一种计算岩石中干酪根密度的方法与流程

本发明涉及一种计算岩石中干酪根密度的方法。

技术背景

随着岩石物理分析的兴起，需要研究岩石各组成成分的密度参数。研究岩石中干酪根密度值，可以用于岩石物理模型的建立，提高正演精度。国内已有的岩石组分分析中，主要侧重于研究岩石组分，镜质组反射率等参数进而分析成烃作用等，未见到岩石干酪根密度的求取方法。主要原因是由于干酪根是富含有机质岩石中的一种成分，提取干酪根存在难度。由于岩石中的干酪根类型不同，甚至是多种类型的干酪根的混合体，干酪根密度与经验值之间的差异很大。

技术实现要素：

本技术方法主要目的是计算煤岩岩石中干酪根的密度，对煤岩体积密度、真密度、有机碳总含量(TOC)、干酪根中的碳质量分数(C_k)等参数进行测量，然后通过计算获得干酪根密度。它给出了计算煤岩干酪根密度的方法，规避了经验值造成的误差，具有简单精确的特点。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案:

(1)岩样体积密度和视密度测量：测量样品的体积密度和真密度，进而求出孔隙度的计算。

(2)元素分析：确定样品中的TOC含量和干酪根中的碳含量(C_k)以及各矿物的含量。

(3)矿物密度：通过本发明中的公式计算矿物平均密度。

(4)干酪根密度计算：通过本发明的公式计算干酪根密度。

优选地，所述干酪根密度计算方法具体包括以下步骤：

(1)岩样体积密度和视密度测量：根据GBT\23561.3-2009和GBT\23561.2-2009的要求测量样品的体积密度和真密度，利用测得的体积密度和真密度计算孔隙度。体积密度和孔隙度为干酪根密度计算提供必要参数。

(2)元素分析：用热解分析仪对样品进行测试，获取样品中的TOC含量和干酪根中的碳含量，通过岩石样品的电子探针测试，确定各矿物的含量，为干酪根密度的计算提供必要的参数。

(3)矿物密度：通过本发明中的公式计算矿物平均密度。

(4)干酪根密度计算：通过本发明的公式计算干酪根密度。

本发明的有益效果是：可以根据常规的岩石物理测量参数(密度、TOC、C_k)，通过本方法快速精确的计算岩石中干酪根的密度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是干酪根面密度计算流程图

图2是岩石组成模型

具体实施方式

以下将结合附图对本发明进行详细说明，但本发明并不限于此。

根据大量的岩石样品成分分析，岩石的组成主要包括矿物(碳酸盐岩矿物、粘土、石英、黄铁矿等)、孔隙流体(水、油或气)和干酪根。根据组成成分，建立简单的岩石模型，如图1所示。

对于岩石的总有机碳(TOC),通过地球化学分析，发现主要来自于干酪根中的碳和孔隙自由油中的碳。其中自由油的质量分数(S1)可以通过300℃以下的高温热解测量。所以：

其中:

W_k—干酪根的质量分数

TOC—总有机碳质量分数

S₁—自由油质量分数

C_S1—自由油中的碳的质量分数

C_k—干酪根中的碳的质量分数

干酪根的质量分数与体积分数用下式转换。

其中:

V_k—干酪根的体积分数

ρ_b—岩石体积密度

ρ_k—干酪根密度

联立式(1)(2)

对于孔隙空间不含自由油的岩石，TOC中的碳全部来自于干酪根，假定孔隙空间处于水饱和状态。所以在此基础上简化：

对于V_k的确定是求取结果的重点。对于单位体积的岩石模型，可以得到两个简单的关系，总体积为各组成部分体积之和以及总质量为各组成部分质量之和。所以：

1＝V_k+V_f+V_m (5)

ρ_b＝V_kρ_k+V_fρ_f+V_mρ_m (6)

其中：

V_k、V_f、V_m分别为干酪根，孔隙流体和矿物的体积分数，其中V_f等于孔隙度

由公式(4)(5)(6)联立解得

所以：

公式(8)即为岩石中干酪根密度的计算公式。从中可以看出，干酪根密度ρ_k计算时的输入参数是矿物密度ρ_m、体积密度ρ_b、流体密度ρ_f、干酪根中C含量C_k、TOC含量、孔隙度

孔隙度通过公式(9)计算：

其中：ρ_b为体积密度；ρ_g为骨架(真)密度。ρ_b和ρ_g分别根据GBT\23561.3-2009和GBT\23561.2-2009的要求测量。

矿物密度ρ_m，通过公式(10)计算：

其中W_i和ρ_i分别为岩石各组成矿物的质量分数和密度。通过电子探针进行矿物含量定量分析，或者其他方法，比如煤岩工业成分分析。其中各种矿物密度值可以参考已有的测试成果，比如岩石物理手册。

TOC含量和干酪根中碳含量通过C_k分别通过热解分析和元素分析得到。

实施例1：山西晋城寺河煤矿煤岩干酪根密度计算，于2016年7月10日进行。

对研究区内3#煤层煤样进行取样分析。煤岩中TOC的来源为干酪根和吸附气，寺河3#煤含气量在10m³/t，结合甲烷密度0.77kg/m³可知煤岩中甲烷对TOC含量的影响很小，可以认为煤岩中TOC全部来自于干酪根，可利用本专利中的公式(8)进行计算，根据GBT\23561.3-2009的要求测得煤样体积密度为1.45g/cc，根据GBT\23561.2-2009要求测得煤样骨架密度为1.65g/cc。根据体积密度和骨架密度，由本专利中的公式(9)计算得到孔隙度为12％。电子探针测试结果表明，煤样中矿物质量含量为：粘土矿物占8.59％、石英占11.4％、长石占2.7％、碳酸盐矿物及黄铁矿等均为0，根据此结果，由本专利公式(10)计算得到矿物密度ρ_m为2.61g/cc。TOC和C_k测试结果分别为0.64和0.61。根据本专利中的公式(8)计算得到煤岩中干酪根密度为1.60g/cc，此密度值代表煤岩中干酪根充满水的情况下的密度值。