地質(zhì)過(guò)程中的定量方法與計(jì)算技術(shù)-生烴史

生烴史生烴史模擬的功能重建油氣盆地的烴內(nèi)成熟史和生成歷史。它是盆地模擬和油氣資源評(píng)價(jià)的重要組成部分生烴史的發(fā)展80年代，熱壓模擬技術(shù)70年代，Tissot&Espitalie

研制出了巖石熱解評(píng)價(jià)儀Rock_Eval

60年代，Tissot（1969）

建立熱降解化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型生烴史化學(xué)動(dòng)力學(xué)法：

單組分(烴)多組分(C1,C2-5,C6-C14,C15+)熱解模擬法：

Rock-Eval熱解儀評(píng)價(jià)結(jié)果熱壓模擬結(jié)果生烴史化學(xué)動(dòng)力學(xué)法藻類(lèi)木質(zhì)植物葉細(xì)菌初石油惰性干酪根氣性干酪根油性干酪根油氣氣石墨油性干酪根+氫油氣性干酪根+氫油油+氫油TTI史的計(jì)算埋深Ro(%)tTTIi根據(jù)獲取的點(diǎn)集(Roi,TTIi)，建立回歸方程TTIRo(%)Ro史的計(jì)算埋深0.73T（Ma）0.50.320.26要求已知：Ro-TTI史和TTI史生烴史降解率計(jì)算公式：

化學(xué)動(dòng)力學(xué)法平行一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程：

dX/dt=-kiXij阿侖尼烏斯公式(Arrhenius)：ki=Aiexp(Ei

/RT)k22k25k21k26k23k24k24k25k26k11k12k13k14k15k16Kerogenk21k22k23CO2H2OH2SO2H2SGasGasH2SSO2H2H2OCO2Gas=CH4=0oil干酪根熱解過(guò)程的化學(xué)動(dòng)力學(xué)方程組成油階段上式是一dX/dt=f(X)的微分方程，可用四階龍格-庫(kù)塔法解和積分法求解時(shí)要用到參數(shù)A1i、E1i、Xi,以及Xi0，有兩種途徑：1借用(Tissot)；2實(shí)測(cè)(熱摸擬數(shù)據(jù))四階龍格-庫(kù)塔法(Runge-kutta)積分法由于龍格-庫(kù)塔法在古地溫大于110oC時(shí)，其中的f1~f4容易出現(xiàn)沸點(diǎn)溢出。如果縮小步長(zhǎng)來(lái)防止溢出，又會(huì)增加相當(dāng)?shù)挠?jì)算時(shí)間。積分法可以避免這種致命的弱點(diǎn)。由動(dòng)力學(xué)方程組第一式，求積分有上式是一個(gè)收斂的無(wú)窮級(jí)數(shù)，若Tk到Tk+1變化較小時(shí)，可以近似的取前四項(xiàng)，則有以埋藏史為路徑，根據(jù)地史模型所得的t和熱史模型所得的T，按上式可計(jì)算出對(duì)應(yīng)于埋藏時(shí)間的t1,t2,…,Xi,1,Xi,2,…,至今。Xi

初始值Xi,0=Xi0，可由Tissot所給的數(shù)據(jù)表中給出。降解率的計(jì)算對(duì)于每個(gè)埋藏時(shí)間，可降解干酪根的降解率為：如果假定最終產(chǎn)物僅為氣一種，則上式可寫(xiě)為單位生油量單位生氣量+單位生烴量=對(duì)于3種干酪根而言，在具體應(yīng)用時(shí)，對(duì)于每個(gè)埋藏時(shí)間tk+1有同理，有設(shè)p1，p2，p3分別為3種干酪根在生油層中所占的比例，則有成氣階段在j=1的情況下，化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程組的第3和第4方程合并，得上式是dX/dt=f(X)的微分方程，可用4階龍格-庫(kù)塔法解和積分法求解.四階龍格-庫(kù)塔法(Runge-kutta)解法如前所述。積分法與成油階段積分法的區(qū)別：1、成油階段計(jì)算時(shí)，僅計(jì)算化學(xué)動(dòng)力學(xué)反成組的一個(gè)方程組。2、而成氣階段計(jì)算時(shí)，要聯(lián)立求解化學(xué)動(dòng)力學(xué)方程組的其于3個(gè)方程。由上可見(jiàn)單位生氣量U1是由化學(xué)動(dòng)力學(xué)方程組聯(lián)力求解而得。至此，已完成了用積分法進(jìn)行單井某生油層頂界的Ug史的計(jì)算。同理，可求出某生油層底界的Ug史。至此，關(guān)于化學(xué)動(dòng)力學(xué)方程組的2種解法介紹完畢。生烴量史生烴量史是指每一個(gè)生油層的生油強(qiáng)度、生油量史、含油飽和度史、生氣強(qiáng)度史、生氣量史和含氣飽和度史。由前述內(nèi)容可知，可由1TTI~Ro法獲得；2化學(xué)動(dòng)力學(xué)法。烴類(lèi)成熟史生烴量史基于TTI~Ro法，可通過(guò)降解率~Ro或生烴率~Ro曲線來(lái)計(jì)算生烴量；2基于化學(xué)動(dòng)力學(xué)法所得的熱解率史表示時(shí)，可直接計(jì)算生烴量。生油量計(jì)算已知降解率~Ro圖版的情況對(duì)于某單井生油層的生油強(qiáng)度公式為生油強(qiáng)度生油層頂?shù)椎腞o生油層頂?shù)椎穆裆钌蛯觾?nèi)暗色泥巖厚度暗色泥巖相對(duì)密度殘余有機(jī)碳降解率恢復(fù)系數(shù)由上式有假設(shè)，各類(lèi)干酪根在生油層中所占的比例為生油量某生油層(S~K)生油量史t(Ma)某生油層平面圖生油強(qiáng)度等值線已知生油率~Ro圖版的情況生油量計(jì)算對(duì)于某單井生油層的生油強(qiáng)度公式為生油強(qiáng)度生油層頂?shù)椎腞o生油層頂?shù)椎穆裆钌蛯觾?nèi)暗色泥巖厚度暗色泥巖相對(duì)密度殘余有機(jī)碳恢復(fù)系數(shù)生油率生氣量計(jì)算已知降解率~Ro圖版的情況對(duì)于某單井生氣層的生氣強(qiáng)度公式為生氣強(qiáng)度生油層頂?shù)椎腞o生油層頂?shù)椎穆裆钌蛯觾?nèi)暗色泥巖厚度暗色泥巖相對(duì)密度殘余有機(jī)碳生氣率假設(shè)，各類(lèi)干酪根在生氣層中所占的比例為生氣量計(jì)算未知降解率~Ro圖版的情況對(duì)于某單井生氣層的生氣強(qiáng)度公式為生氣強(qiáng)度生油層頂?shù)椎腞o生油層頂?shù)椎穆裆钌蛯觾?nèi)暗色泥巖厚度暗色泥巖相對(duì)密度殘余有機(jī)碳基于降解率史的生烴量計(jì)算因?yàn)榻到饴适怯苫瘜W(xué)動(dòng)力學(xué)獲得。所以，本方法涉及的不是降解率~Ro圖版，而是各類(lèi)干酪根的活化能、頻率因子、生烴潛能等熱模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)于某單井生氣層的生氣強(qiáng)度公式為生氣強(qiáng)度生油層頂?shù)椎慕到饴手瞪蛯禹數(shù)椎穆裆钌蛯觾?nèi)暗色泥巖厚度暗色泥巖相對(duì)密度殘余有機(jī)碳降解率注意：由于D已經(jīng)過(guò)各類(lèi)干酪根的加權(quán)平均處理生油量計(jì)算對(duì)于某單井生油層的生油強(qiáng)度公式為生氣在生烴中的比例生氣量計(jì)算對(duì)于某單井生油層的生氣強(qiáng)度公式為油氣轉(zhuǎn)換（m3/t）同理，可求出各探區(qū)的總生烴量至此，生烴史的計(jì)算基本完成。生烴史累積降解率史生烴史瞬時(shí)生烴史生烴史生烴潛量活化能頻率因子（指前因子）影響生烴量的主要參數(shù)(化學(xué)動(dòng)力學(xué)法)生烴史應(yīng)用Rock-Eval熱解儀評(píng)價(jià)結(jié)果計(jì)算生烴量應(yīng)用熱壓模擬結(jié)果計(jì)算生烴量熱解模擬法生烴史

應(yīng)用Rock-Eval熱解儀評(píng)價(jià)結(jié)果計(jì)算生烴量熱解模擬法起源：法國(guó)石油研究院Tissot和Espitalie綜合前人熱解試驗(yàn)的結(jié)果，花費(fèi)五年的時(shí)間研制出來(lái)巖石評(píng)價(jià)儀(Rock-Eval)

特點(diǎn)：能快速熱解烴源巖，測(cè)量其中的有機(jī)質(zhì)熱揮發(fā)和降解的烴類(lèi)以及有機(jī)二氧化碳的量。儀器：1978-1984法國(guó)DELSI共生產(chǎn)3種類(lèi)型儀器Ⅰ型(Rock-Eval)

Ⅱ型(Rock-Evalamicroprocesseur)

Ⅲ型(OilShowAnalyszer)

生烴史應(yīng)用Rock-Eval熱解儀評(píng)價(jià)結(jié)果計(jì)算生烴量可溶烴S1=A1巖..Q標(biāo)/A2標(biāo)熱解烴

S2=A2巖..Q標(biāo)/A2標(biāo)有機(jī)二氧化碳

S3=(A3巖-

A3空)Q標(biāo)/

(A3標(biāo)

-

A3空)產(chǎn)油潛量

Pg=S1+

S2

有效碳、總有機(jī)碳

Cp=0.083(S1+

S2)

CTOC=Cp+

C殘降解率

D=Cp/CTOC*100Tmax:P2峰峰頂溫度生烴史降解率曲線圖版生烴史Tmax

與Ro

的關(guān)系生烴史降解率——Ro關(guān)系曲線計(jì)算生烴史E=———(Z2-Z1)*Pm**Cr*Cf

*Pk

*—*dRoRo2-Ro110-8Dk0.083Cf=100/(100-D0k)Q=E*AE:生烴強(qiáng)度Cr:殘余有機(jī)碳含量Q：生烴總量Cf:恢復(fù)系數(shù)Ro1、Ro2：烴源巖頂?shù)椎腞o值:有效烴源巖密度Dk：第k種干酪根的累計(jì)降解率Pm:烴源巖中有效烴源巖含量D0k：第k種干酪根的現(xiàn)今降解率Z1、Z2:生油層頂?shù)茁裆頟k

：第k種干酪根的含量A：有效烴源巖分布面積E=E1+E2+…+EnN種干酪根生烴史降解率、氣態(tài)烴/總烴與Ro關(guān)系曲線生烴史應(yīng)用熱壓模擬結(jié)果計(jì)算生烴量產(chǎn)油率曲線產(chǎn)氣率曲線生烴史應(yīng)用熱壓模擬結(jié)果計(jì)算生烴量產(chǎn)油率曲線生烴史碳恢復(fù)系數(shù)的求取生烴史碳恢復(fù)系數(shù)的求取Cf=CTOC/CrCr=(100-D)*CTOC/100Cf

=100/(100-D)D——降解率；CTOC——總有機(jī)碳；Cr——?dú)堄嘤袡C(jī)碳。生烴史總有機(jī)碳CTOC的求取利用測(cè)井技術(shù)求總有機(jī)碳基本原理源巖含有固體有機(jī)質(zhì)，有機(jī)質(zhì)富含有機(jī)碳，所有有機(jī)碳具有密度低和吸附性強(qiáng)等特點(diǎn)。有異常反應(yīng)的主要測(cè)井曲線自然伽瑪曲線：該曲線上表現(xiàn)為異常高。密度與聲波時(shí)差曲線：密度曲線表現(xiàn)為低異常，聲波時(shí)差表現(xiàn)為低速（高時(shí)差）異常。電阻率曲線：成熟源巖由于含有液態(tài)烴，曲線上表現(xiàn)為高異常。LogR=log(R/Rbase)+0.02(t-tbase)LogR=log(R/Rbase)+0.02(

b-base)

LogR=log(R/Rbase)+4.0(N-base)

聲波時(shí)差密度曲線中子曲線LogR的定義利用Log

R技術(shù)計(jì)算TOC這一技術(shù)是美國(guó)Exxon石油公司開(kāi)發(fā)出來(lái)的，1979年投入試用。后成功應(yīng)用與世界許多地區(qū)，該技術(shù)用到3種曲線：1、自然伽瑪曲線2、密度與聲波時(shí)差曲線3、電阻率曲線確定基線位置（以聲波時(shí)差為例）確定基線：

正常情況下，非源巖層的聲波時(shí)差位置與電阻率曲線是重疊的，這個(gè)重疊段就是基線位置。坐標(biāo)定位：

要求聲波時(shí)差坐標(biāo)與電阻率一致。

識(shí)別非源巖層：聲波時(shí)差和電阻率正常位置就是基線位置。生烴史總有機(jī)碳CTOC的求取

logR=

log(R/Rbase)+0.02(t-

tbase)TOC=(

logR)*10a

a=

2.297-0.1688LOMlogRTOC%LOM12LOM9LOM10LOM7TOC與logR關(guān)系(Passey等,1990)生烴史烴源巖厚度有機(jī)碳含量成熟度（Ro）降解率（產(chǎn)油產(chǎn)氣率）影響生烴量的主要參數(shù)（熱降解法）謝謝

成烴動(dòng)力學(xué)模型有如下幾種：

1.總包反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型2.串聯(lián)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型3.平行一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型

4.串聯(lián)平行一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型成烴動(dòng)力學(xué)模型溫度濃度濃度濃度濃度溫度溫度溫度一般反應(yīng)NO的氧化反應(yīng)酶反應(yīng)爆炸反應(yīng)濃度溫度反應(yīng)速率和溫度關(guān)系的幾種類(lèi)型

干酪根類(lèi)型Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

資料來(lái)源

平均活化能E(KJ/mol)188-251125-18884-125黃第藩等（1984）204-234192-234196-250Ungerer(1990)一些自然樣品的成烴活化能顯微組分的動(dòng)力學(xué)參數(shù)（據(jù)盧雙坊等，1995）Lopatin(1971)提出以煤化作用為基礎(chǔ)動(dòng)力學(xué)模式動(dòng)力學(xué)參數(shù)的確定Waples(1980)又進(jìn)行了改進(jìn)實(shí)驗(yàn)熱解研究1.開(kāi)放系統(tǒng)的熱解;2.封閉系統(tǒng)的熱解。（水熱解，無(wú)水熱解）

成烴動(dòng)力學(xué)模型1.總包反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型2.串聯(lián)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型3.平行一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型

4.串聯(lián)平行一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型

Hood（1975）和Lopatin（1976）將時(shí)間－溫度指數(shù)與各個(gè)生油期作了推理性聯(lián)系起源于上世紀(jì)廿年代油頁(yè)巖和煤熱解動(dòng)力學(xué)的研究干酪根熱解動(dòng)力學(xué)模型吸收了油頁(yè)巖和煤的研究成果Tissot（1969）提出石油生成動(dòng)力學(xué)模式資源量計(jì)算Lopatin方法可不借助于計(jì)算機(jī)就能合理的預(yù)測(cè)鏡質(zhì)體的反射率，因而能在油氣勘探中被廣泛應(yīng)用。2.雖然這一方法可能是測(cè)量沉降過(guò)程中的沉積盆地所經(jīng)歷的熱應(yīng)力的一種好方法，但未必也是估量生油的好方法。1.這一方法的內(nèi)在前提條件，即各種類(lèi)型的干酪根在生油過(guò)程中鍵的裂解（熱裂解作用）與鏡質(zhì)體成熟過(guò)程中鍵的形成（芳香基濃縮作用）是相同的，很明顯是過(guò)于簡(jiǎn)化了的。Lopatin(1971)提出了有關(guān)鏡質(zhì)體顯微組分的反射率隨煤階增高而變化的動(dòng)力學(xué)模式。此后，Lopatin和Bostick（1973）對(duì)該模式進(jìn)行了修改。這一模式用自然成熟的煤進(jìn)行了校正，并以反應(yīng)速率隨溫度每升高10℃而翻一翻的前提為基礎(chǔ)。褐煤長(zhǎng)焰煤氣煤肥煤焦煤瘦煤貧煤無(wú)煙煤源巖動(dòng)力學(xué)參數(shù)動(dòng)力學(xué)特征研究油族組成干酪根顯微組分動(dòng)力學(xué)模型應(yīng)用與資源量計(jì)算有機(jī)硫成烴動(dòng)力學(xué)可溶有機(jī)質(zhì)動(dòng)力學(xué)研究的主要進(jìn)展內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)熱解研究封閉系統(tǒng)的熱解開(kāi)放系統(tǒng)的水熱解用運(yùn)動(dòng)氣流將汽化物帶入到一個(gè)外部檢驗(yàn)器用外部冷卻容器將自動(dòng)清除的汽化產(chǎn)物冷凝成液體水熱解Lewan（1985）首先提出了研究天然石油生成動(dòng)力學(xué)的恒溫水熱解實(shí)驗(yàn)方法由這實(shí)驗(yàn)方法得出2個(gè)重要結(jié)論：①Ⅱ型干酪根的生油速率會(huì)有顯著的變化；②Ⅱ型干酪根的生油速率部分因含有機(jī)硫而升高把開(kāi)放無(wú)水熱解的非恒溫法用于天然生油動(dòng)力學(xué)研究首先是由Ungerer（1984）提出的水熱解無(wú)水熱解水熱解無(wú)水熱解它是標(biāo)定二次裂解唯一可行的途徑它是標(biāo)定初次裂解的主要方法Ungerer等（1986）采用的離散分布這種方法假設(shè)了生烴過(guò)程有許多一級(jí)并列反應(yīng)組成，它們具有相同的頻率因子，但有不同的活化能，而這些活化能在整體上又具有高斯分布的特點(diǎn)Braumt和Burnham(1987)的討論中考慮了高斯分布離散分布比高斯分布能更好地?cái)M合實(shí)驗(yàn)資料，但當(dāng)與地質(zhì)條件對(duì)比時(shí)，高斯分布預(yù)測(cè)的主要生烴溫度要比離散分布預(yù)測(cè)的低10－15℃。比較水熱解法與生油巖評(píng)價(jià)儀熱解法分解干酪根的總烴演化為基礎(chǔ)的動(dòng)力學(xué)分析法不同生油巖評(píng)價(jià)儀熱解法不能區(qū)分瀝青、油和氣，因此與水熱解動(dòng)力學(xué)相比可獲得較寬的生油窗Burnham等（1987）。它能更準(zhǔn)確的模擬自然，并可確定瀝青部分分解的石油生成的動(dòng)力學(xué)特征（Lewan）。水熱解法與生油巖評(píng)價(jià)儀熱解法的動(dòng)力學(xué)分析法的結(jié)果差別可抽提不穩(wěn)定鍵破裂脫官能團(tuán)模型解聚模型惰性骨架惰性骨架惰性骨架不穩(wěn)定鍵破裂不可抽提A連續(xù)反應(yīng)B平行獨(dú)立反應(yīng)進(jìn)一步裂解為相同的碎片裂解為相同的碎片干酪根熱裂解的脫官能團(tuán)模型和解聚模型BARock-Eval熱解分析（a）不同加熱速率下的熱解峰（S2）（b）自然演化系列殘余烴潛力（HI）趨勢(shì)（HI與埋深）反演1高壓釜熱解（熱解產(chǎn)率與平均H/C，C15+，C6-C14，C2-C5，C1）二次裂解活化能的動(dòng)力學(xué)參數(shù)（A′，E′,aij）初次裂解活化能的詳細(xì)分布Rock-Eval熱解分析+選擇性冷阱熱解熱解峰（S2）細(xì)分初次裂解活化能的總體分布（E與頻率）反演3反演2熱解實(shí)驗(yàn)與動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算流程A=1.080E+26/m.y.;HI=843mg/gTOC;ErrFunction=0.052A=2.985E+27/m.y.;HI=540mg/gTOC;ErrFunction=0.017A=8.877E+26/m.y.;HI=852mg/gTOC;ErrFunction=0.017A=1.025E+27/m.y.