儲油巖油氣組份的定量分析方法

專利名稱：儲油巖油氣組份的定量分析方法
技術領域：
本發明涉及一種化學定量分析方法，尤其是定量測定儲油巖油氣組分的分析方法。
巖石熱解快速定量分析是七十年代末發展起來的一種在石油鉆探過程中評價生油巖和儲油巖的方法。目前，國內外已普遍應用此方法來快速評價生油巖的成熟度、有機質類型和產油潛量，以及快速評價儲油巖的含油氣等級和及時發現鉆井過程中的油氣顯示，以此作為該鉆井完井后的試油依據。七十年代末法國石油研究院研制出巖石評價儀(ROCK-EVAL)并投入市場，同時該院把巖石熱解評價生油巖的方法申請了專利，專利號為US3，953，171(1976)。該專利的主要方法是加熱少量的沉積巖巖樣，根據兩種加熱溫度的不同，而測出兩個參數，參數S1表示加熱600℃溫度下的烴類化合物，參數S2表示加熱150℃至400℃或450℃溫度下的含氧物質，由此來判斷生油巖的好壞。1977年該院又申請了一種用少量樣品測定地質沉積巖含油特性的方法專利，專利號為US4，153，415;該專利的主要方法是加熱巖樣200℃至400℃，獲得參數P1，該參數表示樣品中的油氣，加熱巖樣400℃至700℃，最好是550℃～600℃獲得參數P2，該參數為樣品中的熱解烴，根據這兩個參數來判斷巖樣的含油特性。1978年該院又申請了該方法的進一步專利，專利號為US4，229，181(1980);該專利仍采用定量分析的方法，加熱巖樣溫度范圍分別是50～65℃，200℃～350℃，550～600℃，根據這三個溫度而測定出相應的三個參數，參數P1為樣品中所含氣態烴，參數P2為樣品所含的液態烴，參數P3為樣品所含的不溶機質熱解所產生的烴，由此確定巖樣的含油特性。但從上述專利文件及其已推向國際市場的新型巖石評價儀(ROCK-EVALⅢ，OIL SHOW ANALYSER)中又可以看出，他們所用的含油特性定量分析方法，也只是能夠粗略地測定出巖樣中的氣態烴、液態烴和熱解烴，還不能直接分析儲油層中的原油具體性質，更不能判斷是原油熱解烴還是瀝青、干酪根(生油母質)的熱解烴，以此來更直接的判斷是生油巖還是儲油巖。
鉆井巖屑中砂巖(儲油巖)泥巖(生油巖)混雜在一起，而且砂巖中也有泥質膠結，很難加以絕對分離;砂巖中的油熱解時會產生熱解烴，泥巖中的瀝青、干酪根(生油母質)熱解時也會產生熱解烴，而且砂巖中也會含有瀝青，所以熱解烴得性質的分析是評價儲油巖、生油巖或瀝青巖含油氣等級的關鍵。
本發明正是為了針對這個問題，而提出了一種快速測定和具體區分巖樣中原油性質和判斷儲油巖或生油巖的方法。該方法可以快速地測定石油探區、油田石油鉆井中的巖屑，定量測定和區分巖屑中所含原油性質，以及天然氣、凝析油、輕質油、中質油、重油及瀝青的含量，從而評價出各種儲油巖及油井的含油氣等級。
眾所周知，天然氣和石油均是不同碳數的烴類的混合物，所謂干氣、濕氣、凝析油、輕質油、中質油、重質油之分，主要是所含的不同碳數的烴類的比例的不同，含碳數少的烴多則油輕，含碳數大的烴多則油重，如干氣含甲烷(CH4)達98%以上，天然氣的烴類組成為C1-C7，凝析油為C1-C15，輕質油C1-C25，中質油C1-C35，重質油C12-C50，同一類型的油又由于產地的不同其烴類的碳數范圍也有差異。碳數不同的烴類從液態熱蒸發為氣態烴所需達到的溫度也不同，通常是碳數越少熱蒸發溫度越低，反之則越高。本發明是根據上述的油氣組份在不同溫度下恒溫熱蒸發分離的原理，把巖樣在不同溫度下恒溫，以達到分離各種油氣組份的目的。熱蒸發成氣體的油氣以氫氣作載體，用氣相色譜法莢以分析鑒定。巖樣中的固體物質瀝青或干酪根是在加熱溫度下裂解成烴類(熱解烴)，瀝青和干酪根熱解烴的碳數范圍隨產地和其成熟度高低而異，成熟度越高所需熱解溫度越高，例如高成熟度瀝青在溫度450～600℃范圍內熱裂解所產生的烴占總熱解烴的47%，而低成熟度瀝青在此溫度下產生的烴只占8%。低成熟度干酪根在溫度450-600℃范圍內裂解所產生的烴占總熱解烴5-20%，而高成熟度干酪根在此溫度范圍裂解所產生的熱解烴占總熱解烴的50-70%。瀝青和干酪根熱解烴的共同特點是在450-600℃高溫區的熱解烴占總熱解烴的5%以上，并且它們的熱解產烴高峰溫度一般在400-450℃左右，而原油的熱蒸發產烴高峰溫度一般在300-400℃左右，根據以上的瀝青、干酪根熱解烴溫度與原油熱蒸發烴溫度有差異的原理來區分原油熱蒸發烴和瀝青、干酪根熱解烴。
本發明的解決方案是，用一個熱蒸發爐在不同溫度下恒溫，蒸發巖樣中的氣、油和熱裂解瀝青和干酪根;用氫氣作為載氣，把氣態熱蒸發物引入氫離子火焰鑒定器測定;根據熱蒸發溫度和恒溫時間的差異，分別鑒定出天然氣峰，凝析油峰，輕質油峰，中質油峰，重質油或瀝青或干酪根峰。以峰的面積可計算出每克巖樣中所含的油氣量(毫克烴/克巖石)，并以各峰的比值作為指數，以此判斷原油性質和儲油巖、生油巖。進而判斷儲油層或油井的含油氣等級。
下面結合附圖對本發明的分析過程和方法以實例圖示作進一步描述

圖1是本發明方法的程序圖并包括分析周期圖。
圖2是本發明方法的標準圖譜。
圖3至圖12是本發明分析各種原油、瀝青及各地儲油巖和生油巖實例圖。
圖3a，3b，3c為凝析油譜圖。
圖4a，4b，4c為輕質原油譜圖。
圖5a，5b，5c為中質原油譜圖。
圖6a，6b，6c為重質原油譜圖。
圖7a，7b為瀝青譜圖。
圖8是含油砂巖、中質原油譜圖。
圖9a是油浸砂巖輕質原油譜圖。
圖9b是油浸砂巖中質原油譜圖。
圖10是油斑含礫砂巖重質原油譜圖。
圖11a是微含油砂巖中質原油譜圖。
圖11b是微含油砂巖重質原油譜圖。
圖12是生油巖(高成熟)譜圖。
從圖1可以看出，本發明分五個溫度范圍進行分析測定(1)加熱90℃的氫氣吹巖樣2分鐘，把巖樣中的天然氣(＜C7烴)吹入氫離子火焰鑒定器，出天然氣峰S0。
(2)巖樣被送入熱解爐內，在250℃爐溫下恒溫1分鐘，測定巖樣的凝析油組分，出峰S1。
(3)從250℃程序升溫(50℃/分鐘或30℃/分鐘)至350℃，在此溫度下恒溫1分鐘，出峰S2。
(4)繼續程序升溫至450℃(或420℃)在此溫度下出峰S3。
(5)繼續程序升溫至600℃，在此溫度下恒溫1分鐘，分析周期結束。如被測定的巖樣含重質原油或瀝青或干酪根，則在450℃(或420℃)至600℃溫度范圍內出峰S4。
從圖2看出，整個分析流程以程序升溫速度為50℃/分鐘為例，分析1個巖樣所需時間為13分鐘，達到快速分析水平。
各峰的含義為(見圖2標準譜圖)(1)S0峰為天然氣峰(C1-C7烴);
(2)S1峰為凝析油峰;
(3)S2峰為輕質原油部分組份峰;
(4)S3峰為中質原油部分組份峰;
(5)S4峰為重質原油或瀝青或干酪根熱解烴部分組份峰。
本發明的設備包括熱解爐，用以保持烴類氣態的熱保溫器、程序升溫控制器、溫度控制器、氫火焰離子鑒定器、氫焰離子信號靜電計和信號放大器、信號峰積分儀和記錄儀。樣品放在微孔板坩鍋中加熱，以氫氣作為載氣把熱蒸發烴攜帶進氫火焰離子鑒定器中分析測定。
用本發明的方法對我國各油田的凝析油、輕質油、中質油、重質油和瀝青分別進行分析，其峰形及各峰面積的比例見圖3至圖7。
各種原油的峰形特征是(1)凝析油只有S0和S1兩個峰，個別有小的S2峰，S1峰占S0+S1的80%以上。
(2)輕質原油有S0、S1、S2、S3四個峰，其中S1和S2峰最大，S1+S2占四個峰總面積的80%以上。
(3)中質原油也有S0、S1、S2、S3四個峰，其中S3峰比輕質原油的S3峰大得多，S2+S3占四個峰總面積的50-80以。
(4)重質原油除S1、S2、S3峰外多了S4峰，S4峰是重質原油的特征。其S3+S4占四個峰總面積的50%-80%。
(5)瀝青也有S1、S2、S3、S4峰，但其特征是S3峰和S4峰特大，其S3+S4占四個峰總面積的80%以上。高成熟度瀝青只有S3和S4。
(6)干酪根熱解烴峰特征是S3峰和S4峰大，S4峰隨成熟度增大而增大，其S3+S4占四個峰總面積的80%以上。
從以上實驗的各種原油峰形特征，利用各峰的不同比值作為指數以判斷原油性質。
(1)凝析油指數 (S1)/(S0+S1+S2)判斷凝析油的性質為 (S1)/(S0+S1+S2) ＞0.8(2)輕質原油指數 (S1+S2)/(S0+S1+S2+S3)判斷輕質原油的性質為 (S1+S2)/(S0+S1+S2+S3) ＞0.8(3)中質原油指數 (S2+S3)/(S0+S1+S2+S3)判斷中質原油的性質為0.8＞ (S2+S3)/(S0+S1+S2+S3) ＞0.5
(4)重質原油指數 (S3+S4)/(S0+S1+S2+S3+S4)判斷重質原油的性質為0.8＞ (S3+S4)/(S0+S1+S2+S3+S4) ＞0.5判斷瀝青的性質為 (S3+S4)/(S1+S2+S3+S4) ＞0.8判斷干酪根的性質為 (S3+S4)/(S1+S2+S3+S4) ＞0.8以標準巖樣標定計算每克巖樣所含的油氣量(毫克烴/克巖石)。
分析了我國各油田砂巖巖心，其含油等級為含油砂巖、油浸砂巖、油斑砂巖、微含油砂巖、(見圖8至12)。砂巖儲層的峰形由于原油性質而有所不同，根據以上各指數判斷出所含原油性質，并計算出每克砂巖所含的油氣總量。
如果為簡化分析程序只判斷儲層烴、瀝青熱解烴和生油巖干酪根熱解烴，則分析流程可改為90℃溫度下恒溫2分鐘出S0天然氣峰，300℃溫度下恒溫1分鐘出S1輕質和中質油峰，在420℃溫度下恒溫1分鐘出S2峰，在420-600℃之間出S3峰。(見圖12)干酪根的 (S3)/(S1+S2+S3) ＞0.2實施例譜圖說明圖3a，3b為凝析油譜圖。通過圖可以看出凝析油只有S0、S1兩個峰，各別的有S2峰，但很小，圖3a中天然氣峰S0為18%，凝析油峰S1為82%。圖5b中S0為20%，S1為80%。
圖4a，4b為輕質原油譜圖，通過圖可以看出輕質原油有S0，S1，S2，S3四個峰，但S3比例很小，S1和S2比例占的很大，圖4a中S0為6%，S1為72%，S2為18%，S3為4%。圖4b中S0為4%，S1為47%，S2為40%，S3為9%。
圖5a，5b為中質原油譜圖，中質原油也有S0，S1，S2，S3四個峰，但S3的比例開始上升，圖5a中的S0為3%，S1為45%，S2為38%，S3為14%。圖5b中S0為1%，S1為23%，S2為34%，S3為42%。
圖6a，6b為重質原油譜圖，從圖中可以看出除了S1，S2，S3峰外，還出現了S4峰，S3峰比例很大，圖6a中，S1為20 S2為30，S3為50%，S4為1%。圖6b中S1為10%，S2為38%，S3為50%，S4為2%。
圖7a，7b為瀝青譜圖，圖7a為高成熟瀝青，只有S3，S4兩個峰，S3為53%，S4為47%，S3+S4＝45mg/g。圖7b為低成熟瀝青，有S1，S2，S3，S4四個峰，S1為3%，S2為10%，S3為79%，S4為8%，S1+S2+S3+S4＝49.5mg/g圖8為含油中砂巖譜圖，S0+S1+S2+S3+S4＝26.06mg/g，(S2+S3)/(S0+S1+S2+S3+S4) ＝0.58 分析結果為中質原油。
圖9a為油浸細砂巖譜圖，S0+S1+S2+S3+S4＝8.78mg/g(S2+S3)/(S0+S1+S2+S3+S4) ＝0.83 分析結果為輕質原油。
圖9b為油浸細砂巖譜圖，S0+S1+S2+S3+S4＝19.20mg/g(S2+S3)/(S0+S1+S2+S3+S4) ＝0.54 分析結果為中質原油。
圖10為油斑含礫砂巖，S0+S1+S2+S3+S4＝3.80mg/g(S2+S3)/(S0+S1+S2+S3+S4) ＝0.56 分析結果為重質原油。
圖11a為微含油粉砂巖，圖11a S0+S1+S2+S3+S4＝6.1mg/g
(S2+S3)/(S0+S1+S2+S3+S4) ＝0.65 分析結果為中質原油。
圖11b S0+S1+S2+S3+S4＝3.35mg/g(S2+S3)/(S0+S1+S2+S3+S4) ＝0.56 分析結果為重質原油。
圖12為生油巖譜圖，S1+S2+S3+S4＝5.58mg/g(S2+S3)/(S1+S2+S3+S4) ＝0.8權利要求
1.一種儲油巖油氣組份的定量分析方法，該方法包括a.用熱蒸發爐加熱巖樣，在不同溫度下恒溫，蒸發巖樣中的氣、油、熱裂解瀝青和干酪根；b.用氫氣作為載氣，把氣態熱蒸發物引入氫離子火焰鑒定器測定，根據熱蒸發溫度和恒溫時間的差異，分別鑒定出天然氣峰，凝析油峰，輕質油峰，中質油峰，重質油或瀝青或干酪根峰；c.根據峰的面積可計算出每克巖峰樣中所含的油氣量(毫克烴/克巖石)；d.以各峰的比值作為指數，以此判斷原油性質和儲油巖、生油巖，進而判斷儲油層或油井的含油等級。
2.根據權利要求1所述的油氣組份的定量分析方法，其特征在于判斷天然氣的過程是加熱90℃的氫氣吹巖樣2分鐘，把巖樣中的天然氣峰(＜C7烴)吹入氫離子火焰鑒定器，出峰S0。
3.根據權利要求2所述的油氣組份的定量分析方法，其特征在于巖樣被送入熱解爐內，在250℃爐溫下恒溫1分鐘，測定巖樣的凝析油組分，出峰S1。
4.根據權利要求3所述的油氣組份的定量分析方法，其特征在于巖樣從250℃程序升溫(50℃/分鐘或30℃/分鐘)至350℃，在此溫度下恒溫1分鐘，測定輕質原油組份，出峰S2。
5.根據權利要求4所述的油氣組份的定量分析方法，其特征在于巖樣從350℃繼續程序升溫至420℃～450℃，在此溫度下測定中質原油組份，出峰S3。
6.根據權利要求5所述的油氣組份的定量分析方法，其特征在于巖樣從450℃繼續程序升溫至600℃，在此溫度下恒溫1分鐘;測定巖樣中含的重質原油或瀝青或干酪根熱解烴組份;420℃～600℃溫度范圍內出峰S4。
7.根據權利要求1所述的油氣組份的定量分析方法，其特征在于凝析油峰只有S0和S1兩個峰，個別的有小S2峰，S1峰占S0+S1總面積的80%以上，凝析油指數為 (S1)/(S0+S1+S2) ，判斷凝析油的性質為凝析油指數大于0.8。
8.根據權利要求1所述的油氣組份的定量分析方法，其特征在于輕質原油有S0、S1、S2、S3四個峰，其中S1和S2最大，S1+S2占四個峰總面積的80%以上，輕質油指數為 (S1+S2)/(S0+S1+S2+S3) ，判斷輕質油的性質為輕質油指數大于0.8。
9.根據權利要求1所述的油氣組份的定量分析方法，其特征在于中質原油有峰有S0、S1、S2、S3四個峰，其中S3峰比輕質原油的S3峰大得多，S2+S3占四個峰總面積的50%～80%，中質原油指數為 (S2+S3)/(S0+S1+S2+S3) ，判斷中質油的性質為中質油指數大于0.5，小于0.8。
10.根據權利要求1所述的油氣組份的定量分析方法，其特征在于重質原油除了S1、S2、S3峰外，還多了S4峰，S4峰是重質原油的主要特征，其中S3+S4占四個峰總面積的50%～80%，重質原油指數為 (S3+S4)/(S0+S1+S2+S3+S4) ，判斷重質原油的性質為重質原油指數大于0.5，小于0.8。
11.根據權利要求1所述的油氣組份的定量分析方法，其特征在于瀝青也有S1、S2、S3、S4四個峰，但S3峰和S4峰特大，其中S3+S4占四個峰總面積的80%以上，高成熟度瀝青只有S3和S4峰，判斷瀝青的性質為 (S3+S4)/(S1+S2+S3+S4) 大于0.8。
12.根據權利要求1所述的油氣組份的定量分析方法，其特征在于干酪根熱解烴峰是S3峰和S4峰特大，S4峰隨成熟度增大，其中S3+S4占四個峰總面積的80%以上，判斷干酪根的性質為 (S3+S4)/(S1+S2+S3+S4) 大于0.8。
13.根據權利要求1所述的油氣組份的定量分析方法，其特征在于為簡化分析程序只判斷儲油層烴、瀝青熱解和生油巖干酪根熱解烴，其流程為巖樣在90℃溫度下恒溫2分鐘出S0天然氣峰，300℃溫度下恒溫1分鐘出S1輕質和中質油峰，在420℃溫度下恒溫1分鐘出S2峰，在420～600℃之間出S3峰，其中判斷干酪根的性質為 (S3)/(S1+S2+S3) 大于0.2。
全文摘要
本發明是一種快速定量測定儲油巖中所含油組份的方法，此方法通過分析測定少量的石油鉆井中的巖屑，可定量測定和區分出儲油層中所含天然氣、凝析油、輕質油、中質油、重質油和瀝青的含量，通過以上油氣組份的含量，可有效地判斷出所鉆遇的是氣層還是油層，以及油層原油性質和含油等級，并判斷是儲油巖或是生油巖。
文檔編號G01N31/12GK1050612SQ8910728
公開日1991年4月10日 申請日期1989年9月28日 優先權日1989年9月28日
發明者鄔立言, 張振苓, 馬文玲 申請人:石油勘探開發科學研究院實驗中心