專利名稱：定量評價混源天然氣源巖貢獻比例的方法
技術領域：
本發明涉及天然氣勘探領域，具體涉及不同氣源巖層對混源天然氣的定量貢獻研究。
背景技術：
目前，作為一種重要的資源，深層天然氣的勘探具有巨大的潛力和良好的前景。以我國松遼盆地為例，深層松遼盆地北部深層天然氣勘探幾十年來，在徐家圍子斷陷的昌德、汪家屯、升平、宋站、徐家圍子等地區的芳深1登婁庫組、升深1和徐深1井營城組等深層獲得工業氣流，形成了昌德氣藏、汪家屯-升平等氣田，尤其在徐深1井營城組和沙河子組試氣獲得6×104m3/d工業氣流、無阻擋全井日產量為1.18×106m3/d天然氣，成為我國東北地區天然氣勘探的最大熱點。這些深層天然氣地質環境中一般均來自多個層位的烴源巖，如徐家圍子斷陷深層有登婁庫組、營城組、沙河子組和火石嶺組、四站板巖組等，然而天然氣究竟來自那套烴源巖以及不同層位烴源巖對混源天然氣的定量貢獻到底有多大，一直是天然氣勘探亟待解決的難題。
有文獻報道用組分碳同位素方法研究兩種類型天然氣的混合比例，參見傅寧.崖13-1氣田混合氣混合體積比例計算[J].中國海上油氣(地質)，2000，14(4)258～261；和夏新宇，李春園，趙林.天然氣混源作用對同位素判源的影響[J].石油勘探與開發，1998，25(3)89～90。但是，這些研究均不能解決三種類型或更多天然氣混源比例計算問題。
發明創造內容本發明的目的是提供一種定量評價不同層位烴源巖對天然氣的貢獻的方法，該方法適合兩層到四層烴源巖對混源天然氣的定量貢獻模擬計算。
本發明定量評價混源天然氣源巖貢獻比例的方法，包括以下步驟1)取產生天然氣的源巖中的氣體，氣相色譜法測定其中吸附重烴，選取色譜指紋峰；同時用選取的兩個相近的色譜指紋峰的峰面積計算源巖中吸附重烴指紋比值參數；2)將步驟1)氣相色譜法測定的吸附重烴指紋比值參數數據，按各個烴源巖分層分開處理，根據同一層內烴源巖特征指紋相似性的原則，取其平均值作為該層烴源巖的特征指紋比值參數；3)用步驟2)得到的不同烴源巖分層吸附重烴特征指紋比值參數值，設定不同烴源巖層貢獻比例的配比數據代入計算模型函數，利用非線性人工神經網絡智能學習算法訓練形成不同烴源巖層貢獻定量模擬計算模版；所述計算模型函數為yn＝k1*x1n+k2*x2n+……+km*xmn，其中，x為烴源巖分層中吸附重烴的特征指紋比值參數；n為選取的色譜指紋峰對的個數；m為烴源巖分層的層數，m＞2；k為烴源巖分層對天然氣的定量貢獻比例；y為混源天然氣中特征指紋比值參數；4)取相應混源天然氣進行重烴氣相色譜分析，用與步驟1)同樣的方法選取的色譜指紋峰的峰面積計算得到相應特征指紋比值參數，將該特征指紋比值參數導入所述模擬計算模版，計算得到不同烴源巖層對混源天然氣的定量貢獻比例。
上述定量評價混源天然氣不同源巖層貢獻比例的方法中，步驟3)中所述非線性人工神經網絡智能學習算法訓練形成模擬計算模版過程，是逐個輸入所有選取的分層烴源巖特征指紋比值參數，經過一系列的Sigmoid函數及矩陣運算、加權、平均，輸出到第二個隱層，經過同樣原理的一系列運算，輸出到第一個隱層，再經過同樣原理的一系列運算，輸出層即是混源天然氣各分層烴源巖的百分貢獻率，和人為配比的各層百分比對比，把誤差按原來路徑逐層反饋回去，在反饋的過程中，按誤差的大小，依次調整各個節點的權向量矩陣。按照調整之后的權向量矩陣再次重復上面的步驟，如此循環往復，直到輸出與實際配比之間的誤差滿足所要求的精度；模擬計算過程在訓練模版時設計了各分層烴源巖貢獻率與認為配比之間的相對誤差及精度控制設置，各分層烴源巖貢獻率共分7個控制范圍＜1％不控制、1～5％、5～10％、10～25％、25～50％、50～75％、75～100％，在訓練模版時分別輸入各個控制范圍的人為所要求的相對誤差為止；所述輸出與實際配比之間的誤差最終滿足絕對誤差小于5％，相對偏差小于10％；這時，存儲各層各個單元的權值矩陣及相關參數，就建立了混源天然氣分層烴源巖定量貢獻的計算模版。
上述定量評價混源天然氣不同源巖層貢獻比例的方法中，步驟1)所述色譜指紋峰的選取步驟為(1)按照普遍性原則選取各層烴源巖和天然氣中都存在的色譜指紋峰；(2)按照差異性原則選取各層烴源巖都存在差異的色譜指紋峰。
上述定量評價混源天然氣不同源巖層貢獻比例的方法中，所述利用峰面積計算重烴指紋比值參數遵循下述規律x＝a/b，式中x為相近指紋峰面積的比值；a、b分別為相近指紋峰的峰面積。
上述定量評價混源天然氣不同源巖層貢獻比例的方法中，所述從烴源巖中制取氣體的步驟為取烴源巖樣品放入撞擊式制備裝置中，密封抽真空后，通過振動撞擊粉碎樣品，將源巖中吸附氣體釋放出來，采用排水法取出氣體。
本發明定量評價混源天然氣不同源巖層貢獻比例的方法，當所述源巖由四層烴源巖分層組成時，步驟3)所述定量模擬計算模版，按照混合天然氣重烴和每一烴源巖層吸附重烴的色譜特征指紋比值參數值與其貢獻率之間的下列關系進行計算y1＝k1*x11+k2*x21+k3*x31+k4*x41y2＝k2*x1 2+k2*x22+k3*x32+k4*x42……yn＝k1*x1n+k2*x2n+k3*x3n+k4*x4n，式中，x11、x12......x1n分別為烴源巖層1中某峰對吸附重烴的特征指紋比值參數值；x21、x22......x2n分別為烴源巖層2中某峰對吸附重烴的特征指紋比值參數值；x31、x32......x3n分別為烴源巖層3中某峰對吸附重烴的特征指紋比值參數值；x41、x42......x4n分別為烴源巖層4中某峰對吸附重烴的特征指紋比值參數值；k1、k2......k4分別為烴源巖層1到烴源巖層4對天然氣的定量貢獻率；y1、y2......yn分別為混源天然氣中某峰對特征指紋化合物的比值參數值；n為選取的色譜指紋峰對的個數。
本發明以昌德氣藏混源天然氣不同烴源巖層貢獻定量模擬計算為例，提供了定量評價烴源巖對天然氣的貢獻的新方法與途徑，該方法適合兩層到四層烴源巖對混源天然氣的定量貢獻模擬計算，開創了烴源巖和天然氣研究的新領域，有廣闊的應用前景。
圖1為本發明采用的非線性的人工神經網絡智能學習算法示意圖；圖2為多源混合天然氣四層烴源巖定量貢獻理論模型；圖3為實施例中進樣量與峰面積富集重烴的線性實驗圖；圖4為實施例中天然氣重烴C1～C7氣相色譜圖；
圖5為實施例中烴源巖吸附重烴C1～C7氣相色譜圖。
圖6-A為本發明中非對稱Sigmoid函數示意圖；圖6-B為對稱Sigmoid函數示意圖。
具體實施例方式
以下從幾方面詳述本發明。
一、多源混合天然氣不同烴源巖層貢獻色譜重烴指紋法的理論分析1、理論依據色譜重烴指紋比值參數和組分碳同位素指標是天然氣和烴源巖對比研究的主要方法，即烴源巖吸附重烴與其所生成的天然氣重烴色譜特征指紋比值參數具有相似性；由于不同層位烴源巖性質的差異和地質環境的影響，不同層位烴源巖吸附重烴中總存在可測量到的色譜指紋的差異，而混源天然氣與不同層位烴源巖吸附重烴色譜指紋特征參數的差異性是不同源天然氣混合的結果。這是利用色譜重烴特征指紋比值參數研究不同烴源巖層對多源混合天然氣貢獻的理論依據。
多源混合天然氣多層烴源巖定量貢獻理論模型見圖2，以四層烴源巖為例，混合天然氣重烴和每一烴源巖層吸附重烴的色譜特征指紋比值參數值與其貢獻率之間有下列關系y1＝k1*x11+k2*x21+k3*x31+k4*x41y2＝k2*x12+k2*x22+k3*x32+k4*x42……yn＝k1*x1n+k2*x2n+k3*x3n+k4*x4n，式中，x11、x12......x1n分別為烴源巖層1中某峰對吸附重烴的特征指紋比值參數值；X21、x22......x2n分別為烴源巖層2中某峰對吸附重烴的特征指紋比值參數值；x31、x32......x3n分別為烴源巖層3中某峰對吸附重烴的特征指紋比值參數值；x41、x42......x4n分別為烴源巖層4中某峰對吸附重烴的特征指紋比值參數值；k1、k2......k4分別為烴源巖層1到烴源巖層4對天然氣的定量貢獻率；y1、y2......yn分別為混源天然氣中某峰對特征指紋化合物的比值參數值。
圖2中，A、B......Z分別為烴源巖吸附重烴和混源天然氣重烴中相對應的某峰對特征指紋化合物。
對于多層烴源巖定量貢獻，所述計算模型函數擴展為yn＝k1*x1n+k2*x2n+……+km*xmn，其中，x為烴源巖分層中吸附重烴的特征指紋比值參數；
n為選取的色譜指紋峰對的個數；m為烴源巖分層的層數，m＞2；k為烴源巖分層對天然氣的定量貢獻比例；y為混源天然氣中特征指紋比值參數。
2、混合天然氣不同烴源巖層定量貢獻的基本條件(1)重復性烴源巖吸附重烴及天然氣重烴色譜特征指紋比值參數重復測定的相對偏差應不大于5％。
(2)富集線性烴源巖吸附重烴及天然氣重烴富集分析進樣量與峰面積之間呈線性關系。
(3)差異性不同烴源巖層吸附重烴及天然氣重烴指紋比值參數存在可檢測的差別。
(4)相似性同一烴源巖層位內不同井或井深烴源巖吸附重烴特征指紋比值參數相近或在一定變化范圍內。
(5)可配比性混合配比吸附重烴特征指紋比值參數穩定，由各自烴源巖層特征指紋比值參數和天然氣貢獻率決定。
3、色譜特征指紋比值參數與定量貢獻的模擬計算在多層原油混采過程中，有文獻(鄒宇崢，蔡元明，馬亭，等.如何消除應用于和采井原油產量貢獻計算的氣相色譜指紋技術存在的缺陷[J].石油實驗地質，2001，23(2)213～220.)指出，色譜特征指紋峰一般采用濃度參數，因為多層原油混采峰高(峰面積)比值參數一般不再滿足線性關系，故采用峰高(峰面積)比參數需要建立非線性數學模擬計算模型。
對于多源混合天然氣的定量計算也存在同樣的問題，但由于烴源巖樣品已脫離了地下原始環境，制備時難免混入空氣，制備的烴源巖吸附的氣體濃度，與地層原始環境下烴源巖所生成的天然氣的濃度不同，故不能采用濃度參數，而烴源巖吸附重烴與其所生成的天然氣重烴色譜特征指紋比值參數則具有相似性，因此，混合天然氣不同烴源巖層定量貢獻的模擬計算，需要選擇峰高(峰面積)比值參數和非線性數學模擬計算。
本發明采用非線性的人工神經網絡智能學習算法建立數學模型，該模型計算過程見圖1。該計算過程由正向傳播和反向傳播組成，在正向傳播過程中，輸入信息從輸入層經隱含層逐層處理，并向輸出層傳播，每一層神經元的狀態只影響下一層神經元的狀態。如果在輸出層不能得到期望的輸出，則轉入反向傳播，將誤差信號沿原來的連接通路逐層返回，通過誤差信號來修改各層神經元的權值，使得誤差減小，直至誤差達到精度要求。
局部誤差函數公式如下Ek=Σi=1n0φ(ei,k)=12Σi=1n0(yi,k-y^i,k)2=12Σi=1n0ei,k2]]>本發明中，訓練形成模擬計算模版過程，是逐個輸入所有選取的分層烴源巖特征指紋比值參數，經過一系列的Sigmoid函數及矩陣運算、加權、平均，輸出到第二個隱層，經過同樣原理的一系列運算，輸出到第一個隱層，再經過同樣原理的一系列運算，輸出層即是混源天然氣各分層烴源巖的百分貢獻率，和人為配比的各層百分比對比，把誤差按原來路徑逐層反饋回去，在反饋的過程中，按誤差的大小，依次調整各個節點的權向量矩陣。按照調整之后的權向量矩陣再次重復上面的步驟，如此循環往復，直到輸出與實際配比之間的誤差滿足所要求的精度；模擬計算過程在訓練模版時設計了各分層烴源巖貢獻率與認為配比之間的相對誤差及精度控制設置，各分層烴源巖貢獻率共分7個控制范圍＜1％不控制、1～5％、5～10％、10～25％、25～50％、50～75％、75～100％，在訓練模版時分別輸入各個控制范圍的人為所要求的相對誤差為止；所述輸出與實際配比之間的誤差最終滿足絕對誤差小于5％，相對偏差小于10％；這時，存儲各層各個單元的權值矩陣及相關參數，就建立了混源天然氣分層烴源巖定量貢獻的計算模版。
Sigmoid函數為神經元的非線性作用函數，非對稱Sigmoid函數為f(x)=11+e-x,]]>函數值范圍為(0，1)，參見圖6-A；對稱Sigmoid函數f(x)=1-e-x1+e-x,]]>函數值為(-1，1)，參見圖6-B。由于混源天然氣各分層烴源巖的產量百分比范圍在
，因此本發明采用非對稱Sigmoid函數。
在應用該計算模版時，只需要把混源天然氣色譜重烴分析的相應特征指紋比值參數導入，即可計算出各分層烴源巖的定量貢獻。
二、本發明方法的具體實施方式
以下以松遼盆地徐家圍子昌德氣藏為例說明本發明的實施過程。
1、昌德氣藏地質背景及深層烴源巖分布昌德氣藏位于斷陷安達-肇州背斜帶中部的宋芳屯構造上，徐家圍子斷陷是侏羅紀形成的斷陷盆地之一，夾持于古中央隆起帶和東北隆起帶之間，斷陷中地層發育較全，厚度較大，沉積了基巖、侏羅系、白堊系、第三系和第四系地層。深層烴源巖包括白堊系的泉頭組和登婁庫組，侏羅系的營城組、沙河子組、火石嶺組，基巖等烴源巖。登婁庫組是盆地由斷陷向坳陷發育過程的過渡性沉積物，以砂泥巖夾礫巖為主，泥巖以綠色和紅色為主，暗色泥巖較少；營城組有灰紫、紫灰色球粒狀流紋巖、凝灰熔巖、脫玻化含礫流紋質熔結凝灰巖，灰綠、灰紫色凝灰巖夾泥巖；沙河子組有深灰、灰黑色泥板巖夾酸性凝灰巖、含礫凝灰巖、煤層等；火石嶺組有灰色凝灰質角礫巖、夾黑色泥巖、粉砂質泥巖等；基巖主要有千枚巖、板巖、灰綠色花崗巖、花崗巖、晶屑凝灰巖等。
2、實驗方法樣品采集采集徐家圍子斷陷深層有機質豐度較高的烴源巖樣品登婁庫組3個、營城組7個、沙河子組6個、火石嶺組1個、四站板巖組4個。采集芳深1、芳深2井等昌德氣藏6口井的混合天然氣樣品6個。
樣品分析將烴源巖樣品制備后做吸附烴氣色譜重烴指紋分析；在同樣條件下做天然氣重烴色譜指紋分析。
吸附烴氣制備取一定量烴源巖樣品放入撞擊式制備裝置中，密封抽真空后，通過振動撞擊粉碎樣品，將烴源巖中吸附氣體釋放出來，采用排水法取出氣體，進行色譜重烴指紋分析。
色譜重烴指紋分析在冷凍條件下(溫度-75℃～-65℃)，將氣樣注入富集管，使樣品中重烴得到富集，再加熱解吸，通過六通閥切入氣相色譜儀分析。重烴指紋氣相色譜分析條件日本GC-14A氣相色譜儀及數據處理機，50m彈性石英毛細色譜柱，氫火焰離子化檢測器，載氣為氦氣，燃氣為氫氣，助燃氣為空氣，柱起始溫度35℃，恒溫5min，以2℃/min升到180℃，恒溫至組分出完。
3、色譜重烴特征指紋比值參數選擇與定量貢獻模擬計算依據普遍性原則選取吸附重烴色譜指紋峰，利用相近指紋的峰面積計算重烴指紋比值參數(x＝a/b，x為相近指紋峰面積的比值，a、b分別為相近指紋的峰面積)；再將各個層位的不同烴源巖吸附重烴指紋參數，按照相似性和差異性原則確定不同烴源巖層吸附重烴特征指紋比值參數；再根據不同烴源巖層貢獻的人為設定配比數據，將其導入模擬計算模型，訓練后形成不同烴源巖層貢獻定量模擬計算模版；最后將相應天然氣重烴色譜特征指紋比值參數導入模擬計算模版，計算不同烴源巖層對混源天然氣的定量貢獻。
4、實驗結果及討論4.1天然氣微量重烴富集重復性及線性實驗(1)重復性將升58井1696.4m～1953m和芳深6井3210.4m～3409.8m天然氣分別做微量重烴富集平行實驗，微量重烴色譜指紋參數重復測定結果見表1，可見，最大相對偏差為4.70％、最小相對偏差為0.47％，相對偏差不大于5％，樣品分析重復性好。
表1 天然氣微量重烴色譜指紋參數重復測定結果井號次數 色 譜 特 征 烴 指 紋 參 數2#/3# 4#/5# 5#/6# 6#/7# 7#/8# 13#/10# 4#/6#5#/7# 5#/8# 6#/8#1 0.722.740.471.07 0.39 2.10 1.290.500.200.42升58 2 0.752.780.501.04 0.42 1.96 1.360.550.210.43相對偏差 ％ 1.950.833.051.05 2.6 3.52 2.734.513.001.541 3.722.121.071.07 2.56 5.78 2.271.142.932.74芳深62 3.512.001.061.05 2.33 5.50 2.091.052.692.51相對偏差 ％ 2.902.910.470.94 4.7 2.48 4.134.114.274.382#-異戊烷，3#-正戊烷，4#-2，2-二甲基丁烷，5#-環戊烷，6#-2-甲基戊烷，備注7#-3-甲基戊烷，8#-正己烷，10#-2，3-二甲基戊烷，13#-甲基環戊烷(2)線性實驗將升58井1696.4m～1953.0m天然氣做不同進樣量與峰面積富集重烴的線性實驗，結果參見圖3，可見，天然氣進樣量在50ml～500ml范圍內，正戊烷到正壬烷微量重烴峰面積與進樣量之間有良好的線性關系，相關系數正戊烷、正己烷、正庚烷、正辛烷、正壬烷分別為0.9956、0.9934、0.9938、0.9980、0.9971。
4.2昌德氣藏天然氣的混源特征天然氣在聚集成藏的運移過程中，烴源巖生成的各種天然氣很容易發生混合。研究認為，天然氣組份碳同位素倒轉是天然氣混源的特征之一；天然氣甲基環己烷指數等重烴指標也是判別混源天然氣的良好指標，利用乙烷碳同位素和甲基環己烷指數聯合判別模版，能夠有效判別混源天然氣。
昌德氣藏天然氣組份碳同位素和重烴色譜指紋指標分析結果見表2和圖4。
表2 昌德氣藏天然氣地化指標分析數據井號 層位甲烷碳同位素乙烷碳同位素甲基環己烷 異戊烷/‰ ‰ 指數％ 正戊烷芳深1k1d -22.25 -23.07 4.51 0.47芳深2k1d -22.51 / 4.84 0.51芳深4k1d -30.75 / 72.29 2.75芳深5k1d -26.88 -27.64 90.13 2.99芳深6k1d～k1yc -27.78 -30.32 89.56 3.72芳深8k1yc～k1sh-27.53 -30.15 85.97 2.95結果表明，芳深1、芳深5、芳深6、芳深8天然氣甲烷、乙烷碳同位素都有“倒轉”特征；昌德氣藏不同井天然氣重烴色譜指紋甲基環己烷指數和異戊烷/正戊烷指標變化范圍分別為4.51％～90.13％、0.47～3.72差別較大，說明昌德氣藏天然氣所成生的烴類母質有差別，利用乙烷碳同位素和甲基環己烷指數聯合模版判別，芳深1井登婁庫組天然氣落在混合III區、芳深5井登婁庫組天然氣落在過渡區、芳深6和芳深8井天然氣落在混合I區，可見，昌德氣藏天然氣具有混源和運移特征。
從分析的21塊烴源巖樣品吸附烴甲烷、乙烷組分碳同位素看，有3塊樣品出現倒轉，分別是芳深8井4146.43m沙河子組-26.14‰、-27.78‰，肇深3井2757.55m登婁庫組-18.00‰、-22.83‰，肇深6井3964.28m沙河子組-24.78‰、-28.23‰，其它18塊樣品均無倒轉現象，而基巖烴源巖樣品都為正序特征。因此，烴源巖吸附烴甲烷、乙烷組分碳同位素分析結果說明昌德氣藏天然氣的倒轉現象主要由混源所致。
4.3深層不同烴源巖層吸附重烴色譜特征指紋比值參數的特征徐家圍子斷陷深層烴源巖吸附重烴分析最多可檢測出110個色譜指紋峰(升深6井3214.13m沙河子組，參見圖5)，不同井、不同層位烴源巖檢測出的重烴指紋的數量和組分有差別。根據普遍性(指紋化合物在每個烴源巖層和天然氣中都存在)、差異性(指紋化合物在每個烴源巖層中都存在差別)的原則選取特征指紋峰，將相近的特征指紋峰的峰面積相除，得到不同烴源巖層吸附重烴特征指紋比值參數值，參見表3，表3所選的10個吸附重烴特征指紋比值參數，在同一層位內有的數值接近、有的變化較大，但均有一定的變化范圍，若采用一個或幾個特征指紋比值參數，則難以區分四個烴源巖層，而采用多個特征指紋比值參數則能區分開來。同時，從登婁庫組到侏羅系的沙河子組和火石嶺組烴源巖的大部分特征指紋比值參數值，在層位之間有部表3不同烴源巖層吸附重烴特征指紋比值參數分析結果特征 登婁庫組 營城組 沙河子+火石嶺四站板巖組組參數 k1d k1yc K1sh+k1hs p3s2#/3# 1.45～1.92(1.76)2.87～3.63(3.13)1.53～3.55(2.17) 039～0.86(0.52)4#/5# 0.78～1.89(1.08)0.83～1.94(1.05)0.36～0.77(0.63) 1.14～2.01(1.38)5#/6# 1.07～1.76(1.27)1.28～2.32(1.84)1.47～1.95(1.57) 0.44～0.81(0.73)6#/7# 1.32～1.55(1.33)1.49～1.79(1.59)1.28～1.70(1.44) 1.43～1.88(1.45)7#/8# 0.93～1.25(0.96)0.63～1.45(0.92)0.65～0.95(0.69) 0.29～0.40(0.32)13#/10#4.21～8.38(6.80)1.73～4.42(2.92)2.12～4.53(3.23) 1.39～1.65(1.55)4#/6# 0.56～1.87(1.17)1.05～2.87(1.87)0.63～0.94(0.76) 0.88～0.93(0.91)5#/7# 1.30～1.99(1.65)1.93～4.82(3.11)1.89～3.53(2.47) 0.75～1.34(1.08)5#/8# 1.21～2.01(1.62)2.83～4.15(3.19)1.30～2.16(1.61) 0.22～0.47(0.33)6#/8# 1.10～1.42(1.25)0.84～2.60(1.64)0.88～1.68(1.19) 0.39～0.51(1.19)分數值重疊，變化是連續的、漸變的；而基巖的四站板巖組的絕大多數特征參數指標與以上地層的不呈漸變和連續性變化特征，可能是由于基巖的烴源巖性質和地質環境所致。而火石嶺組(一塊樣品)和沙河子組分析指標接近，將兩個組的烴源巖層作為一層，根據同一層位內烴源巖相似性原則取其平均值(表3括號內數據)為該層位烴源巖的特征指紋比值參數值，即為不同烴源巖層吸附重烴特征指紋比值參數分層指標數據，把徐家圍子斷陷的深層(登婁庫組以下地層)分為登婁庫組、營城組、沙河子組+火石嶺組、四站板巖組四個烴源巖層進行定量貢獻計算。
4.4不同烴源巖層對不同井混源天然氣的定量貢獻利用不同烴源巖層吸附重烴特征指紋比值參數分層指標數據和人為設定的不同混合配比吸附重烴特征指紋比值參數數據(用式一表示的數學模型計算)，利用非線性人工神經網絡智能學習算法訓練后建立不同烴源巖層貢獻模擬計算模版，將模版數據回歸計算結果見表4，可見，回歸計算結果最大絕對偏差為1.85％、最大相對偏差為4.66％。
表4 模版回歸計算結果配比序號烴源巖層 配比結果模版回歸結果絕對偏差相對偏差％ ％ ％ ％1 k1d 10.0010.88 0.88 4.21k1yc10.009.110.89 4.66k1sh+k1hs 10.0010.09 0.09 0.45p3s 70.0069.89 0.11 0.082 k1d 10.0010.56 0.56 2.72k1yc10.009.180.82 4.28k1sh+k1hs 70.0069.62 0.38 0.27p3s 10.0010.62 0.62 3.013 k1d 10.009.170.83 4.33k1yc70.0069.90.10 0.07k1sh+k1hs 10.0010.78 0.78 3.75p3s 10.0010.14 0.14 0.704 k1d 70.0071.55 1.55 1.10k1yc10.009.800.20 1.01k1sh+k1hs 10.009.380.62 3.20p3s 10.009.250.75 3.905 k1d 20.0019.24 0.76 1.94k1yc20.0020.95 0.95 2.32k1sh+k1hs 20.0020.44 0.44 1.09p3s 40.0039.35 0.65 0.82
6 k1d20.0019.14 0.862.20k1yc 20.0020.53 0.531.31k1sh+k1hs 40.0041.32 1.321.62p3s20.0019.00 1.002.567 k1d20.0018.54 1.463.79k1yc 40.0038.43 1.572.00k1sh+k1hs 20.0021.11 1.1 2.70p3s20.0021.90 1.904.538 k1d40.0038.56 1.441.83k1yc 20.0021.39 1.393.36k1sh+k1hs 20.0020.87 0.872.13p3s20.0019.16 0.842.159 k1d30.0029.35 0.651.10k1yc 30.0028.87 1.131.92k1sh+k1hs 30.0031.00 1.001.64p3s10.0010.76 0.763.6610k1d30.0029.85 0.150.25k1yc 30.0029.52 0.480.81k1sh+k1hs 10.0010.77 0.773.71p3s30.0029.84 0.160.2711k1d30.0031.57 1.572.55k1yc 10.009.55 0.452.30k1sh+k1hs 30.0028.15 1.853.18p3s30.0030.71 0.711.1712k1d10.0010.93 0.934.44k1yc 30.0028.20 1.803.09k1sh+k1hs 30.0030.71 0.711.17p3s30.0030.14 0.140.23取昌德氣藏不同井(共6個)中的天然氣，測定其中重烴并選取與烴源巖吸附重烴相對應的特征指紋峰的峰面積計算特征指紋峰參數值，計算結果見表5。
表5 昌德氣藏天然氣重烴特征指紋比值參數特征芳深1芳深2芳深4芳深5芳深6芳深8參數k1d k1d k1d k1d k1d～k1yck1yc～k1sh2#/3# 0.47 0.51 2.75 2.99 3.72 2.954#/5# 0.52 0.69 1.95 1.91 2.12 1.925#/6# 0.24 0.14 0.98 1.02 1.07 1.056#/7# 0.92 1.66 0.93 0.85 1.07 0.997#/8# 0.10 0.15 1.14 1.73 2.56 2.32
13#/10#0.72 1.06 5.47 4.03 5.78 1.944#/6# 0.46 0.10 1.91 1.95 2.27 2.015#/7# 0.44 0.23 0.91 0.87 1.14 1.045#/8# 0.07 0.03 1.04 1.50 2.93 2.406#/8# 0.22 0.24 1.06 1.47 2.74 2.29將表5的數據導入模擬計算模版中，計算結果見表6。
表6 不同烴源巖層對昌德氣藏不同井混源天然氣貢獻計算結果井號 層位 烴源巖層定量貢獻％登婁庫組 營城組 沙河子組+火石嶺組 四站板巖組芳深1k1d10.97 1.222.54 85.25芳深2k1d10.68 1.653.64 84.01芳深4k1d42.08 11.34 20.56 25.99芳深5k1d15.32 9.3232.85 42.48芳深6k1d～k1yc 41.15 18.79 19.81 20.23芳深8k1yc～k1sh 0.00 4.7182.16 13.11從表6得知，芳深1、芳深2井登婁庫組天然氣主要來自基巖的四站板巖組烴源巖，分別占混源天然氣的85.25％、84.01％，來自登婁庫組的分別占10.97％、10.68％，來自沙河子組和火石嶺組分別占2.54％、3.64％，來自營城組的分別占1.22％、1.65％；芳深4井登婁庫組天然氣主要來自登婁庫組烴源巖，占該井混源天然氣的42.08％，來自侏羅系營城組、沙河子組和火石嶺組、基巖四站板巖組的分別占11.34％、20.56％、25.09％；芳深5井登婁庫組天然氣主要來自四站板巖組烴源巖，占該井混源天然氣的42.48％，來自侏羅系營城組、沙河子組和火石嶺組、登婁庫組的分別占9.32％、32.85％、15.32％；芳深6井登婁庫組和營城組天然氣主要來自登婁庫組烴源巖，占該井混源天然氣的41.15％，來自侏羅系營城組、沙河子組和火石嶺組、基巖四站板巖組的分別占18.79％、19.81％、20.23％。芳深8井營城組和沙河子組天然氣主要來沙河子組和火石嶺組烴源巖，占該井混源天然氣的82.16％，來自侏羅系營城組、基巖四站板巖組的分別占4.71％、13.11％。
現有研究認為，昌德氣藏可能由徐家圍子斷陷侏羅系和登婁庫組烴源巖兩套氣源巖供氣，以侏羅系斷陷烴源巖生氣為主，通過不整合面或斷層運移，登婁庫組烴源巖有一定的生氣能力；還有專家利用組分碳同位素方法研究認為，昌德氣藏天然氣主要來自基巖的氣源巖。本發明上述實施例的分析結果，應證了這些研究成果，同時，更定量表明了昌德氣藏天然氣由侏羅系、基巖、登婁庫三套烴源巖供氣，并具體得到各自的貢獻量，對現有研究成果是一個飛躍性的補充和創新。
綜上所述，本發明有如下特點(1)確立了多源混合天然氣不同烴源巖層定量貢獻色譜重烴指紋法的基本理論、條件、模擬計算模型，在世界上首次利用烴源巖吸附重烴和天然氣重烴色譜指紋特征參數及模擬計算軟件，完成了松遼盆地北部徐家圍子斷陷四個不同烴源巖層對昌德氣藏混源天然氣定量貢獻的模擬計算，填補了這一研究領域的世界空白。
(2)實施例徐家圍子斷陷深層不同烴源巖層產氣貢獻定量模擬計算結果表明，昌德氣藏混源天然氣由侏羅系、基巖、登婁庫三套烴源巖供氣，對不同井的天然氣貢獻量不同，進一步完善、明確了昌德氣藏混源天然氣的定量來源。芳深1和芳深2井登婁庫組天然氣主要來自基巖的四站板巖組烴源巖，占混源天然氣的84.01％～85.25％，登婁庫組烴源巖貢獻占10.68％～10.97％％，侏羅系貢獻為5.3％以下；芳深4井登婁庫組天然氣主要來自登婁庫組烴源巖，占該井混源天然氣的42.08％，來自侏羅系(營城組、沙河子組和火石嶺組)、四站板巖組的分別占31.90％、25.99％；芳深5井登婁庫組天然氣主要來自四站板巖組烴源巖，占該井混源天然氣的42.48％，來自侏羅系(營城組、沙河子組和火石嶺組)、登婁庫組的分別占42.17％、15.32％；芳深6井登婁庫組和營城組天然氣主要來自登婁庫組烴源巖，占該井混源天然氣的41.15％，來自侏羅系(營城組、沙河子組和火石嶺組)、四站板巖組的分別占38.60％、20.23％。芳深8井營城組和沙河子組天然氣主要來侏羅系的沙河子組和火石嶺組烴源巖，占該井混源天然氣的82.16％，來自侏羅系營城組、基巖四站板巖組的分別占4.71％、13.11％。
(3)昌德氣藏混源天然氣不同烴源巖層貢獻定量模擬計算，開創了烴源巖和天然氣研究的新領域，為定量評價烴源巖對天然氣的貢獻提供了新的方法與途徑，該方法適合兩層到四層烴源巖對混源天然氣的定量貢獻模擬計算，也適合二到四個天然氣產層對合采井天然氣的定量貢獻的模擬計算，有廣闊的應用前景。
權利要求
1.一種定量評價混源天然氣不同源巖層貢獻比例的方法，包括以下步驟1)取產生天然氣的源巖中的氣體，氣相色譜法測定其中吸附重烴，選取色譜指紋峰；同時用選取的兩個相近的色譜指紋峰的峰面積計算源巖中吸附重烴指紋比值參數；2)將步驟1)氣相色譜法測定的吸附重烴指紋比值參數數據，按各個烴源巖分層分開處理，根據同一層內烴源巖特征指紋相似性的原則，取其平均值作為該層烴源巖的特征指紋比值參數；3)用步驟2)得到的不同烴源巖分層吸附重烴特征指紋比值參數值，設定不同烴源巖層貢獻比例的配比數據代入計算模型函數，利用非線性人工神經網絡智能學習算法訓練形成不同烴源巖層貢獻定量模擬計算模版；所述計算模型函數為yn＝k1*x1n+k2*x2n+……+km*xmn，其中，x為烴源巖分層中吸附重烴的特征指紋比值參數；n為選取的色譜指紋峰對的個數；m為烴源巖分層的層數，m＞2；k為烴源巖分層對天然氣的定量貢獻比例；y為混源天然氣中特征指紋比值參數；4)取相應混源天然氣進行重烴氣相色譜分析，用與步驟1)同樣的方法選取的色譜指紋峰的峰面積計算得到相應特征指紋比值參數，將該特征指紋比值參數導入所述模擬計算模版，計算得到不同烴源巖層對混源天然氣的定量貢獻比例。
2.根據權利要求1所述的定量評價混源天然氣不同源巖層貢獻比例的方法，其特征在于，步驟3)中所述非線性的人工神經網絡智能學習算法的計算過程由正向傳播和反向傳播組成，在正向傳播過程中，輸入信息從輸入層經隱含層逐層處理，并向輸出層傳播，每一層神經元的狀態只影響下一層神經元的狀態；如果在輸出層不能得到期望的輸出，則轉入反向傳播，將誤差信號沿原來的連接通路逐層返回，通過誤差信號來修改各層神經元的權值，使得誤差減小，直至誤差達到精度要求；局部誤差函數公式如下Ek=Σi=1n0φ(ei,k)=12Σi=1n0(yi,k-y^i,k)2=12Σi=1n0ei,k2]]>
3.根據權利要求1所述的定量評價混源天然氣不同源巖層貢獻比例的方法，其特征在于，步驟3)中所述訓練形成模擬計算模版過程，是逐個輸入所有選取的分層烴源巖特征指紋比值參數，經過一系列的Sigmoid函數及矩陣運算、加權、平均，輸出到第二個隱層，經過同樣原理的一系列運算，輸出到第一個隱層，再經過同樣原理的一系列運算，輸出層即是混源天然氣各分層烴源巖的百分貢獻率，和人為配比的各層百分比對比，把誤差按原來路徑逐層反饋回去，在反饋的過程中，按誤差的大小，依次調整各個節點的權向量矩陣。按照調整之后的權向量矩陣再次重復上面的步驟，如此循環往復，直到輸出與實際配比之間的誤差滿足所要求的精度；模擬計算過程在訓練模版時設計了各分層烴源巖貢獻率與認為配比之間的相對誤差及精度控制設置，各分層烴源巖貢獻率共分7個控制范圍＜1％不控制、1～5％、5～10％、10～25％、25～50％、50～75％、75～100％，在訓練模版時分別輸入各個控制范圍的人為所要求的相對誤差為止；所述輸出與實際配比之間的誤差最終滿足絕對誤差小于5％，相對偏差小于10％；這時，存儲各層各個單元的權值矩陣及相關參數，就建立了混源天然氣分層烴源巖定量貢獻的計算模版；所述Sigmoid函數為非對稱Sigmoid函數f(x)=11+e-x,]]>函數值范圍為(0，1)。
4.根據權利要求3所述的多層混采原油分層產能貢獻動態色譜監測方法，其特征在于，所述輸出與實際配比之間的的誤差最終滿足絕對誤差小于5％，相對偏差小于10％。
5.根據權利要求1至4任一所述的定量評價混源天然氣不同源巖層貢獻比例的方法，其特征在于，步驟1)所述色譜指紋峰的選取步驟為(1)按照普遍性原則選取各層烴源巖和天然氣中都存在的色譜指紋峰；(2)按照差異性原則選取各層烴源巖都存在差異的色譜指紋峰。
6.根據權利要求1至4任一所述的定量評價混源天然氣不同源巖層貢獻比例的方法，其特征在于，所述利用峰面積計算重烴指紋比值參數遵循下述規律x＝a/b，式中x為相近指紋峰面積的比值；a、b分別為相近指紋峰的峰面積。
7.根據權利要求1至4任一所述的定量評價混源天然氣不同源巖層貢獻比例的方法，其特征在于，所述從烴源巖中制取氣體的步驟為取烴源巖樣品放入撞擊式制備裝置中，密封抽真空后，通過振動撞擊粉碎樣品，將源巖中吸附氣體釋放出來，采用排水法取出氣體。
8.根據權利要求1至4任一所述定量評價混源天然氣不同源巖層貢獻比例的方法，其特征在于，所述源巖由四層烴源巖分層組成，步驟3)所述定量模擬計算模版，按照混合天然氣重烴和每一烴源巖層吸附重烴的色譜特征指紋比值參數值與其貢獻率之間的下列關系進行計算y1＝k1*x11+k2*x21+k3*x31+k4*x41y2＝k2*x12+k2*x22+k3*x32+k4*x42......yn＝k1*x1n+k2*x2n+k3*x3n+k4*x4n，式中，x11、x12......x1n分別為烴源巖層1中某峰對吸附重烴的特征指紋比值參數值；x21、x22......x2n分別為烴源巖層2中某峰對吸附重烴的特征指紋比值參數值；x31、x32......x3n分別為烴源巖層3中某峰對吸附重烴的特征指紋比值參數值；x41、x42......x4n分別為烴源巖層4中某峰對吸附重烴的特征指紋比值參數值；k1、k2........k4分別為烴源巖層1到烴源巖層4對天然氣的定量貢獻率；y1、y2........yn分別為混源天然氣中某峰對特征指紋化合物的比值參數值；n為選取的色譜指紋峰對的個數。
全文摘要
本發明公開了一種定量評價混源天然氣源巖貢獻比例的方法，依據普遍性原則選取吸附重烴色譜指紋峰，利用相近指紋的峰面積計算重烴指紋比值參數，再將各個層位的不同烴源巖吸附重烴指紋參數，按照相似性和差異性原則確定不同烴源巖層吸附重烴特征指紋比值參數；再根據不同烴源巖層貢獻的人為設定配比數據，將其導入模擬計算模型，訓練后形成不同烴源巖層貢獻定量模擬計算模版；最后將相應天然氣重烴色譜特征指紋比值參數導入模擬計算模版，計算不同烴源巖層對混源天然氣的定量貢獻。該方法適合兩層到四層烴源巖對混源天然氣的定量貢獻模擬計算，開創了烴源巖和天然氣研究的新領域，有廣闊的應用前景。
文檔編號G01N30/00GK1563980SQ20041002985
公開日2005年1月12日 申請日期2004年3月30日 優先權日2004年3月30日
發明者張居和, 馮子輝, 李景坤, 方偉, 霍秋立 申請人:大慶油田有限責任公司