致密储层石油充注模拟方法及系统与流程

本发明涉及石油勘探开发领域，特别涉及一种致密储层石油充注模拟方法及系统。

背景技术：

致密储层具有岩性致密、低孔低渗透率、气藏压力系数低、自然产能低等特点，其作为一种非常规储层，具有较大的开发难度和要求。目前，尽管通过水平井和体积压裂实现了致密油的一定的开发。但由于致密储层内发育不同于常规储层的微米—纳米级孔喉，其微纳米孔喉内原油的充注、运移和聚集机理仍不清楚，一定程度上限制了致密储层的勘探开发。

目前，国内现有的研究及其对应的模拟实验和模拟装置主要针对常规储层设计，通常含有一个供液系统，通过高压泵入原油研究油气在储集岩心中的成藏过程。事实上，烃源岩生烃模拟研究表明烃源岩生烃模拟产物中不仅仅生成原油，还含H₂O、H₂、CO₂以及轻烃等气体。而生成的水和气体对原油的充注和成藏影响巨大。特别是致密储层，使用传统的高压泵入流体方法，基本上不能实现致密储层原油的有效聚集；而且，目前的模拟常用的供液体系很难完全模拟烃源岩生成的原油及其组成，因此，针对致密储层需要提供新的方法和设备，实现模拟烃源岩生成的石油及其组成，以指导致密储层的勘探开发。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种致密储层石油充注模拟方法及系统，能够真实模拟烃源岩生成的原油及其组成，以指导致密储层的勘探开发。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种致密储层石油充注模拟方法，包括：

分别获取与致密储层对应的第一样品和与目标烃源岩对应的第二样品；

对所述第一样品进行预处理并进行覆压物性测定和注地层水，获取第一资料；

对所述第二样品进行总有机碳、热解和成熟度测定，对成熟度低于预定值的第二样品进行开放体系的生烃动力学测试，获取第二资料；

根据测井资料、所述第一资料和第二资料确定所述致密储层的源储配制关系，并根据所述源储配制关系装填第一样品和第二样品，获得装填后的模拟样品；

根据地层埋藏史和热史，现今地层温度和压力，对所述模拟样品进行地质过程约束模拟实验；

对所述模拟样品进行石油分布测定，确定石油分布情况。

在优选的实施方式中，所述成熟度低于预定值的第二样品为成熟度低于0.6％的样品。

在优选的实施方式中，所述第二资料包括：活化能和指前因子。

在优选的实施方式中，所述第二资料由：通过不少于两组不同加热速率的测试获取不少于两组产烃曲线，并依据阿伦尼乌斯方程计算得到。

在优选的实施方式中，所述石油分布测定的方法包括下述中的任意一种：

拉曼光谱、热解分析和核磁共振法。

在优选的实施方式中，所述致密储层的地层渗透率小于0.1毫达西；

相应的，对所述第一样品进行预处理包括：对所述第一样品进行洗油处理，至洗油液体不再有荧光。

在优选的实施方式中，所述源储配置关系包括：

下生上储型、上生下储型和夹层型。

在优选的实施方式中，对所述模拟样品进行地质过程约束模拟实验中，所述约束包括升温速率。

在优选的实施方式中，对所述第二样品进行总有机碳、热解和成熟度测定前，还包括：将所述第二样品粉碎处理，粉碎至预定目数。

一种致密储层石油充注模拟系统，包括：

温度压力装置，用于提供模拟实验过程中的温度和压力；

流体供排装置，其包括供液管线设备、收液管线设备及自密封和开启阀门；

设备监测装置，用于设定实验过程中的升温速率、升压速率以及监测装置内温度压力；

含油测定装置，用于测定石油的分布情况。

在优选的实施方式中，所述温度压力装置包括加热设备和油压设备，其中，所述加热设备能达到的最高温度为550摄氏度，所述油压设备能达到的最大压力为70兆帕。

本发明的特点和优点是：通过温度压力装置、流体供排装置、设备监测装置、含油监测装置，针对致密储层开展石油充注成藏研究，操作简单、符合实际，重复性好、且能定量评价。相比传统的测方法，本发明可以实现生烃与致密储层石油充注一体化、更符合地质情况，能够真实模拟烃源岩生成的石油及其组成。

附图说明

图1是本申请实施方式中一种致密储层石油充注模拟方法的步骤流程图；

图2是本申请实施方式中一种致密储层石油充注模拟系统的结构示意图；

图3是本申请一种依据致密储层石油充注模拟方法进行模拟实验后获得的生烃量转换率-温度的曲线图；

图4是本申请一种依据致密储层石油充注模拟方法进行模拟实验后获得的生烃量-温度的曲线图；

图5是本申请一种依据致密储层石油充注模拟方法进行模拟实验后获得的生烃量分布-活化能分布的柱状图；

图6是致密储层的源储配制关系为底生型岩心高度-含油饱和度的曲线图；

图7是致密储层的源储配制关系为夹层型岩心高度-含油饱和度的曲线图；

图8是致密储层的源储配制关系为顶生型岩心高度-含油饱和度的曲线图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。

下面结合附图对本申请所述的致密储层石油充注模拟方法及系统进行详细的说明。图1是本申请一个实施方式提供的致密储层石油充注模拟方法的流程图。虽然本申请提供了如下述实施方式或附图所示的方法操作步骤或装置结构，但基于常规或者无需创造性的劳动在所述方法或装置中可以包括更多或者更少的操作步骤或模块结构。在逻辑性上不存在必要因果关系的步骤或结构中，这些步骤的执行顺序或装置的模块结构不限于本申请实施方式提供的执行顺序或模块结构。所述的方法或模块结构的在实际中的装置或终端产品执行时，可以按照实施方式或者附图所示的方法或模块结构连接进行顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境)。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

本发明提供一种致密储层石油充注模拟方法及装置，能够真实模拟烃源岩生成的原油及其组成。

请参阅图1，本申请实施方式中提供的一种致密储层石油充注模拟方法可以包括如下步骤。

步骤S10：分别获取与致密储层对应的第一样品和与目标烃源岩对应的第二样品；

步骤S11：对所述第一样品进行预处理并进行覆压物性测定和注地层水，获取第一资料；

步骤S12：对所述第二样品进行总有机碳、热解和成熟度测定，对成熟度低于预定值的第二样品进行开放体系的生烃动力学测试，获取第二资料；

步骤S13：根据测井资料、所述第一资料和第二资料确定所述致密储层的源储配制关系，并根据所述源储配制关系装填第一样品和第二样品，获得装填后的模拟样品；

步骤S14：根据地层埋藏史和热史，现今地层温度和压力，对所述模拟样品进行地质过程约束模拟实验；

步骤S15：对所述模拟样品进行石油分布测定，确定石油分布情况。

在本实施方式中，研究的对象为致密储层，具体的，该致密储层的地层渗透率可以小于0.1毫达西。

在本实施方式中，在进行模拟实验前需要分别获取致密储层对应的第一样品和目标烃源岩对应的第二样品。

其中，获取第一样品时，可以依据目标区域如盆地的盆地露头、测井资料和地震资料等资料，采集该致密储层预定位置的岩心，钻取柱塞状的样品，从而获得所述第一样品。

然后，对该第一样品进行预处理。具体的，该预处理可以包括对所述第一样品进行洗油处理，至洗油液体不再有荧光。接着，可以将预处理后的第一样品进行晾干。接下来，可以对预处理后的第一样品开展覆压物性测试，并将其充满地层水，模拟第一样品处于真实的地层环境中。其中，所述第一资料可以包括：覆压孔隙度、渗透率等参数。

在本实施方式中，获取第二样品时，可以采集目标区域，如盆地典型的低成熟度源岩，将其粉碎至预定目数，然后进行总有机碳、热解和成熟度测定，对成熟度低于预定值的第二样品进行开放体系的生烃动力学测试，获取第二样品对应的第二资料。

其中，所述低成熟度源岩具体可以为成熟度低于0.6％的烃源岩。所述烃源岩(source rock)也叫生油岩，富含有机质、大量生成油气与排出油气的岩石。也就是说烃源岩是一种能够产生或已经产生可移动烃类的岩石。所述第二样品获取时，可以为柱状或者块状等形状，具体的本申请在此并不作具体的限定。当需要进行参数测定时，可以将获取的样品粉碎至预定目数。该预定目数具体可以根据地球化学分析测试所需样品要求而定，例如可以为200目等，具体的，本申请在此并不作具体的限定。

在具体测定时，可以利用碳硫仪，热解仪和显微镜分别测试总有机碳(TOC total organic carbon)，生烃潜量和成熟度(Ro)。当然，还可以利用现有的其他仪器进行测定，本申请在此并不作具体的限定。

其中，生烃潜量指某一体积或某一重量烃源岩中有机质，在自然地质条件下可以生成烃类物质的最大数量。它包括至今已生成的烃量和尚未转化的剩余生烃潜量两部分。其基本单位为公斤(kg)或吨(t)或立方米(m³)。有机碳是指岩石中存在于有机物中的碳。它不包括碳酸盐岩、石墨中的碳。通常用岩石质量的百分比来表示。从原理上讲，岩石中有机质的量还应该包括H、O、N、S等所有存在于有机质中的元素的总量。

在本实施方式中，可以选择低成熟度烃源岩样品进行开放体系的生烃动力学分析测试，获取第二资料。具体的，该第二资料可以包括：活化能(Ea)和指前因子(A)。其中，所述活化能是指分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量称为活化能。(阿伦尼乌斯公式中的活化能区别于由动力学推导出来的活化能，又称阿伦尼乌斯活化能或经验活化能)活化分子的平均能量与反应物分子平均能量的差值即为活化能。所述指前因子A来源于阿伦尼乌斯公式k＝A·exp(-Ea/RT)中，k、R、T、Ea分别是化学反应速率常数、摩尔气体常数、反应温度及活化能，式中的A称为指前因子。它是一个只由反应本性决定而与反应温度及系统中物质浓度无关的常数，与k具有相同的量纲。A是反应的重要动力学参量之一。具体的，所述第二资料可以由：通过不少于两组不同加热速率的测试获取不少于两组产烃曲线，并依据阿伦尼乌斯方程计算得到。

在本实施方式中可以根据测井资料以及岩心样品资料包括所述第一资料、第二资料，确定所述致密储层的源储配制关系，并根据所述源储配制关系获取模拟样品。具体的，所述源储配置关系指源岩与储层的位置关系，可以包括：下生上储型、上生下储型和夹层型，即源岩在下储层在上、源岩在上储层在下、源岩和储层混层。然后，根据所述源储配制关系获取模拟样品具体可以为按照所述源储配制关系装填第一样品和第二样品，获取所述模拟样品。

在本实施方式中，当获取所述模拟样品后，可以根据地层埋藏史和热史，现今地层温度和压力，对所述模拟样品进行地质过程约束模拟实验。

沉积盆地的热历史主要取决于两个方面，一是盆地基底热流密度的变化，二是盆地内部沉积物的性质及埋藏历史。由于不同类型的地球动力学背景和形成机制不同，描述不同类型沉积盆地构造演化的地球动力学模型也不相同。在进行模拟实验前，可以根据目标研究盆地的地层埋藏史和热史确定相应的模型。

在本实施方式中，对所述模拟样品进行地质过程约束模拟实验中，所述约束包括升温速率。此外，也可以包括升压速率等。

在本实施方式中，具体的根据地层埋藏史和热史，现今地层温度和压力，对所述模拟样品进行地质过程约束模拟实验的过程可以为：根据埋藏史和热史对模拟实验过程中的升温速度和升压速率进行约束，确保等效成熟度时的压力与地质实际一致；根据地层水的矿化度配置模拟过程中的加入流体类型。实验结束后可以获得油气充注后致密储层样品，为开展下一步的石油分布测定提供样品。

最后，对所述模拟样品进行石油分布测定，确定石油分布情况。其中，所述石油分布测定的方法包括下述中的任意一种：拉曼光谱、热解分析和核磁共振法。当然，所述石油分布的测定还可以为其他方式，例如，可以根据实验需求，通过薄片、荧光等方法进行定性分析，具体的，本申请在此并不作具体的限定。

请参阅图2，本申请实施方式中还提供了一种致密储层石油充注模拟系统，其可以包括：

温度压力装置1，用于提供模拟实验过程中的温度和压力；

流体供排装置2，其包括供液管线设备、收液管线设备及自密封和开启阀门；

设备监测装置3，用于设定实验过程中的升温速率、升压速率以及监测装置内温度压力；

含油测定装置4，用于测定石油的分布情况。

在本实施方式中，所述温度压力装置1包括加热设备和油压设备。其中，所述加热设备能达到的最高温度为550摄氏度。也就是说，所述加热设备的温度范围为常温至550摄氏度。当然，所述加热设备的温度范围也可以根据实验需要进行相应的选择温度范围，本申请在此并不作具体的限定。所述油压设备能达到的最大压力为70兆帕。也就是说，所述压力设备的压力范围为常压至70兆帕。当然，所述油压设备的具体压力范围可以根据实际实验需求进行相应地选择，本申请在此并不作具体的限定。

在本实施方式中，所述流体供排装置2可以包括供液管线设备、收液管线设备以及自密封和开启阀门，以满足进行注地层水等实验需求。具体的，所述流体供排装置的具体连接和结构等本申请在此并不作具体的限定，整体上，样品的两端分布与供液管线设备和收液管线设备相连通，在连通的管线上，可以设置有开启阀门，另外在样品的端部可以设置有自密封结构。

在本实施方式中，设备监测装置3可以包括温压实时监测设备，用于实时监测系统的温度和压力变化。此外，所述设备监测装置3还可以包括在压力超过材料设计压力后的报警设备，具有较高的安全性能。

在本实施方式中，含油测定装置4可以根据测定的方法而进行相应的选择，本申请在此并不作具体的限定。具体的，所述测定方法具体可以包括拉曼光谱、热解分析和核磁共振法等，通过上述测定方法可以定量获得含油分布情况。此时，所述含油测定装置为其方法对应的装置，例如通过核磁共振法时，其对应的装置即为核磁共振仪。此外，也可以根据实验需要采用定性分析方法，此时所述含油测定装置4可以省略。

在一个具体的应用场景下，利用本发明的致密储层石油充注模拟方法和系统，对鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7致密砂岩石油充注聚集开展测定。低成熟烃源岩生烃动力学参数及实验加热数量可以参见图3至图5。

其中，图3为本申请一种依据致密储层石油充注模拟方法进行模拟实验后获得的生烃量转换率-温度的曲线图。横坐标表示模拟实验时的温度，单位为摄氏度(℃)；纵坐标表示模拟实验中生烃量转换率。图中有三组曲线，分别为以10摄氏度/分的升温速率、20摄氏度/分的升温速率以及30摄氏度/分的升温速率获得生烃量转换率-温度的曲线图。

其中，图4是本申请一种依据致密储层石油充注模拟方法进行模拟实验后获得的生烃量-温度的曲线图。横坐标表示模拟实验时的温度，单位为摄氏度(℃)；左侧纵坐标表示生烃量，单位为：毫克/克(mg/g_TOC)；右侧纵坐标表示成熟度，单位为：百分数(％)。其中，图4中的第一曲线1A表示：成熟度；单位为：％；第二曲线1B表示：累计生烃量，单位为：毫克/克。

其中，图5是本申请一种依据致密储层石油充注模拟方法进行模拟实验后获得的生烃量分布-活化能分布的柱状图。横坐标表示活化能分布，单位为千焦/摩尔(kj/mol)；纵坐标表示生烃潜量分布。

通过本申请所述的模拟实验发现：致密储层背景下仍可以实现石油充注、石油充注程度受距离源岩远近控制，实验结果请参见图6至图8。

其中，图6为致密储层的源储配制关系为底生型岩心高度-含油饱和度的曲线图。所述储源配制关系为底生型时，即下生上储，下面为源岩，上面为储层。图中纵坐标表示岩心高度，单位为厘米(cm)；横坐标表示含油饱和度。

图7为致密储层的源储配制关系为夹层型岩心高度-含油饱和度的曲线图。所述储源配制关系为夹层型时，即源岩和储层混层。图中纵坐标表示岩心高度，单位为厘米(cm)；横坐标表示含油饱和度。

图8为致密储层的源储配制关系为顶生型岩心高度-含油饱和度的曲线图。所述储源配制关系为顶生型时，即上生下储，上面为源岩，下面为储层。图中纵坐标表示岩心高度，单位为厘米(cm)；横坐标表示含油饱和度。

本发明实施方式中提供的致密储层石油成藏模拟方法与装置，借用温度压力装置、流体供排装置、设备监测装置，针对致密储层开展石油充注成藏研究，操作简单、复合实际，重复性好、定量评价。相比传统的测方法，本发明可以实现变地质过程约束下，定量和定性测定致密储层石油充注成藏，优点明显。

本说明书中的上述各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似部分相互参照即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式不同之处。

以上所述仅为本发明的几个实施方式，虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。