一种确定烃源岩游离烃排出临界条件的方法
【专利摘要】本发明建立了烃源岩演化过程中游离烃排出临界条件的概念模型和利用生烃量、残留烃临界饱和量、水溶相排烃量及扩散相排烃量四个参数定量判别这一临界条件的技术方法。当烃源岩生烃量大于残留烃临界饱和量与水溶相和扩散相排烃量之和时，表明烃源岩已进入游离烃排出临界条件；当烃源岩生烃量等于残留烃临界饱和量与水溶相和扩散相排烃量之和时，表明烃源岩正处于游离烃排出临界条件，此时烃源岩对应的埋深条件或演化程度均可表征游离烃排出临界条件；当烃源岩生烃量小于残留烃临界饱和量与水溶相和扩散相排烃量之和时，表明烃源岩尚未进入游离烃排出临界条件。“游离烃排出临界条件”概念模型的建立和技术方法的提出弥补了生烃门限评价烃源岩质量的不足，对于客观评价烃源岩的资源潜力和指明油气勘探的正确方向具有重大的理论技术意义。
【专利说明】一种确定烃源岩游离烃排出临界条件的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及油气资源评价领域的一种技术方法，具体说是涉及到利用烃源岩生烃量和残留烃临界饱和量、水溶相排烃量及扩散相排烃量三者之和的大小关系建立的一种确定烃源岩开始大量排烃临界地质条件的方法
【背景技术】
[0002]生烃门限这一概念目前在油气田勘探实践中广泛应用。它是指有机质演化过程中开始大量向油气转化的临界地质条件，一般用对应条件下的有机质中的镜质体反射率Ro表示。在一般的地质条件下，烃源岩生烃门限点处的镜质体反射率Ro为0.5% (Tissot BP, Welte D H.1978.Petroleum Formation and Occurrence.Springer-Verlag.)。这一概念提出以后，一些学者用其判别源岩和非源岩、用其确定源岩开始大量生烃期和开始大量排烃的临界地质条件，用其划分成熟生烃岩范围和计算油气资源量(部立言等.1986.生油岩热解快速定量评价.北京:科学出版社.)。
[0003]生烃门限是有机质的转化程度指标，如果不与有机质丰度和类型结合，它既不能反映源岩的生烃量，也不能反映源岩的排烃量。用其作为源岩排烃的临界标准在理论上和实际上都会遇到困难。
[0004]生烃门限只表明源岩的转化程度，不表明生烃量大小。用生烃门限作为源岩的排烃临界地质条件没有考虑烃源岩生烃因素的影响。镜质体反射率是烃源岩转化程度的标度。烃源岩转化程度再高，如果不含有有机质也不能生、排油气。烃源岩含有机质，但是如果丰度低或类型特别差也不能生成大量油气。当生成的烃量不能满足自生吸附等形式的残留需要时也不能开始排出烃类。相反，一些有机质丰度高或者类型好的烃源岩在未进入生烃门限时，由于生成了较多的烃量，它们一旦饱和了自身需要就能够开始大量排出烃类。
[0005]生烃门限只表明有机质的转化程度，不表明烃源岩的排烃条件。用生烃门限作为烃源岩排烃临界地质条件没有考虑烃源岩残留烃能力对烃源岩大量排烃临界地质条件的影响。生烃量完全相同的烃源岩，有的在未成熟阶段就大量排烃，有的进入高成熟阶段后也不能大量排烃。这些差异性是区域地质条件和烃源岩自身特性对其生烃量不同大小的残留作用造成的。欠压实地层排烃条件差，大量排烃时间较正常压实地层晚；煤层残留烃能力强，排烃较含I型有机质的烃源岩晚；泥岩在同样条件下残留烃临界饱和量较碳酸盐岩大，因此排烃时间晚。这些说明，生烃门限即便在考虑了有机质丰度与类型等生烃因素的前提下，如果不考虑排烃条件，也不能用作烃源岩大量排烃的临界标志。
[0006]生烃门限用作烃源岩排烃临界条件无法解释未成熟油气的成藏作用。未成熟油藏的发现不仅说明了生烃门限不宜作为油气大量排出临界条件标志，而且对晚期成油理论也提出了质疑。生烃门限仅是晚期成油理论为讨论问题方便而提出的划分成烃阶段的界限指标，不能作为一个属性或特征突变的临界点。生烃门限不宜作为有机质生烃的起点，也不宜作为有机质开始大量生烃的突变点。
[0007]基于上述讨论，生烃不等于排烃，烃源岩的生烃门限不能表征烃源岩是否开始排烃。烃源岩只有生成并且排出了油气才能称为有效烃源岩。因此，生烃门限的概念不能客观地评价烃源岩的质量，影响着油气的勘探和开发。
[0008]含油气盆地烃源岩排烃特征评价方法有多种，如干酪根类型法(Pepper A S，王世谦，刘成根.1995.定量评价烃源岩排烃特性的一种新办法.天然气勘探与开发.)、物理模拟实验法(Sweeney J J, Braun R L, Burnham A K, et al.1995.Chemical kinetic model of hydrocarbon generation, expulsion, and destructionapplied to the Maracaibo Basin, Venezuela.AAPG Bulletin; Nakayama K.1987.Hydrocarbon-expulsion model and its application to Niigata area, Japan.AAPGBulletin.)、有机质成熟度法(张文正，杨华，李剑锋，等.2006.论鄂尔多斯盆地长7段优质油源岩在低渗油气成藏富集中的主导作用——强生排烃特征及机理分析.石油勘探与开发.)、化学动力学法(卢双舫，徐立恒，申家年，等.2006.富台油田成藏期与生排烃期的匹配关系.新疆石油地质.)以及盆地模拟法(石广仁.1994.油气盆地数值模拟方法.北京:石油工业出版社；Burrus J, Wolf S，Osadetz K, etal.1996.Physical and numerical mod—elling constraints on oil expulsion andaccumulation in the Bakken and Lodgepole petroleum systems of the WillistonBasin (Canada-USA).Bulletin of Canadian Petroleum Geology.)等。
[0009]这些方法都是在传统生烃门限的基础上建立起来的，忽略了未熟-低熟油气等的贡献，存在一定的弊端。
【发明内容】
[0010]本发明的目的就是克服“生烃门限”这一传统概念不能客观评价烃源岩排烃潜力的缺陷，提出了烃源岩“游离烃排出临界条件”的概念，用以表征烃源岩开始大量排烃的临界地质条件，认为烃源岩在埋藏演化过程中，只有满足了自身吸附、孔隙水溶解、油溶解和毛细管封堵等多种形式的存留之后，才开始以游离相大量排出油气，这个开始大量排出游离相油气的临界点称为游离烃排出临界条件。
[0011]基于这个概念，建立了烃源岩埋深演化过程中游离烃排出临界条件概念模型(图1)。
[0012]游离烃排出临界条件与生烃门限相比有三个特点:①该临界条件受烃源岩生烃作用、残留烃作用和排烃作用的控制，任一因素的改变都影响油气的大量排出或该临界条件的变化；②游离烃排出临界条件是烃源岩生、留油气矛盾作用的转折点。在这之前，烃源岩的生烃量小于残留烃临界饱和量；在这之后，烃源岩的生烃量大于残留烃临界饱和量游离烃排出临界条件是烃源岩排烃相态变化的临界转折点。在这之前，烃源岩只能以水溶相和扩散相排烃；在这之后，烃源岩除以水溶相、扩散相排烃外，主要以游离相大量排烃。
[0013]游离烃排出临界条件概念的提出不仅表明了烃源岩排烃临界地质条件存在的客观性，而且揭示了生烃作用、残留烃作用和排烃作用与烃源岩排烃临界地质条件的相互关系。烃源岩的生烃作用是有机质丰度T0C、类型KTI和镜质组反射率R。等因素决定的。烃源岩的残留烃能力与实际地质条件下烃源岩对油气的吸附作用、水溶作用、油溶作用及毛细管封堵作用有关。
[0014]游离烃排出临界条件概念及其判别标准科学地、定量地确定了上述各种地质因素和地质作用之间的相互关系，从而为排烃临界地质条件的定量研究开辟了途径。烃源岩有效排烃的开始即是进入了游离烃排出临界条件。
[0015]烃源岩是否进入游离烃排出临界条件的判别方法主要建立在烃源岩生烃量与烃源岩残留烃量大小关系的比较上，基本公式为:
[0016]Qp-Qrm-Qew-Qed < O 未入游离烃排出临界条件
[0017]Qp-Qrm-Qew-Qed=O 处于游离烃排出临界条件
[0018]Qp-Qrm-Qew-Qed > O 进入游离烃排出临界条件
[0019]其中，Qp为单位体积烃源岩生烃量，kg/m3或者m3/m3 ；Qrm为单位体积烃源岩残留烃饱和量，kg/m3或者m3/m3 ；Qew为单位体积烃源岩水溶排烃量，kg/m3或者m3/m3 ；Qed为单位体积烃源岩扩散排烃量，m3/m3。
[0020]通过上面的方法，分别准确地计算出烃源岩在埋深演化过程中的生烃量，残留烃临界饱和量及以水溶相和扩散相排出的烃量，就可以确定烃源岩中烃类以游离相大量排烃时对应的地质条件，也即烃源岩的游离烃排出临界条件。
[0021]根据烃源岩的有机质丰度，烃源岩密度和烃源岩内有机质的油气发生率可以计算每立方米烃源岩的生烃量，计算公式为:
[0022]
【权利要求】
1.一种确定烃源岩游离烃排出临界条件的方法，所述方法包括以下步骤: (1)通过烃源岩热解实验和岩石密度测试实验获取烃源岩的有机质丰度、烃源岩内有机质的油气发生率以及烃源岩密度，进而计算每立方米烃源岩的生烃量； (2)在分别计算每立方米烃源岩吸附残留气态烃量、水溶残留气态烃量、油溶残留气态烃量和残留液态烃量的基础上，计算每立方米烃源岩残留烃临界饱和量； (3 )根据每立方米烃源岩排水量和烃在水中的溶解度计算每立方米烃源岩水溶相排烃量; (4)依据每立方米烃源岩水与邻接的储层水的气态烃浓度梯度、地史时间、烃扩散系数、扩散面积计算每立方米烃源岩扩散相排气态烃量； (5)确定烃源岩游离烃排出临界条件，比较每立方米烃源岩生烃量与残留烃临界饱和量、水溶相排气态烃量、扩散相排气态烃量三者之和的大小关系，当生烃量小于三者之和时，烃源岩未达到游离烃排出临界条件；当每立方米生烃量等于三者之和时，烃源岩达到游离烃排出临界条件，此时，烃源岩对应的埋深Z和镜质体反射率R。均可表征烃源岩游离烃排出的临界条件。
2.根据权利I所述的方法，其中，步骤(1)包括对每立方米烃源岩生烃量的计算，计算公式为:
Qp=Rp(R0, KTI) X Pr(Z) XTOC 其中，Qp为单位体积烃源岩的生烃量，kg/m3或者m3/m3 ；RP为每吨有机质的油气发生率，kg/t。或者m3/t。； P ^为烃源岩密度，g/cm3或者t/m3 ;T0C为烃源岩中的有机碳百分含量，％ ；R0为镜质体反射率，% ；KTI为干酪跟类型指数，无量纲；Ζ为烃源岩埋深，m。
3.根据权利I所述的方法，其中，步骤(2)包括对每立方米烃源岩残留烃临界饱和量的计算，计算公式为:
Qrm Qrb~^Qrw~^Qrog~^Qro 其中，Qm为单位体积烃源岩残留烃临界饱和量，kg/m3或者m3/m3;QAS单位体积烃源岩吸附残留气态烃，m3/m3 ;Q?为单位体积烃源岩水溶残留气态烃，m3/m3 ;QMg为单位体积烃源岩油溶残留气态烃，m3/m3 ；Qro为单位体积烃源岩残留液态烃，kg/m3或者m3/m3。
4.根据权利I所述的方法，其中，步骤(3)包括对每立方米烃源岩水溶相排烃量的计算，计算公式为:
Qew=QwXVw 其中，Qrat为单位体积烃源岩水溶相排烃量，kg/m3或者m3/m3;qw为烃在水中溶解度，g/100g水或者cmVlOOcm3水；VW为单位体积烃源岩排出的水量，g、kg或者t。
5.根据权利I所述的方法，其中，步骤(4)包括对每立方米烃源岩扩散相排气态烃量的计算，计算公式为:
6.根据权利I所述的方法，其中，步骤(5)包括确定烃源岩游离烃排出临界条件，计算公式为:
Qes-Qp (Qrm+Qew+Qed) 其中，Qp为单位体积烃源岩生烃量，kg/m3或者m3/m3 ；Qrm为单位体积烃源岩残留烃临界饱和量，kg/m3或者m3/m3 ；Qew为单位体积烃源岩水溶相排烃量，kg/m3或者m3/m3 ；Qed为单位体积烃源岩扩散相排气态烃量，m3/m3 ；Qes为单位体积烃源岩游离相排烃量，kg/m3或者m3/m3 ； 当Qes〈0时，烃源岩未达到游离烃排出临界条件；当Qes=O时，烃源岩正处在游离烃排出临界条件，此时烃源岩对应的埋深Z或者演化程度R。均可用来表征烃源岩游离烃排出的临界条件。
【文档编号】G01N33/24GK103926389SQ201310009048
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2013年1月10日 优先权日:2013年1月10日
【发明者】庞雄奇, 姜福杰, 郭继刚 申请人:中国石油大学(北京)