基于泥浆气同位素录井的地层热成熟度评估方法和系统与流程

1.本发明涉及资源勘探与开发技术领域，具体涉及一种基于泥浆气同位素录井的地层热成熟度评估方法和系统。


背景技术：

2.石油、天然气和其他地下资源的勘探与开发需要消耗巨大的财力和大量的时间，给寻找例如页岩气、致密甜点区等能够形成商业开发价值的潜在区域带来很多困难。同时，现有技术无法准确区分探测区域的不同地层特征，提供给钻孔选址和后期生产的信息非常有限，也给潜在区域的开发带来不便。热成熟度是评估烃源岩生烃潜力的重要参数之一，因此在开发潜在区域的时候常常使用热成熟度来评估潜在区域的开发价值。常见的例如取芯等技术都是使用地层的热成熟度来区分不同的地层特征的，但是这些技术的实际操作大都效率低下，并且会耗费巨大的时间和财力成本。
3.在地层热成熟度的评估过程中，通常使用烃类来对地层的热成熟度进行评估。但是在通常情况下，烃类与其他来源的烃类混合、重力分异或者组分分馏后化学指示作用就会受到不可改变的破坏。因此在进行地层热成熟度的评估过程中，一旦烃类从源岩中排出或运移至其他地方，想要再确定地层的热成熟度就变得非常困难。


技术实现要素：

4.为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中的不足，提供一种在探井时使用泥浆气同位素录井和等效镜质体反射率值建立关系式，并由关系式对探区的地层热成熟度进行评估，降低勘探成本的同时准确获得地层热成熟度的基于泥浆气同位素录井的评估地层热成熟度的方法和系统。
5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于泥浆气同位素录井的地层热成熟度评估方法，包括：
6.步骤1：对探区进行钻井的同时开展泥浆气同位素录井获得泥浆气同位素值，对探井取心获得岩心样品；
7.步骤2：通过分析岩心样品得到地层的等效镜质体反射率值，
8.步骤3：根据泥浆气的成分选择泥浆气同位素值，通过泥浆气同位素值和等效镜质体反射率值之间的变化关系建立两者之间的关系式；
9.步骤4：获取探区内其他探井地层的泥浆气同位素值，通过泥浆气同位素值和等效镜质体反射率值之间的关系式推算出探区内其他探井地层的等效镜质体反射率值，将推算出的等效镜质体反射率值与镜质体反射率序列进行比对获得地层的热成熟度。
10.进一步地，所述步骤1中对探区进行钻井的同时开展泥浆气同位素录井获得泥浆气同位素值时，对探区进行多口探井的钻探并对每口探井开展泥浆气同位素录井获得泥浆气同位素值，对探井取心获得岩心样品时获取每口探井的岩心样品；
11.所述步骤3中通过泥浆气同位素值和等效镜质体反射率值之间的变化关系建立两
者之间的关系式时，使用的泥浆气同位素值为每口井泥浆气同位素值的平均值，使用的等效镜质体反射率值为每口井等效镜质体反射率值的平均值。
12.进一步地，所述步骤2中通过分析岩心样品得到地层的等效镜质体反射率值，具体为直接测定岩心样品中有机质颗粒的反射率值，作为岩心样品的等效镜质体反射率值。
13.进一步地，所述步骤2中通过分析岩心样品得到地层的等效镜质体反射率值，具体为对缺乏有机质颗粒的岩心样品进行岩石热解分析，获得烃类生成最大速率对应的温度值t
max
，判断岩心样品的有机质类型；
14.若岩心样品的有机质类型为ii2‑
iii型有机质，等效镜质体反射率值eqro的计算公式为：eqro＝0.016t
max
‑
6.173；
15.若岩心样品的有机质类型为i
‑
ii1型有机质，等效镜质体反射率值eqro的计算公式为：eqro＝0.018t
max
‑
7.16。
16.进一步地，所述步骤2中通过分析岩心样品得到地层的等效镜质体反射率值，具体为对岩心样品进行岩石热解分析，获得岩心样品中沥青或动物碎屑的反射率值，根据沥青或动物碎屑对应的等效镜质体反射率换算公式计算得到等效镜质体反射率值。
17.进一步地，所述步骤3中通过泥浆气同位素值和等效镜质体反射率值之间的变化关系建立两者之间的关系式，具体为通过最小二乘法建立泥浆气同位素值与等效镜质体反射率值之间的线性回归关系式。
18.进一步地，所述步骤3中根据泥浆气的成分选择泥浆气同位素值，具体为：如果泥浆气包含甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和戊烷，选择碳同位素值作为泥浆气同位素值；如果泥浆气包含氢气，选择氘同位素值作为泥浆气同位素值。
19.进一步地，所述碳同位素值以皮迪箭石作为标准物质来计算获取，所述氘同位素值以标准平均海洋水作为标准物质来计算获取。
20.本发明还提供了一种基于泥浆气同位素录井的地层热成熟度评估系统，包括处理器、内存、泥浆气同位素录井探测装置和等效镜质体反射率值检测装置，所述内存中存储控制所述处理器的操作指令并通过发送操作指令控制所述处理器工作，所述泥浆气同位素录井探测装置获取钻井时的泥浆气同位素值并传送给所述处理器，所述等效镜质体反射率值检测装置获取探井处的岩心样品的等效镜质体反射率值并传送给所述处理器；
21.所述处理器根据泥浆气同位素值和等效镜质体反射率值建立关系式，通过关系式推算出探区内其他探井地层的等效镜质体反射率值，对比等效镜质体反射率值与镜质体反射率序列来确定地层的热成熟度。
22.进一步地，还包括钻机和泥浆振动筛，所述钻机用于在探区钻井，所述泥浆振动筛用于快速脱离探井泥浆中含有的地层气体并将地层气体传送到泥浆气同位素录井探测装置中。
23.本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
24.本发明通过泥浆气同位素录井获取泥浆气同位素值并建立泥浆气同位素值与等效镜质体反射率值之间的关系式，通过关系式推算出探区内其他探井地层的等效镜质体反射率值从而得到探区内其它地层的热成熟度，这种方法在得到探区内其它地层的热成熟度时无需进行取心等耗时费钱的技术，降低了勘探成本；同时，在对探区进行钻井的同时就开展了泥浆气同位素录，有效避免了烃类从源岩中排出或运移至其它地方后化学指示作用受
到破坏的情况，提高了地层热成熟度评估的准确性。
附图说明
25.为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
26.图1是本发明方法的流程图。
27.图2是本发明系统的结构示意图。
28.图3是本发明实施例的实验中对三口井的jd1和jd3两套烃源岩在侧向上的对比示意图。
29.图4是本发明实施例的实验中jd3烃源岩的等效镜质体反射率随深度的变化情况。
30.图5是本发明实施例的实验中jd1烃源岩的等效镜质体反射率随深度的变化情况。
31.图6是本发明实施例的实验中对泥浆气碳同位素值δ
13
c1、δ
13
c2和δ
13
c3采用最小二乘法回归计算，建立等效镜质体反射率与同位素值之间的关系式的结果图。
具体实施方式
32.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
33.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“包括”意图在于覆盖不排他的包含，例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备，没有限定于已列出的步骤或单元而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
34.参照图1流程图所示，本发明一种基于泥浆气同位素录井的地层热成熟度评估方法的实施例，包括：
35.步骤1：对探区进行钻井的同时开展泥浆气同位素录井获得泥浆气同位素值，对探井取心获得岩心样品；同位素值即为同位素指纹，泥浆气同位素值包括碳13同位素值和氢2(氘)同位素值；泥浆气中的含碳和氢同位素值的同位素包括了甲烷c1、乙烷c2、丙烷c3、丁烷c4和戊烷c5。泥浆气同位素录井包括了钻井过程中循环泥浆中脱出的地层气体样品的组成和同位素测定，可以提供多种烷烃类(例如甲烷、乙烷、丙烷等)的碳、氢的同位素数据。
36.所述对探区进行钻井的同时开展泥浆气同位素录井获得泥浆气同位素值时，对探区进行多口探井的钻探并对每口探井开展泥浆气同位素录井获得泥浆气同位素值，对探井取心获得岩心样品时获取每口探井的岩心样品；通过最小二乘法回归建立泥浆气同位素值与等效镜质体反射率值的关系式时，使用的泥浆气同位素值为每口井泥浆气同位素值的平均值，使用的等效镜质体反射率值为每口井等效镜质体反射率值的平均值。
37.步骤2：通过分析岩心样品得到地层的等效镜质体反射率值。分析岩心样品的第一种方法为根据标准sy/t5124
‑
2012《沉积岩中镜质体反射率测定方法》直接测定岩心样品中有机质颗粒的反射率值，作为岩心样品的等效镜质体反射率值，不同地质年代的岩石样品其中含有的有机质颗粒是不同的，有机质颗粒为镜质体、沥青或动物碎屑中的一种。分析岩心样品的第二种方法为对缺乏有机质颗粒的岩心样品进行岩石热解分析，获得烃类生成最大速率对应的温度值t
max
，判断岩心样品的有机质类型；若岩心样品的有机质类型为ii2‑
iii型有机质，等效镜质体反射率值eqro的计算公式为：eqro(％)＝0.016t
max
(℃)
‑
6.173；若岩心样品的有机质类型为i
‑
ii1型有机质，等效镜质体反射率值eqro的计算公式为：eqro(％)＝0.018t
max
(℃)
‑
7.16。第二种方法一般是在样品中缺少可测定反射率的有机质颗粒时采用。分析岩心样品的第三种方法为对岩心样品进行岩石热解分析，获得岩心样品中沥青或动物碎屑的反射率值，根据等效镜质体反射率换算公式计算得到等效镜质体反射率值。沥青或动物碎屑的等效镜质体反射率换算公式为现有技术，此处不再赘述。本发明中的温度单位为摄氏度。
38.步骤3：通过同位素录井技术获取泥浆气的同位素组成并根据泥浆气的成分选择泥浆气同位素值，如果泥浆气包含甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和戊烷，选择碳同位素值；如果泥浆气包含氢气，选择氘同位素值。所述碳同位素值以皮迪箭石(pdb)作为标准物质来计算获取，皮迪箭石
13
c/
12
c值为0.0112372，所述氘同位素值以标准平均海洋水(smow)作为标准物质来计算获取，标准平均海洋水d/h值为155.76。以上两种标准物质是由国际原子能机构颁布的国际通用同位素标准。
39.通过最小二乘法回归建立泥浆气同位素值与等效镜质体反射率值之间的线性回归关系式。
40.步骤4：获取探区内其他探井地层的泥浆气同位素值，通过泥浆气同位素值和等效镜质体反射率值之间的关系式推算出探区内其他探井地层的等效镜质体反射率值，将推算出的等效镜质体反射率值与镜质体反射率序列进行比对获得地层的热成熟度。镜质体反射率值是热成熟度的一个指标，通过镜质体反射率值可以获得相对应的地层热成熟度。通过这种方法获得探区内其它地层的热成熟度时无需另外开展取心分析，或是其他耗时费钱的分析技术，可以降低时间和财力成本。同时，泥浆气同位素录井和热成熟度确定方法是随钻探实施的，避免了因开展其他技术而延缓钻探进程和增加钻探时间，有效避免烃类受到破坏，提高地层热成熟度评估的准确性。
41.参照图2的结构示意图所示，本发明一种基于泥浆气同位素录井的地层热成熟度评估系统的实施例，包括处理器、内存、泥浆气同位素录井探测装置和等效镜质体反射率值检测装置，所述内存中存储控制所述处理器的操作指令并通过发送操作指令控制所述处理器工作，所述泥浆气同位素录井探测装置获取钻井时的泥浆气同位素值并传送给所述处理器，所述等效镜质体反射率值检测装置获取探井处的岩心样品的等效镜质体反射率值并传送给所述处理器。所述处理器根据泥浆气同位素值和等效镜质体反射率值建立关系式，通过关系式推算出探区内其他探井地层的等效镜质体反射率值，对比等效镜质体反射率值与镜质体反射率序列来确定地层的热成熟度。
42.本实施例中的系统还包括钻机和泥浆振动筛，所述钻机用于在探区钻井，所述泥浆振动筛用于快速脱离探井泥浆中含有的地层气体并将地层气体传送到泥浆气同位素录井探测装置中。
43.为了进一步说明本发明的有益效果，在某探区钻三口探井并使用本发明中的方法进行评估实验。三口探井分别为井1，井2和井3，钻探过程遇到两套烃源岩层系，标记为jd1和jd3。jd1和jd3两套地层的岩性相同，为含有机质的灰黑色泥岩夹少量薄层粉砂质泥岩或泥质粉砂岩。导眼井钻探的同时，对两套烃源岩层系进行取心、岩心编录、泥浆气同位素录井工作。取心的目的是取得足够的岩心样品进行详细的烃源岩评估研究得到烃源岩评估参
数，通过岩心编录判断钻进过程中钻遇地层，通过泥浆气同位素录井得到泥浆气烷烃气的碳同位素值，泥浆气同位素录井数据和烃源岩评估参数用于建立烃源岩成熟度评估方法。
44.对每口探井的两套烃源岩层段岩心取样进行有机碳和岩石热解分析。有机碳分析获得岩石的总有机碳含量toc，岩石热解分析获得单位岩石游离烃量s1、干酪根裂解烃量s2、氢指数hi和干酪根裂解生烃最大速率对应的温度t
max
。通过s1，s2和hi三个参数判识干酪根类型。图3所示是三口井的jd1和jd3两套烃源岩在侧向上的对比，表1是jd3和jd1两套烃源岩岩心分析数据：
45.层位toc(％)s1(mg/grock)s2(mg/grock)hi(mg/gtoc)t
max
(℃)jd30.49
‑
2.98(1.08)0.32
‑
4.33(1.43)0.51
‑
4.78(1.88)47
‑
198(108)434
‑
466(451)jd10.40
‑
4.82(1.60)0.22
‑
7.62(2.06)0.54
‑
9.52(2.53)42
‑
174(97)445
‑
483(466)
46.表1jd3和jd1两套烃源岩岩心分析数据从图和表中可以看出，两套烃源岩具有相似的烃源岩品质，toc含量中等，氢指数较低，属ii2‑
iii型；jd1烃源岩t
max
值略高于jd3烃源岩，表示热演化程度更高一些。
47.钻井过程中，碳同位素录井仪对三口井的jd1和jd3烃源岩层段的泥浆气进行了甲烷、乙烷和丙烷的碳同位素值测量，表2列出了三口井的两套烃源岩层系碳同位素录井时测量的泥浆气碳同位素值δ
13
c1、δ
13
c2和δ
13
c3的数据。
[0048][0049][0050]
表2三口井的两套烃源岩层系的δ
13
c1、δ
13
c2和δ
13
c3的数据表
[0051]
镜质体是指来源于高等植物本质组织的一种有机显微组分，对于缺乏高等植物的地层(比如深湖相沉积、前泥盆纪沉积、碳酸盐岩沉积等)一般采用其他类似镜质体的有机
显微组分(如固体沥青、动物碎屑等)来预测热成熟度。这种情况下，其他类似镜质体的有机显微组分的反射率值需要换算为等效镜质体反射率。本实验中jd1和jd3两套烃源岩为半深湖
‑
深湖相沉积，缺乏镜质体显微组分，镜质体反射率值无法直接测定。因此，采用岩石热解获得的t
max
值进行换算获得等效镜质体反射率值，对于本实验中的ii2‑
iii型有机质，通过公式eqro＝0.016t
max
‑
6.173换算得到。经过换算之后，jd3烃源岩的等效镜质体反射率介于0.92％(井1)至1.17％(井3)，jd1烃源岩的等效镜质体反射率介于1.13％(井1)至1.43％(井3)。随着深度加深，等效镜质体反射率逐渐变大，图4展示了jd3烃源岩的等效镜质体反射率随深度的变化情况，图5展示了jd1烃源岩的等效镜质体反射率随深度的变化情况。
[0052]
然后，以每口井每套烃源岩等效镜质体反射率平均值和泥浆气碳同位素平均值为x轴和y轴，绘制图6对表2中的每一组数据(eqro
‑
δ
13
c1、eqro
‑
δ
13
c2、eqro
‑
δ
13
c3)采用最小二乘法回归计算，建立等效镜质体反射率与同位素值之间的关系式的结果图。如果有氢同位素值，同样可以建立等效镜质体反射率与氢同位素之间的关系式。得到等效镜质体反射率(x1)与同位素值δ
13
c1(y1)之间的关系式为y1＝35.554x1
‑
92.965，等效镜质体反射率(x2)与同位素值δ
13
c2(y2)之间的关系式为y2＝31.998x2
‑
68.551，等效镜质体反射率(x3)与同位素值δ
13
c3(y3)之间的关系式为y3＝22.879x3
‑
52.074。
[0053]
那么，该探区其他钻井的泥浆气同位素录井数据带入关系式可以得到烃源岩的等效镜质体反射率值，快速确定页岩层段的热成熟度和生油气潜力而无需取心开展岩心分析，降低评估成本。
[0054]
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：本发明通过泥浆气同位素录井获取泥浆气同位素值并建立泥浆气同位素值与等效镜质体反射率值之间的关系式，通过关系式推算出探区内其他探井地层的等效镜质体反射率值从而得到探区内其它地层的热成熟度，这种方法在得到探区内其它地层的热成熟度时无需进行取心等耗时费钱的技术，降低了勘探成本；同时，在对探区进行钻井的同时就开展了泥浆气同位素录，有效避免了烃类从源岩中排出或运移至其它地方后化学指示作用受到破坏的情况，提高了地层热成熟度评估的准确性。
[0055]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0056]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0057]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或
多个方框中指定的功能。
[0058]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0059]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。