一种计算石油包裹体气液比的新方法.pdf

第 3 7 酱第 2 2 0 1 6 年 4 川 新 油地质 XI N J I ANG P E TR OL EUM GE OL OGY Ve1 ． 37． N } ． 2 Apr ． 201 6 文章编号 1 0 0 1 3 8 7 3 2 0 1 6 0 2 0 2 3 6 0 4 D O I 1 0 ． 7 6 5 7 ／ x J P G 2 0 1 6 O 2 2 1 一 种计算石油包裹体气液比的新方法 邓模 中国石化 石油勘探开发研究院 无锡石油地质研 究所 ， 江苏 无锡 2 1 4 1 2 6 摘要 石油包裹体的气液比是热力学模拟的敏感性参数， 应用石油包裹体热力学模拟方法可以获得古油气充注时 的压力， 通过石油包裹体二维平面分析和三维形态重构， 可以获取石油包裹体的气液比。实例研究证明， 在一定的石 油包裹体形态范 围内， 通过 二维平 面分析和 三维形 态重构获取 的石油包 裹体 气液比与共聚焦激光一 荧光 扫描 显微镜 所测得的气液比的相对误差可以控制在 1 0 ％内。在缺少共聚焦激光一 荧光扫描显微镜条件下， 石油包裹体二维平面 分析和三维形态重构方法比曰估测量法能更准确地计算石油包裹体气液比， 可以满足石油包裹体捕获压力模拟的精 度要求。 关键词 石油包裹体； 气液比； 热力学模拟； 捕获压力 中图分 类号 T E l 2 4 ． 1 文献标识码 A A Ne w M e t ho d f o r Ca l c ul a t i ng Ra t i o o f Va po r t o Li q ui d Pha s e Vo l ume o f Oi l I n c l u s i o ns DENG Mo Wu x i I n s t i t u t e o f P e t r o l e u mG e o l o g y ， R e s e a r c hI n s t i t u t e o f P e t r o l e U 11 1 E x p l o r a t i o n a n dD e v e l o p me n t ， S i n o p e c ， Wu x i ， J i a n g s u 2 1 4 1 5 1 ， C h i n a J Ab s t r a c t P a l e o p r e s s u r e c a n b e o b t a i n e d b y o i l i n c l u s i o n t h e r mo d y n a mi c s mo d e l i n g ， a n d r a t i o o f v a p o r t o l i q u i d p h a s e v o l mn e o f o i l i n c l u s i o n i s a s e n s i t i v e p a r a me t e r i n t h i s mo d e l i n g ， w h i c h c a n b e g o t b y 2 D p l a n e a n a l y s i s a n d 3 D s h a p e r e c o n f i g u r a t i o n o f p e t r o l e u m i n e J u s i o n s ． t h e c a s e s t u d y s h o w s t h a t wi t h i n a c e r t a i n o i l c o n c l u s i o n s s h a p e ， t h i s r a t i o o h t a i n e d b y 2 D p l a n e a n a l y s i s a n d 3 D s h a p e r e c o n f i g u r a t i o n h a s r e l a t i v e e r r o r w i t h i n 1 0 ％ c o m p a r e d w i t h t h e r a t i o g i v e n b y e o n f o c a l l a s e r s c a n n i n g fl u o r e s c e n e e s c a n n i n g mi c r o s c o p y C L F S M ． Wi t h o u t C L F S M． t h e 2 D p l a n e a n a l y s i s a n d 3 D s h a p e r e e o n fi g ma t i o n me t h o d i s b e t t e r t h a n o c u l a r e s t i ma t i o n ln e a s t l r e n l e n t me t h o j i n c a l c u l a t i o n o f t h e r a t i o ， a n d c a n me e t t h e a e e u r a t e r e q u i r e me n t f o r t r a p p i n g p r e s s u r e mo d e l i n g o f p e t r o l e u m i n c l u s i o n s ． Ke y wo r d s o i l i n c l u s i o n ； v a p o r l i q u i d r a t i o ； t h e r mo d y n a mi c s mo d e l i n g ； t r a p p i n g p r e s s u r e 流体包裹体是指在矿物结晶生长时， 被捕获在矿 物晶格的缺陷或空穴 内的成矿液体 ， 只要流体包裹体 在形成以后未发生破裂和漏失 ， 它就包含着成矿 、 成 藏流体的原始信息 。油气运移过程中形成的流体包 裹体 ， 一般生成 于碳酸盐岩和碎屑岩 中的方解石脉 、 石英脉 、 石英次生加大边 、 石英颗粒裂缝愈合处以及 同期形成的萤石 、 硬石膏等 自生矿物 中 ， 是油气运 移聚集过程的直接标志 。流体包裹体 ， 特别是其 中的 石油包裹体 ， 在油气成因 、 油气运移 以及成藏等研 究 方面具有不可替代的作用I 。 包裹体气液 比可 以表示气泡的充填度 ， 它不但是 包裹体分类 中的一个重要参数 ， 同时也是包裹体捕获 温度和捕获压力计算 的基础数据u ， 南特定流体体系 的温度 、 体积和压力决定 。已知石油包裹体 的气液 比、 化学组成和均一温度及其同期盐水包裹体的均一 温度 ， 就可以进行热力学模 拟 ， 进而获得石油包裹体 最小捕获压力[8 1 。因此 ， 石油包裹体的气液 比是热力 学模 拟 的一个重要敏感性参数 ， 气液 比计算 的准确 性 直接影响到捕获压力预测的精度 。较为常用的石 油包裹体气液 比研究手段主要有共 聚焦激光 一 荧光 扫捕显微镜测量法和 目估测量法 2 种。 共聚焦激光一 荧光扫描显微镜 C L F S M 以激光作 为光源 ， 通过激光孔及物镜的聚焦作用 ， 形成一个光 点照射到样品上 ， 激发出荧光 。共聚焦激光一 荧光扫描 显微镜测量原理 首先将石油包裹体薄片置于激光扫 描共聚焦显微镜下， 确定石油包裹体的顶、 底界后， 进 行深度扫描 ， 得到不同深度的系列切片 ， 然后利用一 维重建软件 ， 对这些切片进行三维图像重构， 分别计算 出整个石油包裹体和气泡的体积， 从而获得石油包裹 体气液 比， 其 精度可 以达到 9 5 ％ ⋯ ． 虽然共 聚焦激 光一 荧光扫描显微镜测量方法的精度较高 ， 但仍然存 在一定局限性 ， 表现在 2 方面 一是石油包裹体受激光 照射时液体部分会发出较强荧光 ， 使得气泡部分被照 亮 ， 造成气液比测试结果偏小 ； 二是由于石油包裹体 形态多不规则 ， 利用圆台体积公式来计算气液体积 比 时 ， 通常会产生一定的系统误差[9 1 ， 使计算结果失真。 收 l 1 j 2 0 1 4 1 2 ～ 0 5 修 日驯 2 0 l 5 一 I 2 - 2 2 作 简介 模 1 9 8 3 一 ， 5 }j ， 贵州遵义人 ， T 师 ， 彳 1 地质 ， T e 1 1 3 8 1 5 1 0 4 9 0 6 E n m i [ t i l g ln o ． s y k y s i n o p e ．1 】 n 第 3 7 卷第2 期 邓模 一种计算石油包裹体气液比的新方法 目估测量法是 目前较为常用的气液 比计算方法 ， 其原理是在荧光显微镜下， 通过 目 测二维投影得到石 油包裹体中不同相态的面积， 对比已知各种石油包裹 体三维形态图的标准气液比来综合确定[1 1 12 1 。该方法 用 目估的面积 比代替了体积 比， 虽然成本低 、 流程简 单 ， 但 由于 目测过程 中受人为因素影响较大 ， 测试精 度难以满足较高的要求。 为了在保证测试精度的前提下降低实验成本、 提 高便捷性 ， 本文通过一系列实验对比研究 ， 结合计算 机编程 ， 提 出了一种新 的石 油包裹 体气液 比计算方 法 ， 兼顾 了共 聚焦激光一 荧光扫描显微镜测量法和 目 估测量法 的优点。 1 石油包裹体气液比计算方法基本原理 捕获于成岩矿物晶体缺陷和裂纹中的石油包裹 体除部分呈负晶形之外， 多数呈极其不规则的形态 ， 石油包裹体大小从一微米以下到数十微米不等， 显微 镜下的包裹体以二维形态呈现。在透射光下可利用 长宽 比和不规则度 2 个 参数来表征石油包裹体 的二 维形态， 并基于2 个假设， 一是认为石油包裹体中的 气泡是一个球体 ， 二是认为石油包裹体 由n 个高为 ￡ 底面积为1 T R 。／ 4 的圆柱体组成。在此基础上， 进 行石油包裹体各相态体积三维重构 ， 运用 C o r e l D r a w 软件进行 V i s u a l B a s i c 编程， 获取石油包裹体体积， 结 合气泡体积计算 ， 最终得到石油包裹体 的气液 比。 2 石油包裹体体积及气相体积计算 2 ． 1 石油包裹体体积计算 1 二 维形 态分析石油包裹体形态种类丰富 ， 其中不规则形态占绝大多数， 负晶形石油包裹体相对 较 少 ， 笔者采用长宽 比 ⋯ 和不规则度 4 - r r A 参数来表征显微镜下观测到的石油包裹体的二维形 态。其 中 与 i 分别代表将石油包裹体二维形态 沿某一端点旋转 9 0 。 过程中测定的最大水平长度与最 小水平长度 ， C和 分别为石油包裹体二维形态的周 长和面积。图 1 中D， E， F代表在显微镜下观测 的石 油包裹体二维平面绕左端点旋转不同角度 根据包裹 体 的位置 ， 若 方 向垂直 轴 ， 则旋转 9 0 。 ， 将包 裹体旋转到图1 中F 位置 所获得的石油包裹体形态， 从而来确定 ⋯和 ， J ⋯和 C 2 ／ 4 , r r A 这 2 个参数 共 同决定 了石油 包裹体形态 ， 若石油包裹体的形态为正圆形 ， 则长宽 比 ⋯ x ／ L 和不规则度 L a ／ 4 ,r r A 均为 1 ， 长宽比越大 ， 表明石油包裹体的形态越扁， 不规则度越大， 表明石 油包裹体棱角越分明。 图1 石油包裹体二维形态参数示意 2 三维体积重构石油包裹体二维平 面形态分 析是石油包裹体三维体积重构的基础， 图1 中石油包 裹体 表示二维形态分析后得到的石油包裹体二维 平 面图。从 图 1 中看 出二维分析后的包裹体形态并 没有变化 ， 发生变化的是石油包裹体二维形态 ⋯与 水平 面的夹角。在显微镜下测定 的原始二维形态的 ， J 与水平面的夹角总是大于或等于 0 位置 D或位置 E ， 而石油包裹体二维形态变化后 与水平面 的夹 角为0 位置F 。石油包裹体二维平面形态分析完成 后就可 以通过假定石油包裹体二维平 面与三维形态 之 间的某种关系 ， 进而重构石油包裹体三维形态 ， 计 算公式为 ∑ 2 L ⋯／ n ． 1 、 “ ⋯ 1 在水平 方 向上 ， 石油包裹体 由垂直 于 ⋯方向 的凡 个直径为R的圆所组成 ， 尺表示石油包裹体垂直 方 向的宽度 ≤ i 图 1 。当1 7 , 较大时 ， 可 以近 似认为石油包裹体是 由n 个高为 底面积为 尺 ／ 4 的圆柱体组成 ， 因此石油包裹体的体积可以通过 1 式计算 。 2 ． 2 气相体积计算 石油包裹体中的气泡可分为规则和不规则2 类 ， 形状规则 的气泡主要为球形或近球形 ， 而形状不规则 的气泡主要为纺锤形、 酒桶形或其他立体形态。 当气泡较小时， 石油包裹体在各个方向上的长度 都比气泡的直径大， 那么就可以认为气泡是个球体 ， 则可 以通过测定二维形态中气泡直径 ， 计算得到气泡 体积； 而当气泡较大或石油包裹体形状极不规则时， 由于受到石油包裹体壁的影响， 气泡表现出纺锤形 、 酒 桶形或其他的不规则形态 ， 气泡体积的计算则需要通 过三维重构来进行， 与石油包裹体体积计算方法类似。 3 计算实例及误差分析 文献[ 1 4 ] 认为包裹体热力学模拟精度的主要影 2 3 8 新疆石油地质 响因素有包裹体流体成分 、 包裹体气液 比精度 、 古地 层压力计算范围有限等 。因此 ， 只有准确获取了石油 包裹 体的气液 比， 才 可以较为 客观地进 行热力 学模 拟 ， 进而准确获取古地层压力。 为客观评价本文提出的气液 比计算方法的精度 和可行性， 选择了1 3 种不同的石油包裹体形态 图2 ， 开展 了石油包裹体二维形态分析 、 石油包裹体 体积 计算 、 气泡体积计算 以及气液 比计算 ， 同时对这 1 3 种 不 同形态 的石油包裹 体进行 了 C L F S M法 气液 比测 定 C L F S M法的计算结果可以近似认为是真实的气 液 比 。 表 1 详细列出了 l 3 种石油包裹体的形态参数 长 宽 比和不规则度 、 新方法气液 比计算结果 、 C L F S M 参 u一 、 I 潮降 k ■ 气 卡H 、 、 液 相 图2 石油 包裹体二维形态类型示意 法计算结果 以及 2 种方法计算结果 的绝对误差和相 对误差。对比新方法与C L F S M法计算得到的气液比后 不难发现 ， 二者绝对误差主体控制在 2 ％内 图3 ， 但是从 表 1 中看到 ， 受石油包裹体形态影响 ， 二者的 相对误差分布跨度较大 ， 达到了 5 0 ％， 表明本文提出 表1 不同形态石油包裹体气液比计算结果及误差对比 0 l 2 3 4 5 6 不 规则度 图3 石油 包裹体形态参数 与绝对误差 分布 示意 的新方法具有一定 的适用条件。 为进一步研究新 方法的适用性 ， 对造成新 方法 相对误差较大的原因进行了分析 图4 ， 发现石油包 裹体形态不规则是造成相对误差较大 的主要原 因。 石油包裹体形态越不规则 ， 则棱角化越明显 ， 所计算 的气液 比相对误差越大。计算 的 l 3 种石油包裹体的 形态 ， 主要有长条状 、 尖棱状 、 次尖棱状 、 水滴状 、 负晶 型 、 近规则状等 6 种类型， 从这 6 种类型石油包裹体的 相对误差分布上来看 图4 ， 水滴状 、 尖棱状 图 2 a ， 图2 l ， 网2 m 、 次尖棱状以及负晶形的石油包裹体误 差较大 ， 而近规则状 图2 e ， 图2 g 和大部分长条状石 油包裹体 图2 f ， 图 2 i ， 图 2 k 相对误差 则较小 ， 主体 在 1 0 ％内， 因此对于形态较规则 的石油包裹体 ， 本文 介绍的新方法可以较为客观地计算出气液 比。 类 编 ； 图4不 同石油 包裹体形态相 对误 差分布 O 8 6 4 2 0 憾 第3 7 卷第2 期 邓模 一种计算石油包裹体气液比的新方法 2 3 9 基于上述2 种方法计算结果的误差分析， 笔者认 为在进行石油包裹体热力学模拟前， 应选择形状较规 则 长宽 比和不规则度接近 1 的石油包裹体气液 比， 尽量不要选择尖棱状 、 水滴状、 负晶形等不规则形状 石油包裹体气液 比， 以避免热力学模拟结果产生较大 误差。 4 结 论 1 长宽 比和不规则度可以有效表征石油包裹体 二维形态 ， 长宽比越大 ， 表明石油包裹体 的形态越扁 ； 不规则度越大， 表明石油包裹体棱角越分明。 2 对 于形状不规则的水滴状 、 尖棱状 以及负晶 形石油包裹体， 用本文新方法计算气液比相对误差较 大， 但对于形态较规则的石油包裹体则可以获得较为 客观的、 相对误差较小的气液比。相比目估测量法， 新方法更为便捷 、 实用 。 参考文献 【 1 ] 米敬奎， 戴金星， 张水昌． 含油气盆地包裹体研究中存在的问题 [ J ] ． 天然气地球科学 ， 2 0 0 5 ， 1 6 5 6 0 2 6 3 6 ． MI J i n g k u i ， D AI J i n x i n g ， Z HA NG S h u i c h a n g ． S o m e p r o b l e ms e x i s t e d i n r e s e a r c h o f i n c l u s i o n o c c u r r i n g i n o i l a n d g a s b e a r i n g b a s i n[ J ] ． N a t u r a l G a s G e o s c i e n c e ， 2 0 0 5， 1 6 5 6 0 2 6 3 6 ． [ 2 ] 刘文斌 ， 姚素平 ， 胡文碹， 等． 流体包裹体的研究方法及应用[ J ll _ 新疆石油地质， 2 0 0 3 ， 2 4 3 2 6 4 2 6 7 ． L I U W e n b i n， YAO S u p i n g， HU W e n x u a n， e t a 1 ． Ap p l i c a t i o n a n d r e - s e a r c h a p p r o a c h e s o f fl u i d i n c l u s i o n s [ J ] ． X i i a n g P e t r o l e u m G e o l o g Y ， 2 0 0 3 ， 2 4 3 2 6 4 - 2 6 7 ． [ 3 j P I R ON ON J ． O r g a n i c i n c l u s i o n s i n s a l t ． P a r t l s o l i d a n d l i q u i d o r - g a n i c ma t t e r c a r b o n d i o x i d e a n d n i t r o g e n s p e c i e s i n flu i d i n c l u s i o n s f r o m t h e B r e s s e b a s i n l J ] ． Or g a n i c G e o c h e mi s t r y ， 1 9 9 5 ， 2 3 5 3 91 4 02 ． [ 4 ] P I R O N O N J ． O r g a n i c i n c l u s i o n s i n s a l t ． P a r t 2 o i l g a s a n d a m m o n i - u m i n c l u s i o n s f r o m t h e Ga b o n ma r g i n l J ] ． Or g a n i c G e o c h e mi s t r y ， 1 9 9 5 ， 2 3 8 7 3 9 - 7 5 0 ． [ 5 ] 李艳霞， 赵靖舟， 李静红． 鄂尔多斯盆地东部二叠系流体包裹体 与天然气成藏[ J ] ． 新疆石油地质， 2 0 1 1 ， 3 2 5 4 5 1 4 5 2 ． L I Ya n x i a， ZHAO J i n g z h o u， L I J i n g h o n g ． F l u i d i n c l u s i o n s a n d g a s a c c u mu l a t i o n o f P e r mi a n i n e a s t e r n O r d o s b a s i n l J J ． Xi i a n g P e t r o l e u m G e o l o g y ， 2 0 1 1 ， 3 2 5 4 5 1 4 5 2 ． [ 6 ] 李伟 ， 张枝焕 ， 杨永才， 等． 流体包裹体在准噶尔盆地油气成藏研 究中的应用[ J ] ． 新疆石油地质， 2 0 0 6 ， 2 7 5 6 0 0 6 0 3 ． LI W e i ， ZHANG Zh i h u a n， rANG Yo n g c a i ， e l a 1 ． Ap p l i c a t i o n o f fl u i d i n c l u s i o n t o r e s e a r c h o f o i l g a s a c c u m u l a t i o n s i n J u n g g a r b a s i n [ J ] _ X i n j i a n g P e t r o l e u m G e o l o g y ， 2 0 0 6 ， 2 7 5 6 0 0 6 0 3 ． [ 7 ] 王金志 ， 杨少武 ， 蒋森堡 ， 等． 流体包裹体热动力学模拟技术 的古 压力恢复方法及应注意的问题[ J 3 ． 中国石油勘探， 2 0 0 8 ， 1 3 1 4 4 4 7 ． WANG J i n z hi ， rANG S h a o wu， J I ANG S e n b a o， e t a 1 ． Me t h o d s f o r p a l e o p r e s s u r e r e c o n s t r u c t i o n b a s e d o n t h e r mo d y n a mi c s i mu l a t i o n t e c h n o l o g i e s o f fl u i d i n c l u s i o n a n d s o m e p r o b l e m s n e e d i n g a t t e n t i o n [ J ] ． C h i n a P e t r o l e u m E x p l o r a t i o n， 2 0 0 8 ， 1 3 1 4 4 4 7 ． [ 8 ] 张鼐 ， 王招明， 杨文静， 等． 塔中东部奥陶系烃包裹体特征及成藏 意义[ J ] ． 新疆石油地质 ， 2 0 1 1 ， 3 2 3 2 6 7 2 7 1 ． Z H AN G Na i ， WAN G Z h a o mi n g ， r AN G We n j i n g ， e t a 1 ． T h e h y d r o c a r b u n i n c l u s i o n s a n d s i g n i f i c a n c e o f h y d r o c a r b o n a c c u mu l a t i o n i n Or - d o v i c i a n r e s e r v o i r s i n e a s t e rn T a z h o n g a r e a ， T a fi m b a s i n [ J ] ． x i n i i ． a n gP e t r o l e u mG e o l o gy， 2 0 1 1 ， 3 2 3 2 6 7 2 7 1 ． [ 9 ] 王存武， 邹华耀 ， 姜丽娜 ， 等． 激光扫描共聚焦显微镜精确测量有 机包裹体气液 比方法研究 [ J ] ． 现代科学 仪器 ， 2 0 0 8 ， 2 4 1 2 0 - 2 2 ． W ANG Cu n wu， ZOU Hu a y a o， J I ANG L i n a ， e t a 1 ． Th e me t ho d s t u d y o n t h e d e t e r mi n a t i o n o f g a s a n d l i q u i d r a t i o o f flu i d i n c l u s i o n u s i n g l a s e r c o n f o e a l s c a n n i n g mi c r o s c o p e[ J ] ．Mo d e r n S c i e n t i fi c I n s t r u me n t s ， 2 0 0 8 ， 2 4 1 2 0 2 2 ． 1 1 0 j P I R ON O N J ， C A NA L S M， D UB E S S Y J ， e t a 1 ． V o l u me t ri c r e c o n s t r u c t i o o o f i n di v i du a l flu i d i n c l u s i o n s b y c o n f o c a l s c a n n i n g l a s e r mi c r o s c o p y [ J ] ． E u r o p e a n J o u r n a l o f Mi n e r a l o gy ， 1 9 9 8， 1 0 6 1 1 43 1 1 5 0 ． [ 1 1 j S HE P H E R D T J ， R A NK I N A H， A L D E R T O N D H M． A p r a c t i c a l g u i d e t o fl u i d i n c l u s i o n s t u d i e s l M J ． U． K B l a c k i e A c a d e mi c＆ P r o f e s s i o n a 1 ． 1 9 8 5 ． [ 1 2 ] 张文 淮 ， 陈 紫英． 流体 包裹体地 质学 [ M] ． 武汉 中 国地 质大学 出版社 ， 1 9 9 3 ． Z H A N GWe n h u a i ， C H E NZ i y i n g ． F l u i d i n c l u s i o n g e o l o g y [ M] ． Wu - h a m Ch i n a Un i v e r s i t y o f Ge o s c i e n c e s Pr e s s ， 1 9 9 3． [ 1 3 ] 周振柱 ， 周瑶琪 ， 陈勇， 等． 一种获取流体包裹体气液 比的便捷 方法[ J ] ． 地质论评， 2 0 1 1 ， 5 7 1 1 4 7 1 5 2 ． Z HOU Z h e n z h u， ZHOU Ya o q i ， CHEN Yo n g， e t a 1 ．A c o n v e n i e n t m e t h o d f o r o b t a i n i n g v a p o u r h i q u i d r a t i o s o f fl u i d i n c l u s i o n s【 J ] ． G e o l o g i c a l R e v i e w， 2 0 1 1 ， 5 7 1 1 4 7 1 5 2 ． [ 1 4] 王存武 ， 邹华耀． 利 用流体包裹 体获取含 气盆地古地 层压力 的 新方法[ J ] ． 天然气勘探与开发， 2 0 1 3 ， 3 6 1 2 8 3 2 ． W ANG C u n wu， ZOU Hu a y a o ． A n e w me t h o d t o o b t a i n p a l e o f o r ma t i o n p r e s s u r e o f g a s b e a ti n g b a s i n u s i n g fl u i d i n c l u s i o n [ J ] ． N a t u r a l G a s E x p l o r a t i o n a n d D e v e l o p m e n t ， 2 0 1 3 ， 3 6 1 2 8 3 2 ． 编辑曹元婷