储油岩油气组份的定量分析方法

专利名称：储油岩油气组份的定量分析方法
技术领域：
本发明涉及一种化学定量分析方法，尤其是定量测定储油岩油气组分的分析方法。
岩石热解快速定量分析是七十年代末发展起来的一种在石油钻探过程中评价生油岩和储油岩的方法。目前，国内外已普遍应用此方法来快速评价生油岩的成熟度、有机质类型和产油潜量，以及快速评价储油岩的含油气等级和及时发现钻井过程中的油气显示，以此作为该钻井完井后的试油依据。七十年代末法国石油研究院研制出岩石评价仪(ROCK-EVAL)并投入市场，同时该院把岩石热解评价生油岩的方法申请了专利，专利号为US3，953，171(1976)。该专利的主要方法是加热少量的沉积岩岩样，根据两种加热温度的不同，而测出两个参数，参数S1表示加热600℃温度下的烃类化合物，参数S2表示加热150℃至400℃或450℃温度下的含氧物质，由此来判断生油岩的好坏。1977年该院又申请了一种用少量样品测定地质沉积岩含油特性的方法专利，专利号为US4，153，415;该专利的主要方法是加热岩样200℃至400℃，获得参数P1，该参数表示样品中的油气，加热岩样400℃至700℃，最好是550℃～600℃获得参数P2，该参数为样品中的热解烃，根据这两个参数来判断岩样的含油特性。1978年该院又申请了该方法的进一步专利，专利号为US4，229，181(1980);该专利仍采用定量分析的方法，加热岩样温度范围分别是50～65℃，200℃～350℃，550～600℃，根据这三个温度而测定出相应的三个参数，参数P1为样品中所含气态烃，参数P2为样品所含的液态烃，参数P3为样品所含的不溶机质热解所产生的烃，由此确定岩样的含油特性。但从上述专利文件及其已推向国际市场的新型岩石评价仪(ROCK-EVALⅢ，OIL SHOW ANALYSER)中又可以看出，他们所用的含油特性定量分析方法，也只是能够粗略地测定出岩样中的气态烃、液态烃和热解烃，还不能直接分析储油层中的原油具体性质，更不能判断是原油热解烃还是沥青、干酪根(生油母质)的热解烃，以此来更直接的判断是生油岩还是储油岩。
钻井岩屑中砂岩(储油岩)泥岩(生油岩)混杂在一起，而且砂岩中也有泥质胶结，很难加以绝对分离;砂岩中的油热解时会产生热解烃，泥岩中的沥青、干酪根(生油母质)热解时也会产生热解烃，而且砂岩中也会含有沥青，所以热解烃得性质的分析是评价储油岩、生油岩或沥青岩含油气等级的关键。
本发明正是为了针对这个问题，而提出了一种快速测定和具体区分岩样中原油性质和判断储油岩或生油岩的方法。该方法可以快速地测定石油探区、油田石油钻井中的岩屑，定量测定和区分岩屑中所含原油性质，以及天然气、凝析油、轻质油、中质油、重油及沥青的含量，从而评价出各种储油岩及油井的含油气等级。
众所周知，天然气和石油均是不同碳数的烃类的混合物，所谓干气、湿气、凝析油、轻质油、中质油、重质油之分，主要是所含的不同碳数的烃类的比例的不同，含碳数少的烃多则油轻，含碳数大的烃多则油重，如干气含甲烷(CH4)达98%以上，天然气的烃类组成为C1-C7，凝析油为C1-C15，轻质油C1-C25，中质油C1-C35，重质油C12-C50，同一类型的油又由于产地的不同其烃类的碳数范围也有差异。碳数不同的烃类从液态热蒸发为气态烃所需达到的温度也不同，通常是碳数越少热蒸发温度越低，反之则越高。本发明是根据上述的油气组份在不同温度下恒温热蒸发分离的原理，把岩样在不同温度下恒温，以达到分离各种油气组份的目的。热蒸发成气体的油气以氢气作载体，用气相色谱法荚以分析鉴定。岩样中的固体物质沥青或干酪根是在加热温度下裂解成烃类(热解烃)，沥青和干酪根热解烃的碳数范围随产地和其成熟度高低而异，成熟度越高所需热解温度越高，例如高成熟度沥青在温度450～600℃范围内热裂解所产生的烃占总热解烃的47%，而低成熟度沥青在此温度下产生的烃只占8%。低成熟度干酪根在温度450-600℃范围内裂解所产生的烃占总热解烃5-20%，而高成熟度干酪根在此温度范围裂解所产生的热解烃占总热解烃的50-70%。沥青和干酪根热解烃的共同特点是在450-600℃高温区的热解烃占总热解烃的5%以上，并且它们的热解产烃高峰温度一般在400-450℃左右，而原油的热蒸发产烃高峰温度一般在300-400℃左右，根据以上的沥青、干酪根热解烃温度与原油热蒸发烃温度有差异的原理来区分原油热蒸发烃和沥青、干酪根热解烃。
本发明的解决方案是，用一个热蒸发炉在不同温度下恒温，蒸发岩样中的气、油和热裂解沥青和干酪根;用氢气作为载气，把气态热蒸发物引入氢离子火焰鉴定器测定;根据热蒸发温度和恒温时间的差异，分别鉴定出天然气峰，凝析油峰，轻质油峰，中质油峰，重质油或沥青或干酪根峰。以峰的面积可计算出每克岩样中所含的油气量(毫克烃/克岩石)，并以各峰的比值作为指数，以此判断原油性质和储油岩、生油岩。进而判断储油层或油井的含油气等级。
下面结合附图对本发明的分析过程和方法以实例图示作进一步描述

图1是本发明方法的程序图并包括分析周期图。
图2是本发明方法的标准图谱。
图3至图12是本发明分析各种原油、沥青及各地储油岩和生油岩实例图。
图3a，3b，3c为凝析油谱图。
图4a，4b，4c为轻质原油谱图。
图5a，5b，5c为中质原油谱图。
图6a，6b，6c为重质原油谱图。
图7a，7b为沥青谱图。
图8是含油砂岩、中质原油谱图。
图9a是油浸砂岩轻质原油谱图。
图9b是油浸砂岩中质原油谱图。
图10是油斑含砾砂岩重质原油谱图。
图11a是微含油砂岩中质原油谱图。
图11b是微含油砂岩重质原油谱图。
图12是生油岩(高成熟)谱图。
从图1可以看出，本发明分五个温度范围进行分析测定(1)加热90℃的氢气吹岩样2分钟，把岩样中的天然气(＜C7烃)吹入氢离子火焰鉴定器，出天然气峰S0。
(2)岩样被送入热解炉内，在250℃炉温下恒温1分钟，测定岩样的凝析油组分，出峰S1。
(3)从250℃程序升温(50℃/分钟或30℃/分钟)至350℃，在此温度下恒温1分钟，出峰S2。
(4)继续程序升温至450℃(或420℃)在此温度下出峰S3。
(5)继续程序升温至600℃，在此温度下恒温1分钟，分析周期结束。如被测定的岩样含重质原油或沥青或干酪根，则在450℃(或420℃)至600℃温度范围内出峰S4。
从图2看出，整个分析流程以程序升温速度为50℃/分钟为例，分析1个岩样所需时间为13分钟，达到快速分析水平。
各峰的含义为(见图2标准谱图)(1)S0峰为天然气峰(C1-C7烃);
(2)S1峰为凝析油峰;
(3)S2峰为轻质原油部分组份峰;
(4)S3峰为中质原油部分组份峰;
(5)S4峰为重质原油或沥青或干酪根热解烃部分组份峰。
本发明的设备包括热解炉，用以保持烃类气态的热保温器、程序升温控制器、温度控制器、氢火焰离子鉴定器、氢焰离子信号静电计和信号放大器、信号峰积分仪和记录仪。样品放在微孔板坩锅中加热，以氢气作为载气把热蒸发烃携带进氢火焰离子鉴定器中分析测定。
用本发明的方法对我国各油田的凝析油、轻质油、中质油、重质油和沥青分别进行分析，其峰形及各峰面积的比例见图3至图7。
各种原油的峰形特征是(1)凝析油只有S0和S1两个峰，个别有小的S2峰，S1峰占S0+S1的80%以上。
(2)轻质原油有S0、S1、S2、S3四个峰，其中S1和S2峰最大，S1+S2占四个峰总面积的80%以上。
(3)中质原油也有S0、S1、S2、S3四个峰，其中S3峰比轻质原油的S3峰大得多，S2+S3占四个峰总面积的50-80以。
(4)重质原油除S1、S2、S3峰外多了S4峰，S4峰是重质原油的特征。其S3+S4占四个峰总面积的50%-80%。
(5)沥青也有S1、S2、S3、S4峰，但其特征是S3峰和S4峰特大，其S3+S4占四个峰总面积的80%以上。高成熟度沥青只有S3和S4。
(6)干酪根热解烃峰特征是S3峰和S4峰大，S4峰随成熟度增大而增大，其S3+S4占四个峰总面积的80%以上。
从以上实验的各种原油峰形特征，利用各峰的不同比值作为指数以判断原油性质。
(1)凝析油指数 (S1)/(S0+S1+S2)判断凝析油的性质为 (S1)/(S0+S1+S2) ＞0.8(2)轻质原油指数 (S1+S2)/(S0+S1+S2+S3)判断轻质原油的性质为 (S1+S2)/(S0+S1+S2+S3) ＞0.8(3)中质原油指数 (S2+S3)/(S0+S1+S2+S3)判断中质原油的性质为0.8＞ (S2+S3)/(S0+S1+S2+S3) ＞0.5
(4)重质原油指数 (S3+S4)/(S0+S1+S2+S3+S4)判断重质原油的性质为0.8＞ (S3+S4)/(S0+S1+S2+S3+S4) ＞0.5判断沥青的性质为 (S3+S4)/(S1+S2+S3+S4) ＞0.8判断干酪根的性质为 (S3+S4)/(S1+S2+S3+S4) ＞0.8以标准岩样标定计算每克岩样所含的油气量(毫克烃/克岩石)。
分析了我国各油田砂岩岩心，其含油等级为含油砂岩、油浸砂岩、油斑砂岩、微含油砂岩、(见图8至12)。砂岩储层的峰形由于原油性质而有所不同，根据以上各指数判断出所含原油性质，并计算出每克砂岩所含的油气总量。
如果为简化分析程序只判断储层烃、沥青热解烃和生油岩干酪根热解烃，则分析流程可改为90℃温度下恒温2分钟出S0天然气峰，300℃温度下恒温1分钟出S1轻质和中质油峰，在420℃温度下恒温1分钟出S2峰，在420-600℃之间出S3峰。(见图12)干酪根的 (S3)/(S1+S2+S3) ＞0.2实施例谱图说明图3a，3b为凝析油谱图。通过图可以看出凝析油只有S0、S1两个峰，各别的有S2峰，但很小，图3a中天然气峰S0为18%，凝析油峰S1为82%。图5b中S0为20%，S1为80%。
图4a，4b为轻质原油谱图，通过图可以看出轻质原油有S0，S1，S2，S3四个峰，但S3比例很小，S1和S2比例占的很大，图4a中S0为6%，S1为72%，S2为18%，S3为4%。图4b中S0为4%，S1为47%，S2为40%，S3为9%。
图5a，5b为中质原油谱图，中质原油也有S0，S1，S2，S3四个峰，但S3的比例开始上升，图5a中的S0为3%，S1为45%，S2为38%，S3为14%。图5b中S0为1%，S1为23%，S2为34%，S3为42%。
图6a，6b为重质原油谱图，从图中可以看出除了S1，S2，S3峰外，还出现了S4峰，S3峰比例很大，图6a中，S1为20 S2为30，S3为50%，S4为1%。图6b中S1为10%，S2为38%，S3为50%，S4为2%。
图7a，7b为沥青谱图，图7a为高成熟沥青，只有S3，S4两个峰，S3为53%，S4为47%，S3+S4＝45mg/g。图7b为低成熟沥青，有S1，S2，S3，S4四个峰，S1为3%，S2为10%，S3为79%，S4为8%，S1+S2+S3+S4＝49.5mg/g图8为含油中砂岩谱图，S0+S1+S2+S3+S4＝26.06mg/g，(S2+S3)/(S0+S1+S2+S3+S4) ＝0.58 分析结果为中质原油。
图9a为油浸细砂岩谱图，S0+S1+S2+S3+S4＝8.78mg/g(S2+S3)/(S0+S1+S2+S3+S4) ＝0.83 分析结果为轻质原油。
图9b为油浸细砂岩谱图，S0+S1+S2+S3+S4＝19.20mg/g(S2+S3)/(S0+S1+S2+S3+S4) ＝0.54 分析结果为中质原油。
图10为油斑含砾砂岩，S0+S1+S2+S3+S4＝3.80mg/g(S2+S3)/(S0+S1+S2+S3+S4) ＝0.56 分析结果为重质原油。
图11a为微含油粉砂岩，图11a S0+S1+S2+S3+S4＝6.1mg/g
(S2+S3)/(S0+S1+S2+S3+S4) ＝0.65 分析结果为中质原油。
图11b S0+S1+S2+S3+S4＝3.35mg/g(S2+S3)/(S0+S1+S2+S3+S4) ＝0.56 分析结果为重质原油。
图12为生油岩谱图，S1+S2+S3+S4＝5.58mg/g(S2+S3)/(S1+S2+S3+S4) ＝0.8权利要求
1.一种储油岩油气组份的定量分析方法，该方法包括a.用热蒸发炉加热岩样，在不同温度下恒温，蒸发岩样中的气、油、热裂解沥青和干酪根；b.用氢气作为载气，把气态热蒸发物引入氢离子火焰鉴定器测定，根据热蒸发温度和恒温时间的差异，分别鉴定出天然气峰，凝析油峰，轻质油峰，中质油峰，重质油或沥青或干酪根峰；c.根据峰的面积可计算出每克岩峰样中所含的油气量(毫克烃/克岩石)；d.以各峰的比值作为指数，以此判断原油性质和储油岩、生油岩，进而判断储油层或油井的含油等级。
2.根据权利要求1所述的油气组份的定量分析方法，其特征在于判断天然气的过程是加热90℃的氢气吹岩样2分钟，把岩样中的天然气峰(＜C7烃)吹入氢离子火焰鉴定器，出峰S0。
3.根据权利要求2所述的油气组份的定量分析方法，其特征在于岩样被送入热解炉内，在250℃炉温下恒温1分钟，测定岩样的凝析油组分，出峰S1。
4.根据权利要求3所述的油气组份的定量分析方法，其特征在于岩样从250℃程序升温(50℃/分钟或30℃/分钟)至350℃，在此温度下恒温1分钟，测定轻质原油组份，出峰S2。
5.根据权利要求4所述的油气组份的定量分析方法，其特征在于岩样从350℃继续程序升温至420℃～450℃，在此温度下测定中质原油组份，出峰S3。
6.根据权利要求5所述的油气组份的定量分析方法，其特征在于岩样从450℃继续程序升温至600℃，在此温度下恒温1分钟;测定岩样中含的重质原油或沥青或干酪根热解烃组份;420℃～600℃温度范围内出峰S4。
7.根据权利要求1所述的油气组份的定量分析方法，其特征在于凝析油峰只有S0和S1两个峰，个别的有小S2峰，S1峰占S0+S1总面积的80%以上，凝析油指数为 (S1)/(S0+S1+S2) ，判断凝析油的性质为凝析油指数大于0.8。
8.根据权利要求1所述的油气组份的定量分析方法，其特征在于轻质原油有S0、S1、S2、S3四个峰，其中S1和S2最大，S1+S2占四个峰总面积的80%以上，轻质油指数为 (S1+S2)/(S0+S1+S2+S3) ，判断轻质油的性质为轻质油指数大于0.8。
9.根据权利要求1所述的油气组份的定量分析方法，其特征在于中质原油有峰有S0、S1、S2、S3四个峰，其中S3峰比轻质原油的S3峰大得多，S2+S3占四个峰总面积的50%～80%，中质原油指数为 (S2+S3)/(S0+S1+S2+S3) ，判断中质油的性质为中质油指数大于0.5，小于0.8。
10.根据权利要求1所述的油气组份的定量分析方法，其特征在于重质原油除了S1、S2、S3峰外，还多了S4峰，S4峰是重质原油的主要特征，其中S3+S4占四个峰总面积的50%～80%，重质原油指数为 (S3+S4)/(S0+S1+S2+S3+S4) ，判断重质原油的性质为重质原油指数大于0.5，小于0.8。
11.根据权利要求1所述的油气组份的定量分析方法，其特征在于沥青也有S1、S2、S3、S4四个峰，但S3峰和S4峰特大，其中S3+S4占四个峰总面积的80%以上，高成熟度沥青只有S3和S4峰，判断沥青的性质为 (S3+S4)/(S1+S2+S3+S4) 大于0.8。
12.根据权利要求1所述的油气组份的定量分析方法，其特征在于干酪根热解烃峰是S3峰和S4峰特大，S4峰随成熟度增大，其中S3+S4占四个峰总面积的80%以上，判断干酪根的性质为 (S3+S4)/(S1+S2+S3+S4) 大于0.8。
13.根据权利要求1所述的油气组份的定量分析方法，其特征在于为简化分析程序只判断储油层烃、沥青热解和生油岩干酪根热解烃，其流程为岩样在90℃温度下恒温2分钟出S0天然气峰，300℃温度下恒温1分钟出S1轻质和中质油峰，在420℃温度下恒温1分钟出S2峰，在420～600℃之间出S3峰，其中判断干酪根的性质为 (S3)/(S1+S2+S3) 大于0.2。
全文摘要
本发明是一种快速定量测定储油岩中所含油组份的方法，此方法通过分析测定少量的石油钻井中的岩屑，可定量测定和区分出储油层中所含天然气、凝析油、轻质油、中质油、重质油和沥青的含量，通过以上油气组份的含量，可有效地判断出所钻遇的是气层还是油层，以及油层原油性质和含油等级，并判断是储油岩或是生油岩。
文档编号G01N31/12GK1050612SQ8910728
公开日1991年4月10日 申请日期1989年9月28日 优先权日1989年9月28日
发明者邬立言, 张振苓, 马文玲 申请人:石油勘探开发科学研究院实验中心