用于由组合建模分析重建总有机碳含量的方法
【专利说明】用于由组合建模分析重建总有机碳含量的方法 发明领域
[0001] 本发明涉及一种通过热解、化学分析和组合建模的组合来重建地质样品中总有机 碳（T0C)值，以确定非常规的油资源或源岩的品质的方法，其用于开发钻探和/或勘探作业 过程中。
[0002] 发明背景
[0003] 开放系统热解的使用（如用于商业RockEval(TM)分析，和RockEval(TM)和 LECO(TM)分析系统所用的总有机碳测量中）是已经长期用于评估石油源岩的方法。参 见例 如：Peters，K.E.，1986，GuidelinesforEvaluatingPetroleumSourceRock UsingProgrammedPyrolysis，BulletinoftheAmericanAssociationofPetroleum Geologists，第 70 卷第 318-329 页；美国专利 5, 811，308，Expitalie等人，Methodfor DeterminingPetroleumCharacteristicsofGeologicSediments，1998 年 9 月 22 日； Langford，F.F.和M. _M.Blank-Valleron，1990 年，InterpretingRock-EvalPyrolysis DataUsingGraphsofPyrolizableHydrocarbonsvs.TotalOrganicCarbon，Bulletin oftheAmericanAssociationofPetroleumGeologists，第 74 卷，第 799-804 页； Lafargue，E.，J.Espitalie，F.Marquis，和D.Pillot，2000 年，RockEval6Applications inHydrocarbonExploration，Production，和SoilContaminationStudies：Revuede L9institutFrail^aisduP6trole，第53卷，第4期，第421-437页。但是，这些方法依赖 于大量测量样品中存在的全部有机物质，并且仅能够由经验推导的边界值（cutoffvalue) 和参数来提供信息。美国专利7,363,206和冊2008/100614(?(：17^52008/002102)中所述 的方法和系统证实了，热解数据可以用于表征地质样品中有机物质和污染物的相对量。
[0004] 最初公开在美国专利5, 866, 814中的热解油-生产率指数（P0PI)技术已经成功 用于勘探和开发油井，以在钻探行进穿过储集岩中的这些层时，快速和精确地评价焦油席 (tarmat)和其他类型的有机物质的储集岩。该P0PI方法已经引入到被称作GC-ROX(TM)的 市售软件程序中，GC-R0X是"地球化学残油专家建模"的首字母缩写。该GC-R0X(TM)程序 可以通过焦油席鉴别和量化而用于优化油田开发，和可以用于验证、组织和存储现场数据。 从不同的现场数据的早期观察已经表明，生产率的边界存在于约3%焦油时。但是，依赖于 通过GC-R0X软件所产生的更精确的信息，1 %焦油的目标已经在商业上用于注入目的。人 们对于在将P0PI方法和信息与粘度相联系表现出兴趣。据考虑，可以开发代理，但是该技 术的主要应用是鉴别和量化焦油。
[0005] 石油源岩熟化和烃产生的方法是公知的，并且埋藏和温度的作用使得油母质分解 成沥青、游离油（其被排出和迀移），最后分解成气体。使用组合建模的方法公开在美国专 利7, 363, 206中，其允许使用者鉴别储集岩样品中多个端员组分按百分比计的相对比例。 这种方法代表了本领域的显著进步，因为现有方法仅提供了大量的值或参数。
[0006] 用于评价残留烃染色（staining)的组合建模方法（其教导于美国专利7, 363, 206 的第6栏第56行至第9栏第48行）优选用于本发明中。作为此处和特别是权利要求书中 所用的，术语"组合建模"应当表示美国专利7, 363, 206所公开和如下所述的方法。美国专 利7, 363, 206的公开内容在此引入作为参考。
[0007] 这些因素是：（1)总烃产率的量，和（2)烃染色与所生产的油的类似性。热解仪器 可用于量化烃染色的量，并且该P0PI方法通过将烃细分为轻质挥发物（LV)、可热蒸馏组分 (TD)和可热裂化组分（TC)(图1)，而评价与所生产的油的类似性。但是，已经发现目视检 查热解图也可以用于评价所存在的烃的类型，因为油、焦油、焦沥青和其他典型的有机物质 各自也具有非常特性的外观。
[0008] 图2a_2d是样品的热解图的例子，该样品具有几乎均匀组成的特定的烃或者可热 解鉴别类型的有机物质端员组分。这些图在y轴上显示了烃产率，用于在x轴上记录的每 个数据步骤。
[0009] 用于具体分析的数据步骤的数目可以基于所用的热解仪器的类型而变化。两种这 样的市售仪器是Vinci的ROCKEVAL(TM)和Humble的SOURCEROCKANALYZER(TM)。获自 所述仪器，并且被转化成数字文件的数据也可以变化。在以下说明书和实施例的情况中，使 用SOURCEROCKANALYZER(TM)，并且使用MICROSOFTEXCEL(TM)CSV文件将数据输出成为数 字形式，该文件记录了 611个数据步骤上的产率和温度。最先的111个步骤记录了在195°C 保持3分钟的等温线，接下来的500个步骤记录了从195°C到630°C的程序升温运行。通 常，与任何具体步骤相关的温度在运行之间是相同的，这样在运行期间步骤序号会与炉温 相关。
[0010] 样品的组合建模包括在适当编程的计算机中输入在各单个数据步骤的产率，作为 由不同的端员组分的合计产率所构成的值。在这种方法中，具体的和一致的温度与各步骤 有关。根据来自一种或多种理论端员组分的算法所计算的模拟的产率与实际产率之间的差 值提供了基础，用于评价具体的方案是否精确反映了储集岩样品中的实际组成。
[0011] 所评价的每个这样的方案必须对在样品的全部数据步骤上计算产率和实际产率 之间的差值进行求和。多种统计方法中的任一种可以用于量化用于任何所提出的方案的整 体误差。该建模依赖于重复改变不同组分的浓度，直到合计误差最小化，并且该曲线看起来 非常类似为止。在一个优选的实施方案中，该软件利用提出不同的组合，基于各数据步骤的 产率计算假定曲线，评价各具体方案的误差，然后使这种合计误差最小化的重复过程。这 些方法步骤可以有利地通过使用宏指令和解算器附加应用（Solveradd-onapplication) (其是MicrosoftExcel(TM)程序的标准组件）来完成，并且它的使用使该方法极大地自 动化和加速。还有其他软件包，其也可以用于促进所用的方法来模拟市售的烃组合物，包括 CorelQuattroPro>Lotusl-2-3、CorelParadox、LotusApproach，MicrosoftAccess和 MicrosoftVisualFoxPro。
[0012] 表1 (如图6所示）是来自HumbleSOURCEROCKANALYZER(TM)的输出文件，其已 经被转化成CSV格式。该输出数据文件记录了在所测试的各样品的相同位置中的相同信 息，并且通过电子表格数据分析程序来促进了它的提取。在该报告最顶上的标题信息记录 了所计算的来自仪器的参数和运行参数。从第22行开始，该仪器记录了在该文件的前三列 中的曲线信号。第一列包含数据步骤序号，第二列记录来自于火焰离子化检测器（FID)的 信号，单位是毫伏（mV)，并且第三列记录与数据步骤有关的炉温。
[0013] 为了使用仪器软件将该仪器的输出转化成烃产率，分析了来自储层区的已知标准 化合物或组合物。使用来自该标准的数据，该仪器可以计算转化因子（CF)，以将来自FID的 毫伏与烃产率（单位毫克/每克岩石（g岩石））建立关系。从该数据文件，如下来计算各 样品的这些转化因子：将第二列中的总信号求和，然后根据以下数学表达式，用这个信号除 以该样品的总烃产率：
[0014]CFfid= [ 2 信号步骤卜611(mV) ] / [ (LV+TD+TC) (mgHC/g岩石）](1)
[0015] 该信号（取其来用于任何具体的数据步骤）然后通过简单地用该信号除以CF而 转化成mgHC/g岩石：
[0016] 产率步骤x (mgHC/g岩石）=[信号步骤x (mV) ] / [CFfid (mV/mgHC/g岩石）](2)
[0017] 在一个优选的实施方案中，全部仪器输出被转化成产率，用于进行相关的计算，以 合并端员（EM)和基于建模的方案来计算结果。这样进行是因为赋予各端员样品和各样品 (其被建模）的实际产率将是独特的。为了模拟构成具体样品的端员的相对组成，将各端员 的数据归一化，以使得各重新计算的端员的总烃产率与实际样品相同。所以，端员组分（其 将存在用于与该样品具有相同产率的纯端员）的量可以如下来表达：
[0018] 产率=[产率EM步骤x]*([总产率（THC)样品]/[总产率端员])(3)
[0019] 在以上式⑶和以下那些中，符号被用于表示乘法。
[0020] 式⑶用于计算合计产率，其被发现用于假设样品（其包含不同百分比的端员，需 要该端员来描述该样品行为）。因此，用于在任何给定数据步骤提出的烃组成的计算产率是 各端员的百分比的总和（％EMi_5