CN103926388A - 一种判别低丰度有效烃源岩的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种判别低丰度有效烃源岩的方法，其具体步骤为：获取某一区域多个地点、多个单井、同一岩性烃源岩热解参数和有机质成熟度（Ro）参数；筛选出低丰度（TOC≤0.5%）烃源岩对应的热解参数和Ro，根据筛选的烃源岩参数计算每个深度或Ro对应的生烃潜力指数；绘制相同间隔、不同范围TOC烃源岩生烃潜力指数随深度或Ro演化剖面；在多个连续不同范围TOC烃源岩生烃潜力指数演化剖面中寻找首次出现排烃门限的演化剖面，该演化剖面对应的TOC值（或TOC范围）即为低丰度有效烃源岩的TOC下限值，此TOC值以上的烃源岩为低丰度有效烃源岩。本发明避免了以往判别有效烃源岩的一些弊端，既适用碳酸盐岩有效烃源岩的判别，也适用泥质烃源岩，本发明具有操作简单、精度较高的优点。

Description

一种判别低丰度有效烃源岩的方法

技术领域

本发明涉及烃源岩评价技术领域，特别涉及一种判别有机质丰度相对较低（TOC≤0.5%）的烃源岩有效性的方法。

背景技术

烃源岩是油气成藏的物质基础，也是油气藏形成的主控因素，没有烃源岩的存在就没有油气的生成，而只有有效的烃源岩才对油气藏有贡献。Snider最早提出了烃源岩概念，而有效烃源岩一般定义为已经生成和排出烃类流体，对油气成藏有贡献的岩石。那么，什么样的岩石才能够成为有效烃源岩，就成为首要解决的问题。根据有效烃源岩的定义，有效烃源岩要有足够的生烃量和充分的排驱效率，这就要求烃源岩必须具有一定的有机质丰度，即有效烃源岩的下限值，一般用有机碳含量TOC的下限值来表示。

有机质丰度较高的的优质烃源岩是油气富集的重要原因，对于油气藏的形成至关重要，国内外大量学者对其进行了研究，尤其在国外，甚至只关注TOC>1.0%的烃源岩。而在中国，烃源岩，尤其碳酸盐岩烃源岩普遍成熟度高、有机质丰度低，TOC多介于0.05%~0.5%之间，这些有机质丰度较低（TOC≤ 0.5%）的烃源岩生烃效率较低，但分布广泛、规模巨大，其在油气形成中的作用值得关注。低丰度烃源岩缺乏系统的研究，其到底能不能排出油气成为有效烃源岩，尤其对碳酸盐岩烃源岩，是大家关注的一个科学问题。如果低丰度烃源岩能成为有效烃源岩，无疑将扩大有效烃源岩的范围，对油气资源评价具有重要的意义。

根据有效烃源岩的定义，要确定TOC下限就应该对烃源岩的生烃、排烃进行研究。而随着生排烃的研究，人们认识到烃源岩并不是一生成油气就直接往外运移的，生成的油气首先要残留在烃源岩中一部分，然后才能向外大量排出。也就是如果生成的油气量很少，可能就残留在烃源岩中，油气很少排出去。

烃源岩生成多少的油气量才能从烃源岩排出。生烃量的研究方法很多，但主要有四种方法：自然演化剖面法、热模拟实验法、物质平衡法和化学动力学法。其中热模拟实验法由于自身的优势得到普遍的应用，利用该方法模拟产烃率（单位质量岩石的生烃量），进而计算烃源岩的生烃量。

关于排烃的研究，人们研究了油气排出机理、排烃动力、排出相态、排烃载体。热模拟实验法也用来研究排烃。由于地质条件下生排油气的长期性，石油工作者开始利用热模拟实验来研究烃源岩排烃。并且实验方法和手段越来越成熟和多样化，成为研究烃源岩排烃的一种重要方法，也被用来评价烃源岩上。庞雄奇根据物质平衡原理，提出了排烃门限理论（见庞雄奇. 1995. 排烃门限控油气理论与应用. 北京：石油工业出版社）。由于该理论避开了复杂的排烃机理和排烃过程，正逐步显示出其理论上的可行性和实用上的有效性，因此极大的促进了烃源岩排烃的研究。排烃门限指烃源岩在埋深演化过程中，由于生烃量满足了自身吸附、水溶、油溶、毛细管封闭等多种形式的残留需要，开始以游离相大量排出的临界点。由于是油气开始大量排出，对油气成藏就有了贡献，烃源岩也就成为了有效烃源岩。

随着烃源岩生排烃的研究，国内外不同研究者和单位对烃源岩的有效性进行了评价，对有效烃源岩TOC下限值的进行了大量探讨。主要有三种方法，三种方法对评价烃源岩发挥了巨大的作用，但在实际应用中也存在一些问题。

第一种方法是经验法或类比法。通过对某盆地或地区大量的烃源岩TOC的统计分析确定一个有效烃源岩下限值；或者通过对低研究程度盆地烃源岩与高研究盆地烃源岩或国外类似盆地的烃源岩对比，加上人为经验认识，确定有效烃源岩下限值。早期有效烃源岩的研究多采用这种方法。例如Tissot和Welte在探讨TOC下限时，结合前人的研究成果和自己的认识，提出碳酸盐岩和泥质烃源岩的TOC下限分别为0.3%和0.5%（见Tissot BP and Welte DH.1984.Petroleum formationand occurrence. Spriner-Verlag. Berlin Heideberg. NewYork）。傅家谟在综合考虑国内外碳酸盐岩研究，结合中国实际情况建议我国采用0.1%~0.2%作为TOC下限值（见傅家谟.1989.碳酸盐岩有机地球化学.北京：科学出版社）；而同样结合国外和国内研究，张水昌却把碳酸盐岩烃源岩和泥岩烃源岩的TOC下限都定为0.5%（见张水昌，粱狄刚，张宝民. 2004.塔里木盆地海相油气的生成. 北京：石油工业出版社）。可见经验法或类比法虽然可以确定有效烃源岩一定的TOC下限值或范围，但该方法缺乏理论依据，主要依据人的经验，人为影响因素太大，确定的有效烃源岩的TOC下限也很不统一。

第二种方法是生排烃热模拟实验法。一般是选用不同TOC的岩石样品或者配制不同TOC的样品进行实验，利用一定方法收集排出的油和气作为排烃量，从而建立TOC与排烃量的关系式，当排烃量为0时，计算得到对应的TOC，该TOC即为有效烃源岩的TOC下限。利用热模拟实验法，郝石生确定了塔里木盆地碳酸盐岩有效烃源岩TOC下限，其中高过成熟烃源岩TOC下限为0.043%，成熟烃源岩的为0.1%（见郝石生，高岗，王飞宇，刚文哲.1996.高过成熟海相烃源岩.北京：石油工业出版社）；秦建中得到的高过成熟碳酸盐岩烃源岩TOC下限为0.08%，成熟烃源岩的为0.3%（见秦建中，刘宝泉，郑伦举，张渠. 2007海相碳酸盐岩排烃下限值研究.石油实验地质）。热模拟实验法确定的有效烃源岩TOC下限值其实是理论的最小值，因为需要排出一定量的烃才对油气藏有贡献，而不是排烃为0时。而且该方法还存在其他一些缺点：一是生排烃模拟实验法耗时较长，且费用较高；二是依赖于实验样品的选择，不同的样品得到的结果可能不同；三是实验条件多样化，而且能否和地质条件下生排烃符合还值得怀疑。因此这种方法也导致烃源岩TOC下限的多变性。

第三种方法是数值模拟计算法。根据物质平衡原理，利用排烃门限理论，计算排烃量。当排烃量为0时，计算对应的TOC值即为有效烃源岩TOC下限。薛海涛利用该方法系统评价了碳酸盐岩烃源岩TOC下限，其利用公式为：排烃量=生烃量-吸附油量-吸附气量-水溶油气量-油溶气量-扩散气量。通过大量实验和理论推导，建立了生烃量、各种残留烃量、扩散气量的定量预测模型，计算了碳酸盐岩的排烃量为0的TOC的值。其确定的塔里木盆地和渤海湾盆地碳酸盐岩有效烃源岩TOC下限分别为0.15%和0.12%（见薛海涛.2006.碳酸盐岩烃源岩有机质丰度评价标准.北京：石油工业出版业）。该方法理论上能够确定有效烃源岩TOC的下限值，且比模拟实验法更准确。但实际上各种定量都涉及多种方法或预测模型，例如生烃量就有4种方法，且O涉及多个定量参数的获取，这期间人为影响或者为了简化，都可能忽略一些因素，导致计算的结果与实际地质条件下的不同，得到的TOC下限也就可能不准确。而且此方法最大的弊端是计算量巨大，工作繁琐。

国内外有关烃源岩有效性评价的专利几乎没有，美国专利4183408（1980）“来自烃源岩的中天然气”、US Patent4463096（1984）“油源的证据”、美国专利4578356（1986）“烃源岩的评价方法”，虽然是和烃源岩有关或者评价烃源岩，但都没有评价烃源岩的有效性。

发明内容

为了解决低丰度烃源岩有效性评价的问题，本发明针对目前利用经验或类比判别、生排烃热模拟实验和物质平衡原理数值计算方法确定烃源岩有机质丰度下限进而判别有效烃源岩的缺点，提出了一种判别低丰度有效烃源岩的方法；

本发明提出的判别低丰度有效烃源岩的方法称为生烃潜力法，也是基于物质平衡原理，即生烃量等于残留烃量与排出烃量之和；该方法用到的图称为生烃潜力指数演化剖面。此前生烃潜力法常被应用于排烃门限、排烃效率和排烃量的的求取，本发明首次利用生烃潜力法判别低丰度有效烃源岩，求取有效烃源岩TOC下限；

有效烃源岩的生烃潜力指数随深度呈先增大后减小的“大肚子”特征。生烃潜力指数减小的原因是烃源岩开始向外排烃，由大变小的转折点对应的深度即为排烃门限。开始向外排烃就意味着该烃源岩成为了有效烃源岩。而非有效烃源岩由于没有向外排烃，生烃潜力指数随深度是一直增大的，没有排烃门限。原理上，在Ro相同或同等深度下，随着TOC的逐渐增大，生成的烃量也会逐渐增加，生烃量从原来的不能满足烃源岩最大残留烃量需要而滞留其中到满足了最大残留烃量需要而开始向外排烃，即随TOC 的增大，排烃门限会有一个从无到有的过程。开始出现排烃门限时对应的TOC值即为有效烃源岩的TOC下限值；

该方法主要包括以下步骤：

获取某一区域多个地点、多个单井同一岩性烃源岩热解参数和镜质体反射率参数；

烃源岩参数主要包括有机碳含量TOC、生烃潜力S₁+S₂、深度H及镜质体反射率Ro。

筛选出低丰度（TOC≤0.5%）烃源岩对应的热解参数和Ro；

根据筛选的烃源岩参数计算每个深度或Ro对应的生烃潜力指数，计算公式为

PGI=(S₁+S₂)/TOC

其中，PGI为生烃潜力指数，mg/g；S₁+S₂为生烃潜力，mg； S₁为岩样加热不超过300℃时挥发出来的烃，mg；S₂代表干酪根高温(300~600℃)热解生成的烃，mg；TOC为有机碳含量，%；

把TOC=0%~0.5%分为相同间隔、不同范围的TOC值；

绘制不同范围TOC烃源岩生烃潜力指数随深度或Ro的演化剖面；

根据排烃门限理论和生烃潜力法，生烃潜力指数随深度或Ro先增大后减小，呈“大肚子”特征。最大点对应的深度或Ro为烃源岩排烃门限，在多个连续不同范围TOC烃源岩生烃潜力指数演化剖面中寻找首次出现明显排烃门限的演化剖面；

根据有效烃源岩的定义，首次出现排烃门限的演化剖面对应的TOC值或TOC范围即为低丰度有效烃源岩的TOC下限值，此TOC值以上的烃源岩为低丰度有效烃源岩。

在实际烃源岩评价中，本发明既适用于碳酸盐岩有效烃源岩判别，也适用泥质有效烃源岩的判别。求取的有效烃源岩TOC 下限一般是一个小范围值，更符合烃源岩TOC下限不是一个定值的实际。且求取TOC下限值比前人通过生排烃模拟实验得到理论最小值的大一些，更符合定义的有效烃源岩。而烃源岩参数容易获取且数量较多、操作简单、精度较高，因此本发明的方法是一种可靠可行的判别低丰度有效烃源岩的方法，具有很好的应用效果和应用前景。

附图说明

图1是本发明判别低丰度有效烃源岩方法的流程图；

图2是本发明判别低丰度有效烃源岩的模式图；a为非烃源岩的模式图，b为低丰度有效烃源岩的模式图；

图3是本发明不同范围TOC烃源岩生烃潜力指数随深度演化剖面。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实例对本发明进行详细的说明。

参见图1，本发明提供了判别低丰度有效烃源岩的方法，具体的流程包括四个步骤；

参见图2，提出了该方法的理论模式图；

该方法容易操作、方便快捷、精度较高，是一种可靠可行的判别低丰度有效烃源岩的方法。该方法的具体步骤是：

步骤1：获取某一区域多个地点、多个单井烃源岩热解参数和有机质成熟度参数；

本实例选择西部某一盆地中的烃源岩，收集该盆地不同地区、不同单井的不同深度碳酸盐岩烃源岩的参数，包括有机碳含量TOC、生烃潜力S₁+S₂、深度H及镜质体反射率Ro，并对这些数据进行统计整理；

步骤2：筛选出低丰度（TOC≤0.5%）烃源岩对应的热解参数和Ro，根据筛选的烃源岩参数计算每个深度或Ro对应的生烃潜力指数；

本实例研究对象是低丰度（TOC≤0.5%）烃源岩，这里的TOC≤0.5%是根据国内外学者建立的大量泥质烃源岩和碳酸盐岩烃源岩的评价标准而确定的，泥质烃源岩和碳酸盐岩烃源岩低丰度的标准是相同的；

筛选出低丰度（TOC≤0.5%）烃源岩对应的热解参数TOC、S₁+S₂、H或Ro，通过公式

PGI=(S₁+S₂)/TOC

计算各个深度或Ro对应的生烃潜力指数。

步骤3：绘制相同间隔、不同范围TOC烃源岩生烃潜力指数随深度或Ro演化剖面，如图3。

划分TOC时；把0%≤TOC≤0.50%按相同间隔划分为整数个范围。这里以0.05%为间隔划分为0%≤TOC≤0.0.05%、0.06%≤TOC≤0.10%……0.46%≤TOC≤0.50%等10个范围，建立生烃潜力指数演化剖面，并按从小到大的顺序连续排列，当然也可以以0.01%为间隔建立TOC单值的生烃潜力指数演化剖面；划分TOC判别低丰度有效烃源岩的一个关键步骤。

生烃潜力指数演化剖面是排烃门限理论中的一个典型模式图，可以建立两种该演化剖面，其中横坐标都为生烃潜力指数（S₁+S₂）/TOC，而纵坐标可以是烃源岩的深度H，或者为烃源岩的成熟度参数Ro。而对某一盆地某一区域来说，一般烃源岩的Ro与深度具有较好的指数关系，因此两种演化剖面在判别低丰度有效烃源岩时效果是相同的。由于镜质体反射率Ro数量有限，这里绘制的是深度H与（S₁+S₂）/TOC关系图，如图3；

步骤4：在生烃潜力指数演化剖面中寻找首次出现明显排烃门限的演化剖面，该演化剖面对应的TOC值或TOC范围即为低丰度有效烃源岩的TOC下限值，此TOC值以上的烃源岩为低丰度有效烃源岩；

首先是在十个连续生烃潜力指数演化剖面中寻找首次出现明显排烃门限的剖面。寻找首次出现排烃门限的剖面是判别低丰度有效烃源岩的另一关键步骤。可以先勾绘不同演化剖面中生烃潜力指数的包络线，以便更好的观察生烃潜力指数的变化趋势，如图3c为首次出现明显排烃门限的演化剖面，而图3b在最深处略微出现排烃门限的特征，但并不明显，因此不把其作为首次出现明显排烃门限的剖面；

其次确定首次出现排烃门限的剖面对应的TOC值或范围。图3c首次出现了明显排烃门限，该剖面是0.11%≤TOC≤0.15%的烃源岩的参数绘制而成的，因此表明0.11%≤TOC≤0.15%的烃源岩在地质历史时期已经排出烃，且排出烃量还不少，该TOC烃源岩为低丰度有效烃源岩。因此可以把0.11%≤TOC≤0.15%作为有效烃源岩的TOC下限值，大于此TOC值的烃源岩都为有效烃源岩，且有效性一般TOC的增大而变好；

如果确定低丰度有效烃源岩下限值范围较大，可以将此范围TOC划分为间隔更小的范围，重新步骤3和步骤4确定这些TOC细分的生烃潜力演化剖面中那个首先出现排烃门限，进而确定有效烃源岩TOC的具体值或更小范围，以便更精确；

在实际烃源岩评价中，本发明避免了以往判别有效烃源岩的经验主义和计算繁琐等弊端，其原理明了、操作简单、精度较高，是一种可靠可行的判别低丰度有效烃源岩的方法，具有很好的应用效果。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，需说明的是，以上所述仅为本发明具体的实施方式而已，并不用于本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种判别低丰度有效烃源岩的方法，所述方法包括以下步骤：

（1）通过岩石热解实验和镜质体反射率分析实验，获得某一区域多个地点、多个单井同一岩性烃源岩热解参数和反映烃源岩成熟度的镜质体反射率Ro参数；

（2）筛选出有机碳含量TOC≤0.5%对应的烃源岩热解参数和Ro，根据筛选的热解参数计算每个深度或Ro对应的生烃潜力指数；

（3）绘制相同间隔、不同范围TOC烃源岩生烃潜力指数随深度或Ro演化剖面；

（4）在多个连续不同范围TOC烃源岩生烃潜力指数演化剖面中寻找首次出现排烃门限的演化剖面，该演化剖面对应的TOC值或TOC范围即为低丰度有效烃源岩的TOC下限值，此TOC值以上的烃源岩为低丰度有效烃源岩。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个地点、多个单井在研究区平面上均匀分布。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述烃源岩参数和Ro在纵向上从深到浅均有分布。

4.根据权利要求1所述的方法，其中步骤（1）和步骤（2）中烃源岩参数主要包括有机碳含量TOC、生烃潜力S₁+S₂、深度H及镜质体反射率Ro，烃源岩的生烃潜力指数为（S₁+S₂）/TOC。

5.根据权利要求1所述的方法，其中步骤（3）中以相同间隔，把TOC分为不同范围值，分别绘制不同范围TOC烃源岩生烃潜力指数随深度或Ro的演化剖面。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述相同间隔以0.05%或0.1%为间隔。

7.根据权利要求1所述的方法，其中步骤（4）中将生烃潜力指数演化剖面按TOC从小到大排序，勾绘生烃潜力指数的包络线，确定每个生烃潜力指数演化剖面是否出现排烃门限，从连续剖面中找出首次出现明显排烃门限的演化剖面，通过该剖面对应TOC值或范围就可以判别低丰度有效烃源岩。