[发明专利]一种油气二次运移地球化学追踪方法

摘要

一种油气二次运移地球化学追踪新方法，包括，消除生物降解影响的方法，消除成熟度影响并进行油气运移追踪的方法，应用多因子分析消除有机相、成熟度和生物降解的影响并进行油气运移追踪的方法。本发明具有优点是，可以解释油气运移的方向、路径和距离，据此提出油气运聚的有利靶区。经钻探验证其勘探成功率较高。

主权项

一种油气二次运移地球化学追踪方法，包括，消除生物降解影响的方法，消除成熟度影响并进行油气运移追踪的方法，应用多因子分析消除有机相、成熟度和生物降解的影响并进行油气运移追踪的方法，其特征在于：一、消除生物降解影响的方法A、对饱和烃和芳香烃系列化合物进行定量测试，并根据测试结果，确定生物降解的PM程度；B、如果PM程度位于1和4之间，绘制生物降解的PM程度及其定量指标与微量极性有机化合物，包括含氮化合物和稳定组分，包括三芳甾烷的相关图，揭示生物降解的浓缩作用及其对微量极性有机化合物，包括含氮化合物的影响程度；这些定量指标包括C30αβ藿烷/nC17+18、nC17+18/C30αβ藿烷、(Pr+Ph)/nC17+18、C30αβ藿烷/(Pr+Ph)和25降‑C29αβ藿烷/C30αβ藿烷；C、选择未受生物降解影响的参数进行油源分析，划分有机相；如果有机相单一，用最稳定的三芳甾烷或未被生物降解影响的非极性稳定组分的含量除以各个微量极性有机化合物的含量，再乘以该三芳甾烷或未被生物降解影响的非极性稳定组分的含量的平均值，所得结果为生物降解浓缩作用的校正结果；D、如果存在多个有机相，按有机相将原油进行分类；在同一有机相内，用相对组成均一的三芳甾烷或未被生物降解影响的非极性稳定组分的含量，对每个有机相的原油进行上述步骤C的校正，得到所有有机相原油的校正结果；二、消除成熟度影响并进行油气运移追踪的方法A、微量极性有机化合物的含量随成熟度和运移距离变化的特征根据流体在多孔介质中运移的对流‑弥散‑反应方程，推导出了原油中微量极性有机化合物的含量随着运移距离和成熟度变化的公式：C(x,Ro)=C0(t)ea3x=a1(1+a2Ro)ea3x---(1)]]>式中，C(x，Ro)为某有机相内未受生物降解影响的或消除生物降解影响后的微量极性有机化合物，包括含氮化合物的含量；a3是一个与吸附能力和运移速度有关的常数；C0(t)为注入点处的微量极性有机化合物的起始浓度，承载着成熟度、源岩有机相和初次运移分馏的信息，但主要与成熟度有关；x为运移距离；Ro为原油的成熟度指标，用镜煤反射率表示，是时间的函数；a1和a2均为常数，初次运移分馏主要影响a1；a2主要反映成熟度的影响；如果Ro的变化范围较大，在式(1)最右边的括弧内以“+”的形式加入一个二次项，即a4Ro2，a4为常数；B、成熟度影响程度的定量评价指标定量评价成熟度的影响程度，是要否定量消除成熟度影响的前提，在式(1)全微分的基础上，建立了成熟度影响指数MII：MII=|a2(1+a2Ro)·dRodx||a2(1+a2Ro)·dRodx|+|a3|×100(%)=|dln(1+a2Ro)dx||dln(1+a2Ro)dx|+|a3|×100(%)---(2)]]>在未遭受生物降解或消除了生物降解影响的情况下，MII定量描述某一有机相的原油成熟度对微量极性有机化合物，包括含氮化合物含量的影响程度，根据a2、a3和dRo/dx值，可直接计算成熟度影响指数MII；运移分馏的贡献指数MFCI等于100‑MII；C、二次运移分馏指数为获取二次油气运移中的净分馏特征，提出了单一有机相的微量极性有机化合物的二次运移分馏指数SMFI，SMFI=C(x,Ro)C0(t)×100(%)=C(x,Ro)a1(1+a2Ro)×100(%)---(3)]]>且SMFI=ea3x×100(%)---(4)]]>很显然，SMFI就是油气二次运移的计程器，它随运移距离呈指数衰减；在输导层中，注入点或参照点处的二次运移分馏指数SMFI等于100％，用注入点定义的运移距离x，称为绝对运移距离；在实际工作中，很难获取绝对运移距离数据，但可用一个参照点确定相对运移距离，并通过式(1)的非线性回归分析估计a1、a2和a3，不需任何校正；从式(1)出发，提出了多种消除成熟度影响的方法，包括非线性回归方法、模拟实验法、化合物比值方法和R型因子分析法，分述如下，D、方法一：应用非线性回归分析消除成熟度的影响并进行运移追踪的方法其步骤为：(1)进行油源分析，划分有机相；(2)如果有机相单一，确定参照点，估算相对运移距离，进而直接应用式(1)、微量极性有机化合物，包括含氮化合物的含量、成熟度和相对运移距离数据，进行非线性回归分析，求取式(1)中的a1、a2和a3；(3)在成熟度和运移距离之间进行多项式回归分析，并根据回归方程求得dRo/dx；应用式(2)、a2、a3和dRo/dx值，计算原油的MII；(4)若MII≥5％，应用式(3)计算各微量极性有机化合物，包括含氮化合物的SMFI；(5)当使用咔唑类化合物时，计算裸露、屏蔽和半屏蔽烷基咔唑的SMFI几何平均值，计算裸露型/屏蔽型烷基咔唑、裸露型/半屏蔽型烷基咔唑、半屏蔽型/屏蔽型烷基咔唑的SMFI几何平均值的比值，与相应的咔唑间的SMFI比值，以及苯并[a]咔唑与苯并[c]咔唑的SMFI比值；(6)如果存在多个有机相，按有机相对原油进行分类，对每个有机相，通过本方法一步骤(2)～(5)计算各有机相原油中各微量极性有机化合物，包括含氮化合物的SMFI、几何平均值与比值；(7)在本方法一上述步骤(6)计算结果的基础上，进行一维运移追踪，即，对于每个狭长输导体，即可能的运移路径，利用本方法一上述步骤(6)计算得的SMFI及其几何均值和比值分布，及其与x的相关关系，鉴定运移的分馏效应，确定其是否运移通道；绘制输导体剖面，审查通道的连续性和连通性，进一步验证一维运移追踪得出的主要运移路径；在运移路径内，本方法一上述步骤(6)计算得的SMFI及其几何均值和比值的下降方向为运移方向；(8)如果工区内狭长输导体和片状、块状输导体共存且均邻接相同的生烃灶，在有机相划分的基础上，根据狭长输导体得出的a1、a2和a3，计算全区的SMFI及其几何均值和比值，并进行二维追踪：将全区的SMFI及其几何均值和比值在平面等值图中的极小下降途径，确定为主要运移路径，主要运移路径中的SMFI及其几何均值和比值的下降方向为主要运移方向，主要运移路径的长度为相应的运移距离；沿主要运移路径，绘制输导体剖面，审查通道的连续性和连通性，以此验证运移追踪得出的主要运移路径；(9)若MII<5％，不需要计算SMFI，此时，用各微量极性有机化合物，包括含氮化合物的浓度代替SMFI，通过本方法一中的上述步骤(5)～(8)进行油气二次运移追踪；(10)以运移方向、路径和距离为基础，结合储层、构造及其演化史，揭示油气分布规律；E、方法二：通过模拟实验消除成熟度的影响并进行运移追踪的方法方法步骤为：(1)进行油源分析，划分有机相；(2)如果有机相单一，系统采集该有机相的低成熟烃源岩样品；(3)计算原油样品的成熟度，并根据这些成熟度数据的变化范围用烃源岩样品开展模拟实验；(4)对反应产物中的油样测试微量极性有机化合物，包括咔唑类化合物的含量和Ro，用微量极性有机化合物，包括咔唑类化合物的含量和Ro数据，进行回归分析，建立方程C(0，Ro)＝a1(1+a2Ro)，求取a2，用下式计算SMFI1SMFI1=C(x,Ro)(1+a2Ro)×100(%)---(6)]]>若成熟度Ro的变化范围>1％，采用C(0，Ro)＝a1(1+a2Ro+a4Ro2)进行回归分析，此时SMFI1=C(x,Ro)(1+a2Ro+a4Ro2)×100(%)---(7)]]>(5)绘制SMFI1的平面分布图；选取其极小下降途径，绘制输导体剖面，审查通道的连续性和连通性，以此验证一维运移追踪得出的主要运移路径；(6)根据极小下降途径上的微量极性有机化合物，包括咔唑类化合物含量、Ro与x数据，以式(1)的形式，进行非线性回归分析，求取a3；(7)在成熟度和运移距离之间进行多项式回归分析，根据多项式回归方程求得dRo/dx；应用式(2)和a2、a3、dRo/dx值，计算原油的MII；(8)或者，选择生烃灶的边缘附近的SMFI1等值线的数值或极大值，作为a1，用a1除以所有的SMFI1值，得SMFI；在SMFI或SMFI1的极小下降途径上，求出ln(SMFI1)或ln(SMFI)随x的变化率，即为a3；通过本方法二上述步骤(7)计算原油的MII；(9)如果MII≥5％，根据SMFI1的分布情况，选取参照点x0，读取x0处的SMFI1值，即为a1值；用a1值除以所有的SMFI1值，得SMFI；(10)按照上述方法一中的步骤(6)，计算上述方法一步骤(5)中的裸露、半屏蔽和屏蔽型烷基咔唑化合物的SMFI的几何平均值和相应的比值；(11)用本方法二中上述步骤(10)计算的SMFI及其几何平均值和比值，进行二维油气运移追踪：将本方法二中上述步骤(10)计算的SMFI及其几何均值和比值在平面等值图中的极小下降途径，确定为主要运移路径，主要运移路径中的SMFI及其几何均值和比值的下降方向为主要运移方向，主要运移路径的长度为相应的运移距离；沿主要运移路径，绘制输导体剖面，审查通道的连续性和连通性，以此验证运移追踪得出的主要运移路径；(12)如果存在多个有机相，按有机相对原油进行分类，对每个有机相，采用本方法二上述步骤(2)～(11)对每个有机相进行油气运移追踪；(13)若MII<5％，不需要计算SMFI；此时，用各微量极性有机化合物，包括含氮化合物的浓度代替SMFI，通过上述方法一中的步骤(5)～(8)进行油气二次运移追踪；(14)以运移方向、路径和距离为基础，结合储层、构造及其演化史，揭示油气分布规律，F、方法三、应用化合物含量比值消除成熟度的影响并追踪油气运移的方法非极性化合物，包括饱和烃、芳香烃在运移过程中不易被吸附，式(1)中a3的绝对值非常小；非极性化合物的含量也会随成熟度发生变化，选择a2相同的非极性化合物和微量极性化合物构成化合物对，其中微量极性化合物含量为分子、非极性化合物含量为分母，两者的比值与SMFI呈正比，该方法的应用条件是，原油未受生物降解或生物降解的影响已被消除，且不存在多源混合供油的情况，本方法的目的是确立普适的极性‑非极性化合物对，以便直接消除成熟度的影响，采用下述步骤，消除成熟度的影响并进行油气运移追踪：(1)进行油源分析，划分有机相；(2)如果有机相单一，工区内存在狭长的输导体，且运移距离能够事先确定，按照上述方法一通过非线性回归分析，得到极性、非极性化合物,饱和烃、芳香烃的a1、a2和a3值；(3)按照上述方法一中的步骤(3)计算原油极性化合物的MII；若MII≥5％，比较非极性化合物和极性化合物的a1、a2和a3参数，在a3为零的非极性有机化合物中的饱和烃、芳香烃中选择其a2与微量极性有机化合物，包括含氮化合物的a2相同的构成极性‑非极性化合物对；(4)计算化合物对的比值，非极性化合物的含量为分母，称为SMFI2；(5)并应用参照点x0处的SMFI2值进行归一化，得到SMFI；(6)若工区内不存在狭长的输导体，采用上述方法二获得a2，选择a2相同的非极性化合物和极性化合物构成极性‑非极性化合物对；(7)按照上述方法二中的步骤(5)～(7)，计算原油的MII；若MII≥5％，按照本方法三步骤(5)，计算SMFI；(8)如果存在多个有机相且不存在多源混合供油的情况，按有机相对原油进行分类；对每个有机相的原油，通过本方法三中步骤(2)～(5)或(6)～(7)，计算各有机相原油中各微量极性有机化合物，包括含氮化合物的SMFI；(9)按照上述方法一中的步骤(5)，计算SMFI的几何平均值和比值；(10)如果工区内存在狭长的输导体，按照上述方法一中的步骤(7)，进行一维油气运移追踪，确定油气运移方向、路径和距离，并揭示油气分布规律；(11)若工区内不存在狭长的输导体，按照上述方法一中的步骤(8)，进行二维油气运移追踪，确定油气运移方向、路径和距离；(12)若MII<5％，不需要计算SMFI，此时，用各微量极性有机化合物，包括含氮化合物的浓度代替SMFI，通过上述方法一步骤(5)～(8)进行油气二次运移追踪；(13)以运移方向、路径和距离为基础，结合储层、构造及其演化史，并揭示油气分布规律；三、应用多因子分析消除有机相、成熟度和生物降解的影响并进行油气运移追踪的方法步骤为：(1)首先对原油样品的饱和烃、芳香烃和微量极性有机化合物，包括咔唑类化合物开展定量测试；(2)计算各种油源对比参数、成熟度参数、原油成熟度和生物降解程度参数，并确定生物降解的程度；(3)将饱和烃、芳香烃和微量极性有机化合物，包括咔唑类化合物的含量数据取对数后与本方法上述步骤(2)中计算得到的各种油源对比参数、成熟度参数、原油成熟度和生物降解程度参数的对数值一起进行R型因子分析；(4)分析因子载荷矩阵并确定各因子的地球化学含义：生物降解参数突出的关联为生物降解因子；成熟度及其参数突出的关联为成熟度因子；油源对比参数突出的关联为有机相因子；微量极性化合物，包括咔唑类化合物突出的关联为层析作用总因子；(5)仅将饱和烃、芳香烃和微量极性有机化合物，包括含氮化合物的含量取对数后的数据进行R型因子分析，对比两种因子载荷矩阵，再次鉴定生物降解因子、成熟度因子、有机相因子和层析作用总因子；这时得到的层析作用总因子较精确；(6)将微量极性有机化合物按其结构或吸附能力进行分类，使用含氮化合物中的咔唑类化合物时分为裸露、屏蔽和半屏蔽烷基咔唑、苯并[a]咔唑与苯并[c]咔唑五种类型；将饱和烃和芳香烃含量的对数值分别与这5种咔唑类化合物含量的对数值组成5个二维矩阵，分别进行5次R型因子分析；从因子载荷矩阵中，分析、提取层析作用分类因子；也可以将饱和烃和芳香烃含量的对数值分别与每个咔唑化合物含量的对数值组成一系列二维矩阵，分别进行R型因子分析；从因子载荷矩阵中，分析、提取每个咔唑化合物的层析作用因子；(7)对层析作用总因子、层析作用分类因子和每个咔唑化合物的层析作用因子进行反对数变换，变换后的层析作用总因子、层析作用分类因子和每个咔唑类化合物的层析作用因子数据与相应的SMFI呈正比，类似于SMFI1，按照上述方法二中的步骤(8)，计算各因子的SMFI；(8)计算裸露/屏蔽、裸露/半屏蔽和半屏蔽/屏蔽烷基咔唑层析作用分因子的SMFI的比值，以及苯并[a]咔唑与苯并[c]咔唑层析作用分因子的SMFI的比值；(9)如果混合供油的油源在纵向上不是叠置的，可绘制层析作用因子、SMFI及其比值在平面上的分布图，按照上述方法一中的步骤(8)，进行油气运移二维追踪，确定运移的主要方向、路径和距离，并进行验证；按照上述方法一中的步骤(9)，揭示油气分布规律；(10)如果混合供油的油源在纵向上是叠置的，制作层析作用因子、SMFI在三维空间中的分布图件，进行三维油气运移追踪：首先用超趋势面分析获得层析作用因子、SMFI及裸露、半屏蔽和屏蔽型烷基咔唑的SMFI几何平均值在三维空间中分布的多项式方程，或用三维插值法计算出层析作用因子、SMFI及裸露、半屏蔽和屏蔽型烷基咔唑的SMFI几何平均值在三维空间中的分布数据，对超趋势面方程用纵坐标，即埋藏深度，求偏导数，获得极值曲面，或者，对于用三维插值法获得的空间数据，在每个平面坐标点上，均求取纵坐标上的极值，并将这些极值点组成曲面；当远离生烃灶时，层析作用因子、SMFI及裸露、半屏蔽和屏蔽型烷基咔唑的SMFI几何平均值下降；选择其极小下降曲面，称为主运移曲面，反映主要运移系统；求解层析作用因子、SMFI及裸露、半屏蔽和屏蔽型烷基咔唑的SMFI几何平均值在主运移曲面上的分布，并绘制层析作用因子、SMFI及裸露、半屏蔽和屏蔽型烷基咔唑的SMFI几何平均值在主运移曲面上分布的平面投影图；在主运移曲面上，当远离生烃灶时，层析作用因子、SMFI及裸露、半屏蔽和屏蔽型烷基咔唑的SMFI几何平均值下降；选取其极小下降途径，称为主运移路径；沿主运移路径，制作层析作用因子、SMFI及裸露、半屏蔽和屏蔽型烷基咔唑的SMFI几何平均值的分布剖面，称主运移剖面；用输导体的平面和剖面资料验证主运移剖面中的极小下降途径；层析作用因子、SMFI及其几何平均值在主运移路径上的极小下降方向，为主运移方向；主运移路径的长度为相对运移距离；应用吸附能力强与吸附能力弱的化合物SMFI比值，弱者为分母数据，或层析作用因子的差值，重复进行上述三维追踪，进一步验证层析作用；通过三维追踪，可自动消除油源、有机相的影响，因此对于三维运移追踪，可不考虑油源对比参数及有关的化合物含量，但可以通过油源对比验证三维追踪得出的油源方面的结果，进一步确认三维追踪的可靠性；为了在三维追踪中定量评价成熟度的影响，选取层析作用因子或SMFI及裸露、半屏蔽和屏蔽型烷基咔唑的SMFI几何平均值分布图中的极小下降路径；沿着极小下降途径，确定参照点，读取相对运移距离；用极小下降途径上的成熟度和运移距离数据进行多项式回归分析，根据回归方程求得dRo/dx；用极小下降途径上微量极性有机化合物，包括咔唑类化合物的含量、成熟度和相对运移距离数据，经式(1)的非线性回归分析，求解各微量极性有机化合物,包括含氮化合物的a1、a2和a3值，用式(2)计算MII。