岩石热解油气组份综合评价仪的实验及其地质应用

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1、岩石热解油气组份综合评价仪的实验及其地质应用岩石热解油气组份综合评价仪的实验及其地质应用作者：杨仁政 刘涛 黄子舰 张百珍 【摘摘 要要】 油气组份综合评价仪是我厂最新研制生产的对岩石样品深度剖析的新型综合分析仪器。现已在大庆地质录井公司和研究院、吉林地质录井公司、南阳地质录井公司、 辽河地质录井公司、华北地质录井公司等单位使用，效果较好。本文对仪器的性能作了的实验，对仪器分析资料的地化应用也作了比较全面的介绍。 【主题词主题词】气相色谱 单体烃 污染 水淹层 烃源岩 储集岩 前前 言言 石油钻探是一项耗资巨大而又风险极高的工程，如何以最小的投资钻达目的层，即钻井系统的优化问题，始终是钻探工

2、程的永恒主题。钻井的目的是要出油、出气，而录井的目的是发现油气层，最终评价油气层。录井是一项随钻技术，录井技术水平的高低一直是关系到少投入多产出 的重大问题，也是录井工作者非常关注的问题。随着钻井技术的进步，油藏种类的增加，为录井工作提出了新的课题，给录井技术人员正确评价生储油岩带来很大困 难。为了进一步提高录井工作水平，必须有更好的仪器设备来为录井工作服务。我厂科技人员经过多年的潜心研究，在油气显示评价仪和残余碳分析仪的基础上，研 制生产了岩石热解油气组份综合评价仪。它是一种对岩石样品进行深度剖析的新型分析仪器。共有两种型号，型为科研型，它的特点是：1.使用同一块样品，不 仅可实现油气显示评

3、价仪的功能（即分析出的气态烃 S0、热蒸发烃 S1以及热解烃 S2的 总烃值），还可对其组份进行细分，分析出单体烃的含量，增加了被分析样品的信息量，能够更详细、真实、准确地对烃源岩、储集岩进行评价，解释更多的地质疑 难问题。2.取消传统液氮捕集的方法，减少操作过程中的麻烦。型为现场型，可对热蒸发烃组份进行快速分析，为快快速找油、找气提供可靠依据。 仪器分析原理及地质参数的意义仪器分析原理及地质参数的意义 在一定地质条件下，烃源岩中的有机物一部分生成烃类，这些生成烃一部分运移到具有孔隙性的储集岩中，另一部分则 残留在烃源岩中。热蒸发烃就是在一定的分析条件下将岩样加热到 300，使其中的生成烃挥发

4、出来进行分析。将岩样继续加热到 600进行热解烃分析，这时 岩样中未生成烃的高聚合物的不溶有机质（干酪根）被分解成小分子化合物，在载气的携带下，进行分析。本文主要介绍热蒸发烃和热解烃组份分析的参数意义。 1.根据“岩石氯仿抽提物及原油饱和烃气相色谱分析方法”（SY/T5120-1997）对饱和烃的组 份分析方法，本仪器分析热蒸发烃组份可提供以下地化参数：（1）色谱分析曲线；（2）碳数范围；（3）主峰碳数；（4）碳优势指数（CPI 值）；（5）奇 偶优势（OEP）值；（6）C21-/C22+；（7）（C21+C22）/（C28+C29）；（8）Pr/nC17；（9）Ph/nC18；（10）Pr/

5、 Ph。这些地化参数无论是在石油地质勘探与开发，还是录井工作中对油气藏的评价，都具有非常重要的意义。 2.通过对热解烃分析，确定其化合物的组成，应用其丰富的信息和指纹特征来解释地质、地球化学的有关问 题，为石油勘探及地化录井服务的前景是非常广阔的。因为干酪根是生成石油的主要生油母质，在沉积岩有机质中占 80-95%。由于干酪根的不容性几乎不受外 来浸染烃的影响，所以其中蕴藏着的各种信息必然反映着原生母质的性质。而沥青质是干酪根热解成油的中间产物，它是烃源岩中具有代表性的原生有机质，它继承 了干酪根母体结构的特性。因此对干酪根和沥青质的分析研究具有重要的地质与地球化学意义。其中：异构烃/正构烃、

6、正构烃/芳烃、双取代苯/单取代苯、正构 烃/烷基苯和杂原子化合物含量等，都是有效的成熟度，母质类型、演化程度和沉积环境等的重要指标。 通过随钻分析不同类型油砂岩的热解色谱曲线，可以了解其中重组份中烃类的分布规律，确定不同类型油层（藏），以便更好地制定生产措施和合理开发油藏。 热解烃色谱分析可以获得三大类组份：正构烷烃和正构烯烃、芳烃化合物和杂原子化合物。不同类型的油砂岩有其不同的特点。 1）正构烷烃和正构烯烃：它们在图谱上总是成对地出现，同碳数者烯烃在前，烷烃在后，很有规律。正常油砂岩含有较高的正构烷烃和较低的正构烯烃。而稠油砂岩正好相反，含有较低的正构烷烃和较高的正构烯烃。 2） 芳烃化合物

7、：这类化合物主要是烷基苯，主要生源物是木质素（高等植物残体），也有部分是环状萜类脱氢氧化而成。在正常油砂岩中芳烃含量较低，以苯和单取代基苯占优势。而稠油砂岩含量较高，以多取代基苯占优势。 3） 杂原子化合物：如噻吩、吡啶、酚类等。它们和芳烃一样，与高等植物木质素的结构单元有关。主要包括硫、氮、氧三类化合物。正常油砂岩没有检出这类化合物，而稠油砂岩中则含有大量杂原子化合物。 油气组份综合评价仪性能实验油气组份综合评价仪性能实验 1.我们应用 YQZF-油气组份综合评价仪，选取吉林油田某井岩样进行分析，所得色谱图见图 1。 2.采用新颁布的国家二级岩石标准物质（3 号标样 S2=3.79mg/g

8、Tmax=436），使用美国 CD820 地化分析系统热解色谱法和我厂生产的 YQZF-油气组份综合评价仪进行对比分析，结果见图 2。 3.采用大庆油田某井岩样分别使用氯仿沥青“A”气相色谱法分析和我厂生产的 YQZF-油气组份综合评价仪直接进行岩样分析，分析结果见图 3。 热解谱图 蒸发烃组份谱图 热解烃组份谱图 （图 1）本厂对吉林油田某井样品分析谱图 YQZF-油气组份综合评价仪分析 美国 CD820 地化分析系统分析 （图 2） 两种仪器对比分析色谱图 氯仿沥青“A”气相色谱法分析 YQZF-油气组份综合评价仪分析 （图 3）两种方法对比分析色谱图 4.实验小结： 采用油气组份综合评价

9、仪分析岩样，操作简单，样品用量少，分析速度快，分析精度高。分析结果符合 SY/T5117-1996 岩石热解分析方法和 SY/T6188-1996 岩石热解气相色谱分析方法的规定。 通过对比实验可以看出，氯仿沥青“A”的气相色谱法分析，轻组份相对含量低，样品要经过包装、转运、磨样、称量、有机试剂抽提、转移、过滤等多道工序。样 品中的轻组份极易损失，被污染的机会增大。上述多道工序和复杂的分析处理过程，需要投入一定的人力、仪器设备和大量易挥发的试剂，不但需要一定的资金，对 人身的毒害、环境的影响也是不可低估的。而采用油气组份综合评价仪分析，热蒸发烃轻烃的损失少，因而对样品的分析代表性强，分析结果准

10、确及时。对热解烃组 份的分析图中可以看出，分析结果基本一致，由于分析条件和方法不同，轻组份保留时间略有差别。但不影响其定量结果。值得一提的是，本仪器取消了常规液氮捕 集的方法，减少了操作过程中的麻烦。 油气组份综合评价仪的地化应用油气组份综合评价仪的地化应用 1.1.鉴别真假油气显示鉴别真假油气显示 在石油钻井过程中，为了预防钻井工程事故，获得较快进尺，在钻井液中加入的添加剂越来越多。这些添加剂大部分为有机物质，对岩屑和井壁取心造成污染，为了正确判断油气层和评价油气藏造成的假象，因此鉴别真假油气显示的工作非常重要。钻井液添加剂的来源主要有三个方面：钻井液添加剂的来源主要有三个方面： 1）在钻井

11、过程中，由于膨胀性地层的缩经和疏松性地层的垮塌，常常造成卡钻工程事故，所以在钻井液中加入原油、柴油和有机解卡剂。 2）对一些特殊评价井，为了最大限度的保护储层免遭污染，通常采用油基泥浆钻井，无疑这种钻井液的使用，给录井工作带来了很大的麻烦。 3）由于钻井工艺需要，在定向井、丛式井及水平井的钻井过程中，常常使用有机添加剂和混油钻井液，这给储集层油气显示的识别及评价带来很大困难。 应用油气显示评价仪可以用烃产率指数和 Tmax 值等参数来区分混油造成的假显示，但不如油气组份综合评 价仪分析结果准确、直观。油气组份综合评价仪鉴别真假油气显示的原理是：任何有机物质都可以采用氢火燃离子化检测器检测，有机

12、物质不同，组份峰也不同，就 象人的指纹一样。泥浆中加入的不同有机物添加剂，可分析出不同的色谱峰。我们可以把各种类型的添加剂都作出它们的色谱分析谱图，作为比较的标准谱图。假如 某种有机添加剂与一种油气显示混在一起时，分析出来的色谱图就有两者重叠峰的特点，将此重叠峰与各自的标准谱图比较，就很容易识别真假油气显示了。 2.2.对注水驱油状况分析解释对注水驱油状况分析解释 注水采油提高采收率，这是国内外开发常用的方法，在我国大部分油田随着开发的不断深入和老油田综合含水率越来越高，对水淹的评价工作已经成为影响当前老油田稳油、控水的关键问题。 目前对水淹层的评价主要有两种方法：一是依据测井资料，该方法投产

13、符合率低。二是利用密闭取心技术和资 料定性定量判断油层水淹状况。该方法一直是油田开发层水淹评价的有效方法，但必须依赖密闭取心井资料。由于密闭取心井钻井成本高，资料周期长，从而决定了 这种方法不适合在所有井层中推广使用。因此为了加快油田开发步伐，保持原油高产、稳产，急待研究出新的水淹层解释方法和评价技术，来提高现有的工作水平。 2000 年 7 月在延吉召开的“录井技术发展研讨会”上，许多同志提到今后录井技术发展及研究方向时，把解决蒸发烃、热解烃组份分析问题提到了重要位置。我 厂的油气组份综合评价仪就是为了提高录井工作水平、满足油田的这一需要而研制生产的。 油气组份综合评价仪在解决水淹层的解释和

14、评价技术方面的理论与实践的依据是：油气组份综合评价仪在解决水淹层的解释和评价技术方面的理论与实践的依据是： 油层注水开发后，由于水的驱动作用，大部分原油被采出，油层的含油饱和度降低。如果在注水采油的过程中，在油 井隔一定时间取样分析，就可以看出热蒸发烃的轻组份峰值逐渐变小，谱图的色谱曲线丰度降低，碳数范围变窄，主峰碳数后移等规律现象。从原始含油饱和度与剩 余油饱和度的关系，就可以判断水淹层的状况、剩余油的分布和采出程度等方面的问题。 注水采油时，水驱油首先是驱出物性好的储油层中的油。从理论上讲，对热解总值相同的储集层，物性好的驱油效果好，水淹程度大。通过油田生产实践也说明了这一点。这些问题均可

15、以从热蒸发烃的含量，组份分布曲线、峰形、丰度、地化参数等的变化中反映出来。 在注水采油时，水驱油首先是驱出密度低、粘度小的原油组份，随着采出程度的增加，采出原油的密度和粘 度逐渐升高。实际上储油层是个具有天然层析作用的“巨大的色谱柱”。而油气组份综合评价仪中的毛细管色谱柱则是储油层的微观形态和模拟实验。油气组份在二 者之中的运动规律基本一样，均为组份轻、分子小、粘度低、结构简单的化合物“跑”在前边，反之 “走”在后边。前进的动力前者是加压注水，后者是色谱柱中的载气推动。二者原理相同，只是宏观、微观的区别而已。所以油气组份综合评价仪能更好的解释注水 采油过程中的一系列问题。 3.3.确定各单层油

16、的产状确定各单层油的产状 目前大多数油田的生产井多为混层或多层开采，如果要求单层产量、决定注水层位或判断窜层情况等问题，即了解单个 储集层情况，本仪器能很好地解决这方面的问题。因为各单层油、窜层油和混层油都有各自的组份特征谱图，如同前述鉴别真假油气显示一样，能够比较容易地识别 各单层油的情况，从而解决这方面的问题。 4 4在其它方面的应用在其它方面的应用 油气组份综合评价仪在石油行业中从广义范围讲凡是烃类物质，如气态烃、液态烃或经过加热可以转化为烃类的固态物质（如沥青质、干酪根、焦油垫等）均可分析。除上述讲的四方面具体问题外，还广泛用于以下几个方面： (1)判断储集层性质： 通过分析可以获得油层、油水同层、含油水层、水层的色谱峰图，它们都各自具有不同的特征，以及提供不同的地化参数，因此可以直观、准确地了解储集层的情况。 (2)判断储集层原油的性质： 储集层中的不同油气藏：天然气、凝析油、 轻质原油、中质原油和重质原油(即稠油)，本仪器均可以给出它们完整的组份谱峰图