(正如大家购买房子一样,居住环境,交通条件等因素固然是满足自己将来住房要求的考虑因素,但房子的大小是每个人衡量为它投入的关键要素。TOC就同开发商提供的房子面积一样,它是你衡量房子价值的一个关键要素,除此之外,每个人都会关注房子的公摊有多少,它的实际使用面积是多少,如果你要用它来做生意,还会进一步考虑使用面积里面的有效经营面积、、、生烃潜量、氯仿沥青“A”及总烃就是这样一些指标。另外,由于那些富丽堂皇、或隐或现的鬼城常常出现,勘探家们永远会对华丽的数据抱有必要的警惕,比如很高的TOC值。)
Loucks等(2009)系统研究了Barnett页岩纳米级孔隙的形态、来源及分布特征后得出该泥页岩中除了与黄铁矿微球粒相关的粒内孔隙外其余纳米孔隙都与有机质颗粒有关,并且这些孔隙伴随着有机质的热演化作用而发育生长。这类对于黑色岩系的研究结果让人们更加确信起初烃源岩评价参数中的TOC(有机质丰度)和Ro(有机质热演化成熟度)对页岩气评价是至关重要的因素。如是,当下获得页岩气评价项目的地质部门开始整合队伍开赴野外,测量剖面、采集黑色岩系样品,并首要开展样品的TOC和Ro测试工作;当然,对于页岩气的综合评价,每个部门都制定了自己的详细工作路线。遗憾的是,如此仓促的从事一项全新的工作,让表面上看着系统性很强的工作因对基本常识的粗浅认识终归于杂乱无序或者徒增一些笑点,而不会有实质性的工作。图1是网络上流行的一张技术路线图,整体看来色调分明,层次清楚,以致一些项目设计书中引为模板。但细看一下里面的内容,“地球化学分析”这样的上级概念和其测试内容之一“TOC分析”并列在气源岩特征这样一个模糊的概念之下;“生物标志化合物”和“热演化分析Tmax”这样典型的烃源岩地球化学分析项目又在储层物性特征这个标题的色调里面,难怪有专家说有些单位还没有入门。有鉴于此,决定班门弄斧,将页岩气资源评价指标做一个入门性介绍。
图1 技术路线概念混乱案例
在当下鱼龙混杂的页岩气培训会议中专家们常引用斯伦贝谢的一张图(图2),并在有机质丰度下面很显眼的突出TOC>2%。这一讲就对有机质丰度这个指标概要介绍,好让大家清楚为何提页岩气就讲TOC这三个字母。
图2 引用较多的一张页岩气评价要素图
随着人类对化石能源的疯狂吞噬,非常规油气资源的勘探开发必然接踵而至;然而,无论是研究那些还有巨大生烃潜力的油页岩,还是热成熟度已经高到干酪根全部裂解并生成赋存于泥页岩中页岩气的黑色岩系;人们在之前油气勘探中对烃源岩的认识和研究必然是日后对这些非常规油气评价的重要基础。同样,之前的很多评价指标只会被赋予更加丰富的意义,而不是被丢掉、一无是处。
在常规油气资源评价中,衡量岩石有机质丰度的指标主要有总有机碳(TOC)、生烃潜量(S1+S2)、氯仿沥青“A”及总烃等相关参数。各参数概要及分析测试概况如下:
1、 TOC
常讲的TOC是指总有机碳在岩石总重量中所占的百分比,通常用有机碳分析仪测定(图3)。其分析方法是将样品粉碎后经过酸处理去碳酸盐,之后清洗滤液,在55℃恒温干燥箱干燥后约1200℃高温快速燃烧,收集燃烧过程产生的CO2,计算总有机碳。
然而,由于实验测定的是目前岩石中的有机碳含量,对于烃源岩来说,一般都发生过或多或少的烃类排出运移现象,即一部分有机碳已经转化为油气并从源岩层进入储层或散失掉了,所以目前测定的有机碳是源岩的残余有机碳。可见,要想了解那些发生过生排烃作用的成熟—过成熟源岩的原始有机质丰度,还要进行有机质丰度的恢复计算;更何况对于不同类型的有机质,其生排烃效率也被证实存在很大差别。这些暂且不论(下节讲解有机质类型),人们依旧延续了早期对有机丰度的认识,有机碳被公认为是很好的丰度指标(由于生排烃只占原始总有机质的一小部分,所以现在测定的TOC仍然是一个很好的指标)。
图3 有机碳分析仪
2、 氯仿沥青“A”及总烃
氯仿沥青“A”是指用氯仿从沉积岩中溶解抽提出来的有机质,一般石油行业采用索氏抽提的方法(图4)。这种方法需要将粉碎好的样品粉末抽提72个小时,如果抽提出来的有机质继续过硅胶柱进行分离,则会获得大家常听到的饱和烃、芳烃以及一些非烃类物质,其中饱和烃和芳烃的总和称为总烃。
由此可见,氯仿沥青“A”反映的是沉积岩中可溶有机质的含量,并且是残余可溶有机质的丰度而不能反映总有机质的丰度。而总烃反映的是源岩中烃类的丰度而不是总有机质的丰度。但在其它条件相近的前提下,这两个值越高,指示的有机质丰度越高,因此,它们也常被用作烃源岩评价的丰度指标。显而易见,这两项指标并不能反映源岩的生气能力。而且在高过成熟阶段,由于液态产物裂解为气态产物,更加氯仿抽提及饱和烃、芳烃分离时C14以下轻质烃类基本损失殆尽,两项指标甚至连源岩中的残烃都不能反映,以致大家看到在我国南方高过成熟海相页岩评价中,多见到TOC这个指标,缺少见氯仿沥青“A”及总烃这两个指标。
图4 索氏抽提
3、生烃潜量(S1+S2)
这一参数是研究者利用Rock Eval不同型号热解仪获得的系列参数中的两个数值(图5),热解仪和TOC分析仪最大的不同就在于它不是瞬间高温燃烧,而是经历程序升温,在不同阶段(温度)获得不同的参数(其它参数下节讲解)。
S1常被称为游离烃(热解烃),相当于岩石中已经由有机质生成但尚未排出的残留烃,其与氯仿沥青“A”和总烃似乎有重叠,但比较富含总烃分析中损失掉的轻质组分而贫重质组分。
S2称为裂解烃,即通过高温使岩石中能够生烃但尚未生烃的有机质裂解成烃,所以(S1+S2)被称为“Geneticpotential”(Tissot等,1978)。
图5 ROCK EVAL 6基本描述
在常规油气的评价中,由于指示有机质丰度的这些指标各自有侧重,并且氯仿沥青“A”及总烃这类指标受热演化程度影响明显,实际操作中往往将这些参数结合应用
(表1)。
表1 我国陆相泥质烃源岩有机质丰度评价标准(黄第藩,1987)
生油岩级别 | 好生油岩 | 较好生油岩 | 较差生油岩 | 非生油岩 |
沉积岩相、环境 | 深湖、半深湖 | 半深湖、浅湖 | 浅湖、滨浅湖 | 河流相 |
岩性 | 深灰、黑色泥岩 | 灰色泥岩为主 | 灰绿色泥岩为主 | 紫红色泥岩 |
有机碳(%) | >1.0 | 1.0-0.6 | 0.6-0.4 | <0.4 |
“A” (%) | >0.1 | 0.1-0.05 | 0.05-0.01 | <0.01 |
总烃 (ppm) | >500 | 500-200 | 200-100 | <100 |
S1+S2(mg/g) | >6.0 | 6.0-2.0 | 2.0-0.5 | <0.5 |
总烃/有机碳(%) | >6 | 6-2 | 2-1 | <1 |
(保忠:如同我们要进行身体检查,不同年龄段的人需要做一些不同的检查项目,但还是很多项目是相同的,但不同年龄的人做相同的检查,可能对应的指标是不一样的,常规油气已经积累了一些可靠的判识指标,页岩气是它的爸爸,也要给他制定一套健康指标。)
参考文献: 略
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