一种烃源岩原始裂解潜力恢复的方法
【专利摘要】本发明公开了一种烃源岩原始裂解潜力恢复的方法。本发明方法在抽提-热解实验的基础上对热解参数S2进行校正，消除残留油对S2的影响，并且确定校正系数，对油田已有资料中的S2进行校正；同时，对胶质和沥青质进行热解实验，获得胶质和沥青质的产烃率，结合组分动力学模型对源岩剩余裂解潜力进行评价，再次结合组分动力学模型实现对源岩原始裂解潜力S20的恢复。本发明方法可对三个类型的有机质进行原始裂解潜力恢复，在任意成熟度下均可以恢复至原始状态，其中，干酪根初次裂解过程中产生的胶质和沥青质的含量越高，本发明提供的恢复结果提高幅度越大。
【专利说明】一种烃源岩原始裂解潜力恢复的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种烃源岩原始裂解潜力恢复的方法，属于油气地球化学领域。
【背景技术】
[0002]当前研究表明排烃效率最高可达80%?90%，这种情况下残余有机质裂解潜力无法反映烃源岩原始裂解能力，排烃效率越高，二者之间偏差越大；另外，对烃源岩生油、生气评价时，对源岩原始裂解潜力的恢复是必不可少的过程。因此提供一种对烃源岩原始裂解潜力恢复的方法具有重要意义。
[0003]对于烃源岩原始裂解潜力的恢复，前人提出过多种方案。自然演化剖面法通过采集相同层位不同埋深的烃源岩，实测有机碳含量及生烃潜量，然后求出不同成熟度烃源岩原始裂解潜力的恢复系数，此法由于样品不易采到，较难操作；模拟实验法基于生烃反应的时温互补原理，通过提高温度缩短生烃反应时间，取不同类型代表性样品进行模拟实验，并测得加热到不同温度时的镜质体反射率，即可获得不同成熟度时有机质成油、成气转化率，根据转化率与源岩剩余裂解潜力即可对原始裂解潜力进行恢复，但此法在实验条件下获得的镜质体反射率的演化特征与地质条件下并不平行，因此地质应用过程受到质疑；物质平衡法认为有机母质转化前的初始质量等于转化后的残余有机母质质量和各种产物质量之和,有机母质生排烃过程可近似看成C、H、O三种元素守恒的过程，根据有机质和原油的H/C和0/C原子比，对有机质生烃反应进行配平，推导出烃源岩原始裂解潜力恢复系数，但实际工作中往往无法一一对应地确定达到某一成熟度时各种产物的精确组成，仅能通过数学优化对方程近似配平，此法主要见于文献；相比之下，化学动力学法应用更为广泛，有机质生成油气的过程可概括为干酪根初次裂解直接成油、直接成气和原油二次裂解成气三个过程，利用化学动力学原理求取不同成熟度时有机质生油和生气的转化率，结合源岩剩余裂解潜力对原始裂解潜力进行恢复。
[0004]卢双舫曾经利用化学动力学法模拟不同成熟度下干酪根裂解的转化率，进而对干酪根原始生烃潜力进行恢复。此技术存在以下缺点:第一，恢复过程中未考虑到残留油对热解参数S2的影响；第二，未考虑到岩样在热解实验300?600°C过程中初次裂解生成的胶质和浙青质将发生二次裂解生烃；第三，用化学动力学所描述的仅是生烃过程，未对生成胶质和浙青质的过程进行描述。
[0005]王安桥曾对比抽提前、后S2值的变化，认为抽提前、后S2的差值为Rock-Eval热解过程中S1损失的重烃。王民、陈国辉(本次发明人)等也曾经利用氯仿抽提方法对热解参数S1进行重烃恢复。此技术仅从实验角度讨论氯仿抽提对热解参数S2的影响，认为抽提前后S2的差值为残留烃，且该技术并未从源岩剩余生烃潜力的角度对S2进行残留油的校正。
[0006]因此，传统化学动力学法对源岩原始裂解潜力的恢复存在诸多问题:第一，恢复过程中未考虑到残留油对热解参数S2的影响；第二，未考虑到岩样在热解实验300?600°C过程中初次裂解生成的胶质和浙青质将发生二次裂解生烃；第三，用化学动力学所描述的仅是生烃过程，未对生成胶质和浙青质的过程进行描述。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种烃源岩原始裂解潜力恢复的方法，在消除残留油影响的情况下，该方法对三个类型的有机质进行原始裂解潜力恢复，在任意成熟度下均可以恢复至原始状态。
[0008]本技术在抽提-热解实验的基础上对热解参数S2进行校正，消除残留油对S2的影响，并且确定校正系数，对油田已有资料中的S2进行校正，同时，对胶质和浙青质进行热解实验，获得胶质和浙青质的产烃率，结合组分动力学模型对源岩剩余裂解潜力进行评价，再次结合组分动力学模型实现对源岩原始裂解潜力S2°的恢复。
[0009]本发明提供的烃源岩原始裂解潜力恢复的方法，包括如下步骤:
[0010](I)根据下述I)或2)的方式得到烃源岩的剩余生烃潜力，标记为S2’，单位为mg/g ;
[0011]I)将烃源岩进行氯仿抽提后进行热解，根据收集到的烃类产物即得到s2’ ；
[0012]2)将烃源岩的表观剩余生烃潜力标记为S2，单位为mg/g，根据S2和S2’之间的线性关系，即得到S2’ ；
[0013](2)将氯仿抽提得到的抽提产物进行分离得到胶质和浙青质；将所述胶质和所述浙青质分别进行热解，根据收集到的烃类产物分别得到胶质产烃率和浙青质产烃率，分别标记为Q2(胶廳;g)和如?*廳；g)，单位均为mg/g ；
[0014](3)根据烃源岩初次裂解生成各油气组分产物的化学动力学参数、化学动力学模型和Easy Ro模型，得到烃源岩初次裂解生成各油气组分的累积转化率，标记为F1(i)，F1(i)包括Fii胶质)、Fiiffi麵)和hi气态;g)，分别表不经源石初次裂解生成I父质的累积转化率、烃源岩初次裂解生成浙青质的累积转化率、烃源岩初次裂解生成液态烃的累积转化率和烃源岩初次裂解生成气态烃的累积转化率；
[0015](4)F1(i)与烃源岩初次裂解生成各油气组分的质量比例相结合，即得到烃源岩生成各油气组分的剩余潜力的比例关系式，如式(I)所示，
[0〇16]根成胶质):S2(T_成浙青质)^(干酿根成液态轻):32(干_成气态轻)=f (Ro)式(I)
[0017]式⑴中，S2(干隨嫌质)表示烃源岩中干酪根生成胶质的剩余潜力，浙青质)表示烃源岩中干酪根生成浙青质的剩余潜力，表示烃源岩中干酪根生成液态烃的剩余潜力，s2(TffifiJ5K^e)表示烃源岩中干酪根生成气态烃的剩余潜力；
[0018]式(I)中，Ro表示镜质体反射率，反映有机质的成熟度；f(Ro)表示烃源岩生成各油气组分的剩余潜力比例关系，此比例关系随着成熟度的变化而变化；
[0019]根据式(I)与式⑵，即得到S2(干_成胶质)、S2(Tffi根成浙青质)、S2(干_成液态轻)和S2(T_成气态》)的值；
t°02°] S2 = S2 (干酪根成胶质)X q(胶质成烃)+S2 (干酪根成沥青质)X q(沥青质成烃)+S2 (干酪根成液态烃)+S2 (干酪根成气态轻) 式⑵
[0021](5)根据F1(i)和烃源岩初次裂解生成各油气组分的比例，得到烃源岩中干酪根初次裂解生成的各油气组分产量占原始潜力的比例，即为各油气组分总转化率，标记为
Fi(i) ?Fi(ο包括F1(胶质)、Fi(沥青质)'F1(液态烃)和Fi(气态烃)，分力Il表不I父质总转化率、浙H质总转化率、液态烃总转化率和气态烃总转化率；
[0022]根据式(3)，即得到烃源岩原始裂解潜力，标记为Sg.—，单位为mg/g ；
[0023]
。 —Σ52/
力二^~r
l~LF^> 式(3)
[0024]式(3)中，S2i表不&(干_*胶质)、& (干麵成浙青质)、S2 (干酪根成液态烃)和§2(干酿根成气态轻)。
[0025]对烃源岩样品进行热解，可利用其检测结果SpS2和Tmax对烃源岩品质进行评价。其中，S1为游离烃(mg HC/g岩石)，为升温过程中300°C以前热蒸发出来的，已经存在于烃源岩中的烃类产物；S2为裂解烃(mg HC/g岩石)，为300°C以后的受热过程有机质裂解出来的烃类产物，反映干酪根的剩余裂解潜力。
[0026]实际上，检测结果S2中不仅包含干酪根裂解所产生的烃类产物，同时包括300°C以后蒸发出来的原本已经生成并且残留在源岩中的高碳数烃类产物以及残留在源岩中的胶质、浙青质在300°C以后所产生的裂解烃，因此，利用S2评价源岩的剩余生烃潜力时评价结果偏高。然而，在对源岩样品经氯仿抽提后热解，300°C以后蒸发出来的仅包括干酪根裂解所产生的烃类产物，其实验结果S2’可反映烃源岩的剩余生烃潜力，以实现对残留有的校正。
[0027]上述原始裂解潜力恢复的方法，步骤(I)中，烃源岩的剩余生烃潜力S2’可通过两种方式得到:
[0028]I)将烃源岩进行氯仿抽提后进行热解，根据收集到的烃类产物即得到S2’ ；具体可采用岩石裂解仪器Rock-Eval对氯仿抽提后的源岩样品进行热解，实验结果中检测出的裂解烃S2仅包括干酪根裂解所产生的烃类产物，即为S2’ ；
[0029]2)将烃源岩的表观剩余生烃潜力标记为S2，单位为mg/g，根据S2和S2’之间的线性关系，即得到S2’ ；具体可采用岩石裂解仪器Rock-Eval对未抽提源岩样品和氯仿抽提后的源岩样品分别进行热解实验，分别得到表观剩余生烃潜力S2和剩余生烃潜力S2’，建立两者的线性关系曲线，根据线性方程和待测源岩样品的实测S2资料转化为S2’。
[0030]上述原始裂解潜力恢复的方法，步骤(I)中，所述热解的条件如下:在300°C下恒温3分钟，然后升温至650°C，所述升温的速率为50°C /min。
[0031]利用步骤(1)2)的操作，本发明可得到不同类型有机质的S2和S2’之间的线性关系，可为下述I)-4)中至少一种:
[0032]I)所述烃源岩中干酪根中有机质类型为I型时，S2和S2’之间的线性关系式为S2’=0.9437S2-4.6432 ；
[0033]2)所述烃源岩中干酪根中有机质类型为II !型时，S2和S2’之间的线性关系式为S2’ = 0.8653S2-1.5635 ；
[0034]3)所述烃源岩中干酪根中有机质类型为II 2型时，S2和S2’之间的线性关系式为S2’ = 0.8422S2+0.0728 ；
[0035]4)所述烃源岩中干酪根中有机质类型为III型时，S2和S2’之间的线性关系式为S2’=0.9335S2。
[0036]根据待测源岩样品的实测S2资料和相应有机质类型的线性关系式，即可将待测源岩样品的S2转化为S2 ’。
[0037]然而，烃源岩的剩余生烃潜力S2’并非完全由干酪根直接裂解生成，仅其中一部分为干酪根直接裂解生成的烃类产物，因其易挥发而直接排出被检测，另一部分则由干酪根先生成胶质和浙青质，因其不易挥发而残留并发生二次裂解生烃，二次裂解的烃类产物排出被检测，两部分之和即为S2’。S2’表达式如式(2)所示:
[0038]S2 = S2 (干酪根成胶质)X q(胶质成烃)+S2 (干酪根成沥青质)X q(沥青质成烃)+S2 (干酪根成液态烃)+S2 (干酪根成气态轻) 式⑵
[0039]式⑵中，S2’为剩余裂解潜力；S2(T_成胶质)为干酪根生成胶质的剩余潜力；S2(干根成浙麵)为干酪根生成浙青质的剩余潜力；S2(T_^液态；g)为干酪根生成液态烃的剩余潜力；§2(干酪根成气态烃) 为干酿根生成气态经的剩余潜力；％(胶质雌)为I父质广经率；％(?雜雌)为浙青质产烃率。
[0040]上述原始裂解潜力恢复的方法，步骤(2)中，将氯仿抽提得到的抽提产物进行分离得到胶质和浙青质；将所述胶质和所述浙青质分别进行热解，根据收集到的烃类产物分别得到胶质产烃率和浙青质产烃率，分别标记为q2(JK_yg)和单位均为mg/g ；
[0041]所述胶质和所述浙青质的热解具体可采用裂解仪器Rock-Eval,具体条件如下:在300°C下恒温3分钟，然后升温至650°C，所述升温的速率为50°C /min。
[0042]上述原始裂解潜力恢复的方法，步骤(3)中，所述烃源岩初次裂解生成各油气组分产物的化学动力学参数包括指前因子、活化能以及各个活化能所对应的反应占所有反应的比例，具体数值可参考=Petromod软件中所引用的Tang(2011)动力学参数；
[0043]所采用的化学动力学模型具体可采用生烃动力学。
[0044]上述原始裂解潜力恢复的方法，步骤(4)中，烃源岩初次裂解生成各油气组分的质量比例可参考=Petromod软件中所引用的Tang(2011)动力学参数.，具体可为为下述I)-3)中任一种:
[0045]I)所述烃源岩中干酪根中有机质类型为I型时，气态烃、液态烃、胶质和浙青质的比例为 6.91:86.78:4.83:1.48 ；
[0046]2)所述烃源岩中干酪根中有机质类型为II型时，气态烃、液态烃、胶质和浙青质的比例为 21.65:54.51:21.87:1.97 ；
[0047]3)所述烃源岩中干酪根中有机质类型为III型时，气态烃、液态烃、胶质和浙青质的比例为 27.66:70.86:1.36:0.72。
[0048]上述原始裂解潜力恢复的方法，步骤(5)中，所述烃源岩原始裂解潜力为烃源岩初次裂解生成各油气组分的已反应潜力和剩余潜力之和，如式(4)所示:
[0049]S原始裂解潜力=Σ S原始裂解潜力X F1⑴'+ Σ S2i式⑷
[0050]式(4)中，F1⑴’包括F1(胶质)’、F1(_质)’、F1(液态轻)’和F1(气态轻)’，分别表不I父质总转化率、浙青质总转化率、液态烃总转化率和气态烃总转化率；s2i表示成沥青质)、S2 (干酪根成液态烃)?口 S2 (干酪根成气态烃)；
[0051]将式⑷整理后即得:
[0052]
【权利要求】
1.一种烃源岩原始裂解潜力恢复的方法，包括如下步骤: (1)根据下述I)或2)的方式得到烃源岩的剩余生烃潜力，标记为S2’，单位为mg/g; 1)将烃源岩进行氯仿抽提后进行热解，根据收集到的烃类产物即得到S2’； 2)将烃源岩的表观剩余生烃潜力标记为S2，单位为mg/g，根据S2和S2’之间的线性关系，即得到S2’ ； (2)将氯仿抽提得到的抽提产物进行分离得到胶质和浙青质；将所述胶质和所述浙青质分别进行热解，根据收集到的烃类产物分别得到胶质产烃率和浙青质产烃率，分别标记为％ (胶质成轻)和％ (浙青质成轻)，单位均为呢/g ; (3)根据烃源岩初次裂解生成各油气组分产物的化学动力学参数、化学动力学模型和Easy Ro模型，得到烃源岩初次裂解生成各油气组分的累积转化率，标记为F1(i)，F1(i)包括Fi (胶质)、Fk?1#质)、Fi (液态g)和!^(气态轻)，分别表不经源石初次裂解生成I父质的累积转化率、经源岩初次裂解生成浙青质的累积转化率、烃源岩初次裂解生成液态烃的累积转化率和烃源岩初次裂解生成气态烃的累积转化率； (4)F1(i)与烃源岩初次裂解生成各油气组分的质量比例相结合，即得到烃源岩生成各油气组分的剩余潜力的比例关系式，如式(I)所示， §2(干酿根成胶质):S2 (干?根成浙青质):32(干酿根成液态轻):32(干酿根成气态轻)=f (Ro)?ζ (I) 式⑴中，S2()表示烃源岩中干酪根生成胶质的剩余潜力， §2(干酪根成沥青质) 表示烃源岩中干酪根生成浙青质的剩余潜力，表示烃源岩中干酪根生成液态烃的剩余潜力，表示烃源岩中干酪根生成气态烃的剩余潜力； 式(I)中，f (R0)表示烃源岩生成各油气组分的剩余潜力比例关系； 根据式(I)与式⑵，即得到&(干隨成胶质)、&(干隨成浙青质)、§2(干隨成液态烃)和S2(干?根成气态轻)的值；
§2 = S2 (干酪根成胶质)X q(胶质成烃)+S2 (干酪根成沥青质)X Q(沥青质成烃)+S2 (干酪根成液态烃)+S2 (干酪根成气态烃)式⑵ (5)根据F1(i)和烃源岩初次裂解生成各油气组分的比例，得到烃源岩中干酪根初次裂解生成的各油气组分产量占原始潜力的比例，即为各油气组分总转化率，标记为F1(i)’，F1(i) ’包括F1(胶质)’、F1(S5_)’、F1(液态g)’和F1(气碰)’，分别表不I父质总转化率、浙青质总转化率、液态烃总转化率和气态烃总转化率； 根据式⑶，即得到烃源岩原始裂解潜力，标记为，单位为mg/g ；
C—2丨
°原始裂解潜力_彳 V* Z7 ?
式(3)
?ζ (3)巾，S2iS2(干酪根成胶质)、S2 (干酪根成沥青质)、S2 (干酪根成液态烃)矛口 S2 (干酪根成气态烃)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤(1)1)中，所述热解的条件如下:在300°C下恒温3分钟，然后升温至650°C，所述升温的速率为50°C /min。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于:步骤(1)2)中，52和&’之间的线性关系为下述I)-4)中至少一种: I)所述烃源岩中干酪根中有机质类型为I型时，S2和S2’之间的线性关系式为S2’ =0.9437S2-4.6432 ； 2)所述烃源岩中干酪根中有机质类型为IIi型时，&和S2’之间的线性关系式为S2’ =0.8653S2-1.5635 ； 3)所述烃源岩中干酪根中有机质类型为II2型时，S2和S2’之间的线性关系式为S2’ =0.8422S2+0.0728 ； 4)所述烃源岩中干酪根中有机质类型为III型时，S2和S2’之间的线性关系式为S2’=0.9335S2。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于:步骤(2)中，所述胶质热解的条件如下:在300°C下恒温3分钟，然后升温至650°C，所述升温的速率为50°C /min ； 所述浙青质热解的条件如下:在300°C下恒温3分钟，然后升温至650°C，所述升温的速率为 50°C /min。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于:步骤(3)中，所述烃源岩原始裂解生成各油气组分产物的化学动力学参数包括指前因子、活化能以及各个活化能所对应的反应占所有反应的比例。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于:步骤(4)中，所述烃源岩初次裂解生成各油气组分的比例为下述1)-3)中任一种: 1)所述烃源岩中干酪根中有机质类型为I型时，气态烃、液态烃、胶质和浙青质的比例为 6.91:86.78:4.83:1.48 ； 2)所述烃源岩中干酪根中有机质类型为II型时，气态烃、液态烃、胶质和浙青质的比例为 21.65:54.51:21.87:1.97 ； 3)所述烃源岩中干酪根中有机质类型为III型时，气态烃、液态烃、胶质和浙青质的比例为 27.66:70.86:1.36:0.72。
【文档编号】G01N33/24GK104198677SQ201410439738
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月1日 优先权日:2014年9月1日
【发明者】陈国辉, 卢双舫, 李进步, 李晓光, 单俊峰, 胡英杰, 薛海涛, 王民, 肖佃师, 田善思, 毛俊利, 韩霞, 王新, 沈珊 申请人:中国石油大学(华东)