海底淺層沉積物中btex異常預測深部油氣藏的方法
2023-05-24 11:12:21
專利名稱：海底淺層沉積物中btex異常預測深部油氣藏的方法
技術領域：
本發明涉及一種預測海底深部油氣藏的新方法，屬油氣地球化學領域。
背景技術：
油氣地球化學勘探的指導思想是烴類垂向運移機制。通常認為自油氣藏上升而來的氣體，主要成分是甲烷，是指示地下油氣藏的「信使」(messenger)。因此，傳統的油氣地球化學勘探主要的探測對象是土壤游離氣(soil-gas)中的甲烷，即檢測游離於土壤間隙中的氣態甲烷輕烴組分來達到尋找油氣藏的目的。由於甲烷的來源並不唯一，常常受到生物成因甲烷的幹擾，應用效果不佳。
近十年來，油氣地球化學勘查向原油揮發組份中特有的高分子烷烴、環烷烴和芳烴發展，如芳烴系列中的苯、甲苯、乙苯、二甲苯(簡稱BTEX)(Burtells G，Jones III V T.1996.Benzenecontent of subsurface brines can indicate proximity of oil，gas.Oil and gas Journal.June.359-64.Calhoun G G，and Hawkins J L.1998.BTEX detector’s results good in oil identification.Oil and gas Journal.Mar.3077-80.Calhoun G G and Hawkins J L.1999.Benzene and toluene are accurate oil predictors.AAPG Bulletin.83(2)386.Calhoun，G G，Hawkins，J L.，1999.BTEX geochemical investigation，Permian basin.AmericanAssociation of Petroleum Geologists 1999annual meeting，San Antonio，TX，United States，April 11-14，1999.)。因為，BTEX難以在地表生物化學作用下生成，被酵母、細菌、酶的降解速度緩慢，僅有少數可降解芳香族烴，而且BTEX分子體積小，易於運移，在地下水中的溶解度較低。所以，在沒有人文活動、工業汙染以及油料運輸洩露影響下，BTEX異常與深部油氣藏直接相關。美國報導過檢測海水、以及土壤游離氣(soil-gas)中的苯和甲苯的濃度來預測附近是否有油氣藏的事例。如美國Burtell等測量海水中苯的含量變化來追蹤海底可能存在的油氣藏。其次，Calhoun和Hawkins抽取陸地表層土壤游離氣，測量苯和甲苯的濃度變化來預測下伏地層的含油氣可能性。他們的測量靈敏度均在ppb量級。由於地表土壤受環境影響較大，而海水的流動性大，在預測地下深部油氣藏方面有一定的局限性。
我們課題組對海洋沉積物中的BTEX曾進行過研究，採用的是膠束電動毛細管色譜法(王樹虎，史向陽，馬萬雲，陳瓞延，劉季昂，「用膠束電動毛細管色譜法測定海洋沉積物中苯系物」，分析測試學報，Vol.18，No.5(1999)，5-8。王樹虎，史向陽，馬萬雲，陳瓞延，劉季昂，「膠束電動毛細管色譜法測定海洋沉積物中苯、甲苯、乙苯和二甲苯」，色譜，Vol.18，No.1(2000)，77-79。王俊奇，史向陽，張松偉，林玉俠，楊光偉，馬萬雲，陳瓞延，「膠束電動毛細管色譜法測定海底表層沉積物中的苯系化合物」，巖礦測試，Vol.20，No.1(2001)，20-22.)。該方法需要把沉積物樣品先進行化學處理後變成液體，然後用毛細管電泳儀檢測BTEX的含量。由於化學處理過程繁雜、冗長，一個樣品僅化學處理就需要2-3天，還要使用有機溶劑並產生大量有機廢物，引起環境汙染。而檢測限為幾百μg/L(即幾百ppb量級)，對百米至千米水深的海底淺層沉積物來說，分析靈敏度還不夠。
發明內容
本發明目的在於尋找對油氣直接指示物保存好、幹擾小、較易於採集的合適樣品介質，克服甲烷易受環境幹擾的缺點，建立BTEX的探測靈敏度達到ppt(10-12)量級的探測方法，為海洋油氣的高效勘查提供重要手段。
本發明的特徵在於所述BTEX依次分別為芳烴系列中的苯、甲苯、乙苯和二甲苯，該預測方法依次含有以下步驟步驟1在採樣區按每隔所設定的距離一個點的採樣密度設計採樣網格，計算出每一點的經緯度坐標，當測量船航行到與所達採樣點一致的位置時降速並同重力採樣器採集海底淺層沉積物，迅速切割密封於容器中編號、冷凍保存；步驟2BTEX超高靈敏度測量，該步驟是在一個超高靈敏度探測系統中把前處理、分離識別和高靈敏測量方法相結合而實現的，依次包括以下步驟步驟2.1，樣品富集利用吹掃集儀器，把高純度氮氣通入液體樣品或固體的表面，把要分析的組分吹掃出來，使之通過一個吸附阱富集，然後再把吸附阱快速加熱到使被吸附的組分脫附，用氮氣帶到氣相色譜儀中；步驟2.2，氣相色譜分析色譜柱為60m×0.32mm×0.25μm高純石英毛細柱，分流進樣10∶1，載氣流速1ml/min，毛細管柱進樣口溫度180℃，檢測器250℃，升溫程序初溫50℃，保持5分鐘，再以10℃/min的速度升至200℃，保持20分鐘，載氣為99.999％的氮氣；步驟2.3，光離子化高靈敏度測量，該步驟是在光離子檢測器中用10.2eV的紫外光源實現的，輸出電流信號經放大後記錄於計算機上；
步驟3數據分析與油氣藏預測，含以下各步步驟3.1，剔除個別特高或特別低的數據；步驟3.2，按下式求每一個測量點上BTEX的平均值和方差平均值用X表示X=1ni=1nxi,]]>方差用S表示S=i=1n(xi-X)2n-1,]]>其中，n為樣品數，xi為第i個測量點BTEX的測量值；步驟3.3，把每一個測量點的數據xi與該點的經緯度坐標一起形成一個稱為Excel的數據文件；步驟3.4，打開Surfer繪圖軟體，調用所述數據，對數據進行網格化，繪製平面等值線圖；步驟3.5，把高於和低於所述平均值的區域作為異常區，其餘為背景區；步驟3.6，把有BTEX異常分布且該異常區又與構造圈閉或斷層相對應的地區確定為油氣異常區。
本發明發現並證實海底沉積物中BTEX異常與油氣藏有確切相關性，可有效而快捷地確定海底深層下伏油氣藏。在渤海和南海海域的工程應用效果證明，此種海洋油氣藏勘探方法可以大量減少昂貴的海底鑽井取樣勘探的需求量，大幅度地提高海洋油氣勘查效率，將形成重大經濟效益，可能成為海底油氣化探的新途徑。
本發明利用海洋沉積物中吸附的超痕量的與油氣藏密切相關的芳香烴BTEX組分，來預測最有可能富集油氣藏的地區。建立了適合於分析超痕量BTEX的海洋沉積物無汙染快速採樣技術、樣品保存方法、高靈敏度的吹掃捕集-氣相色譜-光離子化的分析方法，檢測限達到10-12數量級。本發明採樣速度快，分析精度高，已在中國的渤海、南海地區得到初步應用。
圖1.本發明所述方法的流程圖；圖2.吹掃捕集方法示意圖；圖3.帶有光離子化檢測器的氣相色譜儀示意圖；圖4.本發明所述實施的1的甲苯含量的平面等值線圖；圖5.本發明所述實施的2的BTEX的異常分布與傳統方法獲得的海底5000米下伏油氣藏勘查結果相吻合的示意圖；5.1苯；5.2，甲苯；5.3，乙苯；5.4，二甲苯。
具體實施例方式圖1技術流程。1、採樣根據工作計劃，在採樣區按500-1000米一個點的採樣密度設計採樣網格，採集海底淺層沉積物，將樣品迅速密封於PVC套管或其他容器中，冷凍保存。2、BTEX超高靈敏測量將樣品直接裝入吹掃捕集儀器的樣品池，直接加熱使BTEX蒸發、然後用冷阱將BTEX吸附進行富集後，與帶有光離子化檢測器的氣相色譜儀自動連接進行測量。3、數據分析先進行數據預處理，剔除個別特高或特低的數據，然後求出平均值和方差。將每一個測量點的數據與該點的經緯度坐標一起形成一個Excel數據文件。打開Surfer繪圖軟體，調用數據，對數據進行網格化，繪製平面等值線圖。將高於和低於平均值的區域作為異常區，其餘為背景區。可進一步進行概率分布檢驗和趨勢面分析，獲得趨勢面等值線、背景等值線圖。4、油氣藏預測找出BTEX異常分布區，結合地質構造、物探異常和已有的鑽井、油氣井的資料，確定出油氣異常區。BTEX異常與構造圈閉或斷層有對應關係。圖2吹掃捕集。用高純的氮氣通入液體樣品(或固體表面)，把要分析的BTEX吹掃出來，使之通過一個吸附阱(冷井)進行富集。然後再把吸附阱快速加熱到180℃，使被吸附的組分脫附，用氮氣帶到氣相色譜儀中進行組份分離分析。
圖3帶有光離子化檢測器的氣相色譜儀圖4實例1渤海某區海底淺層沉積物中的甲苯含量異常能反映出海底下伏的油氣藏的位置。圖中給出了甲苯含量的平面等值線圖，顏色越深代表甲苯含量越高。由圖可見，甲苯的含量出現頂部異常，現有的油氣井主要分布在甲苯的異常帶內。圖中2514、2515、2518為油井；2517、2516、2519為油氣井。預測結果與實際相符。
圖5實例2南海某區淺層沉積物中BTEX的異常分布與傳統方法獲得的海底5000米下伏油氣藏勘查結果吻合。(顏色越深表示BTEX的含量越高。圍繞由物探確定的預鑽井，BTEX的含量出現環狀異常和頂部異常。)具體實施步驟1.根據地質、地球物理資料即選定的目標區從重力、地震資料判斷，目前是一個有遠景的盆地，依照評價的詳細程度，設計地球化學採樣範圍和採樣網格，計算出每一採樣點的經緯度。
2.落實具有採樣功能的勘探船和相應的重力採樣工具，熟練的操作人員。
3.準備好樣品封裝材料，冷凍保險箱等。
4.將所有材料集中到船上開赴工作區，準備採樣。
5.樣品及時送實驗室分析BTEX。
6.吹掃捕集、氣相色譜儀調試就緒，檢測限為ppt量級，建立換算用的標準曲線。濃度範圍要足夠大，涵蓋樣品中可能出現的高、低濃度。
7.樣品測量，濃度計算，數據預處理，繪製異常圖，結合地層厚度、巖性孔隙度、地層圈閉深度、構造資料進行綜合解釋。
採樣及保存根據工作計劃，在採樣區按500-1000米一個點的採樣密度設計採樣網格，計算出每一點的經緯度坐標，當船航行到指定位置時，船速減低，船載卷揚機迅速釋放重力採樣器，利用重力作用，取樣器插入沉積物中採集沉積物樣，此時卷揚機將採樣器快速提升到甲板上，然後將底部樣迅速切割密封於PVC套管或其他容器中、編號、冷凍保存。整個採樣過程絕對禁止採樣器及樣品被汙染。
BTEX測量由於BTEX的易揮發性，採集的樣品在儲存、處理和分析的過程中存在著困難，而且由於它們在地表環境中的背景值很低，因此需要極高靈敏的探測手段。考慮到海洋沉積物的複雜性和BTEX含量極低，我們將前處理、分離識別和高靈敏測量方法結合一體化，搭建了可用於海洋地質樣品綜合測量的超高靈敏探測系統。該系統採用把實際沉積物樣品直接加熱使BTEX蒸發、然後用冷阱將BTEX吸附進行富集後，與帶有光離子化檢測器的氣相色譜儀自動連接進行測量。該系統的苯、甲苯、乙苯、二甲苯的檢測限依次達到3ppt、3ppt、6ppt、3ppt[注1ppt＝10-12]。實際樣品可直接裝入樣品池進行分析，不需要任何化學試劑，避免了冗長的樣品化學前處理。樣品的分析時間控制在約30-35分鐘，避免了以往化學分析周期長(約2-3天時間)、樣品處理過程中的損失、廢液引起環境汙染等問題。本發明對BTEX的測量條件如下樣品富集利用吹掃捕集儀器，用高純的氮氣通入液體樣品(或固體表面)，吹掃10分鐘，把要分析的組份吹掃出來，使之通過一個吸附阱進行富集，然後再把吸附阱快速加熱到180℃，使被吸附的組分脫附，用氮氣帶到氣相色譜儀中進行組份分離分析。
氣相色譜條件色譜柱60m×0.32mm×0.25μm高純石英毛細柱，分流進樣10∶1，載氣流速1ml/min(18.4cm/sec左右)，毛細管柱進樣口溫度180℃，檢測器250℃。升溫程序初溫50℃，保持5分鐘，然後以10℃/min的速度升至200℃，保持20分鐘。載氣為99.999％的氮氣。
光離子化測量(PID)採用10.2eV的紫外光源，當待測分子的第一電離能小於10.2eV的組分，均可被電離，對BTEX分子尤其適用。當電離電位小於或等於光能量的組份進入電離室，即發生直接或間接光電離。所產生的電子和正離子分別向正、負極流動，形成微電流。該電流信號被進一步放大後記錄於計算機上。
數據分析與油氣藏預測方法第一步數據篩選。剔除個別特高或特低的數據。
第二步求平均值和標準差，公式如下X=1ni=1nxi]]>S=i=1n(xi-X)2n-1]]>n樣品數；xi每一個測量點BTEX的測量結果。
第三步將每一個測量點的數據與該點的經緯度坐標一起形成一個Excel數據文件。
第四步打開Surfer繪圖軟體，調用數據，對數據進行網格化，繪製平面等值線圖。
第五步異常識別將高於和低於平均值的區域作為異常區。其餘為背景區。
第六步確定油氣異常區1)有BTEX異常分布；2)異常與構造圈閉或斷層有對應關係。
下面介紹本發明的兩個實施實例。我們將本發明用於渤海某區和南海某區。在渤海某區，根據地震檢波器接收到的反射波到達時間的長短確定地層或斷層圈閉的形狀和深度，海底淺層沉積物中甲苯的含量在斷層圈閉上出現頂部異常，現有的油氣井主要分布在甲苯的異常帶內。圖4給出了的甲苯含量異常帶與現有的油氣井的位置關係。在南海某區，BTEX的異常分布基本上是相似的，並與傳統方法獲得的海底5000米下伏油氣藏勘查結果吻合(見圖5)。這說明淺層沉積物中的BTEX含量分布能反映海底5000米下伏油氣藏的區位分布。應特別指出是，在南海海域某工區50平方公裡的採樣區，深水淺層沉積物採樣，50個採樣點僅用了16個小時就完成了，平均一個採樣點20分鐘。而且對沉積物樣中的BTEX測量獲得了信噪比很好的異常分布圖。這種深海油氣勘查採樣效率和經濟效益是令人鼓舞的。由此可見，海底淺層沉積物中BTEX作為油氣藏地球化學直接標誌具有如下的優勢1、BTEX具有一定的揮發性，分子體積小，易於運移，埋藏於深部地層中的石油礦藏所含有的這類化合物在漫長的地質年代中通過微氣泡、分子或分子團簇、以及納米微粒等運移形式，逐漸擴散到地表中來，其結果是使得局部地區的某些地層或地表中該類化合物的濃度出現異常。因此，BTEX是一種可靠的評價研究區內是否含有油氣的直接標誌。排除人文活動、工業汙染以及油料運輸洩露外，BTEX異常與深部油氣藏密切相關，因而對勘查油氣藏有獨特的效果。
2、BTEX難以在地表生物化學作用下生成，被酵母、細菌、酶的降解速度緩慢，且僅有少數可降解BTEX。因此，地表附近微生物活動所造成的幹擾小，穩定性好，具有指示油氣藏「專一性」的優點；3、海底淺層沉積物作為採樣介質與地表土壤相比在保存BTEX方面更為有利。由於有上復海水和表層沉積物的保護，BTEX不易流失，且與海底深層油氣藏有確切相關性。
權利要求
1.海底淺層沉積物中BTEX異常預測深部油氣藏的方法，其特徵在於，所述BTEX依次分別為芳烴系列中的苯、甲苯、乙苯和二甲苯，該預測方法依次含有以下步驟步驟1在採樣區按每隔所設定的距離一個點的採樣密度設計採樣網格，計算出每一點的經緯度坐標，當測量船航行到與所達採樣點一致的位置時降速並同重力採樣器採集海底淺層沉積物，迅速切割密封於容器中編號、冷凍保存；步驟2BTEX超高靈敏度測量，該步驟是在一個超高靈敏度探測系統中把前處理、分離識別和高靈敏測量方法相結合而實現的，依次包括以下步驟步驟2.1，樣品富集利用吹掃捕集儀器，把高純度氮氣通入液體樣品或固體的表面，把要分析的組分吹掃出來，使之通過一個吸附阱富集，然後再把吸附阱快速加熱到使被吸附的組分脫附，用氮氣帶到氣相色譜儀中；步驟2.2，氣相色譜分析色譜柱為60m×0.32mm×0.25μm高純石英毛細柱，分流進樣10∶1，載氣流速1ml/min，毛細管柱進樣口溫度180℃，檢測器250℃，升溫程序初溫50℃，保持5分鐘，再以10℃/min的速度升至200℃，保持20分鐘，載氣為99.999％的氮氣；步驟2.3，光離子化高靈敏度測量，該步驟是在光離子檢測器中用10.2eV的紫外光源實現的，輸出電流信號經放大後記錄於計算機上；步驟3數據分析與油氣藏預測，含以下各步步驟3.1，剔除個別特高或特別低的數據；步驟3.2，按下式求每一個測量點上BTEX的平均值和方差平均值用X表示X=1ni=1nxi,]]>方差用S表示S=i=1n(xi-X)2n-1,]]>其中，n為樣品數，xi為第i個測量點BTEX的測量值；步驟3.3，把每一個測量點的數據xi與該點的經緯度坐標一起形成一個稱為Excel的數據文件；步驟3.4，打開Surer繪圖軟體，調用所述數據，對數據進行網格化，繪製平面等值線圖；步驟3.5，把高於和低於所述平均值的區域作為異常區，其餘為背景區；步驟3.6，把有BTEX異常分布且該異常區又與構造圈閉或斷層相對應的地區確定為油氣異常區。
全文摘要
本發明涉及油氣地球化探技術領域，其特徵在於，該方法以海底淺層沉積物中的BTEX作為油氣藏地球化學的標誌在一個由吹掃捕集儀器、帶有光離子化檢測器的氣相色譜儀以及計算機組成，ppt級超高靈敏度探測系統中把樣品的預處理、分離識別和高靈敏測量方法相結合實現了對BTEX各組分的分離識別和高靈敏測量，然後再在計算機中建立各採樣點測量數據與坐標位置相結合的BTEX各組分的平面等值線圖，找出測量數據大於或小於平面等值線的平均值的區域作為BTEX異常分布區，在該異常分布區內，若有儲油構造圈閉或斷層圈閉，則便可確定該區為深部油氣藏區。本方法具有特定性好、專一性強、BTEX與油氣分布的相關性好及採樣方便等優點。
文檔編號G01N30/02GK1740785SQ20051008647
公開日2006年3月1日 申請日期2005年9月23日 優先權日2005年9月23日
發明者陳瓞延, 馬萬雲, 劉海生 申請人:清華大學