地质过程中的定量方法与计算技术_生烃史.

生烃史生烃史模拟的功能重建油气盆地的烃内成熟史和生成历史。它是盆地模拟和油气资源评价的重要组成部分生烃史的发展80年代，热压模拟技术70年代，Tissot&Espitalie研制出了岩石热解评价仪Rock_Eval60年代，Tissot（1969）建立热降解化学动力学模型生烃史化学动力学法：单组分(烃)多组分(C1,C2-5,C6-C14,C15+)热解模拟法：Rock-Eval热解仪评价结果热压模拟结果生烃史化学动力学法藻类木质植物叶细菌初石油惰性干酪根气性干酪根油性干酪根油气气石墨油性干酪根+氢油气性干酪根+氢油油+氢油TTI史的计算dtTTIttzT0101052]),([nnnnrtTTImaxmin埋深Ro(%)tTTIi根据获取的点集(Roi,TTIi)，建立回归方程mmmoooCTTIbTTIaRCTTIbTTIaRCTTIbTTIaR000222111，当，当，当lglglgTTIRo(%)Ro史的计算埋深0.73T（Ma）0.50.320.26要求已知：Ro-TTI史和TTI史生烃史降解率计算公式：化学动力学法miijjmiijjjXXXXtD10010100)()(平行一级动力学方程：dX/dt=-kiXij阿仑尼乌斯公式(Arrhenius)：ki=Aiexp(Ei/RT)k22k25k21k26k23k24k24k25k26k11k12k13k14k15k16Kerogenk21k22k23CO2H2OH2SO2H2SGasGasH2SSO2H2H2OCO22625262426232622262134166416281618164416kkkkkkkkkkGas=CH4=0oiljjiiiijjiiiiiijjiiiUYXUYXYYjYkdtdUiXkdtdX61610610610612116321），（），（,...,,,干酪根热解过程的化学动力学方程组)exp(exp(RTEAkRTEAkiiiiii222111），成油阶段),..,,63211iXkdtdXiii，（上式是一dX/dt=f(X)的微分方程，可用四阶龙格-库塔法解和积分法求解时要用到参数A1i、E1i、Xi,以及Xi0，有两种途径：1借用(Tissot)；2实测(热摸拟数据)四阶龙格-库塔法(Runge-kutta)tttttttttttfXttfftfXttfftfXttfftXtffffffXXXtXXtKikKikKikKikkikikikiik2312010342312143211111022222261,,,),(),(),(),()()()(,,,,,,,这里，式中：，即的同埋藏时间界的埋藏史，解不底顶首先，沿某井某生油层积分法由于龙格-库塔法在古地温大于110oC时，其中的f1~f4容易出现沸点溢出。如果缩小步长来防止溢出，又会增加相当的计算时间。积分法可以避免这种致命的弱点。由动力学方程组第一式，求积分有])exp(exp[])exp(exp[)exp(,,,,),,,()exp(,,dTRTEATtCdtRTEACXRTEAkkidtkCXkkkkkkTTiittiikiiiittiki1111111111111210621代入上式，得将现今），（所以，上式可写为有时由上式可见，当,,,,CXXttkikikk11)()exp()!()()exp(]!)([)()exp()exp()exp(])exp(exp[,,TBdTBBTBTnTBBTnBTBTBTBTTBdTBBTdTTBdTRTEREBdTRTEATtXXkkkkkkkkkkkkTTnnnTTnnnTTTTTTiiTTiiKiki111111211113322221111111124621，则上式中的积分为令上式是一个收敛的无穷级数，若Tk到Tk+1变化较小时，可以近似的取前四项，则有)exp(][)exp(][)exp()exp(kkkkkkKkkkTTTTiiTBBTBTBTBTTBBTBTBTBTdTTBdTRTEREBkkkk33222133122112111246212462111，则上式中的积分为令，得将上式代入式])exp(exp[,,dTTBATtXXkkTTiKiki111)]}exp()()exp()([exp{,,kkkkkkKkkkikikiTBBTBTBTBTTBBTBTBTBTTtAXX332221331221121112462124621以埋藏史为路径，根据地史模型所得的t和热史模型所得的T，按上式可计算出对应于埋藏时间的t1,t2,…,Xi,1,Xi,2,…,至今。Xi初始值Xi,0=Xi0，可由Tissot所给的数据表中给出。为止。计算，直至则可选择小步长的），允许的控制误差（如，为了使积分的计算达到mkimkiXXtttt11118412110,,),,,(降解率的计算对于每个埋藏时间，可降解干酪根的降解率为：方程，可写为方程的第表中数据，化学动力学根据率为解和不可降解的）降解全部干酪根（包括可降对于每个埋藏时间生烃潜量；可降解干酪根的降解率式中：4611101100611101TissottXXtDtXDXtXXtDikkikkikkik)()()()(,,jjiiiijjjjiiiijjiiiiUYXUYXUYXUYX616100061610610610如果假定最终产物仅为气一种，则上式可写为161611000UYXUYXiiii），故上式可改写为：初始浓度为零（的，此即假定等的假定，按001010UUTissot1616100UYXYXiiii6100161iiiiXYXUY将上式写为：单位生油量单位生气量+单位生烃量=史确定。由已算出的能的物质总量，时刻干酪根中各种活化是原始液态烃量单位生烃量式中：时刻的单位生烃量为，间因此，对于每个埋藏时则，前式又可写为将ikikihcikikhckkiihchciiXtXYUXYXtUttXYXUUUY16110611001116100161,,)(生成速度式中：，听生成速度为对于每个埋藏时间)()()()(1111kkhckhckktVttUtUtVt对于3种干酪根而言，在具体应用时，对于每个埋藏时间tk+1有611iKiX,型1611iKiX,型2611iKiX,型3611iKiX,同理，有)(1ktD型型型312111)()()(kkktDtDtD型型型312111)()()(khckhckhctUtUtU)(1ktU)(1ktV型型型312111)()()(khckhckhctVtVtV设p1，p2，p3分别为3种干酪根在生油层中所占的比例，则有01321321361132611216111611313212111131321211113132121111ppppppXpXpXpXtVptVptVptVtUptUptUptUtDptDptDptDikiikiikiikikkkkkhckhckhckhckkkk，，，且式中：型型型型型型型型型型型型,,,,)()()()()()()()()()()()(成气阶段时可有下式一种气体，在如果仅考虑最终产物为1jYkdtdU211)exp(RTEAk212121在j=1的情况下，化学反应动力学方程组的第3和第4方程合并，得)(tUXUYXYYiiiiiii11061610061将上式代入，则上式可写为数据假定由)(6100100iiXYXYUTissot])[(16100211211UXYXkdtdUYkdtdUii得上式是dX/dt=f(X)的微分方程，可用4阶龙格-库塔法解和积分法求解.四阶龙格-库塔法(Runge-kutta)解法如前所述。积分法与成油阶段积分法的区别：1、成油阶段计算时，仅计算化学动力学反成组的一个方程组。2、而成气阶段计算时，要联立求解化学动力学方程组的其于3个方程。则有代入上式将对应的至今，得，样的方法，解首先采用与成油阶段同的埋藏时间界的埋藏史，解不同方法：沿某井生油层顶,)exp(,,,'ˆ)ˆ(ˆˆˆ,,RTEAkkCtdkYUjYkdtdUUtUUtkkttkjjkkk212121211121111111011'ˆ)exp(ˆˆ,CtdRTEAYUkkttk1212111')exp(,CdTRTEAYUkkTTk1212111kTTkkkkkUdTRTETtAYUCUUttkk,,,,)exp(ˆ,'ˆˆ121211111111所以时，当的办法：成油阶段的积分法相同暂为未知量，可采用与上式中：将上式简记为如下形式YUCoefYUkUTBBTBTBTBTTBBTBTBTBTTtAYUkkkkkkkkkKkkkik,,,,),,,()]exp()()exp()([ˆ11113322213312211211112102462124621:,可将上式化为记方法（用分部积分），采用和成油阶段同样的REB21kikikkkkikikiiiikkUCeofCoefUXYXUUUUCoefYYCoefUXYXYUCoefYXYXYYUXYXYUUCoefYCoef,,,,,,,,,,)(161100111111161100161006110011113121就是单位生气量。，，得到又代入、将解出，即，；得到代入式作为、将；、先算出由上可见单位生气量U1是由化学动力学方程组联力求解而得。)./()ˆ(,ˆ},,{},,ˆ{,,,gTocgUUtUtUUUiUitgkkgkii为单位生气量，式中：单位生气量为对于某一埋藏时间）。的初值为零（即。；对应的单位生气序列值；时间序列，计算出埋藏学动力学方程组的方法则可按上述联立求解化史与热史模型，层埋藏史路径，结合地因此，只要沿某一生油1111110011002121至此，已完成了用积分法进行单井某生油层顶界的Ug史的计算。同理，可求出某生油层底界的Ug史。型干酪根所占比例。型，型，分别为，，其中：，有于某一埋藏时间别算出单位生气量，对同类干酪根分求和。但仍然需要按不不需要对的活化能。因而，型干酪根只有一个相同型，型，，所以中的于假定成油阶段的计算中，由型型型321321132131321211111ppptUptUptUptUtUjUKgKgKgKgKgj)ˆ()ˆ()ˆ()ˆ(ˆ)/(,)/(,)/()ˆ()ˆ()ˆ(ˆgTocgUgTocgUgTocgUtUtUtUtghckgkhckk平均单位生气量平均单位生烃量平均单位生油量，其中：，平均单位生油量为：对于某一埋藏时间011101至此，关于化学动力学方程组的2种解法介绍完毕。生烃量史生烃量史