[发明专利]密闭体系下页岩油气产率评价模型建立及参数标定方法

摘要

本发明涉及一种密闭体系下页岩油气产率评价模型建立及参数标定方法，包括以下步骤1)建立页岩油产率评价模型；2)建立页岩气产率评价模型；3)实验测量页岩油产率和页岩气产率；4)标定页岩油评价模型和页岩气产率评价模型中动力学参数。本发明由于同时考虑了页岩油生成和二次裂解这两种情况，在密闭体系中建立页岩油气产率评价模型，因此从实验条件和地质条件的近似程度上考虑，本方法有效地解决了对密闭体系下页岩油生成和二次裂解同时存在的复杂过程的描述，实现了对页岩油气特征的定量、动态地描述。利用本方法标定出的页岩油气动力学参数，再结合实际盆地的埋藏史热史进行地质外推，获得的页岩油气生烃史信息更加准确可靠。

主权项

一种密闭体系下页岩油气产率评价模型建立及参数标定方法，包括以下步骤：1)建立页岩油产率评价模型，包括以下步骤：①建立页岩油的化学动力学模型：模型中，k1为干酪根生成页岩油的反应速率系数；k2为页岩油裂解成气的反应速率系数；②建立页岩油产率评价模型从页岩油的化学动力学模型中可以看出：密闭体系下，当页岩的成熟度达到并超过0.9％时，页岩油的生成和裂解同时存在，页岩油的产率(CY)是生成和裂解两个反应过程的综合结果，这种情况下，页岩油的反应速率为：dCYdt=k1CYG-k2CYL]]>式中，CYG为干酪根生成页岩油的产率；CYL为页岩油二次裂解成气的产率；t为时间；k1为干酪根生成页岩油的反应速率系数；k2为页岩油裂解成气的反应速率系数；假设页岩油的生成和裂解由NY个平行一级反应组成，将每个平行一级反应的页岩油的产率为CYi，将每个平行一级反应的页岩油的生成和裂解的指前因子设为AYi，活化能设为EYi，i＝1,2，……NY；升温速率为V；干酪根初始生油潜量为CYGi0；页岩油裂解的原始潜量为CYLi0；实验开始时的绝对温度为T0；实验结束时的绝对温度为Te；T为绝对温度；R为气体常数，R＝8.31447kj/mol·K，则页岩油产率评价模型为：CY=Σi=1NYCYi=Σi=1NY[(CYGi0-CYLi0)(1-exp(∫T0TeAYiV·(-EYiRT)dT))]]]>2)建立页岩气产率评价模型，包括以下步骤：①建立页岩气的化学动力学模型：模型中，k2为页岩油裂解成气的反应速率系数；k3为干酪根生成页岩气的反应速率系数；②建立页岩气产率评价模型从页岩气的化学动力学模型中可以看出：由于页岩油的生成和裂解同时存在，因此，当页岩的成熟度达到并超过0.9％时，页岩气的产率(CQ)为干酪根直接生成的页岩气产率与页岩油二次裂解成的页岩气产率之和，页岩气的反应速率为：dCQdt=k3CQG+k2CQL]]>式中，CQG为干酪根生成页岩气的产率；CQL为页岩油二次裂解成气的产率；假设页岩气的生成由NY个平行一级反应组成，假设每个平行一级反应的页岩气的产率为CQi，假设每个平行一级反应的页岩气生成的指前因子为AQi，活化能为EQi，i＝1,2，……NY；升温速率为V；干酪根初始生气潜力为CQGi0；页岩油裂解为气的原始潜量CQLi0；实验开始时的绝对温度为T0；R为气体常数，R＝8.31447kj/mol·K，则页岩气的产率评价模型为：CQ=Σi=1NYCQi=Σi=1NY[(CQGi0+CQLi0)(1-exp(∫T0TeAQiV·exp(-EQiRT)dT))];]]>3)实验测量页岩油产率CY1lj和页岩气产率CQ1lj；4)标定页岩油评价模型和页岩气产率评价模型中动力学参数，包括以下步骤：①构造包含动力学参数的目标函数假设某一升温速率为V＝l，达到某一温度j时由实验所测得的页岩油产率为CY1lj，在相同的条件下，假设干酪根生成页岩油的活化能为EYGi，干酪根生成页岩油的指前因子为AYGi，干酪根生成页岩油的反应系数为FYGi0，页岩油二次裂解成页岩气的活化能为EYLi,页岩油二次裂解成页岩气的指前因子为AYLi，页岩油二次裂解成页岩气的反应分数为FYLi0，通过页岩油产率评价模型计算得到的页岩油产率为CYlj；如果存在一组EYGi、AYGi、FYGi0、EYLi、AYLi、FYLi0的数据，使CY1lj‑CYlj＝0，则该组数据为所要标定的数据，但是，由于不可避免的实验误差的存在，这种情况实际上是不可能存在的，因此，只需要求出使CY1lj‑CYlj为极小值时的EYGi、AYGi、FYGi0、EYLi、AYLi、FYLi0的取值，为此构造目标函数：Q(EYGi,AYGi,FYGi0,EYLi,AYLi,FYLi0)=Σl=1L0Σj=1J0(CY1lj-CYljCY1lj)2]]>式中，L0为不同升温速率实验的数目；J0为一条升温速率下的实验转化率曲线(曲线由实验数据所得)上选取的采样点的数目；由于EYGi和EYLi通过确定平行一级反应的活化能的分布范围和相邻平行一级反应的活化能间隔而求解，而且干酪根成油及页岩油二次裂解成页岩气可以使用相同的指前因子，因此，目标函数能够简化为：Q(A,FYGi0,FYLi0)=Σl=1L0Σj=1L0(CY1lj-CYljCY1lj)2]]>A、FYGi0、FYLi0应该同时满足以下约束条件：0≤FYGi0≤M油；0≤FYLi0≤M气；A>0；其中，M油和M气为定值，此时，页岩油动力学参数的求取问题就转化为求非负的目标函数在满足约束条件时的极小点的问题；②构造求解目标函数的惩罚函数；③初始化M油和M气；④求解目标函数和惩罚函数的一阶偏导函数；⑤求取动力学参数的近似极小值并判断是否达到精度要求，通过优化方法求解出逼近惩罚函数极小点的近似解，并计算出该点的梯度，判断该梯度是否小于某一给定的小正数ε，如果是，则输出标定结果，过程结束；否则，求解新点处使惩罚函数值下降的方向，进行一维搜索，直到求解出满足精度要求的近似极小点为止，从而达到标定页岩油产率评价模型的动力学参数的目的。