СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ СОДЕРЖАНИЯ КЕРОГЕНА И ЕГО ПАРАМЕТРОВ Российский патент 2013 года по МПК G01N31/12 

Изобретение «Способ определения в горных породах содержания керогена и его параметров» относится к области геохимических исследований горных пород и может быть использовано при определении содержания и типа органического вещества (ОВ). Метод позволяет определять содержание легких (слабосвязанных) углеводородов (УВ), общего органического углерода (ТОС), а также определения остаточного генерационного потенциала породы (S2), кислородного и водородного индексов ОВ (OI и HI), температуры максимального выхода углеводородов (УВ) в пиролизе (Т_max), и индекса продуктивности (TPI).

Под легкими (слабосвязанными) УВ понимается микронефть, т.е. естественные (природные) УВ и не УВ, выделившиеся на молекулярном уровне из керогена в ходе его созревания и сорбированные на керогене или минеральной матрице, либо растворены в поровой воде или газе [Тараненко Е.И. и др. Строение главной зоны нефтеобразования по данным термолитического анализа керогена, Геология нефти и газа, №4, 2004].

Цель изобретения - сокращение временных и трудовых затрат при повышении точности и объективности измерения параметров, таких как S1 - легкие (слабосвязанные) УВ, десорбированные при 300°С, (мг УВ/г); S2 - остаточный генерационный потенциал породы, представляющий количество УВ и не УВ выделяющихся в ходе термолиза керогена в породе от 300 до 600°С, (мг УВ/г); S3 - органический углерод окисления (связанный углерод), %; T_max - температура максимального выхода УВ при пиролизе, °С; ТОС - общее содержание органического углерода в породе (C_орг), % мас.; HI - водородный индекс (мг УВ/г. C_орг.); TPI - индекс продуктивности (массовая доля легких (слабосвязанных) УВ в общем содержании определенных УВ S1/(S1+S2); MinC - содержание минерального углерода в породе, % мас.

Поставленная цель достигается посредством пиролиза органического вещества, присутствующего в образцах в инертной атмосфере азота с последующим окислением остаточного органического вещества в токе воздуха с использованием установки Rock-Eval-6. В печи пиролиза установки Rock-Eval-6 происходит десорбция свободных углеводородов и термическое разложение керогена с контролем плазменно-ионизационным детектором выделяющихся УВ, измерение электрического потенциала, возникающего при ионизации в пламени, создаваемой горением водородно-воздушной смеси. В печи окисления установки Rock-Eval-6 происходит окисление остаточного органического вещества и разложение карбонатных минералов.

Во время всех указанных процессов в установке Rock-Eval-6 происходит непрерывная регистрация значения CO и CO₂, выделяемых как во время пиролиза, так и во время окисления с помощью инфракрасных детекторов методом инфракрасной спектрометрии. На основании количеств CO и CO₂ определяются параметры S3, MINC, ТОС.

Остальные параметры ОВ, содержащегося в породе, рассчитываются по следующим формулам:

HI=100×S2/TOC;

OI=100×S2/TOC;

TPI=S1/(S1+S2).

Процесс измерения параметров керогена производится следующим образом:

1 тигли очищают в ультразвуковой ванне в течение 15 минут и прокаливают в муфельной печи при температуре 850°С в течение 1 часа;

2 горную породу измельчают в металлической, а затем, для лучшего измельчения, в агатовой ступе (должна сохраняться сыпучесть). Часть измельченной породы (навесок) весом от 20 до 80 мг, в зависимости от содержания органического вещества с помощью специальных приспособлений помещают в тигель;

3 подают газы (азот, водород, воздух) в установку (водород для пиролиза должен быть чистотой не менее 99,99%, азот должен быть чистотой не менее 99,99%, воздух подается воздушным компрессором);

4 включают установку Rock-Eval-6, а затем инфракрасный детектор на ней;

5 запускается программное обеспечение Rocksix, Rockint. Начало выполнения анализов производится через 30 минут работы установки Rock-Eval-6.

Программным обеспечением Rocksix задается программа выполнения анализа (или выбирается из ранее созданных программ), заносятся параметры образца (вес, глубина отбора, стратиграфическая привязка, литология, порядковый номер), а также начальная и конечная температуры нагрева, скорость изменения температуры, динамика изменения температуры;

6 после достижения необходимых параметров (начальная температура печи пиролиза) в установке Rock-Eval-6, тигель с навеской образца горной породы помещают в печь пиролиза с помощью автоматического пинцета. По окончании процесса пиролиза тигель автоматически помещается в печь окисления (в случае, если окисление предусмотрено в программе проведения анализа данного образца). Дальнейшая обработка результатов измерения проводится автоматически с помощью программ Rocksix- и Rockint [Oil & Gas Science and Technology, Revue de I'lnstitut Francais du Petrole, Vol.56; №2, Mars-avril, 2001].

Для проведения оперативного контроля, испытания проводятся два раза на одном образце, получая два результата, которые не должны отличаться друг от друга на величину допускаемых расхождений: (C₁-C₂)≤R, где C₁ - первый результат анализа образца, C₂ - повторный результат анализа образца, R - допустимые расхождения между результатами анализа одного и того же образца.

Значения норматива оперативного контроля воспроизводимости при доверительной вероятности Р=0,95 приведены в таблице 1.

Таблица 1 Наименование определяемого показателя, единица измерения и диапазон измерений Предел воспроизводимости (относительное значение величины разности для двух результатов измерений), R, % S1, mg/g, от 0 до 50 14 S2, mg/g, от 0 до 300 7 S3, mg/g, от 0 до 100 11 T_max, °C, от 100 до 850 1 ТОС, %, от 0,02 до 85 7 MINC, %, от 0 до 12 7 HI, mg/g %, от 100 до 1000 7 OI, mg/g %, от 1 до 150 13 TPI от 0 до 1 15

Данный способ выполнения измерений позволяет получать результаты анализа с погрешностями, не превышающими значений, указанных в таблице 2.

Таблица 2 Наименование определяемого показателя, единица измерения и диапазон измерений Предел воспроизводимости (относительное среднеквадратичное отклонение воспроизводимости), σ_r, % Показатель точности (границы относительной погрешности), ±δ, % S1, mg/g, от 0 до 50 5,0 10 S2, mg/g, от 0 до 300 2,5 5 S3, mg/g, от 0 до 100 4,0 8 T_max, °C, от 100 до 850 0,5 1 ТОС, %, от 0,02 до 85 2,5 5 MINC, %, от 0 до 12 2,5 5 HI, mg/g %, от 100 до 1000 2,5 5 OI, mg/g %, от 1 до 150 4,5 9 TPI от 0 до 1 5,5 11

В случае превышения норматива контрольное измерение повторяют, и если оно не меняется, то выясняют причины, которые приводят к неудовлетворительным результатам и устраняют их. Окончательные результаты измерений представляют в виде:

Таблица 3 № п/п № образца Интервал отбора Вынос керна, м Место взятия, м Глубина, м Пласт кровли подошвы 1 2 3 4 5 6 7 8                

№ п/п S1 S2 S3 T_max TOC HI OI TPI MINC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10                    

Техническая или иная эффективность.

1. Сокращение времени и трудозатрат проведения анализа.

2. Максимальная безопасность проведения анализа за счет автоматического перемещения тигля в печи пиролиза и окисления.

3. Высокая точность измерений.

Изобретение относится к способам анализа горных пород и может быть использовано для определения в горных породах содержания керогена и его параметров. Сущность: отбирают образцы горных пород. Тигли очищают в ультразвуковой ванне и прокаливают в муфельной печи. Измельчают образцы в металлической и агатовой ступах. Проводят пиролиз с последующим окислением образцов в инертной атмосфере азота с использованием установки Rock-Eval-6. В печи пиролиза установки Rock-Eval-6 происходит испарение свободных углеводородов, термическое разложение керогена. Углеводороды, выделившиеся в результате такого разложения, определяют с помощью плазменно-ионизационного детектора. Также измеряют электрический потенциал, возникающий при ионизации в пламени, создаваемой горением водородно-воздушной смеси. Методом инфракрасной спектрометрии непрерывно измеряют в потоке количества СО и СО₂. С помощью программного обеспечения Rocksix определяют параметры легких слабосвязанных углеводородов. Технический результат: определение содержания в горных породах керогена и его параметров. 3 табл.

Способ определения в горных породах содержания керогена и его параметров методом пиролиза, включающий отбор образцов горных пород, двойное измельчение образцов в металлической и агатовой ступах, проведение пиролиза с последующим окислением образцов, которые подаются в тиглях, предварительно очищенных в ультразвуковой ванне и прокаленных в муфельной печи, автоматически в печь пиролиза, в инертной атмосфере азота с последующим автоматическим переносом в печь окисления для прокаливания в токе воздуха с использованием установки Rock-Eval-6, в которой в печи пиролиза происходит испарение свободных углеводородов, термическое разложение керогена с определением выделяющихся углеводородов с помощью плазменно-ионизационного детектора, измерение электрического потенциала, возникающего при ионизации в пламени, создаваемой горением водородно-воздушной смеси, и непрерывное измерение в потоке количеств СО и СО₂ с помощью инфракрасных детекторов методом инфракрасной спектрометрии, на основе которого программным обеспечением Rocksix производится определение параметров легких слабосвязанных углеводородов.