[发明专利]一种基于烷烃碳同位素倒转的高成熟-过成熟页岩含气量评估方法

说明书

本发明公开了一种基于烷烃碳同位素倒转的高成熟‑过成熟页岩含气量评估方法，适用于高成熟‑过成熟页岩，包括以下步骤：开展区块内典型页岩气井的页岩岩心现场解吸实验，测定页岩含气量；分离出解吸气中的两种烷烃，测量这两种烷烃的碳同位素，计算两者的碳同位素差值，然后建立这两种烷烃的碳同位素差值与页岩气含量之间的拟合公式；采集相邻井或相邻区块页岩气井的井口气或解析气，测量两种烷烃的同位素，代入拟合公式计算页岩含气量。本发明的有益之处在于：原理可靠、不受岩心的影响、实现成本低，能有效提升页岩气含量评估的准确性，特别是在针对厚度大的页岩层段进行开发时，能发挥较大的经济优势，具有易于推广、方便实施的特点。

技术领域

本发明涉及一种页岩含气量评估方法，具体涉及一种基于烷烃碳同位素倒转的高成熟-过成熟页岩含气量评估方法，属于油气勘探技术领域。

背景技术

页岩气是赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附和游离状态为主要存在方式的非常规天然气，成分以甲烷为主，含少量乙烷、丙烷和丁烷，被公认是洁净的能源。由于页岩气具有巨大的资源潜力，已经被认为是21世纪天然气勘探的重大发现。近年来，中国大力推进页岩气勘探开发进程，已经取得了许多重大突破，其中以四川盆地龙马溪组高成熟-过成熟页岩气的勘探开发效果最好。2018年中国页岩气产量已达到108亿方，2030-2035年页岩气产量预计将达到650亿立方米/年。

作为研究油气生成、运移、聚集的关键地球化学参数，页岩气的碳同位素组成对识别页岩气的来源、成因类型和预测有利勘探区具有重要意义。前人研究认为，相同来源的热成因烷烃气体的碳同位素往往具有正向序列，即烷烃气体的碳同位素随着碳数的增加而增加。但是，近年来碳同位素倒转在高成熟-过成熟页岩气中被大量发现。基于页岩气的成藏机理，这个特殊现象背后的物理化学过程被广泛讨论。目前，越来越多的证据表明，页岩气碳同位素倒转与热演化程度密切相关。同时，许多页岩气田的勘探开发实践表明，烷烃的碳同位素倒转程度越大，页岩气井的产量越高，如美国的Barnett、Fayetteville、Woodford、Haynesville和Marcellus页岩气、加拿大西部沉积盆地的Foothills页岩气和中国四川盆地的龙马溪组页岩气。

有机质二次裂解是导致处于高成熟-过成熟热演化阶段(1.3％Ro4.0％)的页岩气烷烃碳同位素发生倒转的重要原因之一。高成熟-过成熟页岩中往往残留大量的液态烃，其二次裂解烷烃气由于同位素分馏作用而具有更轻的碳同位素。由于二次裂解烷烃气中乙烷、丙烷和丁烷的比例高于初次裂解烷烃气，因此两种气体混合会导致重烃气体(乙烷、丙烷和丁烷)具有更轻的碳同位素。因此，在封闭系统中，烷烃碳同位素倒转程度越大指示有机质二次裂解越彻底，而页岩中的含气量也会随之增大。

页岩含气量是页岩气勘探潜力评价中最重要的评价指标之一，也是计算页岩气地质储量的基础参数。目前，页岩含气量测定方法可以分为两类：一类是直接法，即现场解吸法；另一类是间接法，即利用孔隙度分析和等温吸附实验计算游离气量和吸附气量，再求总和。

1、现场解吸法

现场解吸法是将刚出筒的新鲜岩心放入密封罐中直接测量的方法，该方法确定的含气量包括三个部分：解吸气量、残余气量和损失气量。

解吸气量是指刚出筒的新鲜岩心密封后所能解吸出来的气体量，其测量方法是：将刚出筒的新鲜岩心洗净、擦干、称重、装罐、填砂、密闭，放入温度为泥浆温度的水浴中，测量出气量4h后，将密封罐放入温度为地层温度的水浴中，测量出气量直至几乎不出气为止，所测得的气量即为解吸量。

残余气量是指岩心解吸结束后，岩样中仍残余的气体量，其测量方法是：将在密封条件下将岩心粉碎，释放出的气量即为残余气。

损失气量是指岩心在井筒中开始提升直至封闭在密封罐中，岩心所散失的气体量即为损失气量。这部分气体量是通过计算得到的，通常运用在泥浆温度条件下累计解吸气量与解吸时间的平方根之间的经验公式来进行推算。