天然氣課程設(shè)計(jì)

1、1題目一 洛帕廷法(有機(jī)質(zhì)演化的時(shí)間 -溫度指數(shù) TTI 值的應(yīng)用一、引言原始有機(jī)物質(zhì)在缺氧條件下沉積后,隨著埋藏深度的增加,地溫增高和埋藏時(shí)間的增長, 有機(jī)質(zhì)會(huì)發(fā)生演化,其成熟程度不斷提高,其中時(shí)間和溫度是石油生成與破壞的兩個(gè)重要因 素。 N.V 洛帕廷根據(jù)溫度和時(shí)間是促使有機(jī)質(zhì)演化的主導(dǎo)因素這一認(rèn)識,提出用“時(shí)間溫 度指數(shù)值” (TTI 來定量表示有機(jī)物質(zhì)的成熟程度, TTI 實(shí)際代表了地質(zhì)時(shí)期內(nèi)不同類型的 干酪根在不同的埋藏時(shí)間溫度條件下的成熟度。TTI 的計(jì)算是以化學(xué)動(dòng)力學(xué)中的阿倫紐斯方程為基礎(chǔ), 把干酪根熱降解過程近似看成化學(xué) 動(dòng)力學(xué)中的一級反應(yīng),則有:RTEeK K -=0 (K

2、:反應(yīng)速率常數(shù),即降解率; A :頻率因子 ( -1-1由此得到:ti eA dt eA TTI ni i RTE tRTE =-1( ( ( -1-2即:有機(jī)質(zhì)成熟度的增加與溫度(T 呈指數(shù)關(guān)系,與時(shí)間(t 呈線性關(guān)系 。時(shí)間和溫 度這兩個(gè)因素相互補(bǔ)償,有機(jī)質(zhì)在高地溫梯度下短期內(nèi)所達(dá)到的成熟度,在低地溫梯度下長 時(shí)期也可同樣達(dá)到。根據(jù)這一原理, 相繼有人提出了計(jì)算 TTI 的方法, 其中最有代表性的是洛帕廷法, 本次 習(xí)題中涉及到的即為后者。通過習(xí)題的 完成,著重掌握編繪埋藏史圖和洛帕廷 法計(jì)算 TTI 值的原理、方法,了解洛帕 廷法的應(yīng)用,加深對時(shí)間和溫度在干酪 根熱解成油過程中作用的認(rèn)識

3、。二、 埋藏史圖和地溫等值線的繪制在用洛帕廷法計(jì)算 TTI 值之前,需 先編制目的層的埋藏史圖,并在其上疊 置地溫等值線。1. 編繪目的層的埋藏史圖根據(jù)地層分層厚度資料以及對該區(qū)地質(zhì)發(fā)展史的分析,可畫出目的層埋藏深度與地質(zhì)年代的關(guān)系曲線(圖 -1-1即埋藏史圖。 埋藏史反映的是一個(gè)沉積速度不同的連續(xù)沉積過程,因此,埋藏史圖不是地質(zhì)剖面圖。 2以圖 -1-1中的烴源巖層為例,其埋藏歷史如下:在 280百萬年前開始沉積,此時(shí)其深 度為零;至 240百萬年前,該地層沉積結(jié)束,厚度達(dá) 250米,此時(shí)其底界埋深為 250米,而 頂界深度為零;之后其上繼續(xù)接受沉積,至 220、 180、 140、 100

4、百萬年前,該烴源層底界埋 深分別為 800米、 2000米、 2250米、 2375米,頂界埋深分別為 550米、 1750米、 2000米、 2125米。 10090百萬年前,地殼抬升,該烴源層埋深整體上升了 375米,之后又再次沉降、 上覆重新接受沉積。該層現(xiàn)今的底界 埋深為 2250米, 頂界埋深為 2000 米。在連續(xù)沉積的地區(qū),埋藏史圖比 較容易編制,可信度也比較高。對曾 經(jīng)經(jīng)受過上升剝蝕、地質(zhì)發(fā)育史比較 復(fù)雜的地區(qū),埋藏史圖的編制和可信 度應(yīng)視對該區(qū)的研究程度而定。實(shí)際 應(yīng)用時(shí),還應(yīng)考慮壓實(shí)校正問題,才 能真正恢復(fù)地層埋藏史。2. 繪制目的層的地溫等值線 為了計(jì)算 TTI ,還需在

5、編繪好的 埋藏史圖上疊加地溫等值線。要確定某地層沉積及其后的整個(gè) 地質(zhì)時(shí)期每一個(gè)深度上的地下溫度,最簡單的方法是估算現(xiàn)在的地溫梯度, 并 假定現(xiàn)在和古代的地表溫度、 地溫梯度一 致,且地溫梯度為一常量,此時(shí),地層溫 度等值線是一系列等間距的等深線 (圖 -1-2 。但實(shí)際情況通常并非這么簡單, 從目 的層開始沉積到現(xiàn)在地溫梯度不是一個(gè) 常量,地表溫度也是有變化的;即使在同 一時(shí)期, 不同深度段的地層因埋深或巖性 等的不同, 地溫梯度也存在差異。 圖 -1-3表示的就是一種比較復(fù)雜的情況, 即現(xiàn)今 的地溫梯度發(fā)生了突變。 剖面上部以砂巖為主,地溫梯度比較小,其下部頁巖層段地溫梯度比較大;對整個(gè)剖

6、面來說, 88百萬年前的 地溫梯度比較高,那時(shí)以頁巖為主,之后以砂巖沉積為主,出現(xiàn)較低的地溫梯度。3三、洛帕廷法計(jì)算 TTI 的基本原理洛帕廷法計(jì)算 TTI 的原理和步驟如下:(1根據(jù)有機(jī)質(zhì)成熟度的增加與溫度(T 呈指數(shù)關(guān)系,與時(shí)間( t 呈線性關(guān)系,令 溫度因子 =rn ,時(shí)間因子為 t (單位:百萬年 ,則 TTI= rn · t 。(2 疊加于埋藏史圖上的溫度剖面設(shè)置為每 10為區(qū)間的地溫網(wǎng), 則其溫度區(qū)間 i =1020、 2030、 3040、 4050、 5060、 6070。(3每個(gè)溫度區(qū)間 i 內(nèi):沉積物經(jīng)歷的時(shí)間用時(shí)間因子 t i 表示,對應(yīng)的溫度因子為 r ni

7、, 即溫度每增高 10,有機(jī)質(zhì)成熟度增高 r 倍。則 i 內(nèi)有機(jī)質(zhì)的成熟度增量: TTI= rni · t i 。(4有機(jī)質(zhì)成熟度是累加的、不可逆的,則對某一沉積單元來說,其總的 TTI 即為它 所經(jīng)歷的各 i 內(nèi) TTI 的增量的總和,即:( (maxmin ni i i i r t TTI = (3式中, i max 、 i min 為有機(jī)質(zhì)所經(jīng)歷的最高和最低溫度區(qū)間。(5 選 100110為基準(zhǔn)溫度區(qū)間, 其 n=0, =r0=1。 則向下:110120, n=1; 120130, n=2;向上:90100 , n=-1; 8090, n=-2;。表 -1-1 各溫度區(qū)間的溫度

8、因子 r 值是這樣選定的, 洛帕廷利用世界范圍內(nèi) 31口鉆井 402個(gè)樣品的鏡質(zhì)體反射率資料 (樣 品從早古生代到第四紀(jì)均有, 它代表了寬闊的時(shí)間范圍 , 并選擇不同的 r 值 (變化范圍為 1.010.0 ,計(jì)算其 TTI 值,最后繪制 TTI 與 Ro 之間的關(guān)系曲線,研究成熟度測定值(Ro 和計(jì) 算值(TTI 之間的相互關(guān)系。發(fā)現(xiàn) r 值為 1.6-2.5時(shí),它們之間的相關(guān)性比較好, r 值選用 2時(shí)最理想,因此選定 r 值為 2。表示溫度每增加 10,反應(yīng)速度就增加一倍。各溫度區(qū)間的 溫度因子如表 -1-1所示。(6讀取各溫度區(qū)間內(nèi)的時(shí)間因子,列表計(jì)算 TTI在標(biāo)有等溫線的埋藏史圖上讀

9、出各溫度區(qū)間 i 內(nèi)目的層所停留的時(shí)間 Ti ,利用公式計(jì)算 該溫度區(qū)間內(nèi)的有機(jī)質(zhì)成熟度增量 TTI ,并利用有機(jī)質(zhì)成熟度的可累加性和不可逆性,求出 目的層頂面和底面的有機(jī)質(zhì) TTI 值,并把數(shù)據(jù)按表 -1-2的樣式列表計(jì)算。若目的層較薄, 可只計(jì)算其頂界面 TTI 值。表 -1-2 某層頂面 TTI 值計(jì)算數(shù)據(jù)表舉例(假設(shè)地表溫度為 10 四、洛帕廷法在油氣勘探中的應(yīng)用由于洛帕廷法法計(jì)算 TTI 時(shí)所用資料單一、計(jì)算方法簡便,適用于新、老探區(qū),尤其在 勘探程度較低的新區(qū)和海域,能作出早期油氣資源預(yù)測,提高勘探成功率。因此多年來,該 法在油氣勘探中應(yīng)用比較廣泛,常用于解決下列問題:1. 研究烴

10、源巖有機(jī)質(zhì)成熟度,確定生油窗為了便于應(yīng)用,通常將 TTI 值與常用的有機(jī)質(zhì)成熟度指標(biāo)鏡質(zhì)體反射率(Ro 和熱 變質(zhì)指數(shù)(TAI 進(jìn)行對比。洛帕廷法估算有機(jī)質(zhì)成熟度的 TTI 值與 Ro 和 TAI 之間的對應(yīng)關(guān) 系如表 -1-3所示。表 -1-3 TTI值與 Ro 、 TAI 之間的相互關(guān)系 由此可推測出 TTI 值與有機(jī)質(zhì)演化成烴、保存階段之間的關(guān)系(表 -1-4、圖 -1-4 。 表 -1-4 TTI 值與主要成油階段、油氣保存階段的關(guān)系 45 圖 -1-4 TTI 值與有機(jī)質(zhì)演化成烴、保存階段之間的關(guān)系因此,根據(jù)沉積盆地某區(qū)塊或某 井的地質(zhì)資料,計(jì)算各烴源巖層和儲(chǔ) 集層的現(xiàn)時(shí) TTI 值

11、, 結(jié)合干酪根類型, 即可判斷烴源巖層的油氣生成進(jìn)入了 哪個(gè)階段。生油窗是指有機(jī)質(zhì)熱演化進(jìn)入生 油門限、開始大量生油到生油結(jié)束的 這一深度或時(shí)間區(qū)間。在埋藏史圖上 連接目的層生油門限和石油的死線, 即得到生油窗,從而確定各烴源巖層 石油生成開始與結(jié)束的時(shí)間。按洛帕 廷法計(jì)算,相當(dāng)于 TTI 值為 15160的這一區(qū)間。在埋藏史圖上,根據(jù)表 -1-3的數(shù)據(jù),找出目的層頂、底面 TTI 值為 15160的區(qū)間位置,即為生油窗,如圖 -1-5陰影所示。其它特征值的位置,也可在埋藏史圖上表示出來。2. 預(yù)測圈閉的含油氣性或圈閉中烴類的性質(zhì)利用生油窗確定生油的時(shí)間區(qū)間,將其與圈閉的形成時(shí)間對比分析,即可

12、確定圈閉聚油 氣的可能性,推斷該圈閉的有效性。根據(jù) TTI 值,還可以預(yù)測將鉆遇的儲(chǔ)集層內(nèi)聚集的烴類 相態(tài)及性質(zhì)。假如計(jì)算的儲(chǔ)層 TTI 值是 1200,已超過 50°API 石油能保存的 TTI 值,說明該圖 -1-5 在埋藏史圖上用 TTI 值確定的生油窗 儲(chǔ)層只能含濕氣或干氣。3. 確定不同層位的油氣保存狀態(tài),確定有利生油氣區(qū)范圍還可以利用 TTI 值預(yù)測能鉆遇石油、濕氣或干氣聚集的儲(chǔ)集層深度,以指導(dǎo)鉆探工作。 通過計(jì)算沉積盆地中多個(gè)位置各烴源巖層的現(xiàn)時(shí) TTI 值,勾繪各層 TTI 等值線,可以圈出進(jìn) 入生油窗的烴源巖層的分布范圍,以便確定有利的生油、氣區(qū)。五、洛帕廷法存在的

13、問題計(jì)算 TTI 值的洛帕廷法在推廣應(yīng)用中,也存在許多問題值得進(jìn)一步探討。首先該方法本 身存在缺陷,其中溫度因子的取值是固定的,這對不同類型有機(jī)質(zhì)在不同溫度條件下的生烴 反應(yīng)肯定是不合適的,因?yàn)闇囟葘Σ煌瘜W(xué)反應(yīng)速度的影響存在差別。事實(shí)上應(yīng)用這種方法 對古老盆地成熟度預(yù)測時(shí),常比實(shí)測值偏高;而對年輕盆地,其預(yù)測結(jié)果常偏低。其次,即 使不考慮模型的缺陷,在應(yīng)用中也面臨確定埋藏時(shí)間和古地溫值的困難。另外,劃分油氣生 成各階段的 TTI 值是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù), 不同的盆地、 不同的烴源巖層應(yīng)該是不同的。因此,實(shí)際應(yīng)用中不能片面地、過分依賴地用 TTI 值進(jìn)行分析,必須結(jié)合多方面綜合考慮,才能得到準(zhǔn)確的結(jié)

14、論。六、習(xí)題要求1. 根據(jù)某鉆井地質(zhì)剖面資料 (圖 -1-6 , 恢復(fù)各層的埋藏歷史,繪制埋藏史圖。橫坐標(biāo)為時(shí)間軸(t ,比例尺為:1厘米代表 10百萬年;縱坐標(biāo)為深度軸(H ,比例尺為:1厘米代表 250米。2. 假設(shè)地表平均溫度為 10, 地溫梯度為 4/100米,取 10為間隔作地溫等值線,迭合在埋藏史圖上。3. 按地層埋藏演化的時(shí)間順序,依次讀出烴源層頂面和底面經(jīng)歷的各溫度區(qū)間內(nèi)的時(shí)間 因子,將其填入 TTI 值計(jì)算表中,計(jì)算 TTI 值,把數(shù)據(jù)按表 -1-4的樣式列出。4. 根據(jù)計(jì)算結(jié)果,在埋藏史圖上標(biāo)出生油窗。5. 假定某圈閉從距今 100至 80百萬年前持續(xù)隆起形成的,試分析該圈

15、閉的有效性。 圖 -1-6 某鉆井地層柱狀圖6題目二 烴源巖有機(jī)質(zhì)成烴階段的劃分一、理論知識回顧油氣現(xiàn)代有機(jī)成因理論指出,油氣是由經(jīng)沉積埋藏作用保存在沉積物中的生物有機(jī)質(zhì), 經(jīng)過一定的生物化學(xué)、物理化學(xué)變化而形成的。富含有機(jī)物質(zhì)的細(xì)粒沉積物,隨著埋深加大, 溫度不斷升高,有機(jī)質(zhì)逐漸向油氣轉(zhuǎn)化。由于不同深度范圍內(nèi)促使有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化的條件不同, 致使其轉(zhuǎn)化的反應(yīng)過程和主要產(chǎn)物具有明顯的區(qū)別,并使有機(jī)質(zhì)向石油轉(zhuǎn)化過程具有明顯的 階段性。烴源巖中有機(jī)質(zhì)的豐富程度和向油氣的轉(zhuǎn)化程度可以通過某些反映有機(jī)質(zhì)豐度和成熟度 的參數(shù)表現(xiàn)出來。1. 常用的有機(jī)質(zhì)豐度指標(biāo)目前常用的有機(jī)質(zhì)豐度指標(biāo)主要包括有機(jī)碳含量 (TO

16、C、氯仿瀝青“ A ” 、總烴 (HC含量 和巖石熱解生烴潛量(S1+S2等,這些指標(biāo)數(shù)值越大,意味著有機(jī)質(zhì)越豐富,通常這比較有 利于油氣的生成。對于泥質(zhì)烴源巖來說,評價(jià)其有機(jī)質(zhì)豐度的標(biāo)準(zhǔn)可參考表 -2-1。應(yīng)注意的是,巖石中 TOC 若太高(>3% ,會(huì)造成無潛力碳多,并非好烴源巖。但 TOC 太低,顯然也不行。巖石 中的“ A ”含量,與有機(jī)質(zhì)豐度、類型、成熟度都有關(guān),其中受成熟度影響比較大,相互對比 時(shí)應(yīng)考慮大體為同一演化階段。表 -2-1 泥質(zhì)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 2. 常用的有機(jī)質(zhì)成熟度指標(biāo)用于評價(jià)烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟度的常見指標(biāo)有鏡質(zhì)體反射率 (Ro、熱變指數(shù)(TAI 、瀝

17、青 轉(zhuǎn)化率或烴轉(zhuǎn)化率、 CPI 值(碳優(yōu)勢指數(shù) 、 OEP 值(奇偶優(yōu)勢比 、時(shí)間 -溫度指數(shù) (TTI等。 鏡質(zhì)體反射率是一項(xiàng)確定有機(jī)質(zhì)成熟度劃分油氣形成階段十分有效的指標(biāo)。但因不同類 型干酪根具有不同化學(xué)結(jié)構(gòu),達(dá)到各演化階段所需的地溫條件不同,因而在應(yīng)用鏡質(zhì)體反射 率判斷有機(jī)質(zhì)的成熟度時(shí),對不同類型的干酪根應(yīng)有所區(qū)別(圖 -2-1 。熱變指數(shù)(TAI 分五個(gè)級別:1級 未變化,有機(jī)殘?jiān)庶S色; 2級 輕微熱變質(zhì),呈桔 色; 3級 中等熱變質(zhì),呈棕色或褐色; 4級 強(qiáng)變質(zhì),呈黑色; 5級 強(qiáng)烈熱變質(zhì),除有機(jī)殘 渣呈黑色外, 另有巖石變質(zhì)現(xiàn)象。 石油、 濕氣和凝析氣生成階段的熱變質(zhì)指數(shù)約介于

18、2.53.778之間。瀝青轉(zhuǎn)化率(氯仿瀝青“ A ” /有機(jī)碳或烴轉(zhuǎn)化率(總烴 /有機(jī)碳隨烴源巖的埋藏演化 發(fā)生有規(guī)律的變化,據(jù)此可以準(zhǔn)確劃 分有機(jī)質(zhì)的演化階段。在淺層這兩個(gè) 指標(biāo)增長緩慢,超過一定深度(生烴 門限后,快速增加直到最大值,對 應(yīng)生烴高峰。深度繼續(xù)增加,二指標(biāo) 逐漸減小到非常低。當(dāng)有機(jī)質(zhì)達(dá)更高 的演化階段,高溫裂解使液態(tài)烴和其 它石油組分逐漸消失。OEP (奇偶優(yōu)勢比和 CPI (碳優(yōu) 勢指數(shù) 是將巖石抽提物中 C 23C34奇、偶碳原子正烷烴的相對豐度按下列公式 ( -2-1, -2-2 計(jì)算的參數(shù), 用以粗略估計(jì)原油成熟度,兩參數(shù)可對比使用。在近代沉積物中,烴源巖未成熟,正烷

19、烴奇碳優(yōu)勢明顯, OEP >1.2, CPI 分布在 2.45.5之間。隨著埋藏深度加大,至熱催化 生油氣階段,干酪根熱解產(chǎn)生沒有奇碳或偶碳優(yōu)勢的正烷烴, OEP 、 CPI 均小于 1.2;在主要生 油帶, CPI 值降低到 1.0左右。11(3142446+-+=i i i i i i C C C C C OEP ; 常用的幾種成熟度指標(biāo)的大小與有機(jī)質(zhì)演化階段的對應(yīng)關(guān)系如表 -2-2所示。表 -2-2 常用的有機(jī)質(zhì)成熟度指標(biāo)與有機(jī)質(zhì)演化階段的對應(yīng)關(guān)系 二、本次習(xí)題的目的、資料說明及習(xí)題要求1. 本次習(xí)題的目的烴源巖有機(jī)質(zhì)演化曲線的編制和成烴階段的劃分對研究含油氣盆地油氣成因理論、計(jì)算

20、 生油量和評價(jià)含油氣遠(yuǎn)景、以及指導(dǎo)油氣勘探等均具有重要意義。通過對給定樣品的地球化學(xué)分析數(shù)據(jù),分析有機(jī)質(zhì)巖演化特征,加深對學(xué)過的理論和方法的理解和掌握。2. 資料說明及習(xí)題要求對某油田 Y88-7井取樣分析地化特征,得到各種指標(biāo)數(shù)據(jù)如表 -2-3所示。已知該井區(qū) 主要發(fā)育砂泥巖地層。 閱讀表 - 2-3, 初步了解各地球化學(xué)指標(biāo)隨埋深增加的變化規(guī)律, 在方 格紙上以深度為縱坐標(biāo),各地球化學(xué)指標(biāo)為橫坐標(biāo),選取合適的比例尺,作各地球化學(xué)指標(biāo) 與埋深的關(guān)系曲線。根據(jù)所繪制關(guān)系曲線劃分有機(jī)質(zhì)成烴階段,并對各階段基本特征用表格 加以小結(jié)。表 -2-3 Y88-7井地球化學(xué)指標(biāo)數(shù)據(jù)表 繪圖比例尺要求如下:

21、縱坐標(biāo):深度 1厘米 =100米。橫坐標(biāo):有機(jī)碳 1厘米 =0.5%; 總烴 /有機(jī)碳 1厘米 =100毫克;氯仿瀝青“ A ” 1厘米 =200毫克 /100克巖石; 飽和烴 1厘米 =100毫克 /100克巖石;芳香烴 1厘米 =100毫克 /100克巖石; CPI 1厘米 =0.5; R O 1厘米 =1.0%。9題目三 構(gòu)造圖和砂巖等厚圖的編繪及圈閉分析一、習(xí)題目的關(guān)于圈閉及油氣藏的一些基本知識在前文中已有介紹,本次習(xí)題旨在掌握應(yīng)用鉆井資料 編繪構(gòu)造圖及砂巖等厚圖的方法,進(jìn)一步加深對有關(guān)圈閉及油氣藏知識的掌握和理解。 二、資料說明及習(xí)題要求1. 底圖見石資區(qū)井位圖(附圖 -6-1 ;數(shù)據(jù)見石資區(qū)鉆井資料