一种非均质性评价泥页岩生油气量的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于油气勘探开发技术领域，具体地说，涉及以一种泥页岩生油气量的评价方法。
【背景技术】
[0002]由于不断攀升的能源需求和日益增大的能源压力，让泥页岩油气这一非常规能源受到越来越多的重视。美国对泥页岩的勘探开发走在世界的前列，是目前泥页岩气大规模商业开发取得成功的唯一国家。1976年，美国能源部开始关注东部页岩气，就Antrim页岩、Oh1页岩、NewAlbany页岩、Barnett页岩和Lewis页岩等五大页岩气系统开展了针对页岩气地质、地球化学和石油工程的研宄(Curtis，2002)。加拿大紧随其后，近年来也开展了页岩气的勘探及实验研宄，对泥盆系、石炭系和侏罗系页岩气的勘探潜力进行了评估(RossD&Bustin，2007，2008)。
[0003]国内天然气资源构成中，煤系烃源岩和海相碳酸盐岩的贡献较大，并且国内的研宄者及勘探家们对页岩气多关注于中国西部和南方古生代海相和煤系页岩气的形成及勘探潜力(张金川等，2003，2004，2007，2008，2009 ;张水昌等，2006 ;梁狄刚等，2008 ;叶军等，2008 ;聂海宽等，2009，2010，2011 ;朱华等，2009 ;王兰生等，2009 ;王世谦等，2009 ;徐士林等，2009 ;程克明等，2009 ;黄籍中等，2009 ;蒲泊伶等，2008，2010 ;董大忠等，2009，2010 ;付小东等，2011 ;陈尚斌等，2011 ;梁兴等，2011 ;王社教等，2011);湖相烃源岩生成的天然气所占比例较小，而来源于中国东部湖相烃源岩的页岩油气勘探在中国更是处于起步阶段。湖相烃源岩作为中国油气资源的主要生烃物质基础，与它对天然气资源的贡献比例很不对称。其主要原因是，中国多数湖盆埋藏相对较浅，没有进入高成熟成气门限。然而，中国东部湖相盆地非常富油，以东营凹陷古近系为例，是典型的富油湖盆，其中发育了大套的泥页岩，形成相对封闭的系统，大量烃类滞留其中，因此可形成丰富的非常规泥页岩油气资源。
[0004]泥页岩中的油气资源量是固体有机质经过热演化转化成液态或气态烃后储存在泥页岩的孔隙中，表征泥页岩油气资源量的参数有原始生烃潜量(指有机质完全转化成烃的量)、生烃量(目前已经生成烃的量)、排烃量(生成烃并排出自身岩石的量)和排烃系数等(排烃量占生烃量的比例)，这些参数的确定都与泥页岩中的有机碳含量有关。由于断陷陆相湖盆烃源岩存在严重的非均质性，表现为有机质分布的非均质性和源岩压实的不均衡性，因此，这导致烃源岩中烃类的生成和排出通常不是均匀和连续的，从而引起泥页岩系统中油气资源分布的非均质性。
[0005]世界上成功勘探开发页岩油气的北美地区关于页岩油气具有富集、可采性的基本标准是:有机质丰度较高、成熟度较高、一般有机质类型较好、脆性矿物含量较高(粘土矿物含量较低)。然而，在我国陆相盆地，尤其是东部的断陷盆地，沉积相变化频繁，泥页岩中有机质分布非均质性强。因此，对中国湖相特色的泥页岩油气资源需要有一套操作性强的、行之有效的评价方法。
[0006]目前由中国石油天然气股份有限责任公司和研宄机构提出并被应用的生烃量定量评价方法概括起来尅分分为三类:1、改进的氯仿沥青法；2、基于有机质成烃机理的成烃率法(热模拟实验法、化学动力学法、物质平衡法)；3、生烃势指数法。但现有对泥页岩油气资源的评价方法还存在以下缺点或问题:
[0007](I)现有的方法多算出的基于目前实测有机碳含量的生烃量，而目前实测有机碳含量实际为生烃后残留的有机碳含量，通过测井信息预测的有机碳含量实际也为残留有机碳含量；基于油气的生成量是由已转化的有机碳决定的，已转化的有机碳转化成烃而排出，形成油气资源量，因此不同的有机碳形式(如原始有机碳含量、排出有机碳含量等)对准确评价泥页岩油气资源也很重要，目前已有的方法不能满足新的需要。
[0008](2)现有的泥页岩生烃量的评价参数十分有限，通常是基于氯仿沥青“A”、残留生烃潜力S1+S2、残留有机碳含量TOC，因为这些参数都是可直接检测的，并不需要推算。经推算的少量参数多为生烃量Q，这个参数往往也是用体积法估测的。因此，有限的参数不能满足对泥页岩油气资源的准确评价。
[0009](3)现有的泥页岩油气资源评价通常是评价页岩气，这是由于评价地区如北美和中国西部高成熟碳酸盐盆地成熟度都很高，几乎都为气，油量很少；近几年中国东部互相盆地的页岩油也逐渐受到重视。然而，这些评价思路也不能满足需要。譬如，中国东部渤海湾盆地东营凹陷古近系深层具有相对较好的湖相页岩气形成条件，该凹陷就发育沙四上亚段和沙三下亚段烃源岩，埋藏相对较深，生成油的同时亦有部分天然气生成，因此如何同时评价泥页岩油和气是一个很重要的问题。并且，已有的油、气评价中，没有将重质油和轻质油(C6-C13轻烃)分开，这是由于轻质油在检测中容易漏失。
[0010](4)现有对泥页岩生烃评价的研宄工作多是局限于对烃源岩有限的取样点进行地球化学测试、分析。其重要原因在于，目前成功勘探开发页岩油气的北美地区基本是在相对比较均匀的海相地层中，其相变小，均质性较强，利用有限的实验室分析资料基本可以确定页岩油气的有利发育区和空间发育。然而，由于陆相泥页岩存在严重的非均质性和生、排烃问题的复杂性，有限的取样测试点不能客观地反映复杂的地质情况，更难以有效地对垂向上连续分布的泥页岩进行高分辨率评价，也难以确定厚层烃源岩中存在的有机质含量高、生排烃效率高的薄层优质泥页岩，这影响到勘探部署，如哪些资源是近期可以有效开采的，哪些资源是可以作为远景资源等待技术进步才能有效开采，哪些资源是没有经济价值的，因此阻碍了油气评价及勘探的进步。并且，基于样品的实测资料进行评价，存在测量方法昂贵、成本高的特点。
[0011]综上可知，非常规泥页岩油气资源评价虽已经取得重要的进展，但是不同类型有机碳和多参数综合评价泥页岩中不同组分油气(重质油、轻质油和天然气)仍然需要期待解决。尤其是，高分辨率地对泥页岩油气生成量进行非均质性评价并指导泥页岩油气的勘探是未来泥页岩油气资源研宄的一个重要的发展方向。
【发明内容】
[0012]本发明针对现有泥页岩油气资源评价中存在的上述不足，提供了一种非均质性评价泥页岩生油气量的方法，该方法对泥页岩油气资源进行非均质性评价，对定量表征泥页岩含油气性的非均质性和准确评价非常规泥页岩油气资源有重要的意义。
[0013]本发明的技术方案是:一种非均质性评价泥页岩生油气量的方法，含有以下步骤:
[0014]一、对泥页岩剖面上不同深度点密集采样，并通过Rock-Eval热解检测获取基本参数值，确定有机质类型:在泥页岩剖面上深度方向每隔1-1Om—个样品点进行采样，对采集的样品进行Rock-Eval热解分析，并通过Rock-Eval热解获得基本参数的参数值；根据基础参数确定每个深度样品点的氢指数H1、产率指数PI和烃指数[100X S1]/T0C，通过氢指数HI和基础参数确定有机质类型。
[0015]二、建立概念模型并计算不同形式的有机碳含量:根据有机碳的组成和转化原理，将泥页岩中有机碳分成不同有机碳形式的概念模型，将有机碳定义为残留有机碳、残留有效碳、残留无效碳、排出有机碳、排出有效碳、原始有机碳、原始有效碳、原始无效碳，泥页岩中总的原始有机碳扣^包括排出有机碳TOC Exp和残留有机碳TOC 两部分，则存在关系式如公式(I)所示，在原始有机碳TOCtl*，热解转化成烃类的有机碳部分定义为有效碳TOCrea,原始有机碳TOCtl中所含有的有效碳和残留有机碳TOC Kem中的有效碳分别定义为TOCc^dP TOC Eem_rea；泥页岩中残留的生烃潜力是由残留有机碳中的有效碳转化而来，它与残留有机碳TOCltem的残留降解率Dltem存在的关系式如公式(2)所示；所述公式(I)和公式
(2)的表达式如下:
[0016]TOC0= T0CEeffl+T0CExp(I)
[0017]DEem —TOC Rem_rea/T0CRem(2)
[0018]目前石油工业中将0.083视为碳转化为烃类的转化系数，则存在关系式如公式
(3)所示，公式(3)的表达式如下:
[0019]T0CKem_rea= (S^S2) X0.083(3)
[0020]则残留降解率Dkm由公式(4)计算获得，公式(4)的表达式如下:
[0021]DEeffl= (S !+S2) X 0.083/T0CEeffl(4)
[0022]根据残留降解率Dkm和热解峰温Tmax的图版确定不同有机质的原始降解潜率；
[0023]在有机质演化和成烃过程中，其中的无效碳可视为保持不变的，因此，存在关系式如公式(5)所示，公式(5)的表达式如下:
[0024]TOC0 (1- D0) = T0CEeffl(l - Dj(5)
[0025]所述公式(5)中，TOCtl (1- D0)代表原始有机质中的无效碳，定义为TOClne,T0CEem(l - DEem)代表残留有机质中的无效碳，定义为T0CKem_Ine;
[0026]由公式(5)可转化为公式(6)和公式(7)，公式(6)和公式(7)的表达式如下:
[0027](1- DJ / (1- D0) = TOC0/TOCEeffl(6)
[0028]Rc= TOC 0/TOCEem(7)
[0029]所述公式(7)中，R。为现今测得的残留有机碳到原始有机碳的恢复系数，为常量系数，无单位；
[0030]同时，也存在关系式如公式⑶所示，公式⑶的表达式如下:
[0031]TOC0 - TOC0_rea — TOC Eem - T0CRem_rea(8)
[0032]所述公式⑶中，TOC0 - TOUf表原始有机质中的无效碳，定义为T0CQ_Ine，T0CEem - T0CKem_rea代表残留有机质中的无效碳，定义为TOC Kem_Ine;
[0033]通过以上公式计算出每个样品点的残留降解率Dltem、原始有机碳恢复系数Rc以及每种形式的有机碳含量在剖面的非均质性分布，为泥页岩油气资源评价提供基础数