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烃源岩及生排烃作用_图文

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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1专题4:烃源岩及生排烃作用1 高演化烃源岩评价问题2 碳酸盐岩生排烃问题3 烃源岩生排烃定量模拟4 烃源岩分布预测20 烃源岩评价基础3烃源岩,也叫生油岩或母岩。978):已经产生或可能产生石油的岩石。979):在天然条件下曾经产生并排出过足以形成工业性油气聚集的烃类的细粒沉积。(生烃、并排烃)主要是低能带富含有机质的暗色泥质岩和碳酸岩盐岩沉积。目前对烃源岩的评价:1) 烃源岩地球化学特征有机碳、有机质类型、有机质成熟度等,2) 烃源岩发育与分布有机相、分布层位、面积和厚度,3) 烃源岩生排烃过程生烃组份、产烃率与生烃潜力、生排烃机理、生排烃史与二次生烃。4生 油 层项目好生油层 中等生油层 差生油层 非生油层岩相深湖泥型 中间型 腐植型 腐植型H/ ) ”含量(%)>6 0>500 50050100总烃/有机碳(%) >6 61我国陆相生油层评价标准(胡见义、黄第藩,1991)• 有机质的数量有机质的数量主要包括有机质的丰度和烃源岩的体积。有机质丰度的主要指标为有机碳、氯仿沥青“A”和总烃的百分含量。5• 有机质的类型从不溶有机质(干酪根)和可溶有机质(沥青)的性质和组成进行分析。干酪根分析常用方法:元素分析、光学分析(孢粉学法和煤岩学法)、红外光谱分析、岩石热解分析等。元素分析 岩石热解分析可溶沥青分析:比较典型的指标有正烷烃、甾烷、萜烷等。注意:高演化,则差别小6烃源岩中的干酪根分类孢粉学分类 藻质 絮质 草质 木质 煤质显微组分壳 质 组镜质组 惰性组显微组分细分 藻质体 无定形孢粉、角质体、树脂体、木栓体结构镜质体无结构镜质体丝质体、微粒体、巩膜体元素分析质型(Ⅰ) 腐泥型(Ⅱ)腐植型Ⅲ)残余型(Ⅳ)中国分类 腐泥型(Ⅱ)腐植型Ⅲ)煤质型(Ⅳ)原始H/0 0原始O/ 2(kg/6 62 <2降解率(%) >50 1010IH(mg/800 800150IO(mg/40 6050 1600( 1600(5 <生、湖生 陆生 陆生陆生强氧化或再循环化石燃料以油、油页岩、藻煤和残植煤为主油气 以气和腐植煤为主无油、少量气煤岩学分类7有机质成熟度 有机质成熟度是指在有机质所经历的埋藏时间内,由于增温作用所引起的各种变化。 评价有机质成熟度常用参数:镜质体反射率(孢粉和干酪根的颜色、岩石热解和可溶有机质分析、158C(C(++1i)1(2碳优势指数(偶优势(05101520253035404550040080012001600200024002800320036004000440048005560m)=102030405060708090100110120130140150160170180t1 t2 油窗9干酪根分析成熟指标沥青组成和丰度所得成熟指标1 0 普遍认为理想的烃源岩主要为粘土岩类和碳酸盐岩类,一般为暗色的、细粒的岩石,富含有机质和微体古生物化石,常含指示还原环境的黄铁矿,偶见原生油苗,均为低能环境产物。粘土岩类烃源岩:泥岩、页岩碳酸盐岩类烃源岩:灰岩、生物灰岩、泥灰岩最有利的生油气岩相为:浅海相、三角洲和深水 。”等值线图200′丰都秀山万县奉节巴东襄樊宜昌长沙益阳孝感黄石武汉0 20406008° 109° 110° 111° 112° 113° 114° 115°32°31°20′30°40′29°20′28°40′28°32°31°20′30°40′30°29°20′28°40′00′108° 109° 110° 111° 112° 113° 114° 115°00′00′ 00′ 00′ 00′ 00′ 00′ 00′00′ 00′ 00′ 00′ 00′ 00′ 00′ 00′00′28°重庆湖贵州湖南西江北00′00′00′1 2• 我国海相烃源岩基本特点:类型好、丰度低、演化高。问题及进展:碳酸盐岩烃源岩有机质丰度低,下限问题?高演化烃源岩原始有机碳恢复问题:增碳?碱碳?有机质的赋存形式问题?演法?正演法?1 高演化烃源岩评价问题• 所测得的是残余有机碳,原始有机碳无法获得!!• 有机碳单位是%(00演化过程中有机质、固体岩石、孔隙度及孔隙流体都在变化。碳的含义??”1 3南方烃源岩评价实例-江汉油田资料0 2 401002003004005006007008009001000110012001300140015001600170018001900200021002200层系累计厚度(m)有机碳(%)江苏下古生界有机碳分布图 2∈2∈1潮坪陆棚潮坪盆地陆棚台地边缘浅海开阔台地局限台地或泻湖台地相开阔浅水台地—m)层系有机碳(%)相带中扬子地区下古生界有机碳分布图Z ∈2∈3m)层系有机碳(%)台盆相台缘相浅 海台盆相浅海深水台盆相浅海台盆相浅海深水台盆相局限海—浅海台盆—m)层系有机碳(%)扬子上古生界有机碳分布图限台地开阔台地—潮间带海陆交互|局限台地局限台地|潮 坪生物礁、滩、坪—泻湖滨 海碳酸岩碳酸岩泥质岩南盘江上古生界有机碳分布图泥质岩丰度低1 5南方烃源岩评价实例-江汉油田资料二叠系有机碳含量对比表层位岩类南盘江 十万山 中扬子 8 /2 9 0~1~2~0~相关的研究进展陈安定,2005,南方海相地层生烃早, 建议评价中加入“时效”概念和相关参数, 000,低丰度、高成熟、海相碳酸盐岩普遍含运移沥青,既是源岩,又是储层。原生性识别有2层:一是烃源岩有机质的原生性识别, 以确定真正的有效烃源层;二是原始地化参数的原生性识别,以便选取真正代表烃源岩地化特征的原始参数;岩性+热解原始数据相结合的办法,能有效判断烃源岩有机质及其地化参数的原生性。关于中国南方烃源岩的分布4 套区域性主力烃源岩层:下寒武统烃源岩--主要分布在扬子克拉通(包括川东南、川东北、鄂西渝东、中扬子、下扬子和楚雄盆地)上,主要岩类是与最大海泛面相对应的低能黑色页岩(包括碳质、硅质页岩)和含泥质的碳酸盐岩,厚度20~700m,大部分地区大于100米。上奥陶空间展布与下寒武相似,但不包括楚雄盆地。主要是深海、次深海、大陆架缺氧环境下沉积的硅质岩、页岩、碳质页岩、深灰色泥岩,厚度在20~800m,一般厚200m。下二叠统烃源岩--遍及整个南方地区,以泥灰岩、硅质灰岩、硅质岩为主,仅有少量泥岩,泥岩烃源岩厚度一般几米至60碳酸盐岩烃源岩厚度100~600m,平均约200m。上二叠统烃源岩--分布面积广,除楚雄盆地和桂中坳陷外,遍及南方其余所有地区。以十万大山盆地和南盘江坳陷最厚,其次是下扬子地区。上二叠统烃源岩为泥岩。1 8表4扬子海盆(源岩岩综合数据表 层位 岩类 厚度(m) “C”(%) ) 14 11碳酸盐岩 372 酸盐岩 332 泥质岩 25 质岩 615 1碳酸盐岩 15 酸盐岩 122 泥质岩 36 质岩 310 1碳酸盐岩 234 酸盐岩 209 2泥质岩 81 9有机碳下限标准有机碳多高才能生烃工业性油气?不好找到直接证据!2 0刘华等(2006),06) 1秦建中等(2007007), 2 2彭平安等(2008008),;;大规模油气田形成的上。2 3有机碳恢复烃源岩原始有机质丰度恢复的方法:1)自然演化剖面法:系统采集不同成熟度的样品…模拟实验法: 采集成熟度低的样品,人工加热、模拟不同成熟度…3)理论推算法:根据化学反应动力学、依据热解实验2 熟度越高、类型越好,恢复系数越大。生烃作用是“碱碳”。 夏新宇等,1998有机碳恢复2 5钟宁宁等,2004, K>1,碱碳,恢复, K=1,不恢复低(>6) 100 中(489、113、129、139 较高(280、81、82、84、87、90、91、92、93、94、95、97、98、106、112、116、121、122、125、131、132、136、137、140、 105、107、 高(076、78、79、85、96、99、101、102、104、111、114、115、117、118、119、120、123、124、127、130、135、141C 103、133 75 74、83、 108、134、 3 6地球生物学烃源岩评价标准(生境型o 模型)生物 地质 低 较低 中 较高 高 低 100 89 113、129、139 较低 80、81、82、87、90、91、92、93、94、95、97、98、136(部分) 84、106、112、116、121、122、125、131、132、136(部分)、137、140 中 102、107 76、78、79、85、96、99、101、141(部分) 104、105、111、114、115、117、118、119、120、123、124、127、130、135、141(部分) 较高 103 133 高 74、75、83、108、 134(部分) 134(部分) o 烃源岩 无效烃源岩 差烃源岩 一般烃源岩 优质烃源岩 杨坝寒武层位 89、100 80、81、82、87、90、91、92、93、94、95、97、98、113、129、136(部分)、139 76、78、79、84、85、96、99、101、102、103、106、107、112、116、121、122、125、131、132、136(部分)、137、140(部分) 104、105、111、114、115、117、118、119、120、123、124、127、130、135、141(部分) 74、75、 83、108、 133、134 3 7 筇竹寺下部高 仙女洞组上部个别疙瘩状灰岩(、石龙洞组下部个别泥质白云岩层(被评为优质烃源岩; 仙女洞组上部、阎王碥组被评为一般烃源岩; 地球生物相正演方法从新的角度重新认识了烃源岩。烃 源 岩非 无效 差 一般优质3 82 碳酸盐岩生排烃问题3 9碳酸盐岩中有机质3种赋存状态:4 0碳酸盐岩烃源岩3个主要生烃阶段:4 1大量基于地球化学模拟实验结果的文献:程克明、秦建中、钟宁宁、耿安松、王兆云、赵文智….烃源岩埋藏演化、生理 输出3 烃源岩生排烃定量模拟4 3注意:目前的商业盆模软件,大多未采用微裂缝排烃机制,因此,本套自主编写的程序仍不失使用价值。4 4核心孔隙水、)、孔隙水(φ)和固态干酪根(k)(图A)。在地温增加很小、成熟度递增也很小之后,其中质量为干酪根热解生成质量为括一定的溶解气)和质量为排出烃源岩之前,这些油气都充填在干酪根热解产生的空间中,并导致孔隙压力增加(图B)。为了导出成烃增压的数学模型,现在提出一种假想情况,即不形成增压的生烃作用,则新生石油和天然气的体积将比图且总体积将超过1个单位(如图C)。k o 成烃增压影响因素分析没有生成游离气相时,增压公式为: )96()7)-(6 /////4 6 没有生成游离气相时,增压公式为:  (l)、干酪根与所生成的烃类密度差值(ρ大,则产生的增压越大,说明增压是由体积膨胀造成的。 (2)、生烃强度(单位体积烃源岩所生成的烃类的质量)越大,则产生的增压越大,说明成烃增压大小取决于生烃的多少。 (3)、孔隙度(φ)越小,则产生的增压越大。说明烃源岩越致密,成烃增压越显著。 (4)、由于ρ酪根生成气态烃时产生的增压更加显著。)96()成烃增压影响因素分析4 74 8陈中红等,2005理论上,大多接受微裂缝幕式排烃模式。但受软件限制,实际应用于盆地定量模拟的例子仍比较有限。4 9井下所获得的烃源岩岩心资料,代表性如何?取心的局限:一般取储集层、取砂岩,很少专门取烃源岩;钻井的局限:一般打构造高部位、很少打坳陷、洼陷深部位;典型烃源岩的岩心何以可得?4 烃源岩分布预测5 005基于钻井测井曲线预测烃源岩,可弥补取心不足;基于地震预测烃源岩,可弥补钻井不足。5 2烃源岩的测井响应特征烃源岩型钻井文昌组、恩平组烃源岩的测井响应特征 自然伽马测井:烃源岩通常含有较高的放射性元素,因此自然伽玛测井(射线强度)、自然伽玛能谱测井(放射性元素含量)可用于烃源岩的识别及其有机碳含量预测。 密度测井:烃源岩中的干酪根密度小于粘土矿物,因此密度测井可用以确定烃源岩有机质含量。 声波时差测井:干酪根的声波时差大于固体岩石骨架的声波时差,其它条件一定时有机质含量越高的烃源岩应具有越大的声波时差。 电阻率测井:烃源岩有机质属于不良导电物质,烃源岩的电阻率随着有机碳含量增高而增大,尤其当烃源岩处于生烃高峰阶段。 中子测井:有机质的含氢指数大于泥质含氢指数,因此烃源岩的中子测井孔隙度值与烃源岩有机质含量也存在良好的响应关系。∴ 理论上,烃源岩有机质含量的多少,在伽玛测井、密度测井、声波时差测井、中子测井、电阻率测井等各种测井曲线上都有一定的响应关系。 这些响应特征是烃源岩有机碳含量测井预测的理论基础;而烃源岩 4如何根据上述响应、利用测井资料,预测烃源岩的有机碳含量?这个问题探讨了近半个世纪,随着测井技术的发展,先后提出了多种预测模型,不妨分成以下6种类型:定性识别模型单参数等效体积构成模型双参数交汇图半定量评价模型模糊数学模型多参数回归方程定量模型Δ线叠合定量模型) 烃源岩20世纪70~80年代之前,相关的研究主要集中于探索烃源岩在各种测井参数曲线上的响应特征上。依据烃源岩特征的某些测井响应关系,反过来根据一种或几种测井响应特征,识别或鉴定烃源岩存在与否,定量化研究程度不很高(1945 )。定性识别模型5 6烃源岩基本的等效体积构成:固体岩石骨架+孔隙流体+密度接近于水的分散有机质类似于威利公式计算孔隙度,根据体积模型计算有机质含量.如:密度测井模型(,1971; L, ,1984):(%) 烃源岩有机质体积百分含量;R不含有机质的页岩密度;为烃源岩密度;为烃源岩所含有机质密度; 单参数等效体积构成模型5 7又如:伽玛测井模型(,1979,1981)J )式中:R不含有机质的页岩伽玛强度;为烃源岩伽玛强度;为给定区域内伽玛强度与地层密度线性关系的斜率(负值),通过区域范围内多口钻井的伽玛测井和密度测井可以获得。 单参数等效体积构成模型5 8图例泥质非烃源岩泥质烃源岩灰质非烃源岩灰岩烃源岩煤双参数交汇图半定量评价模型10 10 t R    通过⊿烃源岩与非烃源岩大致区分开来,在二者之间建立了一个判别方程,D>0,判别为烃源岩;当D<0,判别为非烃源岩;如果D=0,则不能确定烃源岩还是非烃源岩( L, ,1984)。5 9南阳凹陷魏岗地区烃源岩评价△γ-△t 交汇图(赵彦超,1990)(△γ1、△区△γ1=60μs/m)1γ1t赵彦超(1990)利用自然伽玛的相对值(△γ)与声波时差(△t)的交汇图评价烃源岩,并确定烃源岩下限;为消除不同钻井间义: △γ=(γ(γ1γ6 020世纪70~80年代,先后提出了多种以总有机碳(量为因变量,以铀的含量及铀/钾比、密度、中子孔隙度、声波时差、电阻率等单一或多种测井参数为自变量的一元、二元或多元回归方程形式的经验关系定量模型。(, C. 1983; R. . 1990,, . 1988, , . 2004)多参数回归方程定量模型f(6 1 985)根据英国北海4口井和美国加州1口井的岩心和井壁取心样品,建立了这5口井烃源岩有机碳与4种测井响应的四元回归方程,其中A 井回归方程:t       其余的B、C、D、归方程形式相同,但测井参数的系数不仅绝对值不同,且除了△t 的系数全为正值外,ФN、ρ与γ的系数均有正有负。说明多参数回归方程定量模型例如:这里:机碳;△t–声波时差;Фr=Δ于1979年由990); 理论依据:烃源岩有机质含量越高,声波时差、电阻率就越大。 经广泛试用证实,该技术既适用于碳酸盐岩烃源岩,也适用于碎屑岩烃源岩,而且能精确结合烃源岩成熟度计算有机碳含量; 是目前国内外使用最为广泛的一种方法。6 3Δ线(990)刻度要求:电阻率2个数量级对应时差100us/28us/m),6 4Δ t       ·m)和声波时差(μs/m);·m)和声波时差(μs/m)。式中:据Δ 10 式中:);可根据实测镜质体反射率资料或埋藏史评价确定。6 5Δ)计算的为对于基线代表的非烃源岩,并非为零,因此应在该模型中进行基线振宇等,2003)。2)主要只利用了 6模糊识别预测模型 996)率先将人工神经网络法帮助模拟预测烃源岩 之后,朱振宇(2002)、004) 提出了类似的神经网络模糊模型; 000)考虑到烃源岩沉积的旋回性,还引进了小波分析方法,使分析结果沿深度方向的变化规律与沉积旋回的吻合程度更高。人担心含义较简单的显式方程式不能很好地反映这种复杂的响应关系。应该使用模糊数学的办法。6 7文昌组烃源岩n=158珠一坳陷番禹4洼及惠州凹陷8口井158个文昌组烃源岩样品实测r=n=158文昌组烃源岩 8文昌组n=158r=n=158文昌组文昌组烃源岩n=1587 0∵五参数同 优选形如上式的五元回归方程作为本区的最佳昌组、恩平组泥岩烃源岩、恩平组碳质泥岩(0%)烃源岩分别建立各自的模型。同时,在作图时,采用Δ顾2种模型的互相检验。7 1测井参数 总有机碳(量预测模型 相关系数 回归估计 标准误差 电阻率(R) +子孔隙度(ФN) 647 度(ρ) 波时差(△t) t 测 井 参 数 伽玛(γ) 091 参数(R,ФN) +参数(R,ФN,ρ)  参数(R,ФN,ρ,△t)  69 参数(R,ФN,ρ,△t,γ)  数单位:), R(ФN,(%),ρ(g/ t△(μs/γ(烃源岩 3m)层位 岩性预测)0 15 实测)0 15 250 ·m)1 100 DT(us/20 20 )0 50 g/3 350035503600365037003750380038503900395040004050410041504200珠海组恩平组(m)层 位 岩 性预 测 )0 15 实 测 )0 15 250 · m)1 100 DT(us/20 20 )0 50 g/3 350035503600365037003750380038503900珠海组恩平m)层位 岩性预测)0 15 实测)0 15 250 ·m)1 100 DT(us/25 25 )0 50 g/ 3 33003350340034503500355036003650370037503800文昌查明了井下烃源岩样品实测立了烃源岩得了典型钻井古近系 专题研究应用多元统计分析的方法(查明了钻井岩心或岩屑样品实验实测的烃源岩有机碳含量与对应深度伽马、声波、密度、电阻率与中子等5种测井参数之间的响应关系; 分岩性建立了基于这5种测井参数定量预测烃源岩对典型钻井下文昌、上文昌及恩平组烃源岩测结果表现形式为连续分布的古近系烃源岩图时将作为预测参数的测井曲线按照△五元回归法与△用效果良好; 预测所获钻井仅弥补了实测样品分布离散、数量有限的不足,也为烃源岩源岩纵向分布测井预测烃源岩属性预测交互验证烃源岩烃源岩属性预测交互验证相沉积相地震相地球化学相测井相沉积相地震相7 8度曲线声波曲线中子曲线电阻率曲线伽玛曲线据沉积相、地质分析,综合确定惠州3550 00工区井位分布 工区内钻遇文昌组的井包括遇恩平组的井还包括拟井位置确定考虑了地震相及沉积相分布8 1下文昌 上文昌 恩平组8 2以钻井预测动提取井点附近最相关的地震属性参数、获得井点处最佳拟合步长9参数拟合文昌组 3进行相关检验和误差分析。5步长9参数预测文昌组实际钻井普遍偏浅虚拟井点明显更深!2步长7参数拟合恩平组将经井点约束的用于地震数据体,获得每个道上的 68 7在均约4%4%,其中在番禺4洼中心%以上。烃源岩在番禺4洼部分地区、在600烃源岩等厚图(m)8 9下文昌根据钻井预测井旁道地震属性的响应关系,提取与立以相关的多属性直接预测井点附近得虚拟 充分利用少量钻井的预测在层序地层与沉积相分析的约束下适当建立一定的虚拟井点 以井点的井点附近提取与其相关度最高的地震属性参数,建立以相关的多属性直接预测井点附近得虚拟 根据以绘制出研究区般烃源岩(、优质烃源岩(的等厚图等图件。 助于揭示海域井少、且钻井大多不在生烃灶区的烃源岩发育及分布情况。烃源岩可以各类平面、剖面图的形式表示:一般(或优质(烃源岩的等厚图、面等值线图、立体图等。
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