一种油裂解型天然气地球化学图版的生成方法

摘要

本发明提供了一种油裂解型天然气地球化学图版的生成方法。该生成方法包括：选取与研究区天然气有成因关系的原油样品，选取与研究区储层矿物组成对应的矿物，并将选取的原油样品与选取的矿物制成不同配比的混合样；对混合样进行热模拟实验，对气态模拟产物进行色谱分析，生成分析数据一；选取研究区烃源岩样品进行热模拟实验，对该气态模拟产物进行色谱分析，分析气态模拟产物的正庚烷、甲基环己烷和甲苯的含量，生成分析数据二；根据分析数据一和分析数据二，生成油裂解型天然气地球化学图版。通过本发明的图版可以深层次认识油裂解型天然气成因机理，较快速准确的识别油裂解气成因类型。

权利要求

1.一种油裂解型天然气地球化学图版的生成方法，该生成方法包括以下步骤：步骤一：选取与研究区天然气有成因关系的原油样品，选取与研究区储层矿物组成对应的矿物，并将选取的原油样品与选取的矿物制成不同配比的混合样；

步骤二：对所述混合样进行热模拟实验，得到气态模拟产物，对气态模拟产物进行色谱分析，分析正庚烷、甲基环己烷和甲苯的含量，生成分析数据一；

步骤三：选取研究区烃源岩样品进行热模拟实验，得到气态模拟产物，对所述气态模拟产物进行色谱分析，分析气态模拟产物的正庚烷、甲基环己烷和甲苯的含量，生成分析数据二；

步骤四：根据分析数据一和分析数据二，以甲基环己烷、甲苯、正庚烷为端元绘制分类三角图，生成所述油裂解型天然气地球化学图版；

所述油裂解型天然气地球化学图版划分为三个区域：催化活性最弱的储层区、催化活性较差的运载层/烃源岩区、强催化性烃源岩区；

其中，所述催化活性最弱的储层区的甲苯相对含量为0.2-0.4，甲基环己烷相对含量为

0.2-0.6，正庚烷相对含量为0.2-0.4；

所述催化活性较差的运载层/烃源岩区的甲苯相对含量为0.3-0.55，甲基环己烷相对含量为0.05-0.2，正庚烷相对含量为0.3-0.5；

所述强催化性烃源岩区的甲苯相对含量为0.45-0.9，甲基环己烷相对含量为0-0.3，正庚烷相对含量为0.1-0.25。

2.根据权利要求1所述的油裂解型天然气地球化学图版的生成方法，其中，在所述步骤一中，按照原油丰度计算，混合样包括：原油样品与石英或纯净碳酸钙组成1％的混合样、原油样品与石英或纯净碳酸钙组成10％的混合样、原油样品与粘土矿物组成1％的混合样和原油样品与粘土矿物组成10％的混合样。

3.根据权利要求2所述的油裂解型天然气地球化学图版的生成方法，其中，古油藏裂解气和致密页岩原油裂解气位于所述催化活性最弱的储层区内；运载层分散液态烃裂解气和烃源岩热模拟后液态残余物裂解气位于所述催化活性较差的运载层/烃源岩区；烃源岩内部的分散液态烃裂解气位于所述强催化性烃源岩区。

4.根据权利要求1所述的油裂解型天然气地球化学图版的生成方法，其中，在步骤一中选取原油样品时，若该区无合适原油样品，选取地质背景相似的研究区样品作为原油样品；

或者选取与研究区或地质背景相似区域烃源岩样品作为原油样品。

5.根据权利要求1所述的油裂解型天然气地球化学图版的生成方法，其中，在步骤一中选取原油样品与矿物样品时，选取不同地区原油样品与矿物组成配比样，对不同性质原油在烃源岩内与储层中裂解的作用进行对比分析。

说明书

一种油裂解型天然气地球化学图版的生成方法

技术领域

[0001] 本发明是关于天然气地质勘探中的天然气成因的研究技术，特别是关于一种油裂解型天然气地球化学图版的生成方法，属于天然气勘探技术领域。

背景技术

[0002] 天然气是重要的能源类型之一，具有优质、高效、清洁的特点，世界各国均十分重视天然气的勘探与开发利用。近年来，我国在四川、塔里木等中西部盆地深层海相层系发现了一批大中型气田，这些天然气除部分由干酪根生成外，大部分与二次裂解相关，即干酪根生成的烃类大分子(液态烃或油)的裂解。天然气是来自烃源岩中未排出原油的二次裂解，还是来自于已经在储层中成藏的原油的原地裂解，影响到勘探部署。目前，干酪根裂解气与原油裂解气的鉴别技术已十分成熟，但不同类型原油裂解气的鉴别技术还需完善，仅靠碳同位素与组分的鉴别方法认识油裂解天然气成因类型可靠性不够。

[0003] 对油裂解天然气进行模拟实验基础上多参数地球化学的天然气成因类型识别，对于预测不同成因天然气的分布规律及制定勘探部署具有重要意义，国内外目前尚无可靠的油裂解天然气成因类型识别技术。传统的天然气类型划分主要采用天然气主份(C1-C3)碳同位素与相对含量进行分析，虽然具有分析数据容易获得的优点，但是实际应用效果不理想，不能有效区分烃源岩中分散液态烃裂解气与古油藏原油裂解气，因此对于油裂解天然气的成因和分布规律揭示力不够。

发明内容

[0004] 为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种油裂解型天然气地球化学图版的生成方法，通过该图版可以深层次认识油裂解型天然气成因机理，并通过油裂解气成因判识图版可以较快速的识别油裂解气成因类型。

[0005] 为了达到上述目的，本发明提供了一种油裂解型天然气地球化学图版的生成方法，该生成方法包括以下步骤：

[0006] 步骤一：选取与研究区天然气有成因关系的原油样品，选取与研究区储层矿物组成对应的矿物，并将选取的原油样品与选取的矿物制成不同配比的混合样；

[0007] 步骤二：对所述混合样进行热模拟实验，得到气态模拟产物，对气态模拟产物进行色谱分析，分析正庚烷、甲基环己烷和甲苯的含量，生成分析数据一；

[0008] 步骤三：选取研究区烃源岩样品进行热模拟实验，得到气态模拟产物，对气态模拟产物进行色谱分析，分析气态模拟产物的正庚烷、甲基环己烷和甲苯的含量，生成分析数据二；

[0009] 步骤四：根据分析数据一和分析数据二，以甲基环己烷、甲苯、正庚烷为端元绘制分类三角图，生成所述油裂解气成因判识图版。

[0010] 本发明提供的油裂解型天然气地球化学图版的生成方法中，优选地，在所述步骤一中，按照原油丰度计算，所述混合样包括：原油样品与石英或纯净碳酸钙组成1％的混合样、原油样品与石英或纯净碳酸钙组成10％的混合样、原油样品与不同粘土矿物组成1％的混合样和原油样品与不同粘土矿物组成10％的混合样。

[0011] 在本发明提供的上述生成方法中，石英和碳酸钙是典型的储层矿物，10％的配比与原油充注后的储层条件相类，因而，该模型最适用于反映实际的储层条件，代表了古油藏中发生的原油裂解过程；

[0012] 原油与石英或碳酸钙组成1％配比样，介质与实际储层中矿物类似，而较低的原油丰度又与储层条件有所差别，该条件更能代表原油在运载层中发生的裂解过程；

[0013] 原油与任意粘土矿物组成丰度为10％的配样，该模型与非常规页岩储层或粘土含量较高的劣质储层相似，可代表上述环境中发生的原油裂解过程；

[0014] 原油与低活性粘土矿物1％配比，为模拟原油在泥质烃源岩或含一定粘土的碳酸盐岩烃源岩中的裂解提供了最真实的矿物组合；

[0015] 烃源岩样品经热模拟后对模拟残渣进行抽提，对该抽提物进行热模拟来代表烃源岩内部发生的分散液态烃(包括沥青)的裂解过程。

[0016] 本发明提供的油裂解型天然气地球化学图版的生成方法中，优选地，所述油裂解型天然气地球化学图版划分为三个区域：催化活性最弱的储层区、催化活性较差的运载层/烃源岩区、强催化性烃源岩区。

[0017] 本发明提供的油裂解型天然气地球化学图版的生成方法中，优选地，所述催化活性最弱的储层区的甲苯相对含量为0.2-0.4，甲基环己烷相对含量为0.2-0.6，正庚烷相对含量为0.2-0.4。

[0018] 本发明提供的油裂解型天然气地球化学图版的生成方法中，优选地，催化活性较差的运载层/烃源岩区的甲苯相对含量为0.3-0.55，甲基环己烷相对含量为0.05-0.2，正庚烷相对含量为0.3-0.5。

[0019] 本发明提供的油裂解型天然气地球化学图版的生成方法中，优选地，强催化性烃源岩区的甲苯相对含量为0.45-0.9，甲基环己烷相对含量为0-0.3，正庚烷相对含量为0.1-0.25。

[0020] 本发明提供的油裂解型天然气地球化学图版的生成方法中，优选地，古油藏裂解气和致密页岩原油裂解气位于所述催化活性最弱的储层区内；运载层分散液态烃裂解气和烃源岩热模拟后液态残余物裂解气位于所述催化活性较差的运载层/烃源岩区；烃源岩内部的分散液态烃裂解气位于所述强催化性烃源岩区。

[0021] 在应用中，对天然气样品进行色谱分析，确定其中正庚烷、甲基环己烷和甲苯的含量，并将结果投点到图版中，根据投点在分类三角图中的具体位置，确定该天然气样品的成因类型。

[0022] 本发明提供的油裂解型天然气地球化学图版的生成方法中，优选地，在步骤一中选取原油样品时，若该区无合适原油样品，选取地质背景相似的研究区样品作为原油样品；或者选取与研究区或地质背景相似区域烃源岩样品作为原油样品。

[0023] 本发明提供的油裂解型天然气地球化学图版的生成方法中，在步骤一中选取原油与矿物样品时，也可选取不同地区原油样品与矿物(石英、碳酸钙、蒙脱石、伊利石与高岭石等)组成配比样，以对不同性质原油在烃源岩内与储层中裂解的作用进行对比分析。

[0024] 在本发明的步骤一中，要确保原油与固体物质(石英、碳酸钙和粘土矿物)混合均匀。

[0025] 在本发明中，步骤三中选取研究区烃源岩样品进行热模拟实验时，是取研究区烃源岩样品进行生排烃热模拟，之后对模拟残渣进行抽提，对该抽提物进行热裂解生气模拟实验。

[0026] 在本发明中，热模拟的具体步骤包括：

[0027] 样品用蒸馏水洗净，自然晾干后粉碎至颗粒状并混合均匀；

[0028] 将混合后的样品移入32mL的细颈瓶中，再迅速置于密封于Hastalloy反应器中，器皿体积为75mL；

[0029] 加热前，反应器中冲入高纯氩气以排出容器内的空气，10分钟后再密封而后进入加热程序，升温速率为50℃/h，实验设定温度为380℃，恒温72h，完成热模拟实验；

[0030] 热模拟实验结束后，待反应器冷却至室温，收集烃类气体，并对烃类气体进行轻烃分析。

[0031] 在本发明中，在选取原油样品时，若该区无合适原油样品，可选取地质背景相似的研究区样品代替；或者选取与研究区或地质背景相似区域烃源岩样品，进行热模拟，将热模拟后排出的液态烃作为原油样品。具体步骤同热模拟实验的步骤，不同的是，在热模拟实验结束后，反应器冷却至室温，采用二氯甲烷对固体残渣进行索氏抽提即得到部分热解产物(模拟样品的残余抽提物)，用二氯甲烷清洗反应器内壁和岩石样品表面附着的油状物，二氯甲烷挥发后所得即为排出的液态烃。

[0032] 本发明还提供了利用上述的油裂解型天然气地球化学图版的生成方法得到的油裂解型天然气地球化学图版的判识方法，该方法具体包括：

[0033] 在应用中，对天然气样品(混合样和研究区烃源岩样品)进行热模拟实验后，对气态模拟产物进行色谱分析，确定其中正庚烷、甲基环己烷和甲苯的含量，并将结果投点到图版中以确定该天然气样品的成因类型。利用上述的油裂解型天然气地球化学图版进行具体识别时，古油藏裂解气和致密页岩原油裂解气位于所述催化活性最弱的储层区内；运载层分散液态烃裂解气和烃源岩热模拟后液态残余物裂解气位于所述催化活性较差的运载层/烃源岩区；烃源岩内部的分散液态烃裂解气位于所述强催化性烃源岩区。

[0034] 在本发明中，在实际应用中，应结合研究区催化活性最弱的储层区、催化活性较差的运载层/烃源岩区、强催化性烃源岩区的分析结果，明确烃源岩、储层、运载层矿物的组合特征，从而得到准确的判识结果。

[0035] 利用本发明的油裂解型天然气地球化学图版的生成方法得到的油裂解型天然气地球化学图版，可以进行油裂解气成因的判识，与传统方法相比较，更能从深层次地认识油裂解气形成机制和主控因素。通过本发明，成功地刻画了玻利维亚、美国蒙大拿州、北海等三类原油样品的热裂解特征，并观察到相同的演化趋势，表明不同类型海相原油的裂解模式是相似的，指示出本发明图版具有较广的适用性，对进一步的勘探部署有重要指导意义。

附图说明

[0036] 图1为实施例1的油裂解型天然气地球化学图版的生成方法的流程图；

[0037] 图2为实施例1的油裂解型天然气地球化学图版的模拟实验方法示意图；

[0038] 图3为实施例1的油裂解型天然气地球化学图版；

[0039] 图4为实施例2的油裂解型天然气地球化学图版；

[0040] 图5为实施例3的油裂解型天然气地球化学图版；

[0041] 图6为建立的油裂解型天然气地球化学图版。

具体实施方式

[0042] 为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

[0043] 选取了石英、碳酸钙、高岭石、伊利石、蒙脱石等矿物与玻利维亚、挪威北海和美国蒙大拿州的原油样品，实际研究中可根据研究区烃源岩、储层矿物组成，选取相应的矿物。

[0044] 实施例1

[0045] 本实施例提供了一种油裂解型天然气地球化学图版的生成方法，该生成方法如图1所示，该方法具体包括以下步骤：

[0046] 原油样品取自玻利维亚Madre De Dios盆地泥盆系，与石英、碳酸钙、高岭石、伊利石、蒙脱石等矿物制备成不同配比的混合样；具体配制的混合样包括：

[0047] 原油与石英或纯净碳酸钙组成1％(原油丰度)的混合样，代表运载层中发生的原油裂解过程；原油与石英或纯净碳酸钙组成10％(原油丰度)的混合样，代表古油藏中发生的原油裂解过程；原油与不同粘土矿物组成1％(原油丰度)混合样，代表发生于烃源岩内部的分散液态烃裂解过程；原油与不同粘土矿物组成10％(原油丰度)混合样，代表致密页岩中发生的原油裂解过程。

[0048] 对混合样进行热模拟实验，模拟实验过程如图2所示，得到气态模拟产物，对气态模拟产物进行色谱分析，分析正庚烷、甲基环己烷和甲苯的含量，生成分析数据一，具体结果如表1所示；

[0049] 选取研究区泥盆系暗色泥岩(烃源岩)样品进行生排烃热模拟，热模拟后的残余固体进行抽提，而后对抽提物进行热裂解模拟，代表发生于烃源岩内部的分散液态烃裂解过程，热模拟结束后对气态模拟产物进行色谱分析，分析正庚烷、甲基环己烷和甲苯的含量，生成分析数据二，具体结果如表1所示；

[0050] 表1Madre De Dios盆地烃源岩、原油与矿物配比模拟实验结果

[0051]

[0052] 根据的分析数据一和分析数据二生成油裂解型天然气地球化学图版，如图3所示，图3中，符号“○”代表原油分别与石英、碳酸钙组成1％丰度(原油)混合样的模拟结果，符号“◇”代表原油分别与石英、碳酸钙组成10％丰度(原油)混合样的模拟结果，符号“□”代表烃源岩热模拟后残余抽提物再进行热裂解模拟后的结果，符号“△”代表原油与不同粘土矿物(高岭石、伊利石、蒙脱石)组成1％混合样的模拟结果，符号“▽”代表原油与蒙脱石组成10％混合样的模拟结果，符号“☆”代表原油与不同粘土矿物(高岭石、伊利石)组成10％混合样的模拟结果。

[0053] 本发明提供的油裂解型天然气地球化学图版的生成方法中，古油藏裂解气和致密页岩原油裂解气位于所述催化活性最弱的储层区内；运载层分散液态烃裂解气和烃源岩热模拟后液态残余物裂解气位于所述催化活性较差的运载层/烃源岩区；烃源岩内部的分散液态烃裂解气位于所述强催化性烃源岩区。需要注意的是，由于蒙脱石催化性能较强，原油+蒙脱石的10％混合样裂解气并没有包含在储层区内，而处于强催化性烃源岩区，因此在应用图版时，应关注储层样品矿物组成中蒙脱石的含量，尽管在大多数储层中较少出现该矿物。

[0054] 实施例2

[0055] 本实施例提供了一种油裂解型天然气地球化学图版的生成方法，该方法具体包括以下步骤：

[0056] 原油样品取自美国蒙大拿州二叠系，与石英、碳酸钙、高岭石、伊利石、蒙脱石等矿物制备成不同配比的混合样；具体配制的混合样包括：

[0057] 原油与石英或纯净碳酸钙组成1％(原油丰度)的混合样，代表运载层中发生的原油裂解过程；原油与石英或纯净碳酸钙组成10％(原油丰度)的混合样，代表古油藏中发生的原油裂解过程；原油与不同粘土矿物组成1％(原油丰度)混合样，代表发生于烃源岩内部的分散液态烃裂解过程；原油与不同粘土矿物组成10％(原油丰度)混合样，代表致密页岩中发生的原油裂解过程。

[0058] 对混合样进行热模拟实验，得到气态模拟产物，对气态模拟产物进行色谱分析，分析正庚烷、甲基环己烷和甲苯的含量，生成分析数据一，具体结果如表2所示；

[0059] 选取的烃源岩样品为二叠系暗色含磷灰岩，取自美国蒙大拿州野外露头，层位上属Phosproria组。对烃源岩样品进行生排烃热模拟，热模拟后的残余固体进行抽提，而后对抽提物进行热裂解模拟，代表发生于烃源岩内部的分散液态烃裂解过程，热模拟结束后对气态模拟产物进行色谱分析，分析正庚烷、甲基环己烷和甲苯的含量，生成分析数据二，具体结果如表2所示；

[0060] 根据的分析数据一和分析数据二生成油裂解型天然气地球化学图版，如图4所示，图4中，符号“○”代表原油分别与石英、碳酸钙组成1％丰度(原油)混合样的模拟结果，符号“◇”代表原油分别与石英、碳酸钙组成10％丰度(原油)混合样的模拟结果，符号“□”代表烃源岩热模拟后残余抽提物再进行热裂解模拟后的结果，符号“△”代表原油与不同粘土矿物(高岭石、伊利石、蒙脱石)组成1％混合样的模拟结果，符号“▽”代表原油与蒙脱石组成10％混合样的模拟结果，符号“☆”代表原油与不同粘土矿物(高岭石、伊利石)组成10％混合样的模拟结果。

[0061] 本发明提供的油裂解型天然气地球化学图版的生成方法中，古油藏裂解气和致密页岩原油裂解气位于所述催化活性最弱的储层区内；运载层分散液态烃裂解气和烃源岩热模拟后液态残余物裂解气位于所述催化活性较差的运载层/烃源岩区；烃源岩内部的分散液态烃裂解气位于所述强催化性烃源岩区。需要注意的是，由于蒙脱石催化性能较强，原油+蒙脱石的10％混合样裂解气并没有包含在储层区内，而处于强催化性烃源岩区，因此在应用图版时，应关注储层样品矿物组成中蒙脱石的含量，尽管在大多数储层中较少出现该矿物。

[0062] 表2蒙大拿州烃源岩、原油与矿物配比模拟实验结果

[0063]

[0064] 实施例3

[0065] 本实施例提供了一种油裂解型天然气地球化学图版的生成方法，该方法具体包括以下步骤：

[0066] 原油样品取自采自北海Oseberg油田侏罗系，与石英、碳酸钙、高岭石、伊利石、蒙脱石等矿物制备成不同配比的混合样；具体配制的混合样包括：

[0067] 原油与石英或纯净碳酸钙组成1％(原油丰度)的混合样，代表运载层中发生的原油裂解过程；原油与石英或纯净碳酸钙组成10％(原油丰度)的混合样，代表古油藏中发生的原油裂解过程；原油与不同粘土矿物组成1％(原油丰度)混合样，代表发生于烃源岩内部的分散液态烃裂解过程；原油与不同粘土矿物组成10％(原油丰度)混合样，代表致密页岩中发生的原油裂解过程。

[0068] 对混合样进行热模拟实验，得到气态模拟产物，对气态模拟产物进行色谱分析，分析正庚烷、甲基环己烷和甲苯的含量，生成分析数据一，具体结果如表3所示；

[0069] 选取的烃源岩样品取自研究区21/8-1井，为上侏罗统Kimmeridgian页岩，对其进行生排烃热模拟，热模拟后的残余固体进行抽提，而后对抽提物进行热裂解模拟，代表发生于烃源岩内部的分散液态烃裂解过程，热模拟结束后对气态模拟产物进行色谱分析，分析正庚烷、甲基环己烷和甲苯的含量，生成分析数据二，具体结果如表3所示；

[0070] 表3北海盆地烃源岩、原油与矿物配比模拟实验结果

[0071]

[0072] 根据的分析数据一和分析数据二生成油裂解型天然气地球化学图版，如图5所示，图5中，符号“○”代表原油分别与石英、碳酸钙组成1％丰度(原油)混合样的模拟结果，符号“◇”代表原油分别与石英、碳酸钙组成10％丰度(原油)混合样的模拟结果，符号“□”代表烃源岩热模拟后残余抽提物再进行热裂解模拟后的结果，符号“△”代表原油与不同粘土矿物(高岭石、伊利石、蒙脱石)组成1％混合样的模拟结果，符号“▽”代表原油与蒙脱石组成10％混合样的模拟结果，符号“☆”代表原油与不同粘土矿物(高岭石、伊利石)组成10％混合样的模拟结果。

[0073] 本发明提供的油裂解型天然气地球化学图版的生成方法中，古油藏裂解气和致密页岩原油裂解气位于所述催化活性最弱的储层区内；运载层分散液态烃裂解气和烃源岩热模拟后液态残余物裂解气位于所述催化活性较差的运载层/烃源岩区；烃源岩内部的分散液态烃裂解气位于所述强催化性烃源岩区。需要注意的是，由于蒙脱石催化性能较强，原油+蒙脱石的10％混合样裂解气并没有包含在储层区内，而处于强催化性烃源岩区，因此在应用图版时，应关注储层样品矿物组成中蒙脱石的含量，尽管在大多数储层中较少出现该矿物。

[0074] 综合上述实例，以玻利维亚、美国蒙大拿、北海等系列模拟实验数据为基础，按照甲基环己烷-甲苯-正庚烷分列三端元组成三角图，绘制了油裂解型天然气地球化学图版，如图6所示，应用本发明的生成方法生成的图版可以进行油裂解气成因的判识，古油藏裂解气和致密页岩原油裂解气位于所述催化活性最弱的储层区内；运载层分散液态烃裂解气和烃源岩热模拟后液态残余物裂解气位于所述催化活性较差的运载层/烃源岩区；烃源岩内部的分散液态烃裂解气位于所述强催化性烃源岩区。在应用中，对天然气样品进行色谱分析，确定其中正庚烷、甲基环己烷和甲苯的含量，并将结果投点到图版中以确定该天然气样品的成因类型。与传统方法相比较，更能从深层次地认识油裂解气形成机制和主控因素。通过以上实施例，成功地刻画了玻利维亚、美国蒙大拿州、北海等三类原油样品的热裂解特征，并观察到相同的演化趋势，表明不同类型海相原油的裂解模式是相似的，指示出本发明的图版具有较广的适用性，对进一步的勘探部署有重要指导意义。