浅析岩石热解在储层含油气性评价中的应用

浅析岩石热解在储层含油气性评价中的应用

刘杨

大庆钻探工程公司地质录井一公司资料解释评价中心新技术开发室

摘要：岩石热解作为一项重要的地化分析技术，已广泛应用于油气勘探开发，在评价生油岩生烃潜力和储集岩含油性方面发挥重要作用。勘探实践表明，岩石热解地化录井技术具有快速、经济和高效的特点。文中介绍了岩石热解技术原理及参数类型，对岩石热解在储层含油气性评价中的应用进行了探讨，对于提升技术应用效果具有参考意义。

关键词：岩石热解；技术原理；参数；储层评价

1 前言

岩石热解是根据有机质热降解原理,利用岩石热解仪对样品进行分析,进而对烃源岩和储集层进行评价的录井方法。地球化学录井技术已广泛应用于油气勘探开发,在评价生油岩生烃潜力和储集岩含油性方面具有快速、经济和有效的特点。因而被国内外众多石油公司所采用,并作为探井必选录井项目。20世纪70年代,法国石油公司成功地制造了第一台岩石热解分析仪器,并用于录井,形成了地球化学录井技术。该技术在80年代初期主要用于快速评价生油岩的有机质丰度、有机质类型和成熟度,在油气资源早期评价中起到重要作用。80年代中后期,该技术应用于储集岩的含油气性的识别,并取得了良好的效果。20世纪90年代初, 我国成功地将岩石热解分析仪国产化, 并将岩石热解分析技术应用于录井现场, 仪器的应用范围也得到拓展, 增加了对储油岩进行油气评价。

2 岩石热解原理

岩石热解原理是通过地质录井岩样(岩屑、岩心、井壁取心) ,定量检测岩石中的含烃量。其原理是在特殊的裂解炉中,对分析样品进行程序升温,使样品中的烃类和干酪根在不同温度下挥发和裂解,然后通过载气的吹洗,使样品中挥发和裂解的烃类气体与样品残渣实现定性的物理分离,分离出来的烃类气体由FID(氢焰离子化)检测器进行检测; 样品残渣则先后进入氧化炉、催化炉进行氧化、催化后送入FID检测器进行检测,从而检测岩石样品中的烃类含量,达到评价生油岩和储油岩的目的。分析流程: ①将样品粉碎、称量置于热解坩埚,用加热至90℃的氮气吹洗2min,将样品内的轻烃吹入氢焰检测器,测得S₀峰; ②样品被自动置于热解炉中,在炉温300℃时恒温3min,测得样品中的重烃S₁峰;③热解炉从300℃程序升温到600℃,测出S₂峰;④热解完毕的样品被转入到氧化炉内,通入空气,在600℃温度下恒温5min,把岩样中的残余碳燃烧成二氧化碳,由热导检测器测出S₄峰。

3 岩石热解参数

岩石热解可获得14项参数, 其中原始分析参数5个, 派生参数9个, 各参数意义表述如下:S₀为岩石中吸附的C₁-C₇烃类, 在生油岩中表示生成的气态烃的的残余量。S₁为岩石中C₈-C₃₂液态烃量, 可作为识别油层和原油性质指标。S₂为岩石中部分重质烃、胶质和沥青质, 可作为识别油层和原油性质指标。S₄为岩石样品在600℃下不能裂解的残余有机碳, 燃烧成二氧化碳由热导鉴定器测出的值, 代表部分胶质和沥青质。T_max为S₂峰最高的裂解峰温度, 反映干酪根成熟度。C_ot值为指岩石中总有机碳, 是生油岩有机质丰度指标之一。I_h值为每克有机碳裂解产生的毫克热解烃量, 用于判别有机质类型。C_p值为能生成油气的有机碳。D值为有效碳占有机碳的百分数, 表示有机碳中能生成油气的百分数。P_g为生油岩的产油气潜量, 在储集岩中表示含油气丰度, 用于识别油气层。GP I、OP I、TP I 分别为气产率、油产率、油气产率指数(或称油质系数), 可用于判别生油岩有机质成熟度或原油性质。

4 岩石热解在储层含油气性评价中应用

油气层评价方面, 地化录井已经是一种较为成熟的技术, 根据其直接测定参数(S₀、S₁ 、S₂ 、S₄)和派生参数P_g、S_t 、GPI、OPI、TPI 等, 确定储集层含油丰度、流体性质等储集层含油气评价指标, 结合其它分析数据如碳酸盐含量、岩石密度、电测孔隙度和渗透率、热解气相色谱参数等, 可以确定储集层含油饱和度及初步预测产能、储集层采出程度、储集层水淹、水洗程度等动态开发参数。

4.1 烃源岩评价

岩石热解录井利用温度和时间可以互相补偿的原理, 用高于烃源岩成熟所需的温度, 促使烃源岩在天然条件下需数千万年才能完成的生油过程在十几分钟时间内完成, 因而烃源岩热解分析过程就是烃源岩热演化模拟生油过程。热解分析烃源岩己作为一种经典的烃源岩评价方法列为必备分析项目, 对盆地早期石油勘探及资源量评价具有重要作用, 也是地化录井的主要工作内容之一。岩石热解录井主要评价烃源岩的成熟度、有机

质丰度和类型, 确定成熟门限。岩石热解录井评价某井烃源岩要进行原始有机质类型及丰度的恢复,进而进行生烃量、排烃量、油气转化系数、排烃系数计算。该井所有井段的生油量、排烃量相加, 即为其总生油量、总排烃量, 若己知烃源岩展布面积, 即可得到某凹陷总的生、排烃量。

4.2 储层评价

（1）油层、气层和水层的识别。油层中S₀、S₁ 和S₂ 含量较高,而水层则相反。因此,利用地化录井参数与储层含油性的关系可判别储集层的含油级别,进一步可确定油藏的油水界面。

（2）研究油藏的含油非均质性和油水界面。油藏内部的含油性及组成不均匀性相当普遍。由于沉积环境和成岩作用的不同,常常造成储层物性及含油率在纵向上的非均质性,致使同一油层不同层段热解参数值(如P_g)产生差异。根据不同油组P_g值的大小和分布特征,可对油层非均质性进行描述。

（3）原油性质预测。原油性质对油层产能和采收率有重要影响。地化录井参数与原油化学组成及物理性质之间存在联系。张敏等综合考察了塔里木盆地不同地区、不同层位的多个油砂热解资料,利用数理统计的方法回归原油密度与TPI的关系,建立了塔里木盆地储油岩原油密度的预测公式，实现对原油性质的预测。

参考文献：

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[2] 邬立言, 丁莲花, 李斌等. 油气储集岩热解快速定性定量评价. 北京:石油工业出版社, 2000. 177~185.

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