一種非均質(zhì)性評(píng)價(jià)泥頁(yè)巖生油氣量的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于油氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及以一種泥頁(yè)巖生油氣量的評(píng)價(jià)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于不斷攀升的能源需求和日益增大的能源壓力，讓泥頁(yè)巖油氣這一非常規(guī)能源受到越來(lái)越多的重視。美國(guó)對(duì)泥頁(yè)巖的勘探開(kāi)發(fā)走在世界的前列，是目前泥頁(yè)巖氣大規(guī)模商業(yè)開(kāi)發(fā)取得成功的唯一國(guó)家。1976年，美國(guó)能源部開(kāi)始關(guān)注東部頁(yè)巖氣，就Antrim頁(yè)巖、Oh1頁(yè)巖、NewAlbany頁(yè)巖、Barnett頁(yè)巖和Lewis頁(yè)巖等五大頁(yè)巖氣系統(tǒng)開(kāi)展了針對(duì)頁(yè)巖氣地質(zhì)、地球化學(xué)和石油工程的研宄(Curtis，2002)。加拿大緊隨其后，近年來(lái)也開(kāi)展了頁(yè)巖氣的勘探及實(shí)驗(yàn)研宄，對(duì)泥盆系、石炭系和侏羅系頁(yè)巖氣的勘探潛力進(jìn)行了評(píng)估(RossD&Bustin，2007，2008)。
[0003]國(guó)內(nèi)天然氣資源構(gòu)成中，煤系烴源巖和海相碳酸鹽巖的貢獻(xiàn)較大，并且國(guó)內(nèi)的研宄者及勘探家們對(duì)頁(yè)巖氣多關(guān)注于中國(guó)西部和南方古生代海相和煤系頁(yè)巖氣的形成及勘探潛力(張金川等，2003，2004，2007，2008，2009 ;張水昌等，2006 ;梁狄剛等，2008 ;葉軍等，2008 ;聶海寬等，2009，2010，2011 ;朱華等，2009 ;王蘭生等，2009 ;王世謙等，2009 ;徐士林等，2009 ;程克明等，2009 ;黃籍中等，2009 ;蒲泊伶等，2008，2010 ;董大忠等，2009，2010 ;付小東等，2011 ;陳尚斌等，2011 ;梁興等，2011 ;王社教等，2011);湖相烴源巖生成的天然氣所占比例較小，而來(lái)源于中國(guó)東部湖相烴源巖的頁(yè)巖油氣勘探在中國(guó)更是處于起步階段。湖相烴源巖作為中國(guó)油氣資源的主要生烴物質(zhì)基礎(chǔ)，與它對(duì)天然氣資源的貢獻(xiàn)比例很不對(duì)稱(chēng)。其主要原因是，中國(guó)多數(shù)湖盆埋藏相對(duì)較淺，沒(méi)有進(jìn)入高成熟成氣門(mén)限。然而，中國(guó)東部湖相盆地非常富油，以東營(yíng)凹陷古近系為例，是典型的富油湖盆，其中發(fā)育了大套的泥頁(yè)巖，形成相對(duì)封閉的系統(tǒng)，大量烴類(lèi)滯留其中，因此可形成豐富的非常規(guī)泥頁(yè)巖油氣資源。
[0004]泥頁(yè)巖中的油氣資源量是固體有機(jī)質(zhì)經(jīng)過(guò)熱演化轉(zhuǎn)化成液態(tài)或氣態(tài)烴后儲(chǔ)存在泥頁(yè)巖的孔隙中，表征泥頁(yè)巖油氣資源量的參數(shù)有原始生烴潛量(指有機(jī)質(zhì)完全轉(zhuǎn)化成烴的量)、生烴量(目前已經(jīng)生成烴的量)、排烴量(生成烴并排出自身巖石的量)和排烴系數(shù)等(排烴量占生烴量的比例)，這些參數(shù)的確定都與泥頁(yè)巖中的有機(jī)碳含量有關(guān)。由于斷陷陸相湖盆烴源巖存在嚴(yán)重的非均質(zhì)性，表現(xiàn)為有機(jī)質(zhì)分布的非均質(zhì)性和源巖壓實(shí)的不均衡性，因此，這導(dǎo)致烴源巖中烴類(lèi)的生成和排出通常不是均勻和連續(xù)的，從而引起泥頁(yè)巖系統(tǒng)中油氣資源分布的非均質(zhì)性。
[0005]世界上成功勘探開(kāi)發(fā)頁(yè)巖油氣的北美地區(qū)關(guān)于頁(yè)巖油氣具有富集、可采性的基本標(biāo)準(zhǔn)是:有機(jī)質(zhì)豐度較高、成熟度較高、一般有機(jī)質(zhì)類(lèi)型較好、脆性礦物含量較高(粘土礦物含量較低)。然而，在我國(guó)陸相盆地，尤其是東部的斷陷盆地，沉積相變化頻繁，泥頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)分布非均質(zhì)性強(qiáng)。因此，對(duì)中國(guó)湖相特色的泥頁(yè)巖油氣資源需要有一套操作性強(qiáng)的、行之有效的評(píng)價(jià)方法。
[0006]目前由中國(guó)石油天然氣股份有限責(zé)任公司和研宄機(jī)構(gòu)提出并被應(yīng)用的生烴量定量評(píng)價(jià)方法概括起來(lái)尅分分為三類(lèi):1、改進(jìn)的氯仿瀝青法；2、基于有機(jī)質(zhì)成烴機(jī)理的成烴率法(熱模擬實(shí)驗(yàn)法、化學(xué)動(dòng)力學(xué)法、物質(zhì)平衡法)；3、生烴勢(shì)指數(shù)法。但現(xiàn)有對(duì)泥頁(yè)巖油氣資源的評(píng)價(jià)方法還存在以下缺點(diǎn)或問(wèn)題:
[0007](I)現(xiàn)有的方法多算出的基于目前實(shí)測(cè)有機(jī)碳含量的生烴量，而目前實(shí)測(cè)有機(jī)碳含量實(shí)際為生烴后殘留的有機(jī)碳含量，通過(guò)測(cè)井信息預(yù)測(cè)的有機(jī)碳含量實(shí)際也為殘留有機(jī)碳含量；基于油氣的生成量是由已轉(zhuǎn)化的有機(jī)碳決定的，已轉(zhuǎn)化的有機(jī)碳轉(zhuǎn)化成烴而排出，形成油氣資源量，因此不同的有機(jī)碳形式(如原始有機(jī)碳含量、排出有機(jī)碳含量等)對(duì)準(zhǔn)確評(píng)價(jià)泥頁(yè)巖油氣資源也很重要，目前已有的方法不能滿(mǎn)足新的需要。
[0008](2)現(xiàn)有的泥頁(yè)巖生烴量的評(píng)價(jià)參數(shù)十分有限，通常是基于氯仿瀝青“A”、殘留生烴潛力S1+S2、殘留有機(jī)碳含量TOC，因?yàn)檫@些參數(shù)都是可直接檢測(cè)的，并不需要推算。經(jīng)推算的少量參數(shù)多為生烴量Q，這個(gè)參數(shù)往往也是用體積法估測(cè)的。因此，有限的參數(shù)不能滿(mǎn)足對(duì)泥頁(yè)巖油氣資源的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。
[0009](3)現(xiàn)有的泥頁(yè)巖油氣資源評(píng)價(jià)通常是評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣，這是由于評(píng)價(jià)地區(qū)如北美和中國(guó)西部高成熟碳酸鹽盆地成熟度都很高，幾乎都為氣，油量很少；近幾年中國(guó)東部互相盆地的頁(yè)巖油也逐漸受到重視。然而，這些評(píng)價(jià)思路也不能滿(mǎn)足需要。譬如，中國(guó)東部渤海灣盆地東營(yíng)凹陷古近系深層具有相對(duì)較好的湖相頁(yè)巖氣形成條件，該凹陷就發(fā)育沙四上亞段和沙三下亞段烴源巖，埋藏相對(duì)較深，生成油的同時(shí)亦有部分天然氣生成，因此如何同時(shí)評(píng)價(jià)泥頁(yè)巖油和氣是一個(gè)很重要的問(wèn)題。并且，已有的油、氣評(píng)價(jià)中，沒(méi)有將重質(zhì)油和輕質(zhì)油(C6-C13輕烴)分開(kāi)，這是由于輕質(zhì)油在檢測(cè)中容易漏失。
[0010](4)現(xiàn)有對(duì)泥頁(yè)巖生烴評(píng)價(jià)的研宄工作多是局限于對(duì)烴源巖有限的取樣點(diǎn)進(jìn)行地球化學(xué)測(cè)試、分析。其重要原因在于，目前成功勘探開(kāi)發(fā)頁(yè)巖油氣的北美地區(qū)基本是在相對(duì)比較均勻的海相地層中，其相變小，均質(zhì)性較強(qiáng)，利用有限的實(shí)驗(yàn)室分析資料基本可以確定頁(yè)巖油氣的有利發(fā)育區(qū)和空間發(fā)育。然而，由于陸相泥頁(yè)巖存在嚴(yán)重的非均質(zhì)性和生、排烴問(wèn)題的復(fù)雜性，有限的取樣測(cè)試點(diǎn)不能客觀地反映復(fù)雜的地質(zhì)情況，更難以有效地對(duì)垂向上連續(xù)分布的泥頁(yè)巖進(jìn)行高分辨率評(píng)價(jià)，也難以確定厚層烴源巖中存在的有機(jī)質(zhì)含量高、生排烴效率高的薄層優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖，這影響到勘探部署，如哪些資源是近期可以有效開(kāi)采的，哪些資源是可以作為遠(yuǎn)景資源等待技術(shù)進(jìn)步才能有效開(kāi)采，哪些資源是沒(méi)有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的，因此阻礙了油氣評(píng)價(jià)及勘探的進(jìn)步。并且，基于樣品的實(shí)測(cè)資料進(jìn)行評(píng)價(jià)，存在測(cè)量方法昂貴、成本高的特點(diǎn)。
[0011]綜上可知，非常規(guī)泥頁(yè)巖油氣資源評(píng)價(jià)雖已經(jīng)取得重要的進(jìn)展，但是不同類(lèi)型有機(jī)碳和多參數(shù)綜合評(píng)價(jià)泥頁(yè)巖中不同組分油氣(重質(zhì)油、輕質(zhì)油和天然氣)仍然需要期待解決。尤其是，高分辨率地對(duì)泥頁(yè)巖油氣生成量進(jìn)行非均質(zhì)性評(píng)價(jià)并指導(dǎo)泥頁(yè)巖油氣的勘探是未來(lái)泥頁(yè)巖油氣資源研宄的一個(gè)重要的發(fā)展方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有泥頁(yè)巖油氣資源評(píng)價(jià)中存在的上述不足，提供了一種非均質(zhì)性評(píng)價(jià)泥頁(yè)巖生油氣量的方法，該方法對(duì)泥頁(yè)巖油氣資源進(jìn)行非均質(zhì)性評(píng)價(jià)，對(duì)定量表征泥頁(yè)巖含油氣性的非均質(zhì)性和準(zhǔn)確評(píng)價(jià)非常規(guī)泥頁(yè)巖油氣資源有重要的意義。
[0013]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種非均質(zhì)性評(píng)價(jià)泥頁(yè)巖生油氣量的方法，含有以下步驟:
[0014]一、對(duì)泥頁(yè)巖剖面上不同深度點(diǎn)密集采樣，并通過(guò)Rock-Eval熱解檢測(cè)獲取基本參數(shù)值，確定有機(jī)質(zhì)類(lèi)型:在泥頁(yè)巖剖面上深度方向每隔1-1Om—個(gè)樣品點(diǎn)進(jìn)行采樣，對(duì)采集的樣品進(jìn)行Rock-Eval熱解分析，并通過(guò)Rock-Eval熱解獲得基本參數(shù)的參數(shù)值；根據(jù)基礎(chǔ)參數(shù)確定每個(gè)深度樣品點(diǎn)的氫指數(shù)H1、產(chǎn)率指數(shù)PI和烴指數(shù)[100X S1]/T0C，通過(guò)氫指數(shù)HI和基礎(chǔ)參數(shù)確定有機(jī)質(zhì)類(lèi)型。
[0015]二、建立概念模型并計(jì)算不同形式的有機(jī)碳含量:根據(jù)有機(jī)碳的組成和轉(zhuǎn)化原理，將泥頁(yè)巖中有機(jī)碳分成不同有機(jī)碳形式的概念模型，將有機(jī)碳定義為殘留有機(jī)碳、殘留有效碳、殘留無(wú)效碳、排出有機(jī)碳、排出有效碳、原始有機(jī)碳、原始有效碳、原始無(wú)效碳，泥頁(yè)巖中總的原始有機(jī)碳扣^包括排出有機(jī)碳TOC Exp和殘留有機(jī)碳TOC 兩部分，則存在關(guān)系式如公式(I)所示，在原始有機(jī)碳TOCtl*，熱解轉(zhuǎn)化成烴類(lèi)的有機(jī)碳部分定義為有效碳TOCrea,原始有機(jī)碳TOCtl中所含有的有效碳和殘留有機(jī)碳TOC Kem中的有效碳分別定義為T(mén)OCc^dP TOC Eem_rea；泥頁(yè)巖中殘留的生烴潛力是由殘留有機(jī)碳中的有效碳轉(zhuǎn)化而來(lái)，它與殘留有機(jī)碳TOCltem的殘留降解率Dltem存在的關(guān)系式如公式(2)所示；所述公式(I)和公式
(2)的表達(dá)式如下:
[0016]TOC0= T0CEeffl+T0CExp(I)
[0017]DEem —TOC Rem_rea/T0CRem(2)
[0018]目前石油工業(yè)中將0.083視為碳轉(zhuǎn)化為烴類(lèi)的轉(zhuǎn)化系數(shù)，則存在關(guān)系式如公式
(3)所示，公式(3)的表達(dá)式如下:
[0019]T0CKem_rea= (S^S2) X0.083(3)
[0020]則殘留降解率Dkm由公式(4)計(jì)算獲得，公式(4)的表達(dá)式如下:
[0021]DEeffl= (S !+S2) X 0.083/T0CEeffl(4)
[0022]根據(jù)殘留降解率Dkm和熱解峰溫Tmax的圖版確定不同有機(jī)質(zhì)的原始降解潛率；
[0023]在有機(jī)質(zhì)演化和成烴過(guò)程中，其中的無(wú)效碳可視為保持不變的，因此，存在關(guān)系式如公式(5)所示，公式(5)的表達(dá)式如下:
[0024]TOC0 (1- D0) = T0CEeffl(l - Dj(5)
[0025]所述公式(5)中，TOCtl (1- D0)代表原始有機(jī)質(zhì)中的無(wú)效碳，定義為T(mén)OClne,T0CEem(l - DEem)代表殘留有機(jī)質(zhì)中的無(wú)效碳，定義為T(mén)0CKem_Ine;
[0026]由公式(5)可轉(zhuǎn)化為公式(6)和公式(7)，公式(6)和公式(7)的表達(dá)式如下:
[0027](1- DJ / (1- D0) = TOC0/TOCEeffl(6)
[0028]Rc= TOC 0/TOCEem(7)
[0029]所述公式(7)中，R。為現(xiàn)今測(cè)得的殘留有機(jī)碳到原始有機(jī)碳的恢復(fù)系數(shù)，為常量系數(shù)，無(wú)單位；
[0030]同時(shí)，也存在關(guān)系式如公式⑶所示，公式⑶的表達(dá)式如下:
[0031]TOC0 - TOC0_rea — TOC Eem - T0CRem_rea(8)
[0032]所述公式⑶中，TOC0 - TOUf表原始有機(jī)質(zhì)中的無(wú)效碳，定義為T(mén)0CQ_Ine，T0CEem - T0CKem_rea代表殘留有機(jī)質(zhì)中的無(wú)效碳，定義為T(mén)OC Kem_Ine;
[0033]通過(guò)以上公式計(jì)算出每個(gè)樣品點(diǎn)的殘留降解率Dltem、原始有機(jī)碳恢復(fù)系數(shù)Rc以及每種形式的有機(jī)碳含量在剖面的非均質(zhì)性分布，為泥頁(yè)巖油氣資源評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)數(shù)