基于岩石热解参数图版的烃源岩内部排烃效率计算方法

文章编号:1001-6112(2021)03-0532-08㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀doi:10.11781/sysydz202103532
基于岩石热解参数图版的烃源岩内部排烃效率计算方法
张冬梅1,张延延1,郭隽菁2,胡守志1,李水福1
(1.中国地质大学(武汉)资源学院,武汉㊀430074;2.中国石油集团测井有限公司新疆分公司,乌鲁木齐㊀831511)
摘要:排烃效率是研究排烃作用的关键地质参数,准确计算烃源岩排烃效率对常规和非常规油气资源评价都有重要意义㊂在原始生烃潜力恢复法基础上,介绍了一种热解图版法㊂该方法是利用氢指数与最大热解峰温关系划分有机质类型的经典图版,将有机质类型分界线和成熟度趋势线均匀插值网格化,然后将样品的氢指数和最大热解峰温数据投点于图版中,沿着类型线向左追踪至与Ro为0.2%的成熟度线交点作为生烃指数的原始值,从而计算出排烃效率㊂通过南襄盆地泌阳凹陷泌页1井66个烃源岩实测数据,研究了排烃效率与烃源岩有机质丰度㊁类型㊁成熟度(ATM)特性以及页岩油富集程度的关系㊂结果表明,与人为赋值法相比,热解图版法获得的排烃效率与有机质ATM特性更具规律性,与页岩油富集程度的吻合度较高,而且计算过程与结果不会出现负值和排烃效率大于100%的现象㊂该方法计算的烃源岩内部排烃效率合理可行,可作为原始生烃潜力恢复法计算排烃
效率的补充㊂
关键词:排烃效率;原始生烃潜力;人为赋值法;热解图版法;烃源岩;泌阳凹陷;南襄盆地中图分类号:TE122.1㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:A
Acalculationmethodfortheefficiencyofhydrocarbonexpulsionbased
onparameter⁃diagramofsourcerockpyrolysis
ZHANGDongmei1,ZHANGYanyan1,GUOJunjing2,HUShouzhi1,LIShuifu1
(1.SchoolofEarthResources,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan),Wuhan,Hubei430074,China;
2.XinjiangBranchofCNPCLoggingCo.,Ltd.,Urumqi,Xinjiang831511,China)
Abstract:Theefficiencyofhydrocarbonexpulsion
actsasakeygeologicalfactorforthestudyofhydrocarbonexpulsionofconventionaloilandgas,also,itindicatestheenrichmentdegreeofunconventionaloiland/orgas.Basedonthemethodofrecoveringtheoriginalhydrocarbongenerationpotential,amethodaccordingtopyrolysischartwasproposedinthispaper.Aclassicdiagramforclassifyingorganicmattertypesbasedonhydrogenindex(IH)andmaximumpyrolysispeaktemperature(Tmax)wasintroducedinthisstudy.Thedividinglineoforganicmattertypeandthematuritytrendlinewereevenlyinterpolatedandgridded.TheIHandTmaxdatawereplottedintothechart,andthentracedtotheleftalongthetypelinetotheintersectionpointofmaturitylineRo=0.2%astheoriginalvalueofhydrocarbongenerationindex,thus,thehydrocarbonexpulsionefficiencycanbecalculated.Basedontheresultsof66source数字音响
rocksamplesfromthewellBYHF1ofBiyangSag,therelationshipbetweenhydrocarbonexpulsionefficiencyandcharacteristicsoforganicmatter(ATM)wasstudied.Inaddition,thecorrelationbetweenhydrocarbonexpulsionefficiencyandshaleoilenrichmentdegreewasstudied.TheresultsindicatedthatthehydrocarbonexpulsionefficiencyandATMcharacteristicsoforganicmatterobtainedbythepyrolysischartmethodweremoreregularthanthoseobtainedbytheartificialassignmentmethod,andithadahigherconsistencywiththeenrichmentdegreeofshaleoil(OSI).Thecalculationprocessandresultswillnottobenegativevalueorhydrocarbonexpulsionefficiencygreaterthan100%.Therefore,itisreasonableandfeasibletocalculatehydrocarbonexpulsionefficiencybythepyrolysischartmethod,whichisacomplementtotheoriginalhydrocarbongenerationpotentialrecoverymethod.
Keywords:hydrocarbonexpulsionefficiency;originalhydrocarbongenerationpotential;artificialassignmentmethod;pyrolysisdiagrammethod;sourcerock;BiyangSag;NanxiangBasin
收稿日期:2020-11-26;修订日期:2021-03-29㊂
作者简介:张冬梅(1968 ),女,硕士,高级工程师,从事石油工程和油气地球化学实验教学与研究㊂E⁃mail:zdm2007@cug.edu.cn㊂基金项目:国家自然科学基金面上项目(41672136,42073067)资助㊂
第43卷第3期2021年5月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀
石㊀油㊀实㊀验㊀地㊀质PETROLEUMGEOLOGY&EXPERIMENT
㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀
Vol.43,No.3
May,2021
㊀㊀排烃作用是指油气的初次运移,即烃类从烃源岩运移到储集岩的过程,它是油气成藏过程中的重要地质作用之一[1],也是连接生烃与成藏的重要纽带[2-6]㊂排烃效率是排烃研究中的一个关键地质参数,倍受人们关注[7-11]㊂排烃效率的高低不仅影响常规油气聚集量,也影响着非常规油气的富集程度[12-13],是常规与非常规油气资源评价的关
键[14-16]
㊂因此,如何准确计算烃源岩排烃效率,对油气聚集成藏具有重要的理论意义和实际价值㊂目前排烃效率的计算有很多种方法,而这些方法或是与实际地质条件有偏差,或是地质参数获取比较困难,或是计算过程比较复杂[7]㊂其中,原始生烃潜力恢复法是一种比较通用的方法,它是通过选择典型的含不同有机质类型的未熟烃源岩进行热解法模拟,以获得不同成熟度下的热降解率曲线图版㊂其优点是热解数据和有机碳含量容易获得,避免了复杂的排烃过程模拟;但也正因为是选择为数有限的典型有机质类型样品,所以一种类型有机质的原始生烃潜量(指数)仅采用同一个值[17-19]㊂
然而,烃源岩地球化学精细研究表明,陆相烃源岩具有较强的非均质性,即使同一类型有机质,其生
烃潜量(指数)跨度较大,仅仅用几个数值显然很难代表/反映一个地区所有烃源岩的原始生烃潜量(指数)㊂尽管CHEN等[20-21]和郭秋麟等[22]采用数学公式拟合,但也是将众多参差不齐的数据拟合为一个原始氢指数,显然也代表不了非均质性很强的每个烃源岩样品特征㊂为了使不同特性的烃源岩样品具有独立的原始生烃量值(指数),本文在原始生烃潜力恢复法基础上,介绍一种利用热解参数的氢指数(IH)与最大热解峰温(Tmax)划分有机质类型图版来恢复烃源岩原始生烃潜量(指数)的方法,它是原始生烃潜力恢复法研究排烃效率的一个补充㊂
照射雷达1㊀排烃效率概念与计算方法
烃源岩的排烃效率有3个不同的概念:即相对
排烃效率㊁绝对排烃效率和累计排烃效率[17]㊂它
们相应的计算公式如下
[7,23]
rosmm
相对
排烃效率=
安塞县高级中学
(泥岩层中部残留烃-泥岩层边缘残留烃)
泥岩中部残留烃ˑ100%(1)
绝对排烃效率=
已排出烃已生成烃ˑ100%=1-残留烃已生成烃
()
ˑ100%
(2)
累计排烃效率=
已排出烃
原始生烃潜量
ˑ100%=
1-
残留烃+残余生烃量
原始生烃潜量
(
)
ˑ100%(3)
㊀㊀生烃潜力恢复法计算的排烃效率为累积排烃效率㊂
2㊀热解图版法恢复烃源岩原始生烃潜量
热解图版法是指利用岩石热解分析获得的参
数  IH与Tmax关系图,在已有的有机质类型分界线(称类型线)和成熟度趋势线(成熟度线)
基础上进一步细分,将IH和Tmax绘图区域网格化(图1),并定义Ro=0.2%的成熟度线与类型线交点为每个样品的原始值㊂需要说明的是,图版可在具有缩放功能的软件中制作,如Surfer12.0版软件,既可将样品数据投点,又可画出趋势线,并放大追踪其原始值㊂
具体做法:(1)将现今样品热解分析获得的IH
和Tmax数据投点到图版中,再沿着类型线向左侧追踪,到Ro=0.2%的成熟度线,读出该交点的氢指数,即为原始氢指数;(2)将原始氢指数减去现今氢指数获得生烃指数,再减去残烃指数,即可得到排烃指数,生烃指数与排烃指数相除的百分数为排烃效率㊂
具体计算公式如下:
生烃指数=原始氢指数-现今氢指数(4)排烃指数=生烃指数-残烃指数(5)排烃效率=
排烃指数
生烃指数
ˑ100%
(6)
海尔小王子
㊀㊀图版说明:(1)图版类型线的形成㊂经典的IH Tmax有机质类型划分图版[24]只有Ⅰ型㊁Ⅱ型和Ⅲ型3条类型分界线,国内学者通过对我国不同沉积盆地大量热解资料统计,提出了四分法图版,即在经典图版的Ⅱ型和Ⅲ型分界线之间增加一条新的分界线,并将原来Ⅱ型命名为Ⅱ1型,新加的为Ⅱ2型[25-26]㊂本图版的类型线是在此基础上按照Ⅰ型㊁Ⅱ1型㊁Ⅱ2型和Ⅲ型变化趋势均匀插入多条趋势线而成的㊂(2)图版成熟度线的形
成㊂同理,图版成熟度线是在经典的IH Tmax有机质类型划分图版[24]中成熟度趋势线基础上,按照它们变化趋势均匀插入多条趋势线而成的㊂(3)图版原始成熟度线的确定㊂根据地表镜质体反射率值(一般为Ro=0.2%)确定图版原始成熟度线,与类型趋势线交点的纵坐标值即为某样品点(IH和Tmax决定)的原始氢指数值㊂DOW[27]提出用logRo H(深度)关系推到地表的值与0.2%比较来判断剥蚀量,他将地表处的Ro值定为0.18% 0.2%[27-30]㊂
335㊃㊀第3期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀张冬梅,等.基于岩石热解参数图版的烃源岩内部排烃效率计算方法㊀
图1㊀岩石热解分析参数图版
图中数据点为南襄盆地泌阳凹陷泌页1井样品的数据点㊂
Fig.1㊀ParameterchartofRock-Evalpyrolysisanalysis
3㊀热解图版法与人为赋值法对比
JARVIE等[18]通过数据分析认为,Ⅰ型㊁Ⅱ型㊁
INBOSⅢ型和Ⅳ型干酪根的原始氢指数值分别为750,
450,125,50mg/g㊂陈建平等[19]按照烃源岩在未成熟 临界成熟时热解氢指数划分有机质类型,即IH<200mg/g为Ⅲ型,200ɤIH<400mg/g为Ⅱ2型,
400ɤIH<600mg/g为Ⅱ1型,IHȡ600mg/g为Ⅰ型,㊃
435㊃石㊀油㊀实㊀验㊀地㊀质㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀
http:ʊwww.sysydz.net㊀
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㊀㊀
第43卷㊀㊀
并以150,350,550,750mg/g代表Ⅲ型㊁Ⅱ2型㊁Ⅱ1型和Ⅰ型烃源岩的平均最大生烃量㊂本文的人为
赋值法均采用文献[19]的赋值计算㊂
对泌阳凹陷泌页1井的66个烃源岩热解分析数据,分别用热解图版法和人为赋值法计算出它们的排烃效率(PEE),并将其分别与代表有机质丰度的TOC㊁代表有机质类型的IH和代表有机质成熟度的Tmax作图(图2),重点研究排烃效率与有机质ATM特性(有机质丰度Abundance㊁有机质类型Type㊁有机质成熟度Maturity)的关系㊂
从图2可以看出,热解图版法计算结果与有机质ATM特性的相关性(图2中A-C)均优于人为赋值法(图2中a-c)㊂其中,人为赋值法的计算过程和结果可能出现负值,导致排烃效率出现负值,也可能使排烃效率出现大于100%的现象,但热解图版法则不会出现这种情况(表1)㊂可见,利用热
解图版法计算排烃效率更合理一些㊂
4㊀与页岩油富集程度相关性
在常规油气地质理论中,排烃效率一般是指一
套烃源岩层段,或一个洼陷,甚至整个凹陷的总体排烃效率,因此,检验排烃效率的可靠性,可以用常规的油气资源量来反推验证㊂但是,在本文如果仍用这种方法验证,则就失去了本方法的意义,而又回到原来的原始生烃潜力恢复法的状况,即一种类型干酪根只用一个原始生烃潜力指数,而获得的排烃效率也可能是一套烃源岩层,甚至一个凹陷只有一个或仅有几个排烃效率值㊂
因此,验证热解图版法计算的烃源岩内部排烃效率可靠性,最好的方法是用经过排烃作用后残留在烃源岩中的滞留烃量㊂但是,滞留烃量不等于页岩油资源量,
只有其中的游离油才对页岩油资源有
图2㊀南襄盆地泌阳凹陷泌页1井烃源岩排烃效率与有机质特性(ATM)的关系(两种排烃效率计算方法对比)
图a c为人为赋值法计算结果,A C为热解图版法计算结果㊂
Fig.2㊀Correlationbetweenhydrocarbonexpulsionefficiencyandorganicmattercharacteristics(ATM)ofwellBYHF1,BiyangSag,NanxiangBasin
535㊃㊀第3期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀张冬梅,等.基于岩石热解参数图版的烃源岩内部排烃效率计算方法㊀
表1㊀南襄盆地泌阳凹陷泌页1井烃源岩内部排烃效率
Table1㊀InternalexpulsionefficiencyofsourcerockofwellBYHF1,BiyangSag,NanxiangBasin
样品序号Tmax/ħ现今IH/(mg㊃g-1)残烃指数/(mg㊃g-1)干酪根类型人为赋值法
原始IH/(mg㊃g-1
)生烃指数/(mg㊃g-1)排烃指数/(mg㊃g-1)排烃效率/%热解图版法
原始IH/(mg㊃g-1
)排烃指数/(mg㊃g-1)生烃指数/(mg㊃g-1)排烃
效率/%
BY01451613.9120.86Ⅰ750136.09115.2484.67980.21345.45366.3094.31BY02447649.8820.57Ⅰ750100.1279.55
79.46928.43257.98278.5592.62BY03446634.1715.60Ⅰ750115.83100.2386.53908.79259.02274.6294.32BY04447610.6511.95Ⅰ750139.35127.4091.43914.70292.10304.0596.07BY05450615.4112.37Ⅰ750134.59122.2290.81962.27334.49346.8696.43BY06451626.9714.76Ⅰ750123.03108.2788.00983.38341.65356.4195.86BY07449654.2618.94Ⅰ75095.7476.8180.2
2955.80282.61301.5493.72BY08449687.5315.76Ⅰ75062.47
46.7174.76965.55262.26278.0294.33BY09446609.8615.02Ⅰ750140.14125.1289.28898.58273.70288.7294.80BY10446643.6920.07Ⅰ750106.3186.2381.12911.45247.68267.7692.50BY11446615.3119.39Ⅰ750134.69115.3185.61901.06266.37285.7593.22BY12449621.4519.20Ⅰ
750128.55109.3585.06947.08306.43325.6394.10BY13439415.2831.94Ⅱ1550134.72102.7876.29527.8280.60
112.5471.62BY14446488.0556.60Ⅱ155061.955.35
8.63
778.31233.66290.2680.50BY15444489.3734.55Ⅱ15
5060.6326.0843.01719.99196.07230.6285.02BY16443430.7736.54Ⅱ1550119.23
82.6969.35583.09115.78152.3276.01BY17447536.7823.37Ⅱ155013.22-10.15-76.81874.95314.80338.1793.09BY18445514.5527.99Ⅱ155035.457.4621.05791.38248.84276.8389.89BY19441423.6787.92Ⅱ1550126.33
38.4130.40559.6148.02135.9435.32BY20445506.0752.50Ⅱ155043.93-8.57-19.51777.98219.41271.9180.69BY21444516.1154.03Ⅱ155033.89-20.14-59.44767.53197.39251.4278.51BY22445511.0346.90Ⅱ155038.97
-7.93-20.35787.47229.54276.4483.04BY23444406.3638.56Ⅱ1550143.64105.08
73.16570.51125.59164.1576.51BY24447491.6027.
48Ⅱ155058.4030.9252.94823.78304.70332.1891.73BY25446525.6423.85Ⅱ155024.360.512.11835.27285.78309.6392.30BY26446403.7327.80Ⅱ1550146.27118.4781.00591.73160.20188.0085.21BY27445525.9419.45Ⅱ155024.064.6119.15812.16266.77286.2293.20BY28440409.8846.91Ⅱ1550140.1293.2166.52532.0975.30122.2161.61BY29440493.8632.13Ⅱ155056.1424.01
42.77633.71107.72139.8577.02BY30447405.2819.11Ⅱ1550144.72
125.6186.80612.26187.87206.9890.77BY31448477.5726.84Ⅱ155072.4345.5962.94835.32330.91357.7592.50BY32449528.5117.54Ⅱ155021.493.9518.37911.99365.94383.4895.43BY33444525.4635.28Ⅱ155024.54-10.74-43.75780.43219.69254.9786.16BY34448517.1244.18Ⅱ155032.88-11.30-34.37844.
55283.25327.4386.51BY35444573.2822.22Ⅱ1550-23.28-45.50195.45841.38245.88268.1091.71BY36446515.1446.02Ⅱ155034.86-11.16-32.00824.53263.37309.3985.13BY37446450.5753.99Ⅱ155099.4345.4445.70694.33189.77243.7677.85BY38448479.3732.17Ⅱ155070.6338.4654.46836.78325.24357.4191.00BY39447532.6218.20Ⅱ155017.38-0.83-4.76873.20322.37340.5894.66BY40452537.3014.32Ⅱ155012.70-1.62-12.77
984.84433.22447.5496.80BY41447436.5136.93Ⅱ1550113.4976.5667.46693.93220.49257.4285.65BY42447448.4429.69Ⅱ1550101.5671.8870.77728.26250.14279.8289.39BY43446524.2316.64Ⅱ155025.779.1335.44834.67293.80310.4494.64BY44445466.6736.11Ⅱ155083.3347.2256.67700.39197.61233.7284.55BY45449401.3946.88Ⅱ1550148.61101.7468.4
6688.17239.91286.7883.65BY46447529.7620.95Ⅱ155020.24-0.71-3.53869.78319.07340.0293.84BY47446458.9220.96Ⅱ155091.0870.1176.98714.95235.06256.0391.81BY48446438.3783.72Ⅱ1550111.6327.9125.00655.83133.74217.4661.50BY49445507.9926.04Ⅱ155042.0115.9738.02781.52247.49273.5390.48BY50
444
492.31
17.63
Ⅱ1550
57.6940.0669.44726.79
216.85234.48
92.48
635㊃石㊀油㊀实㊀验㊀地㊀质㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀
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第43卷㊀㊀

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