泥頁巖儲層巖石洗油效果評價(jià)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種評價(jià)泥頁巖儲層巖石洗油效果的方法，具體的說是一種應(yīng)用以延時(shí)緩慢加熱為特征的ESH(Extended Slow Heating)巖石熱解分析技術(shù)與泥頁巖儲層巖石洗油技術(shù)相結(jié)合，通過洗油前后的熱解譜差異判斷泥頁巖孔隙中自由烴清洗效果和固相有機(jī)質(zhì)骨架完整性的方法，屬于恢復(fù)頁巖氣儲層巖石骨架性質(zhì)預(yù)處理工作的一部分。
技術(shù)背景:
[0002]隨著常規(guī)儲層產(chǎn)量遞減及天然氣在能源市場所占份額逐年增加，非常規(guī)氣藏的研究和開采受到越來越多的重視。近年來，世界范圍內(nèi)掀起了頁巖氣開發(fā)研究的熱潮，各大商業(yè)實(shí)驗(yàn)室也為此開展了大量關(guān)于泥頁巖巖石物理性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)室?guī)r心分析是研究儲層巖石及其流體性質(zhì)的重要手段，而一切針對巖石骨架性質(zhì)的測試分析都離不開洗油。以泥頁巖的孔隙度測試為例，LUfTel(1992)等發(fā)現(xiàn)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室孔隙度測試結(jié)果估算的產(chǎn)氣量比實(shí)際產(chǎn)出要小一個(gè)數(shù)量級。實(shí)驗(yàn)人員通過重復(fù)性測試或多種方法間的對比(如液體飽和法和氣體注入法)檢驗(yàn)測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，但并未發(fā)現(xiàn)異常。這是因?yàn)?，在洗油不充分或過度清洗的情況下，重復(fù)或?qū)Ρ葴y試結(jié)果仍會呈現(xiàn)出高度的一致性，然而此時(shí)的孔隙度并不能反映真實(shí)情況。所以，孔隙中自由烴的清洗是保證實(shí)驗(yàn)質(zhì)量的前提。
[0003]恰當(dāng)?shù)膸r心清洗是獲得總孔隙度的必要條件。根據(jù)孔隙度的定義，在實(shí)驗(yàn)測量前孔隙中的所有原始流體成分都應(yīng)該被清洗掉。清洗通常是指通過各種方法和手段除去孔隙中的自由烴、粘土中的束縛水以及溶解在地層水中的鹽分。本發(fā)明涉及關(guān)于除去孔隙中自由烴的問題。砂巖等不含有機(jī)質(zhì)巖石的洗油標(biāo)準(zhǔn)非常清晰且統(tǒng)一，即把孔隙中所有的烴全部清除掉僅保留非有機(jī)質(zhì)骨架。與砂巖等常規(guī)儲層相比，泥頁巖中有機(jī)質(zhì)的存在使得洗油標(biāo)準(zhǔn)變得復(fù)雜。泥頁巖中的有機(jī)質(zhì)是多種具有不同流變性質(zhì)的有機(jī)物的混合體，它的部分組分兼具流體和固體特性，例如干酪根是不溶于有機(jī)溶劑的，它表現(xiàn)出固態(tài)特性;而瀝青質(zhì)則表現(xiàn)出可溶解性以及與溫度和壓力有關(guān)的固液兩相性。因此從孔隙度的定義可以得出，實(shí)驗(yàn)前需要將泥頁巖孔隙中所有的自由烴(包括有機(jī)質(zhì)中以流體相形態(tài)存在的流態(tài)瀝青質(zhì)和非有機(jī)質(zhì)孔隙中的所有烴類)清洗掉，但必須保證骨架的完整性即不能破壞固相有機(jī)質(zhì)骨架部分(如干酪根和固態(tài)瀝青質(zhì)等)。傳統(tǒng)技術(shù)中，熒光照射技術(shù)是最常用的一種洗油效果評價(jià)方法，該方法通過檢查巖心本身殘存油的熒光級別或熒光下抽提溶劑的顏色變化洗油效果，在砂巖等洗油后只需要保留非有機(jī)質(zhì)骨架的巖石中應(yīng)用效果非常好。不過，泥頁巖中固相有機(jī)質(zhì)組分應(yīng)當(dāng)被保留的特性極大的限制了該方法的使用，因?yàn)樵摲椒葻o法定量判斷自由烴殘存量又無法反映固相有機(jī)質(zhì)骨架在洗油過程中是否遭到破壞。既然傳統(tǒng)評價(jià)手段無法提供用于判斷泥頁巖儲層巖石洗油效果的可靠標(biāo)準(zhǔn)，那么泥頁巖總孔隙度測試的準(zhǔn)確性也就無法判斷了。
[0004]Rock Eval II巖石快速熱解技術(shù)是一種對巖樣進(jìn)行連續(xù)熱解的方法，主要是用于烴源巖的有機(jī)質(zhì)類型、豐度、成熟度與熱演化程度評價(jià)以及估算烴源巖生烴量等。Kuila(2014)等在2014年首次采用Rock Eval II熱解譜判斷泥頁巖洗油效果，與熒光照射法相比，該技術(shù)不但能夠定量判斷洗油是否完成，還能直觀的反映孔隙中烴的變化量以及固相有機(jī)質(zhì)骨架完整性。Kuila等提出的利用巖石熱解譜評價(jià)洗油效果的方法，具體的說是一種按Rock Eval II熱解譜中的SI和S2組分劃分流體和固體有機(jī)質(zhì)組分的方法。該方法將熱解譜上溫度高于300°C后表現(xiàn)出熱穩(wěn)定性的S2組分定義為巖石的固態(tài)有機(jī)質(zhì)骨架，而其余的SI組分則代表所有的流體相。該技術(shù)的實(shí)施分為兩個(gè)階段(參見說明書附圖1):第一階段記作SI，該階段恒溫300°C持續(xù)加熱3分鐘;3分鐘后以25°C/min的速率快速升溫至650°C，記作S2階段；整個(gè)熱解過程只需要17分鐘，期間儀器會自動(dòng)記錄各階段中烴的釋放量。RockEval II熱解譜中，SI組分代表樣品中的自由烴，是孔隙清洗的目標(biāo)成分;而S2組分反映在洗油過程中不能被破壞的構(gòu)成巖石有機(jī)質(zhì)骨架的固相有機(jī)質(zhì)部分。該方法判斷洗油效果的核心思想是分別測試泥頁巖樣品洗油前和洗油后的Rock Eval II熱解譜，最后通過比較兩個(gè)譜的變化情況判斷洗油效果。判斷標(biāo)準(zhǔn)包括3種情況:I)如果洗油后熱解譜中的SI組分較洗油前全部消失而S2組分基本不變，則認(rèn)為孔隙中的自由烴全部被清除且保持了固相有機(jī)質(zhì)骨架的完整性，此時(shí)洗油完成；2)如果SI組分仍有殘余則需要繼續(xù)洗油；3)S1組分消失后，如果S2組分出現(xiàn)了明顯的缺失則表明固態(tài)有機(jī)質(zhì)骨架在蒸餾萃取過程中遭到破壞，此時(shí)樣品不適合再進(jìn)行孔隙度的測試，需要更換樣品重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
[0005]然而，隨著對泥頁巖有機(jī)質(zhì)組分特征研究的深入，有機(jī)質(zhì)組分中類流體殘余烴(FHR,fluid-like hydrocarbon residue)的發(fā)現(xiàn)表明:利用傳統(tǒng)Rock Eval II快速熱解技術(shù)得到的SI和S2熱解譜來區(qū)分泥頁巖中的流體相和固相有機(jī)質(zhì)組分存在一定缺陷，在將其用于判斷泥頁巖孔隙中自由烴的清洗效果之前必須要對該技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。傳統(tǒng)Rock EvalII熱解譜的S2組分中并不像傳統(tǒng)意義上認(rèn)為的那樣只含有干酪根和固態(tài)瀝青質(zhì)等固相有機(jī)質(zhì)組分，它同時(shí)還包括一部分FHR組分，而FHR本質(zhì)上是附著在粒間孔和固態(tài)瀝青質(zhì)表面的一種呈流體或半流體狀態(tài)存在的中質(zhì)到重質(zhì)的自由烴(Sanie，2015; Kondla，2016)。利用傳統(tǒng)Rock Eval II熱解技術(shù)得到的SI和S2熱解譜無法有效的區(qū)分這部分流體/半流體烴類和固相有機(jī)質(zhì)組分，因此也就無法有效的判斷自由烴是否完全被清除以及有機(jī)質(zhì)骨架是否完好無損。
[0006]Sanei(2015)將傳統(tǒng)的Rock Eval II熱解技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)后提出了ESH熱解方法。ESH熱解技術(shù)設(shè)定初始溫度為150°C并保持恒定延長加熱時(shí)間到10分鐘，與Rock EvalII初始熱解條件相比(初始熱解溫度300°C，持續(xù)3分鐘)，較低的初始溫度和較長的熱解時(shí)間可以保證該過程中只有輕質(zhì)自由經(jīng)組分(Light Free Hydrocarbons)揮發(fā)出來，這部分被定義為SIesh。隨后以10°C/min的速率緩慢加熱至650°C，與Rock Eval II 25°C/min的快速加熱方式相比，較長的加熱過程為自由烴殘余組分提供了充足的解析和釋放時(shí)間，最終S2譜被分成兩個(gè)部分:一是由中質(zhì)到重質(zhì)烴組成的FHR組分，命名為S2aESH;另一部分是由干酪根與固態(tài)瀝青質(zhì)等組成的有機(jī)質(zhì)骨架部分，命名為S2bESH。也就是說，Rock Eval II熱解譜的SI和S2兩峰結(jié)構(gòu)在ESH熱解譜中被拓展為三峰結(jié)構(gòu):I)SIesh，輕質(zhì)自由烴;II)S2aESH，類流體殘余烴和III)S2bESH，固相有機(jī)質(zhì)。ESH熱解譜三個(gè)峰的分布區(qū)間及其所含烴類型介紹如下(參考說明書附圖2)。
[0007]I)S1esh，輕質(zhì)自由烴
[0008]SIesh組分是巖心ESH熱解譜前10分鐘內(nèi)在恒定加熱150°C條件下?lián)]發(fā)出來的輕質(zhì)自由烴，包括輕質(zhì)油和一些氣態(tài)凝聚物。
[0009]II)S2aESH，類流體殘余烴
[00?0] 泥頁巖儲層巖石中的S2aESH組分大概分布在150_400°C之間，在這個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)，大部分的有機(jī)質(zhì)仍以流態(tài)到半流態(tài)的中質(zhì)到重質(zhì)烴的形式存在，是一層附著在粒間孔和固相有機(jī)質(zhì)表面的一層烴膜。S2aESH組分是ESH與Rock Eval II熱解譜之間最顯著的差別，ESH熱解技術(shù)將這層烴膜從Rock Eval II熱解譜中獨(dú)立出來。說明書附圖1和附圖2是用RockEval II和ESH技術(shù)分別得到的源自同一塊泥頁巖樣品的熱解譜，兩圖的主縱坐標(biāo)軸均為熱解烴釋放量的相對幅度。附圖1和附圖2中烴釋放量的最小值定義均為0，作圖時(shí)，將附圖1和附圖2中烴釋放量的最高峰值定義為I，熱解譜幅度做均一化處理，用于直觀的反映烴釋放量的相對幅度大小。從附圖1中可以看出，Rock Eval II熱解譜的S2組分兩個(gè)峰的相對幅度分布在非常狹窄的范圍內(nèi)(0.1-0.2之間)，期間沒有能夠區(qū)分FHR和固相有機(jī)質(zhì)的明顯界限；而附圖2中，ESH熱解譜三個(gè)組分的峰值在0.3-0.7之間，S2aESH組分與其他組分有明顯的區(qū)分界限。在泥頁巖儲層巖石中含有FHR組分的S2通常均表現(xiàn)為:一個(gè)幅度較低的寬肩峰(溫度范圍約為300-450 °C)后面緊跟著一個(gè)較為明顯的高峰(溫度范圍約為450-650°C)，前面的寬肩峰是由一部分附著在粒間孔和固相有機(jī)質(zhì)表面的FHR組分熱解產(chǎn)生的，而后面的高峰主要源于固相有機(jī)質(zhì)組分熱解產(chǎn)生的經(jīng)(Sanie ,2015;Kondla，2016)。
[0011]III)S2bESH，固相有機(jī)質(zhì)
[0012]泥頁巖儲層巖石中，S2bESH組分大概分布在400-650°C之間，是由巖石中的固相有機(jī)質(zhì)熱解產(chǎn)生的烴。這些固相有機(jī)質(zhì)包括一些殘留的原始干酪根、固相瀝青質(zhì)及一些碎肩狀耐熱解的有機(jī)質(zhì)成分。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的是為了解決已有洗油評價(jià)方法無法直觀或準(zhǔn)確的判斷泥頁巖孔隙中自由烴清洗效果以及固相有機(jī)質(zhì)骨架完整性的問題，而提出的一種泥頁巖儲層巖石洗油效果評價(jià)方法。
[0014]本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0015]1.一種泥頁巖儲層巖石洗油效果評價(jià)方法，其特征在于:將ESH熱解技術(shù)與泥頁巖儲層巖石洗油技術(shù)相結(jié)合，通過比較洗油前后樣品ESH熱解譜中組分的變化判斷泥頁巖中自由烴和固相有機(jī)質(zhì)骨架的變化，進(jìn)而根據(jù)自由烴清洗程度和固相有機(jī)質(zhì)骨架的完整性變化評價(jià)洗油效果，ESH是指延時(shí)緩慢加熱;具體按以下步驟進(jìn)行:
[0016](I)所述