排烴效率計算參數的校正及其應用

閆海洋，李 理

（1. 大慶鉆探工程公司地質錄井一公司， 黑龍江 大慶 163411；　2. 中國石油集團長城鉆探工程有限公司蘇里格氣田分公司， 遼寧 盤錦124010）

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排烴效率計算參數的校正及其應用

閆海洋1，李 理2

（1. 大慶鉆探工程公司地質錄井一公司， 黑龍江 大慶 163411；2. 中國石油集團長城鉆探工程有限公司蘇里格氣田分公司， 遼寧 盤錦124010）

近年來人們通常利用常規地化資料結合物質平衡法對排烴效率進行計算，但由于巖石熱解實驗流程的原因導致一部分沸點超過300 ℃的重烴和一部分膠質-瀝青質高溫熱分解產生的烴進入到裂解烴S2中（此兩部分記為ΔS2），使得殘留烴量（S1）被評價低了，干酪根潛在生烴能力（S2）被評價高了，使得應用校正前的熱解參數計算得到的排烴效率比真實值偏高。利用已有的氯仿瀝青“A”與族組成數據對熱解參數進行校正，結合化學動力學法對松遼盆地J86井青一段泥巖進行了排烴效率計算。結果表明校正前后的排烴效率差別很大，排烴效率計算中參數的校正非常有必要，J86井校正后排烴效率比校正前的低15.7%；且干酪根類型越差，校正前后排烴效率相差的越多，Ⅱ型干酪根熱解參數校正前排烴效率比校正后的高69.8%。

排烴效率；原始生烴潛力恢復；S2校正；化學動力學

排烴效率是油氣資源評價過程中的重要參數之一，目前人們可以通過建立壓實、多項滲流等排烴模型［1，2］，用熱模擬實驗裝置進行烴源巖的生排烴模擬實驗［3-5］，或結合靶區地化數據與地質資料來進行分析，計算排烴效率。然而排烴研究涉及的學科面廣，且實驗室模擬的排烴與地質條件下差異巨大，實驗條件的不同：開放體系與半開放體系，低溫與高溫、有水條件與無水條件、加壓與不加壓（地靜壓力、流體壓力）、樣品粉碎與不粉碎，致使源巖排烴量的計算模型及實驗模擬得到的排烴效率各不相同。

近年來人們將源巖的生、排烴機理與物質平衡原理相結合，應用常規地球化學資料對排烴效率進行計算，所需資料較易獲得，可應用于任何勘探程度的地區。但由于地化資料中的熱解數據中S1、S2并不能完全代表源巖中的殘留烴與干酪根殘余生烴潛量，使得計算出的生烴量與殘留烴量并不準確，對排烴效率的計算有著較大的影響。本文通過對比抽提前后熱解參數的方法對源巖熱解參數進行了校正，用校正前后的熱解參數結合物質平衡法對松遼盆地齊家凹陷 J86井進行了排烴效率的計算與對比，結果顯示利用校正前后熱解參數計算出的排烴效率相差很大，對熱解參數進行校正很有必要。

1　巖石熱解數據的校正

自Tissot等20世紀70年代提出“干酪根晚期熱降解生烴”理論以來，地化專家們試圖建立一種快速簡便的實驗方法來定量評價干酪根的生烴量，巖石熱解技術應運而生。法國石油研究院研制的Rock-Eval II型、VI型熱解儀通過對粉碎后巖樣進行熱解得到殘留烴S1、裂解烴S2及Tmax等參數。該熱解方法具有經濟快捷等特點，在烴源巖定量評價中得到了廣泛應用［6-9］。由于熱解分析條件所限，裂解烴（S2）量中包含一部分高碳數烴類和膠質、瀝青質裂解烴量；用S1來代表巖石中的殘留烴，會忽略一部分沸點高于300 ℃的高碳數烴。用校正后的S2值來進行原始生烴潛力評價和生烴量計算，更接近地質實際。

巖石熱解技術在烴源巖定性、定量評價領域已得到了廣泛應用。但由于實驗流程的原因導致一部分沸點超過 300 ℃的重烴和一部分膠質-瀝青質高溫熱分解產生的烴進入到裂解烴S2中（此兩部分記為ΔS2），使得殘留烴量（S1）被評價低了，干酪根潛在生烴能力（S2）被評價高了。進而會對以上述參數為研究基礎的頁巖含烴量、有機質類型、烴源巖生烴量、有機質成熟度等評價結果產生影響。本文選取不同埋藏深度樣品，首先將樣品粉碎，混合均勻，將樣品分為兩份，一份直接進行熱解，另一份先進行氯仿瀝青“A”抽提，然后進行熱解，將ΔS2（S2-S2抽提后）加在S1上當做殘留烴，用S2抽提后當做源巖干酪根剩余殘余生烴潛量，來對熱解參數進行校正（圖1）。

圖1　熱解參數的烴類組分分布Fig.1 Hydrocarbon component distribution of pyrolysis parameters diagram

圖2　（S2-（HC總烴-S1））與抽提后S2相關關系圖Fig.2 Original （S2-（HC總烴-S1）） and extractive S2diagram

當沒有進行抽提前后熱解實驗時，用現有的熱解數據與氯仿瀝青“A”、族組分數據、HC總烴（mg/g巖石）=“A”（%）×10×K飽+芳，（K飽+芳為“A”中飽和烴與芳烴所占比例）數據亦可對 S2進行校正，S2校正后=S2-（（HC總烴-S1））本文用Ro為0.5%～0.7%的18個樣品，進行了抽提前后熱解、氯仿瀝青“A”與族組分分析，如圖2可見此方法對于低成熟樣品也可以應用。

2　排烴效率的計算

排烴效率（F排）可用排烴量除以生烴量來進行定量計算，如式（1）所示。其中，為烴源巖的原始生烴潛力（mg HC/g 巖石），可由殘余生烴潛力進行恢復計算，如式（2）-（6）.其中：式（2）中IH（mg HC/g TOC）為樣品現今氫指數，F為生烴轉化率， IH0′（mg HC/g TOC）為現今有機質的原始氫指數；式（5）中B0（mg HC/g 巖石）為原生瀝青量，ΔS（mg HC/g 巖石）為現今單位有機碳的排烴量；式（6）中1.2為有機質轉化為有機碳的系數；式（3）是I0′轉化為相對原始有機質豐度H的氫指數。上述參數中生烴轉化率F的確定最為關鍵，本文利用化學動力學法對排烴效率F排進行了計算［10］，計算結果見圖3。

圖3　J86井生烴轉化率剖面圖Fig.3 J 86# Hydrocarbon conversion profile

TOC0：原始有機質豐度；

F ：生烴轉化率；

B0：原生瀝青；

獲得了烴源巖的原始生烴潛力，結合現今生烴潛力對J86井青一段泥巖的排烴效率進行了定量計算。由計算結果圖4可以看出，使用校正前熱解參數計算的平均生烴量為14.5 mg/g，排烴量為13.7 mg/g，排烴效率為94.2%；而使用校正后熱解參數計算的平均生烴量為 12.9 mg/g，排烴量為 9.9 mg/g，排烴效率為76.7%。Ⅱ型干酪根熱解參數校正前排烴效率平均值為91.3%，校正后排烴效率平均值為21.5%，相差69.8%，可見使用校正后熱解參數計算排烴效率是很有必要的。

圖4　J86井排烴效率計算地化剖面圖Fig.4 J 86# Geochemical profile

3　結 論

（1）巖石熱解技術由于實驗流程的原因導致一部分沸點超過 300 ℃的重烴和一部分膠質-瀝青質高溫熱分解產生的烴進入到裂解烴S2中，使得殘留烴量（S1）被評價低了，干酪根潛在生烴能力（S2）被評價高了，熱解參數需要用抽提前后熱解的方式來進行校正，在沒有抽提前后熱解參數實驗的情況下，可以用氯仿抽提與熱解實驗的方法進行代替。

（2）由J86井校正前后排烴效率可以看出，熱解參數校正前的排烴效率平均值為94.2%，校正后為76.7%，校正前后排烴效率相差17.5%，且干酪根類型越差，校正前后排烴效率相差越大。利用校正后熱解參數對排烴效率進行計算十分必要。

［1］ 田世澄.再論油氣初次運移量計算及其參數選取［J］.地球科學，1990，15（1）：9-14.

［2］ Ubgerer P.， Burrus J.， Dologez B.， et al. Basin Evaluation By Integrated Two-dimensional Modeling of Heat Transfer， Fluid Flow， Hydrocarbon Generation， and Migration （ 1 ） ［J］. AAPG Bulletin， 1990， 74 （ 3 ） ： 309-335.

［3］ 劉曉艷，黨長濤，王淑瑛，等.源巖成氣熱壓模擬實驗產物特征［J］.大慶石油地質與開發，1993，12（3）：18-21+5.

［4］ 劉曉艷，黨長濤，伍如意.生油巖演化實驗模擬條件探討［J］.大慶石油地質與開發，1994，13（4）：13-15+75.

［5］ Banerjee A.， Sinha A.K.， Jain A.K.， Thomas N.J.， Misra K.N.，Kuldeep Chandra. A mathematicccal representation of Rock-Eval hydrogen index vs Tmax profiles［J］. Organic Geochemistry，Issues 1–2， 30 January， 1998，28： 43-55.

［6］ Rahman M.， Herod A.A.， Kandiyoti R. Correlation of the Rock-Eval hydrocarbon index with yields of pyrolysis oils and volatiles determined in a wire-mesh reactor［J］. Fuel， Issue 2，January 2000， 79：201-205.

［7］ Copard Y.， Disnar J.R.， Becq-Giraudon J.F. Erroneous maturity assessment given by Tmax and HI Rock-Eval parameters on highly mature weathered coals［J］. International Journal of Coal Geology，Issue 1， February 2002，49： 57-65.

［8］ Copard Y.， Disnar J.R.， Becq-Giraudon J.F. Erroneous maturity assessment given by Tmax and HI Rock-Eval parameters on highly mature weathered coals［J］. International Journal of Coal Geology，Issue 1， February 2002， 49：57-65.

［9］田善思.排烴效率研究方法及松遼盆地烴源巖排烴效率［D］.大慶：東北石油大學， 2013.

［10］ 李吉君，吳慧，盧雙舫，等.鄂爾多斯盆地長9烴源巖發育與排烴效率［J］. 吉林大學學報，2012，42（S1）：26～32.

Calibration and Application of Parameters to Calculate Hydrocarbon Expulsion Efficiency

YAN Hai-yang1，LI Li2
（1. Daqing Drilling Engineering Company Geological Logging No.1 Branch, Heilongjiang Daqing 163411，China；2. Sulige Gas Field Branch of CNPC Great Wall drilling company, Liaoning Panjin 124010，China）

Expulsion efficiency is traditionally calculated by material balancing with standard geochemistry data. However, the original parameter values by rock pyrolysis experiment are inadequate for this way. Two keys neglected in the progress of rock pyrolysis experiment: heavy hydrocarbons with boiling points over 300 ℃, hydrocarbons formed during thermal decomposition of gum asphalt are considered part of S2(marked ΔS2), which reduces the value of S1and increases the value of S2.Thus, expulsion efficiency obtained by primary pyrolysis parameters is higher than true value. In this paper, pyrolysis parameters were calibrated, then the expulsion efficiency of mudstones in Qing Ⅰ Member of J 86# was calculated with the corrected parameters and chemical kinetics. The studies show that the expulsion efficiencies obtained by the corrected parameters and the original ones are significantly different, the calibration of pyrolysis parameters is quite necessary. The data show that the expulsion efficiency of Jin 86# is decreased by 15.7%, and the poorer the kerogen type, the lower the reduction rate (kerogenⅡup to 69.8%).

hydrocarbon expulsion efficiency; the original potential of hydrocarbon generation; S2calibration; chemical kinetics

閆海洋（1986-），男，黑龍江省大慶市人，2006年畢業于東北石油大學地球化學專業，研究方向：從事地質錄井工作。E-mail：515164231@qq.com

TQ 018

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1671-0460（2016）05-0983-03

2016-03-07