[发明专利]金属同位素在烃勘探、开发和生产中的应用

说明书

本文描述的是使用多金属同位素标记作为内示踪剂来用于烃源，改变和混合的方法和技术。所述多金属同位素标记可以包括来自于样品的第一金属的至少两种同位素的比率、第二金属的至少两种同位素的比率和第三金属的至少两种同位素的比率。该第一、第二和第三金属的同位素比率可以整合来形成多金属同位素标记。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年2月28日提交的美国临时申请No.62/464853的权益，其全部内容通过引用并入本文。

发明领域

本文描述的是使用金属同位素标记来增强烃勘探、开发和生产过程的方法和系统。

背景

烃产生于地下富含有机物质的源岩。在初步沉积之后，源岩被掩埋并经受随着掩埋的增加而增加的温度和压力。当源岩达到足够有机物质热转化为油母岩质接着在称作源岩熟化(maturation)的过程中转化成自由液态和/或气态的烃相的温度时，则产生了烃。一经产生，烃会随后从源岩排出和在地下迁移到储集岩(例如砂岩或者石灰岩)，其具有足够的孔隙率、结构和充足的密封，使得它们有能力捕集烃相(一种或多种)，从而允许烃积累。供选择地，烃可以迁移到地面位置(例如渗出(seep))。存在于地下的任何烃可以保存或者它们可以经受不同形式的改变 (alteration)。例如，生物降解是通过微生物降解或者消耗烃的过程。类似地，烃可以通过暴露于高于它们的热稳定的温度来热改变。供选择地，烃可以在过程例如热化学硫酸盐还原中被氧化或者消耗。

常规的烃勘探、开发和生产实践使用油和气样品中的烃化合物的分子地球化学分析、稳定同位素分析和金属浓度分析。这些技术用于尝试估计从其中产生烃的源岩的熟化度，从其中产生烃的源相(facies)(例如海洋或者陆地的源岩)的熟化度，并且有时候可以用于区分不同的潜在烃起源(例如生物源或者热源的)或者提供烃改变的信息。

例如，常规方法一经利用了原油中存在的高浓度的过渡金属(例如钒 (V)、镍(Ni)、铁(Fe)，和较小程度的钼(Mo)、铬(Cr)、钴(Co)、锌(Zn) 和铜(Cu))，来尝试配制烃源的示踪剂。在通常的方法中，单金属同位素标记(例如V或者Ni的单同位素)是与感兴趣的金属浓度比率(例如 V/(V+Ni))相组合来测量的。例如，烃中钒的浓度和化学形态已经用于提供关于源岩沉积(参见例如M.D.Lewan，“Factors Controlling the Proportionality ofVanadium to Nickel in Crude Oils”，Geochimica et Cosmochimica Acta，第48卷，第2231-2238页(1984))，石油产生(参见例如Sundararaman等人(1988))，石油迁移(参见例如Al-Shahristani 等人，“Vertical Migration of Oil in Iraqi Oil Fields：EvidenceBased on Vanadium and Nickel Concentrations”，Geochimica et Cosmochimica Acta，第36卷，第929-938页(1972))，油生物降解(参见例如Sasaki等人，“Vanadium as aninternal marker to evaluate microbial degradation of crude oil”EnvironmentalScience and Technology，第22卷，第3618-3621页，(1998))，储集层连通性(参见例如López等人，“V/Ni ratio in maltene and asphaltene fractions of crude oil from thewest Venezuelan Basin：correlation studies”， Chemical Geology，第119卷，第225-262页(1995))，和油-源岩相关性(参见例如A.J.G.Barwise，“Role of Nickel andVanadium in Petroleum Classification”，EnergyFuels，第4卷，第647-652 页(1990))的信息。