密閉體系下頁巖油氣產(chǎn)率評價模型建立及參數(shù)標(biāo)定方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種密閉體系下頁巖油氣產(chǎn)率評價模型建立及參數(shù)標(biāo)定方法，包括以下步驟：1)建立頁巖油產(chǎn)率評價模型；2)建立頁巖氣產(chǎn)率評價模型；3)實驗測量頁巖油產(chǎn)率和頁巖氣產(chǎn)率；4)標(biāo)定頁巖油評價模型和頁巖氣產(chǎn)率評價模型中動力學(xué)參數(shù)。本發(fā)明專利技術(shù)由于同時考慮了頁巖油生成和二次裂解這兩種情況，在密閉體系中建立頁巖油氣產(chǎn)率評價模型，因此從實驗條件和地質(zhì)條件的近似程度上考慮，本方法有效地解決了對密閉體系下頁巖油生成和二次裂解同時存在的復(fù)雜過程的描述，實現(xiàn)了對頁巖油氣特征的定量、動態(tài)地描述。利用本方法標(biāo)定出的頁巖油氣動力學(xué)參數(shù)，再結(jié)合實際盆地的埋藏史熱史進行地質(zhì)外推，獲得的頁巖油氣生烴史信息更加準(zhǔn)確可靠。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
密閉體系下頁巖油氣產(chǎn)率評價模型建立及參數(shù)標(biāo)定方法
本專利技術(shù)涉及一種非常規(guī)頁巖油氣資源評價方法，特別是關(guān)于一種密閉體系下頁巖油氣產(chǎn)率評價模型建立及參數(shù)標(biāo)定方法。
技術(shù)介紹
經(jīng)濟和社會的發(fā)展對能源需求的日益攀升和常規(guī)油氣資源的不斷消耗，使油氣供需矛盾日益突出，隨著石油、天然氣等可耗竭資源價格的不斷走高，頁巖油氣的開采、利用逐漸具備經(jīng)濟性，此外，頁巖油氣的開采、利用也順應(yīng)了我國能源結(jié)構(gòu)清潔化的調(diào)整方向。因此，盡快實現(xiàn)頁巖油氣規(guī)模開發(fā)，對緩解我國油氣資源短缺的現(xiàn)狀、形成油氣勘探開發(fā)新格局、改變我國能源結(jié)構(gòu)、保障國家能源安全以及促進經(jīng)濟社會發(fā)展等都具有十分重要的意義。中國的頁巖油和頁巖氣資源豐富，分別位居世界第三(年產(chǎn)油量為46億噸)和世界第一(年產(chǎn)氣量為32萬億方)，但是中國的頁巖油和頁巖氣更多的富集在相對較純的泥頁巖中，油氣成藏復(fù)雜、儲集空間復(fù)雜致使其具有結(jié)構(gòu)多尺度和非均質(zhì)性強等特點，另外，因儲層孔滲極低而需水平井大規(guī)模體積壓裂等，上述這些問題致使中國的頁巖油氣開發(fā)難度巨大。為了成功的開采出真正有價值的頁巖油氣，緩解中國油氣緊張的現(xiàn)狀，首先需要解決泥頁巖的成儲、賦存機理以及油氣在泥頁巖中可流動性的定量表征，進而研究頁巖油氣的可采和可動性。沉積盆地中有機質(zhì)成烴過程可視為熱力作用下的化學(xué)反應(yīng)過程，即大分子有機質(zhì)熱裂解為小分子過程，這個過程可以用化學(xué)動力學(xué)方程來定量、動態(tài)描述，具體為：在可控的實驗室溫度和時間條件下以不同的升溫速率對有機質(zhì)進行熱裂解，獲得烴量和轉(zhuǎn)化率與溫度之間的關(guān)系曲線，標(biāo)定有機質(zhì)成烴的動力學(xué)參數(shù)，再結(jié)合地質(zhì)條件下的升溫速率進行外推，能夠方便地獲得成烴史信息，從而對頁巖油氣進行定量、動態(tài)研究。到目前為止，國內(nèi)外已有許多學(xué)者用不同的實驗設(shè)備，如高壓釜、真空管、金管、Rock-Eval(生油巖評價儀)熱解儀和各種自制的加熱設(shè)備等，在不同的加熱溫度、時間和壓力條件下，對各類烴源巖進行了許多熱解模擬實驗。熱解模擬實驗主要可分為開放體系熱解模擬實驗和密閉體系熱解模擬實驗，其中，采用Rock-Eval熱解儀進行的熱解模擬實驗屬于開放體系熱解實驗中的一種，而采用MSSV(小體積密封模擬裝置)和金管的熱解模擬實驗均為密閉體系熱解模擬實驗。由于這兩類熱解模擬實驗可以方便地獲得不同升溫速率下，有機質(zhì)成烴(油/氣)量和轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系曲線數(shù)據(jù)，有利于標(biāo)定有機質(zhì)成烴的動力學(xué)參數(shù)，因此在油氣資源定量評價中被廣泛采用。熱解模擬實驗數(shù)據(jù)標(biāo)定的動力學(xué)參數(shù)能否成功地外推到地質(zhì)情況下，熱解模擬實驗的條件和地質(zhì)情況的近似度是關(guān)鍵性因素之一。從近似度方面考慮，由開放體系熱解模擬實驗數(shù)據(jù)標(biāo)定得到的動力學(xué)參數(shù)更適合評價烴源巖邊生邊排的地質(zhì)情況，而由密閉體系熱解模擬實驗數(shù)據(jù)標(biāo)定得到的動力學(xué)參數(shù)適合評價有二次裂解的地質(zhì)情況。頁巖油是典型的源儲一體、滯留聚集和連續(xù)分布的石油聚集，雖然其有機質(zhì)類型相對較好，但其生成和裂解都在烴源巖內(nèi)進行，并未排出，生烴環(huán)境相對密閉；對于成熟度較高的有機質(zhì)，頁巖油的二次裂解導(dǎo)致頁巖油的大量減少，最后甚至全部裂解成氣。基于以上特點，若采用開放體系熱解模擬實驗顯然是不科學(xué)的，因此頁巖油生成的實際地質(zhì)情況更近似于密閉體系。目前有機質(zhì)成烴動力學(xué)模型主要有總包反應(yīng)模型、串聯(lián)反應(yīng)模型、無數(shù)平行一級反應(yīng)模型及平行一級反應(yīng)模型。從20世紀90年代以來，各模型在源巖潛力評價中的應(yīng)用情況和眾多盆地模擬系統(tǒng)中采用的動力學(xué)參數(shù)來看，具有一個相同指前因子和一個離散分布活化能的平行一級反應(yīng)模型應(yīng)用最為廣泛。前人對此類模型也做過大量研究，最初僅利用Rock-Evel實驗數(shù)據(jù)對烴源巖成烴進行動力學(xué)標(biāo)定，逐漸發(fā)展到結(jié)合PY-GC數(shù)據(jù)，對成烴數(shù)據(jù)進行油氣分離，再利用金管實驗得到生成油的二次裂解數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對烴源巖成油，成氣以及油成氣的動力學(xué)標(biāo)定。但若要準(zhǔn)確地實現(xiàn)對頁巖油氣地質(zhì)條件下的熱模擬，應(yīng)使源巖生烴與油的二次裂解在同一環(huán)境下實現(xiàn)，前人的方法顯然無法做到。而且，以往的研究主要對在開放體系熱解模擬實驗中干酪根成油、干酪根成氣以及在密閉體系熱解模擬實驗中頁巖油二次裂解成頁巖氣的動力學(xué)模型的標(biāo)定，并無在密閉體系中，頁巖油生成與裂解同時存在的情況下，對頁巖油氣產(chǎn)率評價模型及參數(shù)標(biāo)定進行建立和研究。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對上述問題，本專利技術(shù)的目的是提供一種準(zhǔn)確、可靠地密閉體系下頁巖油氣產(chǎn)率評價模型建立及參數(shù)標(biāo)定方法。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采取以下技術(shù)方案：一種密閉體系下頁巖油氣產(chǎn)率評價模型建立及參數(shù)標(biāo)定方法，包括以下步驟：1)建立頁巖油產(chǎn)率評價模型，包括以下步驟：①建立頁巖油的化學(xué)動力學(xué)模型：模型中，k1為干酪根生成頁巖油的反應(yīng)速率系數(shù)；k2為頁巖油裂解成氣的反應(yīng)速率系數(shù)；②建立頁巖油產(chǎn)率評價模型從頁巖油的化學(xué)動力學(xué)模型中可以看出：密閉體系下，當(dāng)頁巖的成熟度達到并超過0.9％時，頁巖油的生成和裂解同時存在，頁巖油的產(chǎn)率(CY)是生成和裂解兩個反應(yīng)過程的綜合結(jié)果，這種情況下，頁巖油的反應(yīng)速率為：式中，CYG為干酪根生成頁巖油的產(chǎn)率；CYL為頁巖油二次裂解成氣的產(chǎn)率；t為時間；k1為干酪根生成頁巖油的反應(yīng)速率系數(shù)；k2為頁巖油裂解成氣的反應(yīng)速率系數(shù)。假設(shè)頁巖油的生成和裂解由NY個平行一級反應(yīng)組成，將每個平行一級反應(yīng)的頁巖油的產(chǎn)率為CYi，將每個平行一級反應(yīng)的頁巖油的生成和裂解的指前因子設(shè)為AYi，活化能設(shè)為EYi，i＝1,2，……NY；升溫速率為V；干酪根初始生油潛量為CYGi0；頁巖油裂解的原始潛量為CYLi0；實驗開始時的絕對溫度為T0；實驗結(jié)束時的絕對溫度為T；R為氣體常數(shù)，R＝8.31447kj/mol·K，則頁巖油產(chǎn)率評價模型為：2)建立頁巖氣產(chǎn)率評價模型，包括以下步驟：①建立頁巖氣的化學(xué)動力學(xué)模型：模型中，k2為頁巖油裂解成氣的反應(yīng)速率系數(shù)；k3為干酪根生成頁巖氣的反應(yīng)速率系數(shù)。②建立頁巖氣產(chǎn)率評價模型從頁巖氣的化學(xué)動力學(xué)模型中可以看出：由于頁巖油的生成和裂解同時存在，因此，當(dāng)頁巖的成熟度達到并超過0.9％時，頁巖氣的產(chǎn)率(CQ)為干酪根直接生成的頁巖氣產(chǎn)率與頁巖油二次裂解成的頁巖氣產(chǎn)率之和，頁巖氣的反應(yīng)速率為：式中，CQG為干酪根生成頁巖氣的產(chǎn)率；CQL為頁巖油二次裂解成氣的產(chǎn)率；假設(shè)頁巖氣的生成由NY個平行一級反應(yīng)組成，假設(shè)每個平行一級反應(yīng)的頁巖氣的產(chǎn)率為CQi，假設(shè)每個平行一級反應(yīng)的頁巖氣生成的指前因子為AQi，活化能為EQi，i＝1,2，……NY；升溫速率為V；干酪根初始生氣潛力為CQGi0；頁巖油裂解為氣的原始潛量CQLi0；實驗開始時的絕對溫度為T0；實驗結(jié)束時的絕對溫度為T；R為氣體常數(shù)，R＝8.31447kj/mol·K，則頁巖氣的產(chǎn)率評價模型為：3)實驗測量頁巖油產(chǎn)率CY1lj和頁巖氣產(chǎn)率CQ1lj；4)標(biāo)定頁巖油評價模型和頁巖氣產(chǎn)率評價模型中動力學(xué)參數(shù)，包括以下步驟：①構(gòu)造包含動力學(xué)參數(shù)的目標(biāo)函數(shù)假設(shè)某一升溫速率為V＝l，達到某一溫度j時由實驗所測得的頁巖油產(chǎn)率為CY1lj，在相同的條件下，假設(shè)干酪根生成頁巖油的活化能為EYGi，干酪根生成頁巖油的指前因子為AYGi，干酪根生成頁巖油的反應(yīng)系數(shù)為FYGi0，頁巖油二次裂解成頁巖氣的活化能為EYLi,頁巖油二次裂解成頁巖氣的指前因子為AYLi，頁巖油二次裂解成頁巖氣的反應(yīng)分數(shù)為FYL本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種密閉體系下頁巖油氣產(chǎn)率評價模型建立及參數(shù)標(biāo)定方法，包括以下步驟：?1)建立頁巖油產(chǎn)率評價模型，包括以下步驟：?①建立頁巖油的化學(xué)動力學(xué)模型：?模型中，k1為干酪根生成頁巖油的反應(yīng)速率系數(shù)；k2為頁巖油裂解成氣的反應(yīng)速率系數(shù)；?②建立頁巖油產(chǎn)率評價模型?從頁巖油的化學(xué)動力學(xué)模型中可以看出：密閉體系下，當(dāng)頁巖的成熟度達到并超過0.9％時，頁巖油的生成和裂解同時存在，頁巖油的產(chǎn)率(CY)是生成和裂解兩個反應(yīng)過程的綜合結(jié)果，這種情況下，頁巖油的反應(yīng)速率為：?式中，CYG為干酪根生成頁巖油的產(chǎn)率；CYL為頁巖油二次裂解成氣的產(chǎn)率；t為時間；k1為干酪根生成頁巖油的反應(yīng)速率系數(shù)；k2為頁巖油裂解成氣的反應(yīng)速率系數(shù)。?假設(shè)頁巖油的生成和裂解由NY個平行一級反應(yīng)組成，將每個平行一級反應(yīng)的頁巖油的產(chǎn)率為CYi，將每個平行一級反應(yīng)的頁巖油的生成和裂解的指前因子設(shè)為AYi，活化能設(shè)為EYi，i＝1,2，……NY；升溫速率為V；干酪根初始生油潛量為CYGi0；頁巖油裂解的原始潛量為CYLi0；實驗開始時的絕對溫度為T0；實驗結(jié)束時的絕對溫度為T；R為氣體常數(shù)，R＝8.31447kj/mol·K，則頁巖油產(chǎn)率評價模型為：?2)建立頁巖氣產(chǎn)率評價模型，包括以下步驟：?①建立頁巖氣的化學(xué)動力學(xué)模型：?模型中，k2為頁巖油裂解成氣的反應(yīng)速率系數(shù)；k3為干酪根生成頁巖氣的反應(yīng)速率系數(shù)。?②建立頁巖氣產(chǎn)率評價模型?從頁巖氣的化學(xué)動力學(xué)模型中可以看出：由于頁巖油的生成和裂解同時存在，因此，當(dāng)頁巖的成熟度達到并超過0.9％時，頁巖氣的產(chǎn)率(CQ)為干酪根直接生成的頁巖氣產(chǎn)率與頁巖油二次裂解成的頁巖氣產(chǎn)率之和，頁巖氣的反應(yīng)速率為：?式中，CQG為干酪根生成頁巖氣的產(chǎn)率；CQL為頁巖油二次裂解成氣的產(chǎn)率；?假設(shè)頁巖氣的生成由NY個平行一級反應(yīng)組成，假設(shè)每個平行一級反應(yīng)的頁巖氣的產(chǎn)率為CQi，假設(shè)每個平行一級反應(yīng)的頁巖氣生成的指前因子為AQi，活化能為EQi，i＝1,2，……NY；升溫速率為V；干酪根初始生氣潛力為CQGi0；頁巖油裂解為氣的原始潛量CQLi0；實驗開始時的絕對溫度為T0；實驗結(jié)束時的絕對溫度為T；R為氣體常數(shù)，R＝8.31447kj/mol·K，則頁巖氣的產(chǎn)率評價模型為：?3)實驗測量頁巖油產(chǎn)率CY1lj和頁巖氣產(chǎn)率CQ1lj；?4)標(biāo)定頁巖油評價模型和頁巖氣產(chǎn)率評價模型中動力學(xué)參數(shù)，包括以下步驟：?①構(gòu)造包含動力學(xué)參數(shù)的目標(biāo)函數(shù)?假設(shè)某一升溫速率為V＝l，達到某一溫度j時由實驗所測得的頁巖油產(chǎn)率為CY1lj，在相同的條件下，假設(shè)干酪根生成頁巖油的活化能為EYGi，干酪根生成頁巖油的指前因子為AYGi，干酪根生成頁巖油的反應(yīng)系數(shù)為FYGi0，頁巖油二次裂解成頁巖氣的活化能為EYLi,頁巖油二次裂解成頁巖氣的指前因子為AYLi，頁巖油二次裂解成頁巖氣的反應(yīng)分數(shù)為FYLi0，通過頁巖油產(chǎn)率評價模型計算得到的頁巖油產(chǎn)率為CYlj；?如果存在一組EYGi、AYGi、FYGi0、EYLi、AYLi、FYLi0的數(shù)據(jù)，使CY1lj?CYlj＝0，則該組數(shù)據(jù)為所要標(biāo)定的數(shù)據(jù)，但是，由于不可避免的實驗誤差的存在，這種情況實際上是不可能存在的，因此，只需要求出使CY1lj?CYlj為極小值時的EYGi、AYGi、FYGi0、EYLi、AYLi、FYLi0的取值，為此構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)：?式中，L0為不同升溫速率實驗的數(shù)目；J0為一條升溫速率下的實驗轉(zhuǎn)化率曲線(曲線由實驗數(shù)據(jù)所得)上選取的采樣點的數(shù)目；?由于EYGi和EYLi通過確定平行一級反應(yīng)的活化能的分布范圍和相鄰平行一級反應(yīng)的活化能間隔而求解，而且干酪根成油及頁巖油二次裂解成頁巖氣可以使用相同的指前因子，因此，目標(biāo)函數(shù)能夠簡化為：?A、FYGi0、FYLi0應(yīng)該同時滿足以下約束條件：0≤FYGi0≤M油；0≤FYLi0≤M氣；A>0；其中，M油和M氣為定值，此時，頁巖油動力學(xué)參數(shù)的求取問題就轉(zhuǎn)化為求非負的目標(biāo)函數(shù)在滿足約束條件時的極小點的問題；②構(gòu)造求解目標(biāo)函數(shù)的懲罰函數(shù)；?③初始化M油和M氣；?④求解目標(biāo)函數(shù)和懲罰函數(shù)的一階偏導(dǎo)函數(shù)；?⑤求取動力學(xué)參數(shù)的近似極小值并判斷是否達到精度要求，通過優(yōu)化方法求解出逼近懲罰函數(shù)極小點的近似解，并計算出該點的梯度，判斷該梯度是否小于某一給定的小正數(shù)ε，如果是，則輸出標(biāo)定結(jié)果，過程結(jié)束；否則，求解新點處使懲罰函數(shù)值下降的方向，進行一維搜索，直到求解出滿足精度要求的近似極小點為止，從而達到標(biāo)定頁巖油產(chǎn)率評價模型的動力學(xué)參數(shù)的目的。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種密閉體系下頁巖油氣產(chǎn)率評價模型建立及參數(shù)標(biāo)定方法，包括以下步驟：1)建立頁巖油產(chǎn)率評價模型，包括以下步驟：①建立頁巖油的化學(xué)動力學(xué)模型：模型中，k1為干酪根生成頁巖油的反應(yīng)速率系數(shù)；k2為頁巖油裂解成氣的反應(yīng)速率系數(shù)；②建立頁巖油產(chǎn)率評價模型從頁巖油的化學(xué)動力學(xué)模型中可以看出：密閉體系下，當(dāng)頁巖的成熟度達到并超過0.9％時，頁巖油的生成和裂解同時存在，頁巖油的產(chǎn)率(CY)是生成和裂解兩個反應(yīng)過程的綜合結(jié)果，這種情況下，頁巖油的反應(yīng)速率為：式中，CYG為干酪根生成頁巖油的產(chǎn)率；CYL為頁巖油二次裂解成氣的產(chǎn)率；t為時間；k1為干酪根生成頁巖油的反應(yīng)速率系數(shù)；k2為頁巖油裂解成氣的反應(yīng)速率系數(shù)；假設(shè)頁巖油的生成和裂解由NY個平行一級反應(yīng)組成，將每個平行一級反應(yīng)的頁巖油的產(chǎn)率為CYi，將每個平行一級反應(yīng)的頁巖油的生成和裂解的指前因子設(shè)為AYi，活化能設(shè)為EYi，i＝1,2，……NY；升溫速率為V；干酪根初始生油潛量為CYGi0；頁巖油裂解的原始潛量為CYLi0；實驗開始時的絕對溫度為T0；實驗結(jié)束時的絕對溫度為Te；T為絕對溫度；R為氣體常數(shù)，R＝8.31447kj/mol·K，則頁巖油產(chǎn)率評價模型為：2)建立頁巖氣產(chǎn)率評價模型，包括以下步驟：①建立頁巖氣的化學(xué)動力學(xué)模型：模型中，k2為頁巖油裂解成氣的反應(yīng)速率系數(shù)；k3為干酪根生成頁巖氣的反應(yīng)速率系數(shù)；②建立頁巖氣產(chǎn)率評價模型從頁巖氣的化學(xué)動力學(xué)模型中可以看出：由于頁巖油的生成和裂解同時存在，因此，當(dāng)頁巖的成熟度達到并超過0.9％時，頁巖氣的產(chǎn)率(CQ)為干酪根直接生成的頁巖氣產(chǎn)率與頁巖油二次裂解成的頁巖氣產(chǎn)率之和，頁巖氣的反應(yīng)速率為：式中，CQG為干酪根生成頁巖氣的產(chǎn)率；CQL為頁巖油二次裂解成氣的產(chǎn)率；假設(shè)頁巖氣的生成由NY個平行一級反應(yīng)組成，假設(shè)每個平行一級反應(yīng)的頁巖氣的產(chǎn)率為CQi，假設(shè)每個平行一級反應(yīng)的頁巖氣生成的指前因子為AQi，活化能為EQi，i＝1,2，……NY；升溫速率為V；干酪根初始生氣潛力為CQGi0；頁巖油裂解為氣的原始潛量CQLi0；實驗開始時的絕對溫度為T0；R為氣體常數(shù)，R＝8.31447kj/mol·K，則頁巖氣的產(chǎn)率評價模型為：3)實驗測量頁巖油產(chǎn)率CY1lj和頁巖氣產(chǎn)率CQ1lj；4)標(biāo)定頁巖油評價模型和頁巖氣產(chǎn)率評價模型中動力學(xué)參數(shù)，包括以下步驟...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王民，黃愛華，王志偉，王文廣，盧雙舫，薛海濤，李吉君，
申請(專利權(quán))人：中國石油大學(xué)華東，
類型：發(fā)明
國別省市：山東;37