322和324這兩個原始夾雜物形成之后才形成于礦物322和324中的。如圖所示，裂隙334和336各自都具有與它們一起形成的次生夾雜物。這些次生夾雜物是在縫隙中的原生礦發(fā)育時，使縫隙334和336閉合的階段形成的?？梢岳斫?，在縫隙334中的次生夾雜物是在礦物324中的原生夾雜物形成之后才開始捕集環(huán)境流體的，而在縫隙336中的次生夾雜物是在礦物322和324中的原生夾雜物捕集了環(huán)境流體之后才開始捕集環(huán)境流體的。另外，在縫隙334中的次生夾雜物也可能是在縫隙336中的夾雜物形成之后很久才形成的，這樣，在縫隙334中的次生夾雜物可能與縫隙336中的次生夾雜物具有不同的生成期。同樣，在樣品310中的各種不同礦物和粘結(jié)劑中形成的原生夾雜物可能具有彼此間差別很大的生成期，它們都在各自的生成期捕集環(huán)境流體。
根據(jù)本發(fā)明，將這些不同類型的和具有不同生成期的流體夾雜物不加區(qū)別地打開并使流體夾雜物釋放出來。最好是使全部的或基本上全部的或至少是大部分的流體夾雜物打開，并使其中的揮發(fā)性組分釋放出來。
一個樣品通常只有零點幾克，因為夾雜物是在發(fā)育著的基體上形成，因此它的埋藏歷史的長短可能與距它只有幾英寸遠(yuǎn)的另一個樣品大不相同。
每一個樣品最好都與很多其他的樣品進(jìn)行比較，以便獲得對碳?xì)浠衔锟碧捷^為可靠的信息。因此，在地球上的各個地點，每一處的流體夾雜物組分區(qū)域都具有其特征的流體夾雜物組分。僅僅比較少數(shù)幾個樣品就很難確定，究竟這些單獨的觀察結(jié)果是否可以代表典型的地質(zhì)構(gòu)造。參考下面的圖7、8和9可以看出，所獲數(shù)據(jù)相當(dāng)分散，因此，為了獲得可靠的數(shù)據(jù)的趨向，需要大量的樣品。根據(jù)圖7、8、9，這些樣品在地球表面上的分布率大約為每隔60-90英尺取一個。為了獲得在統(tǒng)計學(xué)上和地層學(xué)上可靠的數(shù)據(jù)，必須在所研究的每一地層中分析50-10，000個或者更多的樣品，最好是100-500個或者更多的樣品。這些樣品最好至少是在每相隔200英尺、100英尺、50英尺或更小的距離就采集一個。在很多試驗中，60英尺的采樣間隔可獲得很滿意的結(jié)果。采樣間隔越小則越有好處。再參看圖7、8、10，可以看出，每一個區(qū)域都代表很多個樣品。
表區(qū)域 圖號 大約的采樣數(shù)150 8 15152 8 8154 8 50156 8 10158 10 7160 10 7通常，經(jīng)驗表明，當(dāng)在每個區(qū)域至少采集5個樣品時，則這個區(qū)域是能較可靠地測定的，當(dāng)然，樣品較多可以提高其可靠性，但當(dāng)數(shù)據(jù)的分散情況允許時，也可以采集較少的樣品。
根據(jù)聚集的流體夾雜物揮發(fā)組分的數(shù)據(jù)也可以觀察出這些組分通過地層圖上的區(qū)域時的走向。為了繪制地層圖，在沉積盆地上的采樣點應(yīng)選擇合適的距離。在此區(qū)域內(nèi)的每一口鉆井都可按前文中所述的方法測定，而把所獲結(jié)果描繪在該區(qū)域中甚至可描繪在該區(qū)域內(nèi)的特殊地質(zhì)構(gòu)造中。
所需樣品可以是經(jīng)過洗滌的巖屑、巖心、露頭樣品、土壤樣品等等。巖屑容易在很大范圍內(nèi)得到，從而可以對基本上整個鉆孔的長度范圍進(jìn)行研究。另外，很多現(xiàn)有鉆井的巖屑已經(jīng)歸檔，這樣就常常不需要打新的鉆井和采新的樣品。如有必要，一個體積約10cm3或甚至更小的巖石樣品就可以做很多次試驗，因為每一次試驗可以僅僅使用零點幾立方厘米的樣品。
為了進(jìn)行局部區(qū)域的研究，可以在多個相互有一定間距的鉆井內(nèi)沿著基本上整個鉆井深度進(jìn)行采樣，或者在沿著一個特別感興趣的地帶(例如一個特殊的地質(zhì)構(gòu)造)的幾個鉆井中采樣。這些被分析的局部區(qū)域處于沉積盆地中，因此它們提供了在該地區(qū)內(nèi)被探查的每一個鉆井周圍附近有關(guān)地質(zhì)構(gòu)造的信息。在每一局部地區(qū)內(nèi)選取50至100個或者更多相互有一定間距的樣品或選擇其中的一些感興趣的樣品進(jìn)行分析，以測定流體夾雜物組分。
根據(jù)本發(fā)明，聚集的揮發(fā)性樣品最好是通過沖擊每一個巖石樣口的方式來收集(這將在下文詳細(xì)說明)，因為這樣可使流體的和氣體的夾雜物都一起釋放出來。其他的方法(如加熱)也可以使用，例如使用一根在其一端帶有錘頭的加熱棒50(將在下面敘述)或使用激光。雖然這些方法對流體填充式的夾雜物很有效，但由于只有很少摩爾數(shù)的氣體存在，所以這些方法是不能有效地打開氣體夾雜物的。而加熱的方法還會引起非夾雜氣體的釋放。
現(xiàn)在參考圖1，圖1是一個包含控制器的系統(tǒng)的部件分解圖，該系統(tǒng)可以控制一組多個流體夾雜物揮發(fā)性樣品的釋放、輸送和組分分析操作。該設(shè)備包含一個釋放裝置10，它能順次和逐個地沖擊和破碎一組多個沉積巖樣品中的每一個樣品，這樣就能有效地使這些樣品將其中聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品釋放出來;一套分析裝置12，它能在這些流體夾雜物揮發(fā)性樣品釋放出來時立即分析出它們每一個樣品中的組分;輸送裝置11、27、28，它們能在這些流體夾雜物揮發(fā)性樣品釋放出來時立即將其輸送到分析裝置處;以及一個控制裝置16，它能使得這些收集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品順次地逐個被釋放裝置10釋放出來，并能控制分析裝置12，使它能在這些流體夾雜物揮發(fā)性樣品釋放出來時立即順次地逐個對每一個聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品進(jìn)行分析。
圖1示出一個受控制器16控制的自動取樣器10，它能從一組多個巖石樣品中的每一個樣品收集到流體夾雜物揮發(fā)性樣品并將其送到質(zhì)譜儀12。真空泵14可在分析步驟開始時使系統(tǒng)10處于真空狀態(tài)。此后，通過連接于質(zhì)譜儀系統(tǒng)的真空泵15′來維持系統(tǒng)的真空。參見圖3A。
系統(tǒng)10包括上殼體27和下殼體28以及處于二者之間的密封件30，當(dāng)殼體27和28相互對準(zhǔn)并連接起來時就形成了一個抽空室60(見圖2)。密封件30可以是一個高導(dǎo)電性的無氧銅墊圈。殼體27和28都帶有刀口，當(dāng)這兩個刀口與墊圈30嚙合時就達(dá)到了密封的目的。每一次實驗都換一個新墊圈。抽空室具有一個帶有閥門11V的出口管11，它們的作用是在揮發(fā)性樣品一旦釋放出來時就將其送往分析裝置。
上殼體27具有多個直線型真空連接件19、21、23和25，以便使氣錘18、20、22和電機(jī)24的傳動軸能在真空無損失的條件下進(jìn)入真空室60(見圖2)。氣錘18、20、22和電動機(jī)24各自帶有一個殼體，它們分別帶有法蘭18f、20f、22f和24f，其作用是與直線型真空連接件的法蘭19f、21f、23f和25f進(jìn)行密封配合。電機(jī)24可以是一個步進(jìn)電機(jī)或帶有傳動編碼的伺服電機(jī)或者任何一種可以進(jìn)行傳動位置控制的電機(jī)。控制器16可以包括一些眾所周知的用來產(chǎn)生能驅(qū)動電機(jī)24的驅(qū)動信號和用來產(chǎn)生能驅(qū)動氣錘18、20和22的驅(qū)動信號和驅(qū)動力的信號發(fā)生系統(tǒng)。
下殼體28包含法蘭28f、側(cè)壁28s和底座28b。底座28b帶有一個凹槽32，其中裝有一套滾珠軸承34。圓盤傳送器26帶有一組多個樣品室36，一個中心狹縫46，以用來與步進(jìn)電機(jī)傳動軸42上的傳動卡鍵44進(jìn)行嚙合連接。圓盤傳送器26具有凹槽32b，以用來與安裝在底座28b的凹槽32a中的滾珠軸承34相配合。這樣，當(dāng)圓盤傳送器26被置于下殼體28中時，凹槽32b和32a共同配合使圓盤傳送器26定位，而滾珠軸承34的作用是有利于圓盤傳送器26隨電機(jī)24的旋轉(zhuǎn)軸42的旋轉(zhuǎn)，圓盤傳送器通過它的狹縫46與電機(jī)24傳動軸42上的傳動卡鍵44嚙合連接。
樣品室36中的每一個室都可接納一個巖石樣品38，并且可以使該樣品當(dāng)其釋放揮發(fā)性物質(zhì)時保持在真空室側(cè)壁和底座以及沖擊裝置這三者之間的一個限定位置上。
如圖所示，有三個穿過上殼體27的氣錘18、20和22。也可使用多些和少些氣錘。如圖所示，圓盤傳送器26具有三個由樣品室36所組成的同心環(huán)，而每個氣錘分別地對準(zhǔn)與它們相應(yīng)的樣品室同心環(huán)。所示的氣錘19帶有一根沖桿50與錘頭52。氣錘19對準(zhǔn)外層同心環(huán)36o，氣錘20對準(zhǔn)中層同心環(huán)36i，而氣錘22對準(zhǔn)內(nèi)層同心環(huán)36c。這樣，當(dāng)樣品室36相應(yīng)的氣錘對準(zhǔn)時，驅(qū)動氣錘，讓它沖擊樣品室中的樣品38，這樣就能有效地使聚集的揮發(fā)性樣品釋放出來。最好是給每一個樣品室安裝一個柱塞40，以防止在進(jìn)行沖擊操作時各樣品的交叉污染。柱塞40可以認(rèn)為是沖擊裝置的一部分。為了清楚起見，圓圈39內(nèi)的樣品38和柱塞40皆已被放大。但是，柱塞40應(yīng)既能覆蓋住樣品室36中的樣品38，同時又能允許揮發(fā)性物質(zhì)通過柱塞40與樣品室36的側(cè)壁之間的環(huán)形孔隙向外逸出。雖然只示出一個柱塞40和一個樣品38，但通常所用柱塞40和樣品38的數(shù)目將與樣品室36的數(shù)目一樣多。
現(xiàn)在參考圖2，圖2更詳細(xì)地示出氣錘的操作方式。圖2中所示的是氣錘19，它正好對準(zhǔn)圓盤傳送器26上的外層樣品室36。在響應(yīng)控制器16(見圖1)的信號時，氣錘的波紋管48就膨脹，于是驅(qū)動沖桿50和錘頭52使其與柱塞40接觸，相應(yīng)地沖擊了樣品室36中的樣品38(見圖1)。沖擊樣品的操作可以進(jìn)行一次或多次，但最好是在控制器16的控制下進(jìn)行多次，以保證基本上所有的流體夾雜物揮發(fā)性組分都釋放出來。然后將釋放出的流體夾雜物的氣體從抽空室60內(nèi)部通過上殼體27的下表面與圓盤傳送器26上表面之間的空隙送往質(zhì)譜儀12以對其進(jìn)行質(zhì)譜分析。
在進(jìn)行樣品的沖擊操作時最好是以柱塞40將樣品緊密地定位于樣品室36中。沖擊操作可以使用任何的沖擊方法，條件是它必須能有效地使聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品釋放出來，例如，可以使用壓碎法、粉碎法等等。較理想的情況是，沖擊操作可以有效地引起樣品的變形或使其受到震動，這樣可有效地使聚集的揮發(fā)性樣品釋放出來而同時基本上不會使巖石樣品破碎或粉化。對于大多數(shù)的巖屑試驗來說，沖擊時使用約400磅/平方英寸的壓力就足夠了。按這樣的方法，可使產(chǎn)生能夠吸附釋放出的揮發(fā)性組分的新表面的可能性減小到最低程度。在使用壓碎法時最好是使巖石樣品變形并且在樣品室和壓碎裝置的作用下被壓成緊密聚集的物質(zhì)。
沖擊操作可以實際上在瞬間至約10秒或甚至更長的時間范圍內(nèi)完成。10秒鐘的沖擊時間可以獲得十分滿意的結(jié)果。在此情況下，沖桿沖擊巖石樣品并把能使流體夾雜物變形的壓力在樣品上保持10秒鐘。當(dāng)采用重復(fù)的沖擊操作時，如有必要，可使所有各次重復(fù)的沖擊操作在10秒鐘內(nèi)或更短的時間內(nèi)完成。沖壓操作可以延續(xù)一段時間，以便有效地使流體夾雜物的氣體釋放出來。最好是使基本上全部或至少是大部分的流體夾雜物揮發(fā)性組分釋放出來。
如圖所示，本發(fā)明包括一個控制器16，它可控制取樣器10，例如通過控制電機(jī)24、氣錘18、20、22，以便順次地和成批地使一組多個巖石樣品中的每一個樣品釋放出其中的流體夾雜物組分，控制器16還可控制質(zhì)譜儀12以便傳送并分析釋放出的流體。
現(xiàn)在參考圖3B來對控制器16作較詳細(xì)的敘述。
控制器16可以是一臺小型計算機(jī)，給它配備一種程序以用來控制自動取樣器和用來把由質(zhì)譜儀12提供的組分分析數(shù)據(jù)貯存于與該設(shè)備一起使用的磁盤上，配備的程序還可用來驅(qū)動氣錘、馬達(dá)與用來控制質(zhì)譜儀等等。這類設(shè)備是眾所周知的，并且可以容易地被該領(lǐng)域的普通技術(shù)人員組裝起來以用于本發(fā)明。這里只敘述了使用一種小型計算機(jī)來進(jìn)行這類控制，但任何合適的控制器皆可使用。
如圖3B中以編碼220所示出的，某些預(yù)備性的操作可用控制器16來控制。例如，控制器16可以發(fā)出一種信號，以用來編排控制器16內(nèi)的數(shù)據(jù)磁盤的格式，并用來標(biāo)定質(zhì)譜儀系統(tǒng)12，以及用來使圓盤傳送器26定位，以便對預(yù)定的第一個巖石樣品進(jìn)行分析。
對于每一個巖石樣品，控制器16所產(chǎn)生的信號可以做到起動測量操作和記錄本底數(shù)據(jù)，使巖石樣品被沖擊，再次起動測量操作和記錄本底加上流體夾雜物揮發(fā)性組分的數(shù)據(jù)，把這些初步記錄的數(shù)據(jù)貯存于磁盤上以及提出質(zhì)詢，以查明是否所存樣品都已進(jìn)行了試驗。如果這些樣品還未全部試驗完，則控制器16就發(fā)出一信號來控制電機(jī)24，使其引起圓盤傳送器26定位以進(jìn)行下一個巖石樣品的沖擊操作。當(dāng)所有樣品都已試驗完，控制器16就進(jìn)行實驗程序的末端操作，例如釋放系統(tǒng)的真空、轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)等等。控制器16的操作程序?qū)⒃谙挛乃懻摰膱D3B中作較詳細(xì)的說明。
巖石樣品在地表內(nèi)或在地表上不同的各個地點收集到的，經(jīng)水洗過的巖屑、巖心、露頭樣品、甚至土壤樣品都可進(jìn)行分析。沖擊鉆進(jìn)的井壁巖心通常是不可取的，因為在鉆取巖心時顆粒斷裂，結(jié)果使夾雜物破裂。正如下面參考圖5A和圖5B所討論的那樣，本發(fā)明的方法可區(qū)別夾雜的氣體和非夾雜的氣體，并且不管所用巖屑是取自油基泥漿的鉆井還是取自水基泥漿的鉆井，通常也沒有關(guān)系。然而在有些時候，某些取自油基泥漿鉆井的巖屑產(chǎn)生的本底水平很高，以致于掩蔽了在打開夾雜物時儀器所產(chǎn)生的響應(yīng)。存在于孔隙中或吸附于巖石中的鉆探用流體或其他流體，例如存在于巖石孔隙體系中的地質(zhì)構(gòu)造流體，可以在進(jìn)行釋放流體夾雜物的操作之前將它們預(yù)先除去以降低本底的水平。采用萃取法將鉆探用的泥漿殘余物萃取入溶劑中似乎可以解決這一問題，但這樣做是相當(dāng)昂貴的，并且為了處理數(shù)百個巖石樣品可能需要數(shù)周或數(shù)個月的時間，而這數(shù)百個樣品可能只用在一種夾雜物的研究中。但是，下面敘述的用于打開夾雜物的較佳方法可以在大多數(shù)的情況下把夾雜氣體和非夾雜氣體區(qū)分開。另外，在進(jìn)行分析之前，在空氣中將樣品在200℃下加熱過夜，往往可以將本底降低到允許的水平。
本發(fā)明的方法可以用于碳酸鹽巖、碎屑巖和砂巖。
典型的巖石樣品通常所需的體積不到10cm3，如有必要，這一體積的樣品已足夠做好幾次試驗。巖心和露頭樣品通常必需在分析之前將其打破，而巖屑樣品則可直接裝入樣品孔中。每一次單獨的分析所需樣品量通常約為1/100至1/2立方厘米，最常用的是約為1/25至1/2立方厘米。
對于一個單獨的鉆進(jìn)剖面來說，可以每隔60至90英尺取一個巖屑樣進(jìn)行分析。在經(jīng)過特別重要的區(qū)域時，則要采用頻率較大的采樣方法。取得的樣品最好不要混在一起，也就是說，不要把在不同進(jìn)尺處取得的巖屑混合，不過如果需要，也可使用混合的樣品。對于巖心和露頭樣品來說，其采樣頻率通常每隔10-20英尺取一個樣，這要取決于問題要解決到什么程度以及材料是否易得。一般說，較佳的取樣間隔為1至200英尺之間。
分析采用流體夾雜物自動取樣器來進(jìn)行樣品分析。將樣品38裝入帶有樣品孔36的圓盤傳送器26中。把鋼柱塞40塞到樣品孔36中樣品的上面。在進(jìn)行分析時，用帶有錘頭52的沖桿50來錘擊柱塞40。柱塞40可保證全部樣品被沖擊并能防止碎屑飛濺引起樣品間的交叉污染。當(dāng)樣品被裝入圓盤傳送器中預(yù)定的樣品室時，樣品的深度就被輸入裝置記錄入計算機(jī)(如控制器16)中。如有必要，此后可把這些深度數(shù)據(jù)輸入另一個計算機(jī)(如主機(jī))中以對所獲結(jié)果進(jìn)行分析。
在進(jìn)行分析之前先將裝有樣品的圓盤傳送器36在200℃下加熱過夜以除去大部分被吸附的水分和其他揮發(fā)性組分，因而減少真空系統(tǒng)的開泵時間。然后將裝有樣品的圓盤傳送器36從烘箱中取出并裝入下殼體28中。在抽真空時將閥門13V打開并將閥門11關(guān)閉;在自動取樣時將13V關(guān)閉并將11V打開。在進(jìn)行操作時可以將自動取樣器10加熱并使樣品維持在約150℃。通往質(zhì)譜儀的入口管線和出口管線也被加熱到約150℃。
通常，分析時的溫度可以是任何溫度，條件是此溫度需足以使所感興趣的特定分子揮發(fā)，同時又應(yīng)低于會由于熱爆裂作用而引起液體夾雜物揮發(fā)性組分釋放的溫度。對于石油和天然氣的勘探來說，為了使碳?xì)浠衔飺]發(fā)掉，采用約150℃至約200℃的溫度范圍是較理想的。
然后將自動取樣器10抽空，例如使用一個渦輪分子泵(例如不與質(zhì)譜儀接通的泵14)來抽到很高的真空。然后在分析程序開始之前將整個系統(tǒng)按分析狀態(tài)抽空一段時間(例如3小時)。當(dāng)該系統(tǒng)已處于分析狀態(tài)時，即可把釋放出來的夾雜物揮發(fā)組分從自動取樣器10直接用泵打進(jìn)質(zhì)譜儀14(見圖3A)。也就是說，在分析過程中放出的氣體必須用泵打入質(zhì)譜儀的電離室，借此將其抽走。此步驟可從圖3A中看得更清楚。
將該系統(tǒng)維持在約10-8至約10-6mmHg壓力的真空下。即使在釋放揮發(fā)性組分時，真空度也不應(yīng)比10mmHg低很多。通常，在分析狀態(tài)下應(yīng)一直用泵抽空系統(tǒng)以保持低壓，借此保證基本上所有釋放的揮發(fā)性組分都通過質(zhì)譜儀受到分析測定。
自動取樣器10描繪于圖1和圖2中。圓盤傳送器36底面的環(huán)形槽32支托在滾珠軸承34之上，而該軸承又支托在下殼體28的底板的環(huán)形槽上。不對稱的卡鍵44插入圓盤傳送器的槽口46中?？ㄦI與槽口的不對稱性可保證樣品盤在自動取樣器中處于正確的位置，這樣就可保證每一個樣品相對于取樣器來說都具有一個專門確定的位置。將自動取樣器10的上殼體27與下殼體28扣緊。在這兩個殼體扣緊之前，先在二者之間插入一個高電導(dǎo)率的無氧銅墊圈。借助于使上下兩個殼體上的鋼刀口咬進(jìn)墊圈中而達(dá)到真空密封的目的。最好是不管在系統(tǒng)中的任何地方皆不使用含碳?xì)浠衔锏慕M分。
電機(jī)24通過導(dǎo)線12C受控制器16的控制而驅(qū)動傳動軸42，由它轉(zhuǎn)動不對稱的槽口44，再由它轉(zhuǎn)動圓盤傳送器36。如圖所示，共有三個沖擊裝置，分別對準(zhǔn)三排樣品。每一個樣品被依次地置于一個沖擊器之下。
圖2示出一個沖擊器的部分剖面圖，該沖擊器處于密封在自動取樣器10內(nèi)一個樣品的上方。該沖擊器可以帶有一個不銹鋼波紋管48，它能在真空室之外產(chǎn)生一種直線運動并將其傳送給真空室60內(nèi)部的傳動軸50。波紋管48可以由一個氣動活塞從上面驅(qū)動，而氣動活塞又由控制器16來控制以便降低或升高波紋管48。錘頭52套在傳動軸50的末端，如圖1所示，傳動軸50直接從上方對準(zhǔn)蓋在巖石碎片38上面的柱塞40?，F(xiàn)在即可準(zhǔn)備進(jìn)行樣品分析。
圖3A示出根據(jù)本發(fā)明以質(zhì)譜儀來分析聚集的流體夾雜物樣品。
現(xiàn)在參看圖3A，其中示出聚集的流體夾雜揮發(fā)性樣品的一個來源10′(例如圖1中的自動取樣器10)，它通過帶有閥門11′V的管線11′連接到一個以優(yōu)選方式排列的質(zhì)譜儀組12′。當(dāng)處于分析狀態(tài)時，閥門11′V打開，而在巖石樣品被壓碎時釋放出的揮發(fā)性樣品就被抽走。這樣，在樣品釋放時，圖3A中所示的系統(tǒng)處于工作狀態(tài)，也就是說它與取樣器10′接通。如圖所示，這些質(zhì)譜儀按三個一排列成兩排，每一排都配有一個泵15′以便把樣品從管線11′抽過來并使其通過各個質(zhì)譜儀12′并接著通過出口管13′。每一個質(zhì)譜儀都被安排成以最佳增益對特定的一組MCR響應(yīng)取樣，例如，如下所示質(zhì)譜儀 響應(yīng)樣品的質(zhì)荷比1 2，16，17，18，28，442 3，4，12，13，14，15，19-27，29-43，45-603 61-1204 121-180
5 181-2406 241-300通常在MCR為5至11的區(qū)段沒有峰。熟悉MS使用方法的普通技術(shù)人員皆懂得，通過對一組具有可比較振幅的MCR響應(yīng)的樣品指定專用的質(zhì)譜儀，則可把在使用MS的過程中開關(guān)放大器時造成的時間損失減到最小的程度。這樣，MS1對豐度最大的MCR＜61的樣品取樣，而MS2對豐度最小的MCR＜61的樣品取樣。
每一個質(zhì)譜儀12′的0-10V信號輸出端都被連接到五個組成一排的信號處理機(jī)17′，每一個處理機(jī)又被作出安排，以獲得不同的最大增益，例如，如下面所示信號處理機(jī) 增益配置1 0-10V2 0-5V3 0-1V4 0-0.5V5 0-0.1V信號處理機(jī)17的輸出端接到模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)17′，然后再接到計算機(jī)控制器16′。為了簡單起見，僅僅示出了一個MS12′的出口，但其他MS12′也是同樣布置。
如圖所示，在取樣時圖3A中的MS系統(tǒng)接通取樣器10′。這一方法可將揮發(fā)性組分在取樣器10′中的停留時間減少到最低程度，但這意味著，揮發(fā)性組分通過MS系統(tǒng)需要一段時間，所需的時間取決于揮發(fā)性組分的相應(yīng)的分子量以及揮發(fā)性組分從特定樣品中釋放時所需的時間。例如揮發(fā)性組分的運動速率與分子量的依賴關(guān)系可以使得較輕的揮發(fā)性組分比較重的揮發(fā)性組分要先受到分析測定。同樣，這里所說的取樣器10′就是本發(fā)明另一個方案中所說的自動取樣器10，為了使揮發(fā)性組分釋放而對樣品進(jìn)行的每一次沖擊需要一段不連續(xù)的時間，假如為了分析單獨一個巖石樣品需要進(jìn)行多次沖擊，則會發(fā)生一系列揮發(fā)性組分的釋放過程。
根據(jù)本發(fā)明的各個方面，希望每一個巖石樣品具有一個MCR記錄，這樣就能可靠地把由一個或多個MCR數(shù)據(jù)所代表的化合物與另外的由一個或多個MCR數(shù)據(jù)所代表的化合物進(jìn)行比較。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種可以獲得這種可靠記錄的MS系統(tǒng)。對這樣的系統(tǒng)作出安排和控制，使得在每一個巖石樣品釋放揮發(fā)性組分的期間該系統(tǒng)能對感興趣的MCR范圍進(jìn)行多次掃描，然后按一個個的MCR把對每一個巖石樣品進(jìn)行的所有多次掃描結(jié)果加合起來。
如上所述，為了把對分析有利的范圍都包括進(jìn)去，此處最感興趣的MCR范圍大約是2-300MCR。當(dāng)然寬一些和窄一些的范圍也可采用。正如上述，MS系統(tǒng)是這樣來安排，即用一個單獨的MS來對豐度最大的MCR區(qū)段取樣以避免由于放大器的開關(guān)操作而引起時間的損失。正如上述，掃描的次數(shù)為256次。掃描次數(shù)多些或少些也是可以的。但是，減少掃描次數(shù)會導(dǎo)致準(zhǔn)確性和精確性的降低。因此，掃描次數(shù)還是以多些為好。
現(xiàn)在參考圖3B，圖3B所示的方案是把圖3A的MS系統(tǒng)的控制與在圖1中的自動取樣器10控制結(jié)合在一起。通常，當(dāng)還沒有樣品釋放揮發(fā)性組分時，所說系統(tǒng)就對取樣器10′掃描很多次，并按一個個MCR把所獲結(jié)果加合。然后，當(dāng)聚集的揮發(fā)性樣品從一個特定的巖石樣品中釋放出來時，所說的系統(tǒng)再次對取樣器10′掃描很多次，并按一個個MCR把所獲結(jié)果加合。該系統(tǒng)把這兩步驟程序一直重復(fù)下去，直到這一組多個樣品全部測定完為止。在初步數(shù)據(jù)的整理步驟中，在對每一個樣品進(jìn)行實際讀數(shù)之前，可以從樣品的讀數(shù)中減去本底讀數(shù)。下面將參考圖5A和5B對初步數(shù)據(jù)整理法作較詳細(xì)的敘述。
現(xiàn)在詳細(xì)地參考圖3B，圖3B示出一個用來控制取樣器10和圖3A中MS系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用一臺小型計算機(jī)，該計算機(jī)將數(shù)據(jù)貯存于磁盤中，并在稍后將數(shù)據(jù)輸入另一個計算機(jī)以用于分析。很清楚，其他的控制系統(tǒng)也可用于本發(fā)明，并且，本發(fā)明不限于所述的特種計算機(jī)硬件。
步驟220是用來完成某些預(yù)備性操作，例如編排數(shù)據(jù)磁盤的格式，標(biāo)定MS，以及使圓盤傳送器26定位以進(jìn)行第一個樣品的沖擊操作。
步驟222是指令儀器處于MCR量程的開始端(MCR＝2)。步驟224是由控制器16對MS進(jìn)行MCR 2分析的輸出進(jìn)行取樣，步驟226是為計算機(jī)選定一個信號處理機(jī)以使MCR 2的信號達(dá)到最大增益，并使選定的處理機(jī)的輸出顯示在ADC 17′的輸出線上，在此處有一計算機(jī)對它進(jìn)行取樣(步驟228)。步驟230是把MS轉(zhuǎn)入下一次待測的MCR分析操作。這一步驟可以利用控制器16中的模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換器來完成。這一點可參看上表有關(guān)質(zhì)譜儀進(jìn)行MCR測定的具體安排。步驟232是將樣品的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)貯存于專用的計算器中。然后計算機(jī)根據(jù)步驟234和236以同樣的方法通過回路244進(jìn)行計算機(jī)取樣，并將MS接到下一次MCR測定，這樣循環(huán)往復(fù)直至MCR的全部范圍結(jié)束，如圖所示，這時MCR 2-300的范圍就全部掃描完畢。
將專用MS轉(zhuǎn)到下一次MCR的步驟在圖3A中以線路121來表示，而在圖3B中則以步驟230來表示。這一步驟可以使用包含DAC(模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器)的控制器16來完成。這樣，小型計算機(jī)可以發(fā)出一個特定信號，指令一個用于下一次MCR測定的下一個MS接通一個用于專用質(zhì)譜儀的DAC。然后DAC指令專用質(zhì)譜儀接到下一次等待讀數(shù)的MCR分析。
根據(jù)步驟238，質(zhì)譜儀對每一個巖石樣品所感興趣的全部MCR范圍進(jìn)行多次掃描，然后把多次掃描時獲得的各MCR的數(shù)據(jù)按一個個的MCR加合起來。在完成256次掃描后，再根據(jù)步驟240用計算機(jī)對掃描時的本底和樣品的數(shù)據(jù)復(fù)核一次。在進(jìn)行第二組試驗時，從最初的巖石樣品沖擊操作開始也象對這一組256次掃描一樣簡單。在進(jìn)行測定時，先讀取本底數(shù)據(jù)，再按步驟242把取樣器的本底數(shù)據(jù)貯存于計算機(jī)的記憶系統(tǒng)中，并向自動取樣器10發(fā)出一個信號，指令它對第一個巖石樣品進(jìn)行沖擊然后再返回步驟244。
然后重復(fù)224至240的全部步驟，當(dāng)步驟240示出有關(guān)樣品的數(shù)據(jù)已測量完畢時，步驟246就把樣品數(shù)據(jù)貯存于磁盤中。步驟248的任務(wù)是發(fā)出質(zhì)詢，查明全部巖石樣品是否已全部試驗完畢，假如不，則由步驟250和回路252通過線路12C(見圖1)向取樣器10發(fā)出一個信號，指令它使下一個巖石樣品就位進(jìn)行分析操作。在步驟248示出所有樣品皆試驗完畢后，步驟254指令試驗結(jié)束，然后將數(shù)據(jù)輸給(見步驟256)另一個計算器以進(jìn)行初步數(shù)據(jù)的整理。在計算機(jī)控制領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本文的說明和使用市售的設(shè)備很容易地完成上述的全部步驟。
現(xiàn)在參考圖4，圖4中示出一個自動偏移校正程序以對每一次MCR讀數(shù)選擇一個最佳信號處理機(jī)以及將這些讀數(shù)按一個個的MCR加合。由0-5V增益控制器200來對每一次MCR讀數(shù)選擇一個特定的信號處理機(jī)。然后將每一次MCR讀數(shù)輸入特定的記憶系統(tǒng)以便把步驟202、204、206和208的信號匯總起來。例如，如果步驟202指出，對于特定的MCR信號S＞5V，則立刻把響應(yīng)轉(zhuǎn)入0-10V的量程，并通過0-10V的計算器203將結(jié)果匯總起來。如果1＜S＜5，則步驟204進(jìn)行取樣并通過0-5V的計算器205將結(jié)果匯總起來。假如0.5＜S＜1，則步驟206進(jìn)行取樣，并通過0-1V的計算器207將結(jié)果匯總起來。假如0.1＜S＜0.5，則步驟208進(jìn)行取樣并通過計算器209將結(jié)果匯總起來;假如＜0.1，則使用計算器211。然后，把在2-300質(zhì)荷比范圍內(nèi)的256次質(zhì)譜掃描結(jié)果匯總起來。計算機(jī)16可以將每一次MCR測定在全部掃描過程中的MCR響應(yīng)匯總起來并對每一個聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品產(chǎn)生一個質(zhì)譜(如圖4B中的220處所示圖象)。自動取樣器的本底數(shù)據(jù)和樣品的質(zhì)譜也分別在圖5A和5B的132和136以簡化方式舉例說明。
在操作時，當(dāng)揮發(fā)性樣品正從一個巖石樣品中釋放出來時，控制器16在約10秒鐘內(nèi)讀取質(zhì)譜儀12′的輸出256次，這樣就收集到256個由2至300的完全MCR譜，也就是說，對每一個揮發(fā)性樣品進(jìn)行了MCR 2-300的256次掃描。計算機(jī)16中的計算器213把在每次MCR測量中從全部256次掃描收集到的256次響應(yīng)匯總起來。從每一個質(zhì)譜儀中所獲得的0-10伏的信號被送到由5個設(shè)定的增益不同的信號處理機(jī)組成的一個機(jī)組。使用國家標(biāo)準(zhǔn)局(National Burean of standard)的標(biāo)準(zhǔn)來對30個信號處理機(jī)的增益進(jìn)行標(biāo)定。計算機(jī)使用如圖4所示的自動偏移校正程序來對每一次MCR掃描選擇最佳信號處理機(jī)。對于每一次MCR測定來說，在選定了最佳信號處理機(jī)、收集了數(shù)據(jù)，將所有數(shù)據(jù)加入MCR的總數(shù)中以及將這些結(jié)果存入記憶系統(tǒng)之后，控制器16就啟動專用質(zhì)譜儀系統(tǒng)以進(jìn)行下一次MCR測定。然后計算機(jī)讀取來自進(jìn)行樣品分析的質(zhì)譜儀的信號(如MCR等)，直至256次MCR掃描都被匯總起來。每一次MCR取樣的時間只需約100微秒。
在石油和天然氣的勘探中通常使用一組多個質(zhì)譜儀對感興趣的MCR范圍進(jìn)行取樣。最好是在每一個巖石樣品釋放揮發(fā)性組分的過程中對基本上所有的范圍，或者至少是對諸如2-60、2-120、2-180、2-240、2-300等這些重要的范圍進(jìn)行多次掃描。
對于每一個巖石樣品來說，來自第一批多次描述的匯總數(shù)據(jù)是對系統(tǒng)中的本底氣體的分析數(shù)據(jù)(見圖5A中的130)。這些本底氣體是由于一些含水礦物的破裂和吸附于巖石上的揮發(fā)性組分的釋放以及在上一次取樣之后留下殘余氣體等這些原因而造成的。所有的巖石樣品和自動取樣器以及真空系統(tǒng)的殘留物都對系統(tǒng)的本底作出貢獻(xiàn)。
一旦本底測定完畢，計算機(jī)就指令并控制專用的氣體活塞一次或多次地錘擊專用的鋼柱塞，也就沖擊了樣品(圖5A中以箭頭134示明錘擊這一動作)。當(dāng)每一次巖石樣品被沖擊或者當(dāng)巖石樣品被多次粉碎時就開始了新一輪的256次2-300MCR掃描。用這樣的方法可使樣品中大多數(shù)的流體夾雜物打開并使其中的氣體釋放到真空系統(tǒng)中。在圖5A中以參考數(shù)字136示明了對流體夾雜物氣體加上本底氣體所測得的第二輪和以后各輪的256次掃描匯總結(jié)果。
現(xiàn)在參考圖5B，圖5B中示出一個初步數(shù)據(jù)的整理步驟，其中數(shù)字132表示本底氣體的貢獻(xiàn)，它代表在每一個巖石樣品即將開始沖擊前的數(shù)值。數(shù)字136表示以MCR基準(zhǔn)將每一次聚集的流體夾雜物揮發(fā)性組分加上本底的數(shù)據(jù)匯總成的一個MCR譜圖，而整理步驟就是從總數(shù)(136)中減去本底氣體的貢獻(xiàn)(132)。這一方法可以有效地將夾雜氣體與非夾雜氣體分開，以使得最終測得的揮發(fā)性樣品的數(shù)據(jù)代表夾雜的氣體。
這是一種氣體分析方法，其中不存在載氣。對每一個樣品分析共約需時25秒。在兩次取樣之間可以有約90秒鐘的短暫時間間隙，以便將上次操作時釋放出的夾雜物氣體盡量從系統(tǒng)中抽走。很多物質(zhì)在室溫和常壓下呈液態(tài)，而在高真空下和在150℃下則呈氣態(tài)，這類物質(zhì)的例子有水和象汽油等一類碳?xì)浠衔?。然而，碳鏈很長的碳?xì)浠衔锛词乖谏鲜鰲l件下仍呈液態(tài)，因此通常不分析這類化合物。
質(zhì)譜分析用來繪制地下構(gòu)造地質(zhì)圖的組分?jǐn)?shù)據(jù)最好是在巖石樣品大量釋放流體夾雜物的揮發(fā)性組分時進(jìn)行質(zhì)譜分析所獲的數(shù)據(jù)。有關(guān)迅速而有效地獲得大量揮發(fā)性樣品的設(shè)備和技術(shù)而在上面作了介紹。
在質(zhì)譜儀中，每一個大樣中大部分的分子都被電離，加速并根據(jù)其質(zhì)荷比而被分離然后被測定。電離過程通常還伴隨發(fā)生分子的部分碎裂，這要取決于具體分子的性質(zhì)以及操作的條件。雖然碎裂現(xiàn)象會使解釋工作復(fù)雜化(因為給定分子量的碎片可以來自不同的分子)，但仍可以判斷兩種不同異構(gòu)體之間的差別并可給出有關(guān)分子結(jié)構(gòu)的信息。儀器的輸出可以有不同的形式，如MCR對豐度的掃描記錄圖、質(zhì)譜圖等等。
雖然最好是使用質(zhì)譜分析技術(shù)，但其它技術(shù)，例如氣相色譜(GC)，氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)機(jī)分析(GC/MS)等也可使用。
與MS相比，GC與GC/MS分析要慢得多，它們分析一個樣品耗時多達(dá)一小時。質(zhì)譜分析對每一個樣品僅需24分鐘，另外在兩次取樣之間需要90秒作為儀器本身的抽真空時間。在利用流體夾雜物來幫助找出難以判明的已經(jīng)貯存了碳?xì)浠衔锏膬τ蜆?gòu)造并幫助繪制碳?xì)浠衔锏倪w移途徑和阻擋層時，需要大量的地層學(xué)和統(tǒng)計學(xué)的數(shù)據(jù)。
質(zhì)譜法可以分析很多用GC和GC/MS所不能分析的氣體。特別是象O2、N2、Ar、Ne和Xe等作為原始表土暴露區(qū)域的特征的氣體是無法用上述這些其他方法分析出來的。而且，為了解釋地下地層對比和再現(xiàn)其埋藏歷史，上述的這些信息可能是十分關(guān)鍵的。還有一些其他的氣體通常也不能用GC和GC/MS來分析，其中包括在流體夾雜物中兩種豐度最大的氣體CO2和H2O。另外，象氨、硫酸鹽、HCl(一種可用的鹽度指示劑)、甲烷和其他輕質(zhì)烴類以及H2S等氣體通常也不用上述兩種方法來分析。在某些貯油構(gòu)造中，僅有的特征組分是甲烷、CO2和H2S。在某些盆地中，HS已被證明可用作沖斷層的指示劑，而在其他的地區(qū)中則可作為地層對比的標(biāo)志。
水相夾雜物可能含有水溶性的碳?xì)浠衔?，這種夾雜物可以作為石油的近似指示劑。如果在進(jìn)行流體夾雜研究時只限于具有高豐度石油夾雜的樣品，則上述的水相夾雜物就可能被忽略。
MS還可鑒別由非夾雜物和夾雜物所衍生的氣體。而使用GC或GC/MS是無法進(jìn)行這種鑒別的。使用上述這些其他技術(shù)來分析流體夾雜物樣品還必須做到絕對的清潔，以避免污染物影響分析結(jié)果，因此需要做多得多的樣品準(zhǔn)備工作。
為什么以前對流體夾雜物的研究不能給勘探工作提供有意義的和廣泛的幫助呢？其理由之一就是這些研究常常是基于諸如GC/MS和激光-紫外熒光顯微分析等技術(shù)，而這些技術(shù)只能分析少數(shù)的樣品而且只能用于具有大量的和高豐度的石油夾雜物的樣品。所有含流體夾雜物的樣品都可用質(zhì)譜法來分析，而且不管是否存在豐富的石油夾雜物，流體夾雜物的質(zhì)譜數(shù)據(jù)都能對地層構(gòu)造的分析提供有用的信息。
在下表中示出了在流體夾雜物分析中所遇到的碎片的質(zhì)量數(shù)據(jù)以及其分子來源。
MCR特征-無機(jī)流體夾雜物氣體表1無機(jī)氣體 MCR特征H 2He 4H2O 18CO222，44Ar 40N228，14NH317CO 28H2S 34O232SO(1-3) 48COS 60
CS276Ne 20，22HCl 35，36，37，38Xe 129，130，131，132，134，136質(zhì)量特征-有機(jī)流體夾雜物氣體表2有機(jī)氣體 質(zhì)量特征甲烷 15乙烷 30丙烷 44丁烷 58苯 78甲苯 91二甲苯 105三萜烯 191甾烷 217對于較高分子量的有機(jī)化合物，質(zhì)譜就變得十分復(fù)雜，由于出現(xiàn)很多重疊的質(zhì)譜峰，使得質(zhì)譜分析很難或者根本無法可靠地鑒定單個的化合物。然而，同一種類的有機(jī)化合物具有共同的碎片MCR特征-較高分子量的有機(jī)化合物表3有機(jī)氣體 MCR特征鏈烷烴 57環(huán)烷烴 55
芳香烴 77甲苯 91烷基環(huán)烷烴 97除了這些峰外，烴族化合物傾向于在質(zhì)量為14的各個倍數(shù)處作出響應(yīng)，這是因為在有機(jī)聚合物中CH2是一個重復(fù)的單元。
MCR特征-帶有CH2重復(fù)單元的較高分子量的有機(jī)化合物表4有機(jī)氣體 MCR特征鏈烷烴 57，71，85，99，113，127等等環(huán)烷烴 55，69，83，97，111，125等等對于較高分子量的有機(jī)化合物，對單個有機(jī)化合物的定量分析不如使用夾雜物組分?jǐn)?shù)據(jù)來鑒定含夾雜物組分的特征區(qū)域(指紋識別區(qū)域)那么重要。對地下巖石中各區(qū)域的這種鑒定需要分別從地層內(nèi)相應(yīng)的很多地點取來很多的樣品，以便鑒定每一個地區(qū)的特征。一旦有一類夾雜物質(zhì)被指紋識別出來，就可將它在地層內(nèi)的分布情況制成地質(zhì)圖。
現(xiàn)在參考圖6，圖6示出在自動取樣器的本底被扣除后的樣品分析結(jié)果。圖6示出一個聚集樣品的質(zhì)譜圖，它具有很多由不同MCR峰組成的多重峰。這不僅是由于在夾雜物中存在很多種類的化合物，而且還說明了在質(zhì)譜儀中化合物受到電子轟擊而產(chǎn)生電離作用時，化合物發(fā)生了分解或“碎裂”。例如，水的分子量為18。但是，水能產(chǎn)生一些特征的碎片，這些碎片可在質(zhì)量數(shù)為17(OH)、16(O)和2(H2)這幾處作出貢獻(xiàn)。CO2主要對質(zhì)量數(shù)44作出貢獻(xiàn)，但它還對質(zhì)量數(shù)為28(CO)、16(O)、12(C)以及22(CO++2)作出貢獻(xiàn)。甲烷(CH4)的分子量為16，而且甲烷的主峰也在16處，但水和CO2也以其主要碎片O在質(zhì)量數(shù)16處作出貢獻(xiàn)。因此很難根據(jù)質(zhì)量數(shù)16來直接推算出甲烷的含量，特別是在只存在少量的甲烷而存在大量的H2O和/或CO2的情況下更是如此。但是，甲烷在15處(CH3)還有一個峰，這個峰就不受O的干擾。雖然較高級的烷烴也會在15處有貢獻(xiàn)，但它們對這個峰的貢獻(xiàn)是很小的，所以15就被認(rèn)為是純粹的，也就是相對地不受干擾的甲烷峰。
圖6A還示出了在約14MCR單元間隔的各點出現(xiàn)一些復(fù)現(xiàn)峰。這些復(fù)現(xiàn)峰在直線坐標(biāo)的圖6B中沒有觀察到，但這些復(fù)現(xiàn)峰對地下巖石的研究很有幫助。參看以下的實施例1。
正如所示的那樣，圖6是一個對數(shù)坐標(biāo)圖，它根據(jù)對每一個樣品的MCR 2-300范圍所作的一組多次(256次)掃描合成的總成圖來顯示出在聚集的揮發(fā)性樣品中的MCR豐度。從每一個樣品所獲得的對數(shù)坐標(biāo)圖和多次掃描圖，二者都有助于判斷微量元素和化合物的豐度，而根據(jù)本發(fā)明，這些豐度數(shù)據(jù)可用來繪制地下巖石的夾雜物分布圖。
參考圖6B可以看出，圖6B是以直線坐標(biāo)來示出圖6A中所包含的數(shù)據(jù)。圖6B表明，MCR在16(代表O)，17(代表NH3)，18(代表H2O)，14、28(代表N2)，22、24(代表CO2)等處皆出現(xiàn)明顯的峰，它們是在沉積巖流體夾雜物中豐度最大的無機(jī)揮發(fā)物。甲烷峰出現(xiàn)在MCR 15處，也可觀察到其他一些較小的峰，它們代表碳?xì)浠衔?。可以看出，根?jù)本發(fā)明，在流體夾雜物中存在較豐富的化合物的情況下，可以利用非線性的(例如對數(shù)的)MCR對數(shù)坐標(biāo)來提高微量有機(jī)物和無機(jī)物的揮發(fā)組分的響應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，把對聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品進(jìn)行分析所獲組分?jǐn)?shù)據(jù)以曲線圖形式表示為沿著地下鉆孔深度的函數(shù)。由于這些組分?jǐn)?shù)據(jù)代表非均質(zhì)的流體夾雜物，因此可以從其中選出代表所感興趣的特定化合物的MCR峰并且還可示出它與其他MCR峰的相對關(guān)系。這種顯示可以稱之為流體夾雜物組分的測井曲線圖。
為了把一種或多種類型的分子與一種或多種類型的其他分子進(jìn)行比較，例如將A與B進(jìn)行比較，則最好是測定A/(A+B)的比例。這就使得有可能對各井進(jìn)行半定量的評價。A被認(rèn)為是以B為基準(zhǔn)進(jìn)行了規(guī)一化。不管是A或是B都能出現(xiàn)一個或多個的MCR峰。
不同的曲線圖可用于不同的目的，這一些將在下面作較詳細(xì)的介紹。通常，可把二元關(guān)系圖用于流體夾雜物的測井曲線圖，在所說二元關(guān)系圖中，把一個MCR峰或一組MCR峰與另一個MCR峰或另一組MCR峰相比較。這類二元關(guān)系圖可用來表示一種或多種化合物相對于另外一種或多種化合物的相對豐度?，F(xiàn)在參看圖1，例如可以利用壓力表P來測出在揮發(fā)性組分釋放時的壓力變化數(shù)值及其積分值，這樣，根據(jù)理想氣體定律，也可以測出不同MCR的絕對豐度。
表5示出某些有用的二無關(guān)系圖，但是，很多用來顯示在流體夾雜物中的元素和化合物的相對豐度和絕對豐度的其他可供選擇的方法也可用本發(fā)明。在表5中示出了一種實驗作圖法;然而，在合適的情況下，所有的測量結(jié)果都可以作為化學(xué)性質(zhì)區(qū)分的標(biāo)志。
二元質(zhì)量/質(zhì)量關(guān)系圖表5質(zhì)量/質(zhì)量比 化合物/化合物 作圖方法舉例57/57+15 鏈烷烴/鏈烷烴+甲烷 油對氣
57/55+57 鏈烷烴/鏈烷烴+環(huán)烷烴 油對水夾雜物91/97+91 甲苯/烷基環(huán)烷烴 夾雜物中的烴類組分34/15+34 H2S/甲烷生產(chǎn)性斷層34/44+34 H2S/CO2生產(chǎn)性斷層15/18+15 甲烷/水 烴類對水(夾雜物中)57/44+57 鏈烷烴/CO2遷移區(qū)，密封區(qū)4/4+2 氦/氫+氦 地層標(biāo)志28/44+28 氮/CO2原始空氣區(qū)域15/59+15 甲烷/甲烷+CO2遷移區(qū)，密封區(qū)40/40+41 氬40/烴類碎片 原始空氣區(qū)域現(xiàn)在參考圖8，圖8以深度為坐標(biāo)示出二元測井曲線。
圖8示出，質(zhì)量15(甲烷)對質(zhì)量總數(shù)15+44(甲烷+CO2)的比值與沿著鉆孔各部位的函數(shù)關(guān)系。參看上面表5可以看出，這一比值可以表明甲烷豐度的變化，特別是甲烷相對于CO2豐度的變化，而CO2是在流體夾雜物中最常遇見的無機(jī)氣體。
這類顯示圖的另一種有用的形式是三元關(guān)系圖，在這種圖中，把一組多個流體夾雜物樣品中的三個MCR或三組MCR之間的相互關(guān)系顯示于一個圖中;一些實用的三元關(guān)系列于下面的表6中;然而，很多其他形式的顯示圖也可選用于本發(fā)明中。
質(zhì)量/質(zhì)量/質(zhì)量/三元關(guān)系圖表6質(zhì)量/質(zhì)量/質(zhì)量 化合物/化合物/化合物12/28/44 C/N2/CO291/97/15 甲苯/烷基環(huán)烷烴/甲烷
34/44/15 H2S/CO2/甲烷現(xiàn)在參看圖7，圖7示出一個沿著鉆孔各部位取樣的聚集流體夾雜物樣品的質(zhì)量/質(zhì)量/質(zhì)量三元關(guān)系圖。三元關(guān)系圖對于識別化學(xué)區(qū)別特征或指紋特征特別有用，因為它們很容易地靠直觀識別。其中編碼180所示的一邊表示代表鏈烷烴的MCR對代表甲苯(鏈烷烴/(鏈烷烴+甲苯))的MCR的比例關(guān)系，編碼182所示的一邊表示代表甲烷的MCR對代表(甲烷+甲苯)的比例關(guān)系;而編碼184所示的一邊表示代表甲烷的MCR對代表(甲烷+鏈烷烴)的MCR的關(guān)系。
編碼186、188各自代表在沿著鉆孔深度所采集的一個樣品中，甲烷、鏈烷烴、甲苯三種組分在三元關(guān)系圖中的相對豐度。
編碼186代表在三元關(guān)系圖中由虛線190所限定的范圍內(nèi)的一組很多點，而編碼188代表在三元關(guān)系圖中由虛線192所限定的范圍內(nèi)的一組很多點。
在三元關(guān)系圖內(nèi)處于其本身范圍中的一個點組190與另一個點組192不同。點組190代表在鉆孔中靠近被研究的較深部位的物質(zhì)含量，而點組192則代表鉆孔較淺部的物質(zhì)含量。這樣，點組190和點組192各自代表在地下巖石中的不同特征夾雜物的化學(xué)成分，它們表明了這兩個區(qū)域具有不同的地質(zhì)歷史。
當(dāng)一旦把這些來自一個地區(qū)的一個或多個鉆井的一組多個部位處取來的一組多個揮發(fā)性樣品進(jìn)行了測定并獲得這些點組以后，就可以把這些點組按照在地面上的范圍制成地質(zhì)圖，例如，可把它們制成與深度或與展布范圍的關(guān)系圖，或與深度及展布范圍這兩者的關(guān)系圖。另外，在該區(qū)域的其他一些鉆井也可測定出一些相應(yīng)的點組并可把它們作為一個地區(qū)內(nèi)區(qū)別鉆井與鉆井之間的化學(xué)特性的一種指標(biāo)。此處涉及制圖時所包括的地下巖石的地區(qū)范圍，其中每一個區(qū)皆具有特征的夾雜物組分，并且每一個區(qū)都基于從一組多個地點取得的一組多個揮發(fā)物樣品所獲的數(shù)據(jù)。
各個具有特征的流體夾雜物組分的各個區(qū)域又可以用不同的圖示方法表示為夾雜物組分隨地內(nèi)不同地點而變化的函數(shù)關(guān)系。這些區(qū)域可以用二元關(guān)系的或三元關(guān)系的或其他的圖示方式來識別，這些圖表明在從地內(nèi)一組多個地點取來的一組多個流體夾雜物樣品之間夾雜物組分的變化關(guān)系。
在一個二元關(guān)系圖中，這些區(qū)域可以通過觀察在地下巖石中最感興趣的一個或多個元素或化合物的相對豐度或相對貧乏度的深度間隔來表征。在整個油田或貯油構(gòu)造中，對于一個鉆井到另一個鉆井之間的相應(yīng)區(qū)域來說，上述一類區(qū)域的次序與深度的函數(shù)關(guān)系也是很有意義和很有用的。例如，如果在整個油田內(nèi)存在具有同樣一種化合物的相同豐度或相同貧乏度的特征類型的其他一些地區(qū)，這一事實就表明整個油田具有相同的地質(zhì)歷史。另一方面，如果在一個地區(qū)內(nèi)，從一個鉆井到另一個鉆井之間所記錄到的地質(zhì)類型中有一部分反復(fù)出現(xiàn)，而另一部分地質(zhì)類型則沒有反復(fù)出現(xiàn)，這一事實表明，它們所具有的地質(zhì)歷史分別處在某一地質(zhì)變動事件(例如斷層事件)之前或之后，這種情況常?？梢耘袛喑鰜聿⒖捎糜谑突蛱烊粴獾目碧焦ぷ髦?。最后，如果所記錄到的地質(zhì)類型沒有任何一部分為兩個或更多的鉆井所共有，這就表明它們具有不同的形成歷史。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，地下巖石夾雜物地質(zhì)圖表明，在一個單獨的地質(zhì)構(gòu)造中的不同部分常常包含具有明顯不同夾雜組分的區(qū)域，這種地質(zhì)圖可用于石油和天然氣的勘探工作。請參見下面的實施例Ⅵ。另外，夾雜物組分地質(zhì)圖還可示出不同地質(zhì)構(gòu)造之間的共同特征，例如碳?xì)浠衔锏倪w移特征。因此，地下巖石的流體夾雜物地質(zhì)圖對石油和天然氣的勘探工作提供了十分有意義的信息，而這種信息是常規(guī)的地層資料所無法提供的，這種信息指出，在一個地質(zhì)構(gòu)造中或在鄰接的幾個地質(zhì)構(gòu)造中，哪一些地區(qū)經(jīng)歷了地質(zhì)歷史上共同的地質(zhì)事件。
在鑒定了地下巖石中流體夾雜物區(qū)域的特征之后，這些區(qū)域就可以作為不同的流體環(huán)境的地層時間標(biāo)志。這些時間標(biāo)志可以對直穿過具有相同年齡或不同年齡的地層。
本發(fā)明的這些方面都將在下列的實施例Ⅰ-Ⅳ中得到解釋，這些實施例根據(jù)本發(fā)明對一個單獨的鉆井進(jìn)行了分析。
概括地說，實施例Ⅰ-Ⅳ對來自一個鉆井的巖屑的流體夾雜物進(jìn)行了分析，分析結(jié)果表明，存在一個碳?xì)浠衔镞w移區(qū)、認(rèn)為存在一個限制碳?xì)浠衔镞w移的密封區(qū)，提出了可用于局部地區(qū)的兩個具有地層時間標(biāo)志的水平地層，以及兩個面積較寬的地層流體夾雜物水平層，這些信息可用于世界范圍內(nèi)。
實施例Ⅰ-Ⅳ是根據(jù)本發(fā)明，在3.5小時內(nèi)對90個鉆井巖屑進(jìn)行分析所獲的結(jié)果。
實施例Ⅰ-碳?xì)浠衔锏倪w移區(qū)和密封區(qū)油氣勘探工作者最感興趣的流體-巖石間的相互作用就是碳?xì)浠衔锏倪w移。圖8是一個典型流體夾雜物測井曲線圖的例子，該圖示出了深度對流體夾雜物組分某些特征的關(guān)系，在此情況下即是深度對甲烷豐度，特別是對甲烷與CO2之比，即對甲烷/(甲烷+CO2)的關(guān)系。這一比值已經(jīng)乘上100，因此將其用百分?jǐn)?shù)表示。根據(jù)這一性質(zhì)，在圖中X軸的最大值應(yīng)是100，而最小值應(yīng)是0。這一圖形包含有很多有關(guān)碳?xì)浠衔锿ㄟ^鉆井附近的巖石進(jìn)行滲透的信息。CH4與CO2是在地下巖石中兩種豐度最大的氣體。兩種物質(zhì)皆含碳，甲烷是最具有還原性的化合物，而CO2是最具氧化性的化合物。如果與水相比較，則CO2是在地下巖石中第二種最豐富的夾雜化合物，但它較易于分析。因此，CH4與CO2的比值可作為地下巖石中甲烷豐度的一種相對測定的方法，這一比值常?？捎脕韺σ粋€地區(qū)的不同鉆井進(jìn)行比較。
正如圖中參考數(shù)字150所表明的，在井深約14，500至約17，000英尺之間的區(qū)域CH4對CO2的相對豐度很高。在這一區(qū)域的巖石內(nèi)的夾雜物中存在甲烷和其他碳?xì)浠衔?，這一事實說明流體的碳?xì)浠衔锵噙w移入這些巖石中，它們中的某些部分作為流體夾雜物被捕集在巖石中。正如參考數(shù)字152所表明的，13，000至約14，500英尺之間的區(qū)域只存在很少量的甲烷。在緊鄰地處于150區(qū)域上方的152區(qū)域中的巖石內(nèi)缺少碳?xì)浠衔飱A雜物，這一事實表明152區(qū)域是一密封區(qū)。這種根據(jù)夾雜物數(shù)據(jù)所作的解釋受到事實的支持，因為在此鉆井內(nèi)，僅僅在具有富甲烷夾雜的150區(qū)域發(fā)現(xiàn)了氣顯示，因此認(rèn)為碳?xì)浠衔锉?52區(qū)域捕集起來。當(dāng)然，氣顯示表示它屬于空隙體系的流體而不是屬于被夾雜的流體。如參考數(shù)字154所表明的，在約3000與13，000英尺之間的區(qū)域，CH4/(CH4+CO2)具有一個中等數(shù)值。在從地表到3000英尺之間的156區(qū)，甲烷的含量很低。
在3000至13，000英尺之間的154區(qū)內(nèi)的夾雜物具有中等數(shù)值的甲烷含量，這一事實表明碳?xì)浠衔镞w移入這一深度范圍，同時也遷移入15，000至17000英尺之間的150區(qū)。在從地表至3000英尺之間的156區(qū)中不存在有意義含量的甲烷，這一事實表明碳?xì)浠衔锊贿w移過這一區(qū)域。在154區(qū)與156區(qū)之間的3000英尺處的斷裂地帶相當(dāng)于寒武紀(jì)-前寒武紀(jì)的不整合。在此不整合性地帶的兩側(cè)發(fā)現(xiàn)了砂巖，因此缺乏石油物理的證據(jù)來證明這一表面是密封的表面。合起來看，這些數(shù)據(jù)表明，碳?xì)浠衔锏倪w移，至少是通過在約3000至約13000英尺之間的154區(qū)的遷移，是發(fā)生于156區(qū)的寒武紀(jì)砂巖的沉積之前。
現(xiàn)在參考圖9，圖9示出了在圖8中所示的鉆井內(nèi)16，000英尺處取得的聚集的夾雜物揮發(fā)性樣品的質(zhì)譜圖。已觀察到此處的碳?xì)浠衔镏辽僖蜒由斓綄儆谄偷倪@一范圍。由于夾雜物氣體受到與在開孔系統(tǒng)中相同的熱應(yīng)力，以及觀察到碳?xì)浠衔镅由斓綄儆谄偷倪@一范圍，這一事實表明沒有發(fā)生熱裂解，圖9中的數(shù)據(jù)表明，150區(qū)中的巖石沒有達(dá)到退化或裂解的溫度。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，利用如圖6B這類圖形是很難解釋或根本不可能解釋這一現(xiàn)象的。
實施例Ⅱ-地表暴露區(qū)域原始-滲流區(qū)，也稱原始-暴露區(qū)，可以利用本發(fā)明的自動流體夾雜揮發(fā)物分析的方法迅速將其鑒定。滲流區(qū)沉積巖包括在礦物形成時期處于地下水面以上的所有沉積巖。在滲流區(qū)的沉積巖中，所有空隙被大氣和水的混合物所占據(jù)。
原始滲流區(qū)通常是依據(jù)巖石學(xué)和穩(wěn)定同位素化學(xué)地層學(xué)二者共同鑒定。形成于滲流區(qū)中的碳酸鹽礦具有特征的膠結(jié)物，通常被稱之為“凹凸?fàn)钅z結(jié)物”和“懸垂?fàn)钅z結(jié)物”。對這些膠結(jié)物的巖相學(xué)鑒定是原始-滲流環(huán)境的有力證明。
另外，滲流區(qū)的特征是具有輕的碳同位素。滲流區(qū)中的輕碳同位素是來自風(fēng)化分解的植物。這些資料就被用來鑒定原始滲流區(qū)。雖然這些技術(shù)可能是有效的，但它們是十分費時的，并且需做相當(dāng)大量的樣品準(zhǔn)備工作。
這些膠結(jié)物在滲流區(qū)中環(huán)繞著礦物或在礦物之間形成，它們把各種不同含量的空氣和水捕集于流體夾雜物中。對這些具有不同含量的空氣和水的夾雜物的巖相學(xué)鑒定方法也可用來鑒定原始滲流區(qū)。然而，這些方法也是十分費時的并且需做相當(dāng)大量的樣品準(zhǔn)備工作。
根據(jù)本發(fā)明的對流體夾雜物揮發(fā)組分進(jìn)行自動分析的方法是一種迅速鑒定原始-滲流區(qū)的方法。
形成于滲流環(huán)境中的夾雜物捕集了少量的空氣。在空氣中有一些特征氣體不存在于地下巖石中，它們就是O2，Ar，Xe等。本發(fā)明的自動取樣器/質(zhì)譜儀系統(tǒng)可以迅速地鑒定出那些在其夾雜物中含上述這些分子的巖石樣品。被上述的方法(即根據(jù)其流體夾雜物中存在有O2或Ar或Xe)鑒定出的滲流區(qū)已為巖相學(xué)和同位素的研究所證實。
記載原始-滲流區(qū)的資料對于石油和天然氣的勘探是很重要的，因為它記載了原始暴露區(qū)的情況。對原始暴露區(qū)的地區(qū)性研究可以圈定原始海岸線與原始的地形表面，因為地下水平面的形狀總是與地形表面相一致的。根據(jù)原始地形學(xué)的知識，可以沿著不整合區(qū)來尋找貯油構(gòu)造。另外，原始暴露區(qū)常常是孔隙率增高的地區(qū)或者是孔隙率被破壞的地區(qū)?？紫堵试龈叩牡貐^(qū)是潛在的儲油層，而孔隙率被破壞的地區(qū)是潛在的密封區(qū)。因此，一種可以迅速而容易地鑒定在地下巖石中原始暴露區(qū)的方法將可為石油與天然氣的勘探帶來很大的好處。
現(xiàn)在參考圖10，圖10以質(zhì)量比40/41+40的形式示出夾雜物中Ar氣含量隨深度而變化的函數(shù)關(guān)系。Ar的質(zhì)量數(shù)為40，它在某種程度上被鄰近的烴類的碎片所掩蔽。因此，選擇這些碎片中的一種(例如MCR比＝41的碎片)作為比較物，以便在某種程序上消除烴類對Ar在質(zhì)量數(shù)40處的響應(yīng)所產(chǎn)生的干擾。發(fā)現(xiàn)了存在兩處正異常的區(qū)域，也就是在13，000和15，000英尺之間的158區(qū)以及在8，500和9，500英尺之間的160區(qū)。在這兩個區(qū)域中還發(fā)現(xiàn)較高豐度的N2和O2(圖中未示出)。通常氣體的氧分子只發(fā)現(xiàn)于地球的表面，因此它可直接用作地面暴露區(qū)的標(biāo)志。N2是大氣中最豐富的氣體，而Ar是一種特征的痕量大氣源氣體。溶解于地表水中的Ar、N2和O2的量很低，特別是與它們在大氣中的豐度相比較時更是如此。因此，這兩個富Ar的夾雜區(qū)可以認(rèn)為是原始地表暴露表面的一種證明。較低的一個暴露區(qū)158相應(yīng)于圖8中所示出的烴類密封區(qū)(152區(qū))。因此，這一表面被認(rèn)為是密封的暴露區(qū)。這個處于9000英尺左右的富Ar夾雜區(qū)所含的甲烷量與地層學(xué)上較高和較低的前寒武紀(jì)砂巖沒有明顯的區(qū)別(見圖8)。這一區(qū)域被認(rèn)為是非密封的暴露區(qū)。
已經(jīng)有獨立的證據(jù)，證明158區(qū)和160區(qū)是地表的暴露表面。較低的158區(qū)是由一種紅色的細(xì)粒粉砂巖組成的區(qū)域。粉砂巖的紅色表明它有一種被氧化的特征，這是與它屬于暴露區(qū)這一事實相一致的。這種粉砂巖的細(xì)料性質(zhì)也與密封區(qū)這一假定是相一致的。對取自上一個異常區(qū)160中的巖心進(jìn)行了研究，結(jié)果認(rèn)為這是一種風(fēng)積層(Eolian sequence)，因此證明它是一個地表暴露區(qū)。假如這些暴露區(qū)是橫向延伸的，那么它們的夾雜物特征將可作為盆地的地層年令的標(biāo)志。
實施例Ⅲ-寒武紀(jì)/前寒武紀(jì)不整合地層特征現(xiàn)在參看圖11，圖11示出在鉆井中N2氣豐度相對于CO2的變化。參考數(shù)字162表明，在約3000英尺處的兩層區(qū)域之間存在一個斷裂層或轉(zhuǎn)移層，此處是寒武紀(jì)與前寒武紀(jì)的不整合區(qū)域。在此區(qū)域中，前寒武紀(jì)巖石處于斷裂層162的下面，它與處于斷裂層162上面的寒武紀(jì)巖石相比具有相對較豐富的N2。這一現(xiàn)象再次被認(rèn)為是古生界-前寒武紀(jì)巖石的不整合。圖12以參考數(shù)字164示出在另一個鉆井中的同樣情形。
對鉆井巖屑中的流體夾雜物的分析結(jié)果表明，古生界-前寒武紀(jì)沉積巖在N2含量方面不整合，前寒武的沉積巖具有相對較為富氮的夾雜物，而古生界巖石夾雜物則較為貧氮，因此提供了一種前寒武紀(jì)地層的標(biāo)志。不局限于本發(fā)明，這一現(xiàn)象被認(rèn)為是由于在古生界的開始階段生物突然增多的結(jié)果。由于大量生物體的積累，它們消耗了大氣中的氮，因此使得溶解在被流體夾雜物所捕集的水中的氮含量降低。這可能是世界范圍內(nèi)地層的情況。
實施例Ⅳ-氦，前寒武紀(jì)地層的標(biāo)志圖13示出在鉆井中夾雜物內(nèi)氦含量的變化。在地下巖石中He的含量是用4/4+2的比值來測定的。氦和氘都對質(zhì)量數(shù)為4處的峰有貢獻(xiàn)，但氫只對2處的峰有貢獻(xiàn)。氘的豐度隨氫的豐度而變化。因此利用比值4/4+2可以在一定程度上消除氘對4處的峰的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在處于13，000英尺下方的166區(qū)內(nèi)的氦含量迅速增加。當(dāng)對世界上其他鉆井內(nèi)前寒武紀(jì)上部的巖石進(jìn)行試驗時，也發(fā)現(xiàn)在這些鉆井中有類似的變化情況。在分析較年輕的巖石時則沒有發(fā)現(xiàn)達(dá)到這一數(shù)值的氦含量。在較年青的巖石中，在某些夾雜物內(nèi)也發(fā)現(xiàn)有氦，但象這樣在整個地層厚度范圍內(nèi)的富氦區(qū)域尚未發(fā)現(xiàn)過。對取自鉆井的砂巖所作的詳細(xì)的巖相分析表明，在氦氣含量突然升高的區(qū)域的鄰近地區(qū)，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的石油物理的變化。在此氦轉(zhuǎn)移區(qū)域的上方和下方都發(fā)現(xiàn)了內(nèi)含赤鐵礦膠結(jié)物的紅色砂巖。因此，這種氦就可作為前寒武紀(jì)地層年令的標(biāo)志。
不局限于本發(fā)明，流體夾雜物氦含量的變化被假定為由于地球大氣氧化狀態(tài)的變化而引起的。富氦的夾雜物被假定為在地球大氣處于充分還原性的條件下產(chǎn)生于沉積巖中的，這是由于在當(dāng)時這種條件下，鈾的價態(tài)使得它相當(dāng)難溶于水。在這些條件下，鈾就作為細(xì)屑沉積下來。隨著原始沉積巖一起變化的鈾在它進(jìn)行放射性衰變的整個時間內(nèi)都一直在產(chǎn)生氦。當(dāng)這種氦一旦釋放出來后就作為流體夾雜物被捕集起來，或者，假如有少量的鈾作為固體夾雜物被捕集起來，那么氦就被捕集在同一個夾雜物中。在大氣處于比較氧化性的條件下，鈾將易溶于水，這時它就不會作為細(xì)屑沉積下來。因此，就不能期望產(chǎn)生富氦的夾雜物。
實施例Ⅴ-集油性斷層與遷移層的鑒定這一實施例解釋利用流體夾雜物地層學(xué)來鑒定集油性和非集油性斷層。
現(xiàn)在參考圖14A，圖14A示出一口用來檢查一個簡單斷層圈閉的鉆井350。如圖所示，該鉆井穿過斷層A和斷層B(以箭頭352示出各個不同的巖層354的運動方向)，滲漏的石油被向著斷層A隆起的貯油構(gòu)造R所捕集?，F(xiàn)在還不知道，究竟斷層A是不是一個集油性的斷層。
現(xiàn)在參考圖14B，圖14B示出一條測井曲線356，該曲線表示在流體夾雜物內(nèi)的鏈烴豐度隨附近鉆孔350的深度而變化的函數(shù)關(guān)系。為了簡單起見，將測井曲線畫光滑與一般化。
曲線356表明，在斷層A與斷層B之間存在一個相對較高鏈烴含量的區(qū)域，在斷層A之上，鏈烴的含量變低，這就表明斷層A是一個集油斷層。在斷層B之下，鏈烴的含量變低，這說明斷層B可能是一條遷移通道，石油沿著這條通道遷移入貯油構(gòu)造R中。
實施例Ⅵ-難發(fā)現(xiàn)的地層貯油構(gòu)造該實施例解釋，可用流體夾雜物地層學(xué)來在一個地質(zhì)構(gòu)造中尋找一些難以發(fā)現(xiàn)的地層貯油構(gòu)造。圖15A是一個生產(chǎn)性地質(zhì)構(gòu)造的地形俯視構(gòu)造等高線圖。在此區(qū)域內(nèi)有生產(chǎn)性鉆井3號、4號和5號。圖15C中示出幾個三元關(guān)系圖，它們示出在圖15A的油田中和周圍的幾個鉆井中流體夾雜物的變化情況。這些三元關(guān)系圖示明質(zhì)量數(shù)15(甲烷)、44(CO2)、和41(一種石油碎片)的相互變化關(guān)系。在繪圖以前，質(zhì)量數(shù)41的強(qiáng)度先乘以10。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在油田中的所有生產(chǎn)性油井3號、4號和5號都顯示出非常相似的流體夾雜物組分。下傾的干井6號也顯示出與油田中其他油井十分相似的流體夾雜物組分。在烴類遷移障阻線238以北的鉆井1號和2號中的夾雜物與那些在油田中的生產(chǎn)性油井3號、4號和5號內(nèi)的夾雜物明顯不同，但1號和2號間彼此的夾雜物相類似。這兩個鉆井中有一個用來生產(chǎn)水以將其用于采油作業(yè)。
對上述的三個干井中的流體夾雜物進(jìn)行分析就可以確定油田的位置。根據(jù)1號和2號兩個鉆井中的夾雜物數(shù)據(jù)的相似性，證明沒有必要在這二者之間繼續(xù)進(jìn)行勘探。然而，在這兩個井與6號井之間，流體夾雜物組分有顯著的差異，這就表明，它們之間存在某種地下巖石化學(xué)組分的間隔化，因此認(rèn)為在這幾個井之間有可能存在一個貯油構(gòu)造。這樣在6號井與1號和2號之間進(jìn)行勘探將會發(fā)現(xiàn)油田。
現(xiàn)在參考圖15B，圖15B示出在1號井至6號井的夾雜物中CO2/(CO2+CH4)的百分?jǐn)?shù)。1號井和2號井彼此相似，但與3號、4號和5號井并不相似，而3號、4號和5號井彼此相似，它們和6號井也相似。假如在開始勘探之前，1號、2號和6號井已經(jīng)鉆好并發(fā)現(xiàn)它們沒有生產(chǎn)價值(如圖15以點線所示出的)，根據(jù)本發(fā)明的流體夾雜物分析在比較了夾雜物中CO2的豐度以后將可推斷出在這幾個井之間存在一個潛在的貯油構(gòu)造。然后正式地在2號井和6號井之間實際上任何地點進(jìn)行鉆探，都將能找到要找的油田。
圖15D解釋了圖15C的三元關(guān)系圖，而圖15C顯示了圖15a的構(gòu)造圖的相互關(guān)系。
實施例Ⅶ-流體夾雜物地層學(xué)在一個區(qū)域中分析了13個已鉆好的井。在這些井中的很多個都已發(fā)現(xiàn)了再現(xiàn)性的流體夾雜地層學(xué)現(xiàn)象，即在這些不同的井中，每一個井都具有特征的流體夾雜物組分。例如，在研究了鏈烴類的豐度相對于甲烷豐度的變化關(guān)系后，在淺層區(qū)域和深層區(qū)域找到了鏈烴類豐度低的區(qū)域，而在中等深度的區(qū)域找到了鏈烴類豐度高的區(qū)域。富鏈烴區(qū)域?qū)蛹s有數(shù)千英尺厚。在這些富鏈烴區(qū)域的中間、上面和下面一般都發(fā)現(xiàn)了多孔性砂巖。這樣，在這個富鏈烴區(qū)域中，并與井之間的正常地層學(xué)現(xiàn)象是不一致的。在這些富鏈烴夾雜區(qū)的頂部和底部都發(fā)現(xiàn)有斷層阻隔。在一些具有含油跡象的鉆井中，在已報導(dǎo)過的最深油層的下面，找到了向下延伸達(dá)數(shù)千英尺的“含油”夾雜物區(qū)域。
井與井之間的塊狀夾雜物的一致性支持了它們具有共同的生成過程的觀點。經(jīng)測定，這些區(qū)域的底部存在烴類遷移的通道，而在這些區(qū)域的頂部，則存在烴類遷移的阻隔層。因此可以認(rèn)為，在這些區(qū)域中可能發(fā)生垂直方向的遷移。
初步的數(shù)據(jù)表明，在油田的東部和西部，底部的遷移通道都變得較淺。這些資料暗示，特殊的斷層體系可能是該油田的主要通道。根據(jù)底部遷移通道可以預(yù)言在一個區(qū)域中的最大生產(chǎn)性深度。
實施例Ⅷ-通過測定流體夾雜物中擴(kuò)散的芳香烴來判斷石油聚集的方向根據(jù)本發(fā)明的所有各個方面，利用聚集的流體夾雜物揮發(fā)性組分的數(shù)據(jù)，至少可以繪制出部分的地層圖。正如上述，這種氣體的不均勻混合物是用來繪制地層圖和解釋地下地質(zhì)現(xiàn)象的一種很有力的手段，雖然這種手段只允許將一些與地質(zhì)結(jié)構(gòu)知識無關(guān)的化學(xué)間隔化現(xiàn)象繪成地層圖，但是這種地層圖對于解釋地質(zhì)結(jié)構(gòu)很有幫助。
已知芳香烴是從石油聚集的地點向外擴(kuò)散，這樣就形成了一種豐度梯度。流體夾雜物是在前進(jìn)過程中形成的。據(jù)此可以認(rèn)為，測量流體夾雜物中的芳香烴組分可以判斷出石油聚集的方向。
為了對已知的油藏進(jìn)行分析，可以使用本發(fā)明的測定甲苯/(甲苯+CO2)比例(即甲苯的相對豐度)的方法。所獲結(jié)果表明，甲苯/(甲苯+CO2)的比例沿著石油聚集的方向逐漸增加。
這一實施例表明，本發(fā)明可用來測定石油聚集的方向。
實施例Ⅸ-根據(jù)流體夾雜物來探測貯油構(gòu)造和斷層這一實施例解釋了利用流體夾雜物組分區(qū)域來繪制一個特定的油田地層圖。
根據(jù)本發(fā)明，將一些從一個區(qū)域的五個鉆井中取來的巖心樣品和巖屑所獲取的流體夾雜物成分?jǐn)?shù)據(jù)用來繪制一個油田的地層圖。
從生產(chǎn)性和非生產(chǎn)性的沖掩巖片取來足夠的巖心樣品(取樣間隔為1英尺)，就能把所獲的流體夾雜物組分?jǐn)?shù)據(jù)繪制成圖，根據(jù)這種圖，可以充分了解當(dāng)?shù)氐膸r石學(xué)和孔隙率的變化情況?，F(xiàn)在參考圖16A，圖16A示出了根據(jù)本發(fā)明的關(guān)于CO/CH/HS的三元關(guān)系圖，這一關(guān)系圖示明了相應(yīng)地點的多孔性砂巖、頁巖和非多孔性砂巖的特征組成。
圖16B所示的CO2/CH4/H2S三元關(guān)系圖示出了生產(chǎn)和非生產(chǎn)沖斷層的特征夾雜物組分。這些資料提供了一批足夠的流體夾雜物化學(xué)組分?jǐn)?shù)據(jù)，它們可用來分析該油田中流體夾雜物的情況，以便查明當(dāng)?shù)牡刭|(zhì)結(jié)構(gòu)特征。
現(xiàn)在參考圖16C，圖16C示出一個根據(jù)本發(fā)明的有關(guān)H2S豐度(相對于CO2規(guī)一化)與深度的函數(shù)關(guān)系的測井曲線圖。在沖掩巖片處發(fā)現(xiàn)了三個H2S高含量區(qū)270、272、274，這表明該沖斷層具有良好的跡象或者說它是一個具有生產(chǎn)意義的貯氣構(gòu)造。但H2S的曲線圖不能判斷該油田所貯存的天然氣究竟是否符合生產(chǎn)上的經(jīng)濟(jì)性。
現(xiàn)在參考圖16D，圖16D示出CO2/(CO2+CH4)隨鉆井深度的變化情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)了一些CO2豐度變小的異常點276、278、280、282、284，這些異常點處在含有多孔性區(qū)域的砂巖間隔帶中。通過查明上傾的多孔區(qū)域可以找出可供作生產(chǎn)試驗用的新區(qū)域。這表明利用本發(fā)明可以確定多孔性區(qū)域的位置。
現(xiàn)在參考圖16E，圖16E示出了He/(He+H2)的變化情況。根據(jù)與測震數(shù)據(jù)比較的結(jié)果，在沖斷層發(fā)現(xiàn)了一些He含量增高的異常區(qū)域286、288、290、292和294。這事實表明，利用本發(fā)明有助于查明沖斷層區(qū)域。
不管在沖斷層是否是生產(chǎn)性的，其中都存在He含量增高的異常點。
這一實施例表明，對于該油田來說，H2S的異常點存在于具有生產(chǎn)意義的沖掩巖片巖中，CO2的異常點存在于多孔性砂巖中，而He的異常點存在于沖斷層的鹽巖中。
這些具有特征的流體夾雜物信息可用來對該油田的其他油井繪制出有關(guān)區(qū)域的地質(zhì)圖并且有可能推廣到其他油田。
實施例Ⅹ-根據(jù)流體夾雜物數(shù)據(jù)來繪制地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征圖該實施例解釋了利用流體夾雜物組分來鑒定一個油田中的結(jié)構(gòu)特征。
在所研究的區(qū)域中選擇了7個油井供分析用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)可利用各種不同元素的三元關(guān)系圖來區(qū)分上傾臺式巖、下傾瀉湖石灰?guī)r以及多孔巖(填充了氣體或水)。
在上傾臺式巖中的流體夾雜物具有相對較高飽和度的甲烷。
在充滿瀝青的前緣斜坡相中的流體夾雜物很容易鑒別出來，因為它們含有豐富的甲苯和硫化氫(H2S)。
在瀉湖石灰?guī)r中的流體夾雜物含有豐富的二氧化碳(CO2)和貧乏的甲烷。
在晚期的方解石中的流體夾雜物含有貧乏的甲烷和豐富的HS，或者還含有HCl(較多的鹽分)。
利用這些特征的組分，可以繪制成一種各個區(qū)域都標(biāo)明的油田區(qū)域圖。
在完成本發(fā)明各方面的任務(wù)中，很多問題已經(jīng)得到了解決。
研制了一種可以對一組多個樣品依次單個地進(jìn)行沖擊粉碎和分析其中夾雜物組分含量的系統(tǒng)。樣品的粉碎操作在連續(xù)抽空的條件下進(jìn)行，以加速實驗過程，同時保證剛揮發(fā)出來的揮發(fā)性組分盡可能少地被由于粉碎而暴露出來的表面所吸附。還研制了一個這樣的裝置，它能做到當(dāng)所說的一組多個樣品在真空下被單個地粉碎時使這些相品保持相互隔開的狀態(tài)。為了提高效率，所研究出的系統(tǒng)可以使用較樣品數(shù)要少的粉碎裝置來將樣品粉碎，所說的系統(tǒng)還有一個能將樣品傳送到它被粉碎時所處位置上的裝置。該系統(tǒng)做得足夠堅固，使它能多次重復(fù)使用。釋放出的揮發(fā)性樣品被迅速地輸送到分析裝置處進(jìn)行分析，以便使其中存在的大部分元素和化合物都被適當(dāng)?shù)赜涗浵聛恚⑵淅L制成地下巖石的化學(xué)夾雜物區(qū)域分布圖。所研制的分析裝置本身可以檢出存在于流體夾雜物中的痕量元素和化合物，正如上述，這些流體夾雜物可給石油和天然氣的勘探工作提供很多有意義的幫助。所獲大量的有關(guān)組分的數(shù)據(jù)以能夠再現(xiàn)的形式貯存起來。所獲的數(shù)據(jù)代表了從每個樣品的無數(shù)夾雜中釋放出來的所有元素和化合物的不均勻混合物，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過處理和變換，并被繪制成各種組分與深度及地區(qū)位置的關(guān)系圖，以便用這些關(guān)系圖來解釋和實際應(yīng)用這些數(shù)據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明的各個方面，可以對在地殼中三維空間內(nèi)(即從垂直與水平這兩個方向而言)所存在的流體夾雜物組分進(jìn)行分析和解釋。過去的有關(guān)沉積巖形成的流體夾雜物地層學(xué)研究一直都難以從大量的微小顆粒(通常＜10μm)的流體夾雜物中取得足夠的數(shù)據(jù)，這就是它在過去一直不被其他人認(rèn)真地關(guān)注和考慮的一個原因。
應(yīng)用地下巖石的流體夾雜物化學(xué)組成圖，可以標(biāo)明油/氣的遷移通道、估計油/氣遷移的時間、顯示油/氣遷移路程的多個階段、確定密封區(qū)位置、確定斷層位置、顯示流體沿著斷層遷移的情況、確定不整合區(qū)域、確定原始-暴露表面(原始滲流區(qū))的位置、估計熱暴露的情況(烴類的熟化和退化)以及估計各種沉積巖的年齡(地層學(xué)的時間標(biāo)志)。還可以獲得其他方面的很多好處。
根據(jù)本發(fā)明的流體夾雜物地層學(xué)可以在一天之內(nèi)分析數(shù)百個或數(shù)千個流體夾雜物揮發(fā)性組分的樣品。由于能迅速而容易地獲得這些數(shù)據(jù)，這就使這種研究成為可能。
本發(fā)明已通過較佳實施例和具體的應(yīng)用來進(jìn)行了解釋，但本發(fā)明不受這些范圍的限定而僅受所附權(quán)利要求的限定，這些權(quán)利要求所限定的全部范圍應(yīng)獲得法律的保護(hù)。
權(quán)利要求
1.用于釋放和輸送聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品以對其進(jìn)行組分分析的設(shè)備，該設(shè)備包括一個易于抽空的密封殼體，其作用是把在該殼體內(nèi)，從一個巖石樣品內(nèi)的無數(shù)液體夾雜物中釋放出來的聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品輸送到該殼體的出口；在密封殼體內(nèi)的樣品接納裝置，它具有可接納一組多個相互隔開的巖石樣品的一組多個樣品室，每一個樣品室可接納一個單獨的沉積巖樣品并可在所說的每一個巖石樣品被單獨地粉碎時，支持每一個單獨的巖石樣品；以及在密封殼體內(nèi)的沖擊裝置，它能單獨而依次地對所說的一組多個巖石樣品的每一個巖石樣品進(jìn)行沖擊，這種沖擊作用能有效地使聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品從每一個巖石樣品中的無數(shù)流體夾雜物中釋放出來。
2.如權(quán)利要求1中的設(shè)備，它還包含在密封殼體內(nèi)的運動裝置，它能驅(qū)動樣品接納裝置和沖擊裝置相互移動，沖擊裝置能按時間順序不斷地進(jìn)行定位，以便單獨地對每個相互分開的巖石樣品進(jìn)行沖擊。
3.如權(quán)利要求1中的設(shè)備，它還包含分析裝置，它通過氣流連通管連接到密封殼體的出口，以便在每一個相互分開的巖石樣品被沖擊并因此使聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品釋放出來時將這些聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品從密封殼體中抽取出來并分析其中的組分。
4.如權(quán)利要求2中的設(shè)備，它還包含一個這樣的裝置，它能指令運動裝置驅(qū)動沖擊裝置作相對于樣品接納裝置的運動，使沖擊裝置定位以便對每一個巖石樣品進(jìn)行沖擊;以及一個這樣的裝置，它可指令沖擊裝置對每個巖石樣品進(jìn)行沖擊。
5.如權(quán)利要求1中的設(shè)備，它還包含一個控制裝置，它能連續(xù)地使一個選定的樣品室相應(yīng)于沖擊裝置進(jìn)行定位，以便沖擊裝置能有效地沖擊到處于樣品室中的一個巖石樣品;還能指令沖擊裝置向處于連續(xù)定位的樣品室中的巖石樣品進(jìn)行沖擊，以使聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品從每一個巖石樣品中釋放出來;以及能指令分析裝置對每一個釋放出來的聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品進(jìn)行分析記錄。
6.如權(quán)利要求1中的設(shè)備，其中樣品裝置還包含處于密封殼體內(nèi)的一個平臺，它能相對于帶有一組多個樣品室的密封殼體作相對運動。
7.如權(quán)利要求1中的設(shè)備，其中的樣品接納裝置包含一個處于密封殼體內(nèi)，并相對于該殼體運動的平臺，該密封殼體內(nèi)具有一組多個樣品室，每個樣品室?guī)в幸粋€與它相配合的蓋以用來蓋住巖石樣品，并且可讓沖擊裝置的沖擊力從沖擊裝置傳送到樣品室中的巖石樣品上，并可讓聚集的流體揮發(fā)性樣品逸出來。
8.如權(quán)利要求1中的設(shè)備，其中所說的樣品接納裝置含有一個具有兩個系列或兩個系列以上樣品室的平臺;以及所說的沖擊裝置含有兩個或兩個以上的沖擊裝置，每個沖擊裝置都可以定位，以便沖擊與它相應(yīng)的一個系列樣品室中的一個巖石樣品。
9.如權(quán)利要求8中的設(shè)備，其中所說的平臺通常為圓盤形，并且能夠圍繞它本身的中心旋轉(zhuǎn);其中的兩個系列或兩個系列以上的樣品室是兩排或兩排以上圓環(huán)形排列的樣品室，它們同心地分布在所說平臺的中心周圍;以及其中的每一個樣品室包含一個側(cè)壁部分和一個底部，它們結(jié)合在一起就能接納和支持一個巖石樣品。
10.如權(quán)利要求9中的設(shè)備，其中所說的可抽空的密封殼體包含一個上蓋和一個底托，它們可以相互進(jìn)行密封式的連接，從而在它們之間形成一個抽空室以便可以把該抽空室中的空氣抽出去;所說的密封殼體的底托可以接納所說的平臺并且使該平臺能繞著其本身的中心旋轉(zhuǎn);所說的沖擊裝置安裝于密封殼體的上蓋上，并且當(dāng)上蓋與底托相互連接以形成抽空室時，該沖擊裝置能夠?qū)?zhǔn)相應(yīng)的樣品室的一個系列;以及所說的運動裝置固定于上蓋和下托這二者中之一上，以便在對旋轉(zhuǎn)信號作出響應(yīng)時驅(qū)使平臺旋轉(zhuǎn)，并且在該平臺每旋轉(zhuǎn)一個樣品的間隔時使沖擊裝置對準(zhǔn)相應(yīng)的樣品室。
11.如權(quán)利要求7中的設(shè)備，其中所說的沖擊裝置包含一要帶有錘頭的傳動桿，它與樣品室的蓋子嚙合，該沖擊裝置還包含一個驅(qū)動裝置，它能驅(qū)動傳動桿和錘頭進(jìn)入蓋子以便沖擊樣品室中的樣品。
12.如權(quán)利要求1中的設(shè)備，其中所說的沖擊裝置還包含處于密封殼體之外的驅(qū)動裝置，它可以驅(qū)動殼體內(nèi)的沖擊裝置，以便在基本上不損害殼體內(nèi)真空的條件下對一個巖石樣品進(jìn)行沖擊。
13.如權(quán)利要求2中的設(shè)備，其中所說的運動裝置還包含處于密封殼體之外的驅(qū)動裝置，它可以在基本上不損害殼體內(nèi)真空的條件下驅(qū)動殼體內(nèi)的運動裝置，以使樣品接納裝置和沖擊裝置彼此相對移動。
14.如權(quán)利要求5中的控制器，該控制器還包含一個這樣的裝置，它能指令分析裝置在沖擊裝置對一個已定位的巖石樣品進(jìn)行沖擊之前，先對可抽空的殼體內(nèi)的本底氣體進(jìn)行組分分析。
15.如權(quán)利要求14中的設(shè)備，其中的控制器還包含一個這樣的裝置，它能測出是否所有在樣品室中的所有樣品都已經(jīng)被沖擊裝置沖擊過;一個這樣的裝置，它能使后續(xù)的下一個巖石樣品定位于與沖擊裝置相對應(yīng)的位置上以便沖擊裝置能對這后續(xù)的下一個巖石樣品進(jìn)行沖擊;一個這樣的裝置，它能使沖擊裝置對后續(xù)的下一個巖石樣品進(jìn)行沖擊;以及一個這樣的裝置，它能在所有在樣品室中的樣品都被沖擊裝置沖擊過后作出終止工作的響應(yīng)。
16.如權(quán)利要求14中的設(shè)備，該設(shè)備還包含一個這樣的裝置，它能夠整理從每一個單獨的巖石樣品中釋放的聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品所取得的初步數(shù)據(jù)，其方法是把在樣品沖擊后從抽空室所存在的氣體取得的數(shù)據(jù)減去在樣品沖擊前從抽空室所存在的氣體取得的數(shù)據(jù)。
17.一種用于分析流體夾雜物組分的方法，該方法包括把一組多個單獨的沉積巖樣品裝入相應(yīng)的一組多個樣品室中;把裝有巖石樣品的一組多個樣品室裝入抽空室中;將抽空室抽空;對一個樣品室中的巖石樣品進(jìn)行沖擊并借此使聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品從該巖石樣品內(nèi)的無數(shù)流體夾雜物中釋放出來;在進(jìn)行沖擊時從抽空室中抽取出聚集的揮發(fā)性樣品;以及在聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品被從抽空室中抽取出時對聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品進(jìn)行組分分析;對下一個巖石樣品進(jìn)行沖擊并借此使聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品從下一個巖石樣品內(nèi)的無數(shù)流體夾雜物中釋放出來;重復(fù)所說的沖擊、取樣和分析步驟，直到在相應(yīng)樣品室中的一組多個單獨的巖石樣品已被逐個依次地沖擊完畢并相應(yīng)地使所有的揮發(fā)性樣品釋放完和對所有樣品都分析完為止;以及最后釋放掉抽空室中的真空并取出所說的一組樣品室。
18.如權(quán)利要求17中的方法，該方法包括獲取一組多個鉆井巖屑樣品，每一個樣品代表沿著該鉆孔中的一個深度;將每一個巖屑樣品裝入相應(yīng)的樣品室中;使聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品從處于相應(yīng)樣品室中的一組巖心切片樣品中每一個樣品內(nèi)的無數(shù)流體夾雜物中釋放出來;對每一個聚集的揮發(fā)性樣品進(jìn)行組分分析;以及在組分分析完后把代表相應(yīng)鉆孔深度巖石樣品組成的聚集的流體夾雜物揮發(fā)性組分的數(shù)據(jù)貯存起來。
19.如權(quán)利要求18中的方法，該方法包括在沿著鉆孔的整個深度范圍內(nèi)，平均每隔200英尺至少取一個鉆井巖屑樣品。
20.如權(quán)利要求18中的方法，該方法包括在沿著鉆孔的整個深度范圍內(nèi)，平均每隔100英尺至少取一個鉆井巖屑樣品。
21.如權(quán)利要求18中的方法，該方法包括在沿著鉆孔的整個深度范圍內(nèi)，平均每隔50英尺至少取一個鉆井巖屑樣品。
22.如權(quán)利要求18中的方法，該方法包括在沿著鉆孔的整個深度范圍內(nèi)，平均每隔20英尺至少取一個鉆井巖屑樣品。
23.如權(quán)利要求18中的方法，該方法包括在沿著鉆孔的整個深度范圍內(nèi)，平均每隔10英尺至少取一個鉆井巖屑樣品。
24.如權(quán)利要求17中的方法，該方法還包括獲取能代表沿著鉆孔深度每一個長度間隔的一組多個巖石樣品;以及把流體夾雜物揮發(fā)性樣品的化學(xué)組成隨地下深度而變化的函數(shù)關(guān)系繪制成曲線圖。
25.如權(quán)利要求17中的方法，該方法還包括把一組多個單獨的巖石樣品分列地裝入旋轉(zhuǎn)式圓盤傳送器的一系列樣品室中;把旋轉(zhuǎn)式圓盤傳送器裝入抽空室內(nèi);使沖擊裝置定位，以便對一系列樣品室的一個樣品室內(nèi)的巖石樣品進(jìn)行沖擊;沖擊所說的巖石樣品并借此使聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品從該巖石樣品中的無數(shù)流體夾雜物中釋放出來;轉(zhuǎn)動圓盤傳送器并借此使沖擊裝置定位以便對下一個巖石樣品進(jìn)行沖擊;沖擊所說的下一個巖石樣品并借此使聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品從該巖石樣品中的無數(shù)流體夾雜物中釋放出來;重復(fù)上述的沖擊和旋轉(zhuǎn)步驟，直到一組多個巖石樣品逐個地被沖擊完畢并相應(yīng)地把其中的聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品完全釋放出來為止。
26.如權(quán)利要求25中的方法，該方法還包括當(dāng)把每一個巖石樣品裝入圓盤傳送器時，記錄下每個巖石樣品所取自的位置;將一個樣品蓋蓋到每個樣品室中的每一個巖石樣品上;以及沖擊每一個樣品蓋以借此來沖擊每一個巖石樣品。
27.一個包含控制器的設(shè)備，它能使一組多個聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品釋放出來，將其轉(zhuǎn)送出去，并對其進(jìn)行組分分析，該設(shè)備包含釋放裝置，它能順次地和逐個地使每一個聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品從一組多個沉積巖樣品中釋放出來;分析裝置，它能對每一個聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品進(jìn)行組分分析;輸送裝置，它能將每一個聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品從釋放裝置送往分析裝置;以及控制裝置，它能指令釋放裝置使每一個聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品順次地和逐個地釋放出來，并能指令分析裝置對每一個聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品順次地和逐個地進(jìn)行分析。
28.如權(quán)利要求27中的設(shè)備，其中有一個釋放裝置，它包括一個抽空室;處于抽空室內(nèi)的釋放裝置，它能使聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品從每一個巖石樣品內(nèi)的無數(shù)流體夾雜物中釋放出來;以及處于抽空室內(nèi)的定位裝置，它能使每一個巖石樣品定位于與釋放裝置的相應(yīng)位置上;其中的控制器包括一個這樣的信號發(fā)生裝置，它產(chǎn)生的信號能指令定位裝置把一個選定的巖石樣品定位于與釋放裝置相應(yīng)的位置上以使聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品從選定的巖石樣品中釋放出來;一個這樣的信號發(fā)生裝置，它產(chǎn)生的信號能指令釋放裝置把聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品從選定位置的巖石樣品中釋放出來;一個這樣的信號發(fā)生裝置，它產(chǎn)生的信號能指令分析裝置對含有聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品的抽空室內(nèi)的氣體進(jìn)行組分分析;以及一個這樣的裝置，它能使上面所述的每一個裝置按順序地進(jìn)行操作以便對一組多個樣品逐個地進(jìn)行處理。
29.如權(quán)利要求28中的設(shè)備，其中所說的可進(jìn)行順序操作的裝置包括一個這樣的裝置，它能測出究竟聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品是否都已從所有一組多個巖石樣品中釋放出來;一個這樣的裝置，它能對上述測定裝置所發(fā)出的信號作出反應(yīng)，使下一個巖石樣品定位于與釋放裝置相適應(yīng)的位置上，以便釋放裝置能使聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品從下一個巖石樣品中釋放出來;一個信號發(fā)生裝置，它所產(chǎn)生的信號能指令釋放裝置把聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品從下一個巖石樣品中釋放出來;以及一個這樣的裝置，它能在聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品已從所有一組多個巖石樣品中釋放出來后對實際狀況作出響應(yīng)，指令順序性的操作終止。
30.如權(quán)利要求27的設(shè)備，其中所說的分析裝置包含質(zhì)譜分析裝置，它能按一個個的MCR測定聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品的質(zhì)荷比(MCR);一個這樣的裝置，它能指令質(zhì)譜分析裝置在聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品被送入質(zhì)譜分析裝置的時候，在一個MCR范圍內(nèi)對該樣品進(jìn)行多次掃描;一種這樣的裝置，它能把對每一個巖石樣品進(jìn)行多次掃描時所獲的MCR數(shù)據(jù)按一個個的MCR加合;以及一種這樣的裝置，它能把從所說巖石樣品釋放的聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品獲得的總成MCR數(shù)據(jù)作為組成記錄貯存起來。
31.如權(quán)利要求30的設(shè)備，其中所說的分析裝置還包含一種導(dǎo)管裝置，它可從釋放裝置中接受聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品，在聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品尚未釋放之前和之中，所說的導(dǎo)管裝置向釋放裝置保持開放;其中所說的控制裝置還包含;一個這樣的信號發(fā)生裝置，它產(chǎn)生的信號能指令質(zhì)譜分析裝置在聚集的流體夾雜物尚未釋放之前先在一個MCR范圍內(nèi)進(jìn)行多次掃描;一個這樣的信號發(fā)生裝置，它產(chǎn)生的信號能指令質(zhì)譜分析裝置在聚集的流體夾雜物正在釋放的時候在一個MCR范圍內(nèi)進(jìn)行多次掃描;一個這樣的裝置，它能指令加法計算器把在揮發(fā)性樣品尚未釋放之前的多次掃描結(jié)果匯總成一個總的掃描數(shù)據(jù)以產(chǎn)生一個本底數(shù)據(jù)記錄，并且能指令加法計算器把在揮發(fā)性樣品釋放之時的多次掃描結(jié)果匯總成一個總的掃描數(shù)據(jù)以產(chǎn)生一個樣品數(shù)據(jù)。
32.如權(quán)利要求30中的設(shè)備，其中的質(zhì)譜分析裝置作如下安排第一個質(zhì)譜分析裝置被安排來對流體夾雜物揮發(fā)性樣品中至少是CO2，H2O和N2這三種物質(zhì)的MCR豐度最大的那部分樣品進(jìn)行取樣;至少有第二個質(zhì)譜分析裝置被安排來對上述豐度較第一個質(zhì)譜分析裝置所取樣要小的那部分樣品進(jìn)行取樣。
33.如權(quán)利要求30中的設(shè)備，其中包括一個這樣的裝置，它能指令質(zhì)譜分析裝置在聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品正在釋放時在從約100至1000的范圍內(nèi)進(jìn)行多次掃描。
34.如權(quán)利要求30中的設(shè)備，其中所說的質(zhì)譜分析裝置包含一組多個具有不同輸入范圍的信號處理機(jī)，并且另外還包含一種能對每一個MCR響應(yīng)選定信號處理機(jī)的裝置。
35.如權(quán)利要求30中的設(shè)備，該設(shè)備包含一排多個質(zhì)譜儀，使它能在從約2至約60MCR范圍內(nèi)的基本上所有MCR都能進(jìn)行測量。
36.如權(quán)利要求30中的設(shè)備，該設(shè)備包含一排多個質(zhì)譜儀，使它能在從約2至約120MCR范圍內(nèi)的基本上所有MCR都能進(jìn)行測量。
37.如權(quán)利要求30中的設(shè)備，該設(shè)備包含一排多個質(zhì)譜儀，使它能在從約2至約300MCR范圍內(nèi)的基本上所有MCR都能進(jìn)行測量。
38.如權(quán)利要求30中的設(shè)備，其中所說的用于運算的裝置包括一排多個信號處理機(jī)，每一個信號處理機(jī)與一個質(zhì)譜儀相連接，每一種信號處理機(jī)都以一系列的MCR幅度范圍中的一個數(shù)值為質(zhì)譜儀測定的每個MCR提供一個信號輸出;多個模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，它們與所說的一排信號處理機(jī)相連接，以便使模擬性的輸出轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字形式;一種計算機(jī)，它能接收數(shù)字化的MCR值，并能對多次掃描結(jié)果，將每一次的MCR結(jié)果按一個個的MCR加合，貯存于MCR記憶系統(tǒng);以及一種記錄裝置，它能將多次掃描結(jié)果所獲的總成MCR數(shù)據(jù)以MCR的一種函數(shù)形式記錄下來。
39.一種控制多個設(shè)備的方法，所說的設(shè)備包括一個抽空室、一種能在該抽空室內(nèi)使聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品從已定位的巖石樣品中釋放出來的釋放裝置、一個能在該抽空室內(nèi)使一組多個單獨的巖石樣品定位于與釋放裝置相適應(yīng)的位置上的定位裝置以及一個連接到抽空室的分析裝置，它能接收從抽空室中釋放出來的聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品以對其進(jìn)行組分分析，所說的方法包括如下步驟發(fā)出一個信號，指令一個巖石樣品定位于與釋放裝置相適應(yīng)的位置上，以使釋放裝置能有效地把聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品從已定位的巖石樣品中釋放出來;發(fā)出一個信號，指令釋放裝置把聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品從已定位的巖石樣品中釋放出來;發(fā)出一個信號，指令分析裝置對被釋放裝置釋放出來的聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品進(jìn)行組分分析;以及對每一組多個巖石樣品一直重復(fù)進(jìn)行上述三個步驟。
40.如權(quán)利要求39中的方法，其中的重復(fù)步驟包括查明究竟聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品是否已從所有的一組多個巖石樣品中釋放出來;在聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品尚未完全從所有的一組多個巖石樣品中釋放出來的情況下對此情況作出響應(yīng)，發(fā)出一個信號以指令下一個巖石樣品定位于與釋放裝置相適應(yīng)的位置上;發(fā)出一個信號，指令釋放裝置把聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品從下一個巖石樣品中釋放出來;以及在聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品已完全從所有的一組多個巖石樣品中釋放出來的情況下對此情況作出響應(yīng)，指令重復(fù)步驟終止。
41.如權(quán)利要求39中的方法，其中所說的發(fā)出信號以指令分析裝置對被釋放裝置釋放出來的聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品進(jìn)行組分分析的步驟包括在發(fā)出一個信號以指令釋放裝置把聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品從每一個巖石樣品中釋放出來的這一步驟之前或之后，都發(fā)出一個信號，指令分析裝置對抽空室中的氣體進(jìn)行組分分析。
42.如權(quán)利要求39中的方法，該方法還包括把在發(fā)出一個信號以指令釋放裝置把聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品從每一個巖石樣品中釋放出來的這一步驟之前和之后所獲得的分析數(shù)據(jù)貯存起來。
43.如權(quán)利要求39中的方法，該方法還包括對從每一個單獨的巖石樣品釋放出來的聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品所獲的初步數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，其方法是從在每一個巖石樣品釋放了揮發(fā)性樣品之后對抽空室內(nèi)存在的氣體所獲得的組分分析數(shù)據(jù)減去在每一個巖石樣品尚未釋放揮發(fā)性樣品之前對抽空室內(nèi)存在的氣體所獲的組分分析數(shù)據(jù)的影響。
44.一種對聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品進(jìn)行組分分析的方法，所說的樣品是從一個巖石樣品內(nèi)的無數(shù)流體夾雜物中釋放出來的揮發(fā)性樣品的非均勻混合物，該方法包括在預(yù)定的時間把聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品輸送入質(zhì)譜儀中以對該樣品的組分進(jìn)行質(zhì)譜分析;當(dāng)所說樣品送入質(zhì)譜分析裝置中時，用該質(zhì)譜分析裝置在一段質(zhì)荷比(MCR)數(shù)值的范圍內(nèi)進(jìn)行多次掃描;把所有多次掃描所獲的質(zhì)譜掃描結(jié)果按一個個的MCR加合起來;以及將所有掃描結(jié)果按一個個的MCR加合后貯存起來;其中所說的把多次掃描結(jié)果匯總起來的方法是把在樣品輸送入質(zhì)譜分析裝置中時從該樣品所取得的各次MCR值積分起來。
45.如權(quán)利要求44中的方法，該方法還包括獲取揮發(fā)性樣品，其方法是在一個密封的殼體中使聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品從一個巖石樣品中釋放出來，而在使揮發(fā)性樣品釋放出來的這一步驟之前和之間，以一根氣流導(dǎo)管將所說的密封殼體與質(zhì)譜分析裝置相互接通;以及在釋放揮發(fā)性樣品這一步驟之前和之間，進(jìn)行質(zhì)譜掃描、數(shù)據(jù)匯總和數(shù)據(jù)貯存這幾個步驟，這樣就分別產(chǎn)生了第一批掃描結(jié)果和按一個個MCR加合的數(shù)據(jù)以及第二批掃描結(jié)果和按一個個MCR加合的數(shù)據(jù)。
46.如權(quán)利要求45的方法，該方法還包括對一組多個聚集的揮發(fā)性樣品完成獲取樣品和進(jìn)行掃描，匯總和貯存數(shù)據(jù)這幾個步驟;在獲取樣品這一步驟的過程中以一根氣流導(dǎo)管保持所說的密封殼體與質(zhì)譜分析裝置相互接通。
47.如權(quán)利要求45中的方法，該方法包括按MCR基準(zhǔn)將結(jié)果匯總成一個MCR總值的方式，從第二批掃描所獲數(shù)據(jù)中減出第一批掃描所獲數(shù)據(jù)。
48.一種勘探地下巖石以尋找石油和天然氣的方法，該方法包括從地下的一組多個地點獲取相應(yīng)的一組多個沉積巖樣品，并通過對來自這些樣品的一組多個聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品進(jìn)行分析來獲得相應(yīng)的化學(xué)組分?jǐn)?shù)據(jù);以及繪制一個能顯示各樣品之間流體夾雜物中的化學(xué)組分變化情況的地下巖石地質(zhì)圖。
49.如權(quán)利要求48中的方法，其中所說的每一個聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品是從地下的某個地點取來的一個沉積巖樣品內(nèi)的無數(shù)流體夾雜物中釋放出來并將其收集起來而獲得的;以所獲的這些化學(xué)組成數(shù)據(jù)來示明在聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品中所存在的各種元素和化合物，所說的這些元素和化合物包括原始大氣源氣體、無機(jī)氣體和有機(jī)氣體，所說的原始大氣源氣體選自O(shè)2，N2，Ar，Ne，Xe和CO2，所說的無機(jī)化合物選自He、H2S、NH3和HCl，而所說的有機(jī)化合物選自CH4和其他鏈烴類以及水溶性烴類。
50.如權(quán)利要求48中的方法，其中所說的化學(xué)組分?jǐn)?shù)據(jù)是用質(zhì)譜分析法對每一個聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品進(jìn)行質(zhì)譜分析而獲得的，這些數(shù)據(jù)包含一組多個能代表化學(xué)組分的質(zhì)荷比(MCR)數(shù)值，其中，所說的繪制一個可以表示各個樣品之間化學(xué)組成變化的有關(guān)地下巖石的地質(zhì)圖的方法包括，至少選擇一個MCR值，并示明該MCR值隨不同地點的變化。
51.如權(quán)利要求48中的方法，其中包括把化學(xué)組分隨鉆井鄰近的地下深度而變化的函數(shù)關(guān)系繪制成曲線圖。
52.如權(quán)利要求48中的方法，其中包括把化學(xué)組分隨地面位置而變化的函數(shù)關(guān)系繪制成有關(guān)某一特定地質(zhì)構(gòu)造的地質(zhì)圖。
53.如權(quán)利要求48中的方法，該方法還包括在地上的一個鉆井附近選擇一個以特征夾雜物化學(xué)組分作為其特征的區(qū)域;以及利用這些特征夾雜物化學(xué)組分來作為在其它鉆井中發(fā)現(xiàn)了同樣化學(xué)組分的地區(qū)的年齡標(biāo)志。
54.如權(quán)利要求48的方法，該方法包括從地下的一組多個地點獲取相應(yīng)的一組多個沉積巖樣品，并通過對來自這些樣品的一組多個聚集的流體夾雜物揮發(fā)性樣品進(jìn)行分析來獲得相應(yīng)的化學(xué)組分?jǐn)?shù)據(jù);以及確定地下巖石中一些具有特征夾雜物組分的區(qū)域;把所說的這些區(qū)域繪制成一個地下巖石地質(zhì)圖。
55.根據(jù)權(quán)利要求48中所述的用來勘探地層以尋找石油和天然氣的方法，該方法包括至少是沿著鉆孔，采集跨越一定深度范圍的一組多個巖屑樣品，并對來自這些樣品的流體夾雜物揮發(fā)性樣品進(jìn)行分析以獲取化學(xué)組分?jǐn)?shù)據(jù);以及把在沿著鉆孔深度范圍內(nèi)化學(xué)組分隨深度而變化的函數(shù)關(guān)系繪制成一曲線圖。
56.如權(quán)利要求48中的方法，該方法包括根據(jù)特征的流體夾雜物組分，測定烴類遷移區(qū)和密封區(qū)這二者，中的至少一種區(qū)，并把這些區(qū)繪制成有關(guān)的地下巖石地質(zhì)圖。
57.如權(quán)利要求55中的方法，該方法包括繪制一個能顯示在流體夾雜物中烴類的豐度隨鉆孔的深度而變化的測井曲線圖。
58.如權(quán)利要求57中的方法，該方法還包括如測出一個這樣的區(qū)域，當(dāng)該區(qū)域與其他區(qū)域相比較時，在該區(qū)域的流體夾雜物中顯示出相對較大的烴類豐度，這就表明，在地質(zhì)歷史中，烴類在該地區(qū)曾發(fā)生遷移。
59.如權(quán)利要求57的方法，該方法還包括如測出一個這樣的區(qū)域，當(dāng)該區(qū)域與其他區(qū)域相比較時，在該區(qū)域的流體夾雜物中顯出相對較小的烴類豐度，這就表明，它是一個密封區(qū)。
60.如權(quán)利要求55中的方法，該方法還包括繪制一個能顯示在流體夾雜物中氬的豐度隨鉆孔深度而變化的測井曲線圖。
61.如權(quán)利要求60的方法，該方法還包括如測出一個這樣的區(qū)域，當(dāng)該區(qū)域與其他區(qū)域相比較時，在沿著該區(qū)域的鉆孔內(nèi)的流體夾雜物中顯示出相對較大的氬的豐度，這就表明，它是一個原始滲流區(qū)。
62.如權(quán)利要求55中的方法，該方法還包括繪制一個能顯示在流體夾雜物中CO2的豐度隨鉆孔深度而變化的測井曲線圖。
63.如權(quán)利要求51中的方法，該方法包括把一個在其流體夾雜物中具有較大CO2豐度的區(qū)域和一個在其流體夾雜物中具有較小CO2豐度的區(qū)域之間的遷移情況作為地層年齡的標(biāo)志。
64.如權(quán)利要求55中的方法，該方法包括繪制一個能顯示在流體夾雜物中N2的豐度隨鉆孔深度而變化的測井曲線圖。
65.如權(quán)利要求55中的方法，該方法包括繪制一個能顯示在流體夾雜物中Ne的豐度隨鉆孔深度而變化的測井曲線圖。以及利用一個具有較大He豐度的區(qū)域與一個具有較小He豐度的區(qū)域之間He的遷移情況作為地層年齡的標(biāo)志。
66.如權(quán)利要求55中的方法，該方法包括繪制至少兩個測井曲線圖，其中每一個都顯示出所選擇的化合物的豐度隨相應(yīng)鉆孔深度而變化的關(guān)系;把所選擇的化學(xué)物從其豐度較大的區(qū)域向其豐度較小的區(qū)域遷移的過程標(biāo)明了相應(yīng)的每一個測井曲線圖中，以及利用所確定的遷移情況作為至少這兩個鉆井的地層年齡標(biāo)志。
67.根據(jù)權(quán)利要求48中所述的鑒定地下巖石中原始暴露區(qū)域的方法，該方法包括沿著鉆孔的一定間隙取得一組多個樣品，并測定來自這些樣品的流體夾雜物中的原始大氣源氣體的相對豐度;測出一個這樣的區(qū)域，當(dāng)該區(qū)域與其他區(qū)域相比較時，在該區(qū)域中按鉆孔一定間隙所取得的一組樣品中顯示出較大的原始大氣源氣體的豐度;以及將這些原始暴露區(qū)域繪制成地下巖石地質(zhì)圖。
68.根據(jù)權(quán)利要求48中所說的鑒定貯油斷層的方法，該方法包括將流體夾雜物中烴類含量沿著鉆孔深度的變化作為地下深度的函數(shù)繪制成一曲線圖以示明鉆孔附近斷層的情況;以及如觀察到在該斷層的下方相對于該斷層的上方，所說烴類含量有所提高，這就是一種貯油構(gòu)造的標(biāo)志。
69.根據(jù)權(quán)利要求48中所述的鑒定烴類沿著斷層遷移情況的方法，該方法包括將流體夾雜物中烴類含量沿著鉆孔深度的變化作為地下深度的函數(shù)繪制成一曲線圖以示明鉆孔附近斷層的情況;以及如觀察到在該斷層的下方相對于該斷層的上方，所說烴類含量有所降低，這就是烴類沿著斷層遷移的標(biāo)志。
70.根據(jù)權(quán)利要求48中所述的鑒定非貯油斷層的方法，該方法包括將流體夾雜物中烴類含量沿著鉆孔深度的變化作為與地下深度的函數(shù)繪制成一曲線圖以示明鉆孔附近斷層的情況;以及如觀察到在該斷層的上方和下方烴類含量基本上沒有變化，這就是一個非貯油性斷層的標(biāo)志。
全文摘要
將聚集的液體夾雜物揮發(fā)性樣品從一組多個沉積巖樣品的每一個樣品中釋放出來并對其進(jìn)行組分分析。用這些組分?jǐn)?shù)據(jù)來繪制地下巖石地質(zhì)圖。
文檔編號G01N1/00GK1050088SQ9010855
公開日1991年3月20日 申請日期1990年8月24日 優(yōu)先權(quán)日1989年8月24日
發(fā)明者邁克爾·保羅·史密夫 申請人:阿莫科公司