一种页岩含油量的测量方法与流程

本发明属于石油勘探开发技术领域，涉及一种页岩含油量的测量方法。

背景技术：

我国常规石油已经进入勘探开发中后期，常规石油勘探开发难度越来越大，常规石油产量呈现出下降态势，2016年原油产量1.97亿吨。非常规石油中的页岩油将是我国石油发展的重要领域，页岩油主要决定于烃源岩有机质的有机碳含量和成熟度等参数。我国含油气盆地中的页岩成熟度呈现出两端分布格局，海相烃源岩的有机质成熟度高，表征烃源岩成熟度的镜质体反射率(Ro)一般大于2％，主要发育页岩气，这一点已被我国页岩气勘探开发所证实；我国陆相烃源岩为中低成熟度，Ro一般小于1％。根据北美页岩油勘探开发经验，Ro小于1.1％的页岩很难获得商业油流。因此，中低成熟度富有机质页岩油原位改质将是我国页岩油实现商业规模开发的有效途径，而影响页岩油原位改质开发效果和效益的关键参数之一是页岩中的含油量。

我国陆相含油气盆地中发育富有机质中低成熟度页岩，页岩油原位改质开发的潜力很大，初步估算我国富有机质中低成熟度页岩原位改质的技术可采资源量约700-900亿吨，将是支撑我国实现原油自足供应的唯一领域，但目前尚处于整体评价和先导试验阶段。页岩含油量将是影响页岩油原位改质开发的关键参数之一，对其准确评价意义重大，页岩含油量包括页岩中的轻烃、重烃和沥青质。

目前，常规测量页岩含油量的方法主要有以下三种，一是热解法测量页岩中的含油量，即把粉碎后的页岩在热解炉中加热到300℃恒温3min，由氢离子火焰检测器进行检测，定量分析页岩中的游离烃S1含量；然后升温至600℃恒温3min，由氢离子火焰检测器进行检测，定量分析页岩中的残留烃和有机质的烃转化量S2。二是抽提法测量页岩中的含油量，即利用氯仿将粉碎后的页岩进行抽提，并将氯仿挥发，获得页岩中的含油量。该方法适用的有机溶剂还可以包括二甲苯、溶剂汽油等。三是间接分析法，即采用近红外光谱分析、测井评价、有机碳含量间接求取，页岩导电方程求取等方法，间接获得页岩含油量。以上三种方法技术，均不能满足页岩含油量的准确测量。原因如下：

热解法将页岩加热到300℃得到页岩中游离烃S1含量，包括页岩中的轻烃(即轻质油部分)和有机质加热过程中转化的部分油气，其测量结果并不包括页岩中的重烃和沥青质部分，同时，加热到300℃时，页岩中的部分有机质开始裂解产生气体和少部分油，因此，测量得到的S1含量无法评价与页岩中的含油量。热解法将页岩升温至600℃得到页岩中的残留烃和有机质的烃转化量S2，包括页岩中重烃、沥青质含量和有机质转化的油气量，也不能代表页岩含油量，S1、S2及其组合均无法得到页岩中已生成并滞留的含油量。同时，页岩在加热过程中其中的原油部分裂解生产气，造成部分油的损失；在页岩粉碎过程中没有采取密闭措施，造成部分含油量损失，所用样品量少，约100mg，误差大。因此，无法获得准确页岩含油量。

抽提法在页岩粉碎过程中没有采取密闭措施，采用的是非新鲜样品，并放置一段时间干燥，造成页岩中的部分油损失；粉碎页岩时没有采取密闭和有机溶剂保护，造成部分油损失；采用的有机溶剂为氯仿、二甲苯、溶剂汽油，其沸点分别为61℃、138.35℃、80℃，原油中的轻烃的沸点约为50℃，在有机溶剂挥发过程中造成部分轻烃损失。因此，无法准确获得页岩含油量。

间接分析法，采用近红外光谱、测井、有机碳含量、页岩导电方程等间接方法求取页岩含油量，计算结果必须经过真实的含油量测量数据标定才能确定是否合理，而现有技术无法解决页岩含油量的准确测量。因此，间接分析法也无法获得准确的页岩含油量。

可见，目前常规测量页岩含油量的方法主要是针对油页岩含油率研发的，并非针对页岩油含量研发的方法，注重的是包括有机质转化量在内的页岩总的油量，而非针对页岩中已生成并滞留在其中的含油量。上述三种方法尚无法实现页岩含油量的准确定量测量，因此，目前亟待研发新的页岩含油量测量方法，以满足页岩油原位改质开发评价所需。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种页岩含油量的测量方法。该测量方法能够准确测量页岩中的含油量。

为了达到前述的发明目的，本发明提供一种页岩含油量的测量方法，其包括以下步骤：

步骤一：采集研究区目的层段的密闭取芯页岩岩心样品，测量所述页岩岩心样品的质量Wt，然后将所述页岩岩心样品放入装有二氯甲烷的密闭容器内浸渍10小时以上，得到混合物；

步骤二：将所述混合物倒入密闭粉碎器中，在密闭状态下将所述页岩岩心样品粉碎至粒径≤25μm，得到混合液；

步骤三：将所述混合液静置分离，然后将分离得到的溶解有原油的二氯甲烷溶液倒入洁净容器中静置10小时以上；

步骤四：从所述洁净容器中抽取中部段的二氯甲烷溶液倒入恒温容器中，计算所述中部段的二氯甲烷溶液占所述洁净容器中二氯甲烷总溶液的体积比例P；

加热使所述恒温容器中的二氯甲烷挥发完全，获得原油；

步骤五：测量步骤四获得的原油质量W1，根据公式(1)计算所述页岩岩心样品的原油含油量Co；

上述测量方法中，Co的单位为kg/t岩石，W1的单位为kg，Wt的单位为t。

页岩含油量是指页岩中滞留的已经生成的石油量，包括轻质组分、重质组分和沥青。常规储层的含油量测量主要基于储层较好的连通性和渗透性；页岩主要发育微纳米有机孔，有机孔连通性和渗透性很差，页岩中的油很难流出，常规储层的含油量测量方法不适用于页岩含油量的测量。本发明利用密闭取芯获取的新鲜页岩样品，保证页岩样品在粉碎过程中避免造成含油量损失；将新鲜页岩样品放入装有二氯甲烷的密闭容器，保证新鲜样品中的可动油尽可能的溶解到二氯甲烷中，而不造成油损失；将二氯甲烷和页岩样品进行粉碎处理，将页岩样品粉碎目数大于500目，即粉碎后的岩心样品直径小于25μm，尽可能使页岩纳米孔中的原油析出，保证页岩中的残余油全部溶解到二氯甲烷中；提高含油量测量精度；将粉碎后的混合物充分静置，保证样品粉碎样与溶有原油的二氯甲烷混合液、水充分分离，提高含油量测量精度；用二氯甲烷多次清洗装有页岩样品的密闭容器和粉碎器，保证容器中残留的油足够少；且原油中的轻烃组分的沸点约为50℃，温度大于50℃时，将有部分轻烃挥发，造成测量结果的不准确，本发明采用40℃恒温加热，在稍大于二氯甲烷沸点的温度下，可以在较短的时间内使二氯甲烷挥发完毕，同时，不会造成原油中轻烃的损失；抽取中部的二氯甲烷与油的混合物进行加热，按比例计算页岩样品的含油量，保证页岩中析出的水不影响含油量精度；因此，本发明的测量方法能够有效、准确测量页岩中的含油量。

根据本发明的具体实施例，优选地，所述步骤二还包括以下步骤：

采用二氯甲烷清洗所述步骤一中的密闭容器，然后将清洗后的二氯甲烷倒入所述密闭粉碎器中，重复该步骤2次以上。尽量保证含油量测量的准确度。

根据本发明的具体实施例，优选地，所述步骤三还包括以下步骤：

采用二氯甲烷清洗所述密闭粉碎器和粉碎后的页岩岩心样品，并静置10小时以上；将清洗静置获得的二氯甲烷溶液倒入所述洁净容器中与所述混合液混合，重复该步骤3次以上，然后将所述洁净容器中的二氯甲烷溶液静置。

根据本发明的具体实施例，优选地，清洗用的二氯甲烷用量不少于粉碎所述页岩岩心样品时二氯甲烷的用量。

根据本发明的具体实施例，优选地，所述步骤一中，页岩岩心样品在密闭取芯后30min以内去除岩心表层，并5分钟以内放入所述密闭容器中。30min以内表面处理获得的页岩岩心样品，并在5分钟之内放入密闭容器，可以保证页岩中的含油量不发生损失。

本发明页岩含油量的测量方法，采用密闭取芯岩心出筒后30分钟以内，去除岩心表层后的无密闭液污染的新鲜页岩岩心样品，并在5分钟之内放入密闭容器，采用密闭容器和二氯甲烷保存页岩样品；粉碎过程中采用密闭方式；用二氯甲烷多次清洗装页岩样品、粉碎器；可以最大限度的保证页岩中的含油量不受损失。

根据本发明的具体实施例，优选地，所述步骤一中，页岩岩心样品的质量大于500g，且Wt的精度为万分之一以上。采用的页岩样品质量500g，最大限度保证页岩含油量测量精度。该页岩岩心样品的质量是采用万分之一电子天平精确称重得到的，精确到万分之一克。

根据本发明的具体实施例，优选地，所述步骤一中，密闭容器中的二氯甲烷液面高于页岩岩心样品的高度。所述密闭容器首选玻璃瓶。

根据本发明的具体实施例，优选地，所述步骤一中，二氯甲烷的用量大于页岩岩心样品质量的2倍以上。

根据本发明的具体实施例，优选地，所述步骤四中，体积比例P为0.8-0.9。采用从溶有原油的二氯甲烷容器中部抽取混合液，保证了抽取的混合液不含页岩岩心样品中析出的水和样品碎渣，页岩样品粉碎样密度大于二氯甲烷，沉淀在底部，二氯甲烷密度大于水的密度，在中部，页岩中释放出的水在二氯甲烷的上面，水不溶于二氯甲烷，体积比例P为0.8以上，可以使从页岩样品中析出的水不被采集到溶解有原油的二氯甲烷混合液中，保证了混合液中不含水和样品粉碎物，提高了含油量测量精度。

根据本发明的具体实施例，优选地，所述步骤四中，所述恒温容器的加热温度为40℃。采用40℃恒温加热，该加热温度略高于二氯甲烷沸点39.8℃，但低于原油初馏点温度(原油初馏点高于50℃)，既可以保证二氯甲烷有效挥发，同时可以最大限度保证原油不挥发。

根据本发明的具体实施例，优选地，所述步骤四中，恒温容器中的液体停止沸腾10min以后停止加热。

根据本发明的具体实施例，优选地，所述步骤五中，所述原油质量W1精度为万分之一以上。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明是针对目前上没有成熟的页岩含油量测量方法提出的，本发明提供的页岩含油量的测量方法，采用密闭取芯岩心出筒后30分钟以内，去除岩心表层后的新鲜页岩岩心样品，并在5分钟之内放入密闭容器；采用密闭容器和二氯甲烷保存页岩样品；粉碎过程中采用密闭方式；用二氯甲烷多次清洗装页岩样品、粉碎器；最大限度的保证页岩中的含油量不受损失。采用的页岩样品质量500g，最大限度保证页岩含油量测量精度。采用从溶有原油的二氯甲烷容器中部抽取混合液，保证了混合液中不含水和样品粉碎物，提高了含油量测量精度。将页岩样品粉碎目数大于500目，即粉碎后的岩心样品直径小于25μm，尽可能使页岩纳米孔中的原油析出，提高含油量测量精度。采用40℃恒温加热，既可以保证二氯甲烷有效挥发，同时，最大限度保证原油不挥发。该发明方法可以准确获得页岩中的含油量，克服了现有技术中存在的无法准确测量页岩含油量的不足和缺陷。

附图说明

图1为实施例1页岩含油量测量方法的流程图；

图2为实施例1页岩含油量测量的实例图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种页岩含油量的测量方法，其流程步骤如图1所示，该测量方法包括以下步骤：

步骤S101：采集研究区目的层段的密闭取芯页岩岩心新鲜样品，测量样品质量Wt后，放入装有二氯甲烷的密闭容器内，待分析，具体步骤为：

所采集的页岩样品为密闭取芯岩心出筒后30分钟以内，除去岩心表层后的无密闭液污染的新鲜页岩岩心样品，并在5分钟之内放入密闭容器，为了保证页岩含油量的测量精度，每块页岩样品的质量大于500g，用万分之一电子天平进行精确称重页岩样品质量，精确到万分之一克；将页岩样品放入盛有二氯甲烷的干净容器并密闭，密闭容器中的二氯甲烷液面高于页岩样品高度，且二氯甲烷用量大于页岩样品质量的2倍以上，每一块页岩样品装入一个盛有二氯甲烷的密闭容器中，密闭容器首选为玻璃瓶。

步骤S102：将装在密闭容器中的页岩样品及二氯甲烷一块倒入密闭粉碎器，用二氯甲烷清洗装样品的密闭容器后将二氯甲烷倒入粉碎器中，并将页岩样品粉碎至规定目数，大于500目，具体步骤为：

所使用的粉碎器为放入页岩样品和二氯甲烷后可以密闭的干净粉碎器，将页岩样品倒入粉碎器后，将盛样品的密闭容器用二氯甲烷进行清洗，并将清洗的二氯甲烷全部倒入粉碎器中，并按此步骤再重复2次；样品在粉碎过程中保持粉碎器密闭；页岩样品粉碎目数大于500目，即粉碎后的页岩样品直径小于25μm。

步骤S103：将步骤S102获得的粉碎后的页岩样品和二氯甲烷的混合液充分静置分离10小时，将溶解有原油的二氯甲烷抽取并放入干净容器中，用二氯甲烷清洗粉碎器和粉碎后的岩样并充分静置后，将清洗后的二氯甲烷倒入容器中，具体步骤为：

粉碎后的页岩样品与二氯甲烷混合液充分静置，使粉碎后的页岩样品粉碎样充分沉淀并与溶解有原油的二氯甲烷完全分离，一般需要静置10小时以上；将抽取的溶解有原油的二氯甲烷倒入干净的容器中；将粉碎器中取出溶解有原油的二氯甲烷后剩余的页岩样品粉碎样和粉碎器再次用二氯甲烷充分清洗并充分静置后，抽取溶解有原油的二氯甲烷倒入与第一次倒入溶解有原油的二氯甲烷的同一个容器中，按此步骤重复3次，将容器中的混合液中分静置10小时；清洗粉碎器所用的二氯甲烷量不少于粉碎样品所需的二氯甲烷量；清洗粉碎器时应将粉碎后的页岩样品和粉碎器充分清洗。

步骤S104：从装溶解有原油的二氯甲烷的密闭容器中抽取中部的大部分溶液倒入干净恒温容器中，计量取出溶液所占总溶液的体积比例，加热使二氯甲烷完全挥发，测量恒温器中原油质量W1，具体步骤为：

在盛有原油与二氯甲烷混合液的容器中，从中部抽取溶解有原油的二氯甲烷混合液，抽取量约占容器中混合液量的80％，并准确计量取出溶液所占总溶液的体积比例(P)，抽取溶解有原油的二氯甲烷混合液时从中部抽取，保证抽取的混合液不含页岩样品中析出的水和样品碎渣，页岩样品粉碎样密度大于二氯甲烷，沉淀在底部，二氯甲烷密度大于水的密度，页岩中释放出的水在二氯甲烷的上面，水不溶于二氯甲烷，保证从页岩样品中析出的水不被采集到溶解有原油的二氯甲烷混合液中。用万分之一电子天平称重干净的恒温器质量，精确到万分之一克，将抽取出的混合液倒入干净的恒温器中，温度恒定在40℃，略高于二氯甲烷沸点39.8℃，但温度低于原油初馏点温度(原油初馏点高于50℃)，保证在恒温过程中原油尽可能少的损失；直到恒温器混合液停止沸腾后10分钟以上后，停止加热，用万分之一电子天平再次称重恒温器质量，精确到万分之一克，二者质量之差即为恒温器中的原油质量(W1)；恒温器中原油质量除以抽取到恒温器中混合液占总混合液的比例，即为页岩样品中原油的质量(W)。

W＝W1/P

式中，W为页岩样品中原油的质量，kg；W1为恒温器中的原油质量，kg；P为抽取到恒温器中混合液占总混合液的比例，小数。

步骤S105：获得的页岩样品中原油质量W1与样品质量Wt之比即为单位质量页岩中的含油量Co。

Co＝W/Wt

式中W为页岩样品中原油的质量，单位为kg；Wt为页岩样品质量，单位为t；Co为页岩样品含油量，单位为kg/t岩石。

实施例2

本实施例提供了一种页岩含油量的测量方法，该测量方法对鄂尔多斯盆地长73页岩乐85井40块页岩样品含油量进行测量，具体包括以下步骤：

在乐85井密闭取芯现场，采集密闭取芯岩心出筒后30分钟以内，并在去除岩心表层5分钟之内放入密闭容器，地层顺序号为长73页岩岩心，用棉纱去除岩心表层密闭液，去除岩心表层2cm-3cm，采集无密闭液污染的页岩岩心新鲜样品，每块页岩样品质量大于500g，用万分之一电子天平进行精确称重页岩样品质量，精确到万分之一克；将页岩样品放入盛有二氯甲烷的干净容器并密封，密封容器中的二氯甲烷液面超过页岩样品高度，且二氯甲烷质量大于1000g，每一块页岩样品装入一个盛有二氯甲烷的玻璃瓶中加盖密封。

将装在玻璃瓶中的页岩样品及二氯甲烷一块倒入干净的粉碎器中，用1000g二氯甲烷清洗装样品的玻璃瓶后将二氯甲烷全部倒入粉碎器中，并按此步骤再重复2次，密封粉碎器，将页岩样品粉碎目数大于500目，即粉碎后的页岩样品直径小于25μm。

将粉碎后的页岩样品与二氯甲烷混合液充分静置12小时，抽取溶解有原油的二氯甲烷倒入干净的容器中；将粉碎器中取出溶解有原油的二氯甲烷后剩余的页岩样品粉碎样和粉碎器再次倒入1000g二氯甲烷，启动粉碎机2分钟后关掉电源，使二氯甲烷充分清洗粉碎样和粉碎器，并静置12小时后，抽取溶解有原油的二氯甲烷倒入与第一次倒入溶解有原油的二氯甲烷的同一个容器中，按此步骤重复3次，将容器中的混合液中分静置12小时。

在盛有原油与二氯甲烷混合液的容器中，从中部抽取溶解有原油的二氯甲烷混合液，抽取量约占容器中混合液量的80％以上，并准确计量取出溶液所占总溶液的体积比例，用万分之一电子天平称重恒温器质量，精确到万分之一克，将抽取出的混合液倒入干净的恒温器中，温度恒定在40℃，直到恒温器混合液停止沸腾后12分钟停止加热，用万分之一电子天平再次称重恒温器质量，精确到万分之一克，二者质量之差即为恒温器中的原油质量；恒温器中原油质量除以抽取到恒温器中混合液占总混合液的比例，即为该块页岩样品中原油的质量。

将获得的页岩样品中原油质量与对应页岩样品质量之比即为所测量页岩的含油量。本实施例共对40块页岩样品含油量进行了测量，测量结果如图2和表1所示。

表1

对比例1

利用现有技术方法，选取乐85井密闭取芯井页岩岩心样品10块，与实施例2使用的方法对应深度的页岩样品开展分析对比。热解法所采用的页岩岩心样品是岩心出筒后30分钟，并去除岩心表面2cm-3cm的干净岩心，现场蜡封后，在实验室用热解法测量含油量，用S1值作为含油量。抽提法采用岩心出筒后30分钟，并去除岩心表面2cm-3cm的干净岩心，放入分别装有氯仿、二甲苯、溶剂汽油的玻璃瓶中密封进行实验室抽提，计算含油量。对比结果见表2。

乐85井原油为轻质油，挥发性强，热解法所用样品用蜡封后，仍然有较多的油挥发损失，造成热解法得到的含油量偏低，平均比实施例2的测量方法低了23.08％，且含油量越高，误差越大。抽提法中的氯仿抽提法得到的含油量偏低，由于乐85井页岩中为轻质油，加热61℃(沸点)时造成部分轻质油挥发，通过原有挥发实验61℃时，挥发损失率5.69％，由于该方法没有粉碎岩心，滞留于页岩微纳米孔隙中的很多原油没有溶解出来，造成误差较大，且含油量越低，误差越大，平均比实施例2的测量方法低了22.33％。抽提法中的二甲苯法得到的含油量偏低，由于乐85井页岩中为轻质油，加热138.35℃(沸点)时造成大部分轻质油挥发，通过原有挥发实验138.35℃时，挥发损失率31.97％，由于该方法没有粉碎岩心，滞留于页岩微纳米孔隙中的很多原油没有溶解出来，造成误差较大，且含油量越低，误差越大，平均比实施例2的测量方法低41.33％。抽提法中的溶剂汽油法得到的含油量偏低，由于乐85井页岩中为轻质油，加热80℃(沸点)时造成大部分轻质油挥发，通过原有挥发实验80℃时，挥发损失率16.03％，由于该方法没有粉碎岩心，滞留于页岩微纳米孔隙中的很多原油没有溶解出来，造成误差较大，且含油量越低，误差越大，平均比实施例2的测量方法低28.99％。

表2

由实施例与对比例1可知，本发明的方法可以准确获得页岩中的含油量，克服了现有技术中存在的无法准确测量页岩含油量的不足和缺陷。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。