應(yīng)用地化錄井技術(shù)判別渤海油區(qū)原油性質(zhì)

劉 坤,馬金鑫,李鴻儒,苑仁國(guó),鄧貴柏,李 進(jìn)

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300450；2.武漢時(shí)代地智科技股份有限公司，湖北 武漢 430040)

在油氣藏形成過程中，烴類的運(yùn)移、散失及微生物改造等作用會(huì)使原油性質(zhì)發(fā)生變化而形成不同油質(zhì)的油氣藏[1]。有效判別原油性質(zhì)是儲(chǔ)層解釋評(píng)價(jià)中不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[2]，原油性質(zhì)的好壞也是確定油藏類型以及制定油藏開發(fā)方案的直接依據(jù)。

渤海海域?yàn)榈湫偷臄嘞菖璧?，在主斷裂的控制下，形成了多種類型的構(gòu)造圈閉，具有油藏類型多，油氣分布范圍廣，原油性質(zhì)多樣的特點(diǎn)。由于沉積的多旋回性與構(gòu)造成因的多樣性的疊置，該區(qū)以復(fù)式油氣藏類型為主體，鉆探顯示同一單井鉆遇不同油質(zhì)的概率較高，油質(zhì)具有深部輕、淺層重的特點(diǎn)，其中渤海油區(qū)稠油探明地質(zhì)儲(chǔ)量占50%以上[3]。為了在鉆探過程中快速識(shí)別原油性質(zhì)，對(duì)渤海油田巖石熱解和熱蒸發(fā)烴氣相色譜等相關(guān)資料進(jìn)行系統(tǒng)分析，尋找對(duì)油質(zhì)輕重變化敏感的參數(shù)，并建立原油性質(zhì)判別圖版，在實(shí)際應(yīng)用中油質(zhì)類型識(shí)別符合度得到較大提升。

1 地化錄井基本原理

地化錄井技術(shù)由巖石熱解分析、氣相色譜分析(細(xì)分為飽和烴氣相色譜和輕烴氣相色譜)等技術(shù)組成。

巖石熱解分析原理是通過加熱，樣品中的烴類蒸發(fā)成氣體，而干酪根、瀝青質(zhì)、膠質(zhì)等高聚合有機(jī)質(zhì)則會(huì)發(fā)生裂解，生成具有揮發(fā)性的烴類。隨后氣態(tài)烴類通過載氣攜帶，經(jīng)過氫火焰檢測(cè)器檢測(cè)，輸出的電流信號(hào)會(huì)隨著檢測(cè)濃度的不同而發(fā)生相應(yīng)的變化，放大后經(jīng)電腦運(yùn)行處理，可以獲得各組分峰的含量和最高熱解溫度[4]。

氣相色譜分析是將樣品放入熱解爐，通過加熱使巖樣中的烴類揮發(fā)，并由載氣攜帶進(jìn)入色譜柱，穿過一定的柱長(zhǎng)后因不同的吸附或溶解性會(huì)相互分離，有序地離開色譜柱后再依次進(jìn)入FID檢測(cè)器，產(chǎn)生的離子流信號(hào)經(jīng)放大后，由計(jì)算機(jī)記錄各組分色譜峰及其相對(duì)含量[5]。

2 原油性質(zhì)評(píng)價(jià)方法

一般來說，原油性質(zhì)與其組分含量有關(guān)，組分所含膠質(zhì)和瀝青質(zhì)等重組分越高，則原油比重越大，油品質(zhì)量也越差；反之，則比重越輕，原油質(zhì)量越好。原油性質(zhì)不同對(duì)應(yīng)熱解參數(shù)的相對(duì)含量也存在差異，通過峰面積與烴含量關(guān)系得出的S0代表氣態(tài)烴組分含量，S1代表輕質(zhì)油組分含量，S2為重質(zhì)油的含量，以此熱解參數(shù)為基礎(chǔ)衍生出評(píng)價(jià)原油性質(zhì)的參數(shù)，其中原油輕重組分指數(shù)PS、油產(chǎn)率指數(shù)OPI以及(S0+S1)/S2對(duì)油質(zhì)較為敏感。不同性質(zhì)的原油在氣相色譜上也表現(xiàn)出不同的參數(shù)特征，輕質(zhì)油主峰碳nC13～nC15，正構(gòu)烷烴碳數(shù)在nC1～nC28之間，∑C21-/∑C22+比值較高，譜圖呈前端高峰、坡度較陡的特征；中質(zhì)油以飽和烴類為主，主峰碳nC18～nC20，正構(gòu)烷烴碳數(shù)介于nC10～nC32之間，∑C21-/∑C22+比值小于輕質(zhì)原油，譜圖呈現(xiàn)中部高峰的特征；重質(zhì)油以異構(gòu)烴、環(huán)烷烴、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)為主，主峰碳nC23～nC25，正構(gòu)烷烴碳數(shù)為nC11～nC33，∑C21-/∑C22+比值要小于中質(zhì)原油，譜圖呈現(xiàn)基線隆起、后端高峰的特征。

因此，充分利用熱解參數(shù)和飽和烴氣相色譜資料，研究(S0+S1)/S2、PS、OPI、主峰碳數(shù)以及∑C21-/∑C22+等參數(shù)隨原油性質(zhì)變化的不同響應(yīng)特征，從而總結(jié)規(guī)律，建立圖版，為該區(qū)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)、油源對(duì)比及后期制定油藏開發(fā)方案提供參考。

2.1 主峰碳數(shù)與∑C21-/∑C22+油質(zhì)判斷圖版

在大量測(cè)試及試油化驗(yàn)資料統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，選取主峰碳數(shù)為縱坐標(biāo)、衍生參數(shù)∑C21-/∑C22+為橫坐標(biāo)，在單對(duì)數(shù)坐標(biāo)上進(jìn)行散點(diǎn)投點(diǎn)，劃分出油質(zhì)分界線(圖1)。圖中顯示原油性質(zhì)界限明顯，分布規(guī)律清晰；其中重質(zhì)油主峰碳數(shù)在25以上、∑C21-/∑C22+分布在0.05～0.7之間；中質(zhì)油主峰碳數(shù)在15～25之間、∑C21-/∑C22+主要介于0.5～0.8范圍內(nèi)；輕質(zhì)油主峰碳數(shù)一般小于15，∑C21-/∑C22+在0.7以上。

圖1 主峰碳數(shù)與∑C21-/∑C22+模版

2.2 (S0+S1)/S2與∑C21-/∑C22+油質(zhì)判斷模版

分別選擇(S0+S1)/S2和∑C21-/∑C22+為縱、橫坐標(biāo)，采用雙對(duì)數(shù)刻度，通過大量散點(diǎn)投點(diǎn)繪制圖版(圖2)。圖中可以劃分出3個(gè)區(qū)域，分別代表輕質(zhì)油、中質(zhì)油和重質(zhì)油，其中重質(zhì)油的色譜衍生參數(shù)∑C21-/∑C22+在0.05～0.7之間，熱解參數(shù)(S0+S1)/S2位于0.07～1.0的范圍內(nèi)，處于分界線y=0.248 6x-3.918左下方區(qū)域；輕質(zhì)油的∑C21-/∑C22+參數(shù)大多在0.7以上，(S0+S1)/S2參數(shù)多位于0.6以上，位于分界線y=12.04x-3.728右上方區(qū)域；中質(zhì)油的參數(shù)∑C21-/∑C22+主要在0.5～0.8，(S0+S1)/S2介于0.5～5的區(qū)域內(nèi)，介于兩條分界線之間。

圖2 (S0+S1)/S2與∑C21-/∑C22+模版

2.3 主峰碳數(shù)與(S0+S1)/S2油質(zhì)判斷模版

分別以主峰碳數(shù)和(S0+S1)/S2為縱、橫坐標(biāo)并建立單對(duì)數(shù)圖版(圖3)，散點(diǎn)圖中顯示不同油質(zhì)的分界趨勢(shì)線明顯。其中重質(zhì)油位于分界線①之上的區(qū)域，(S0+S1)/S2主要位于0.07～1.0、主峰碳數(shù)在25以上；輕質(zhì)油位于分界線②以下的區(qū)域，(S0+S1)/S2大于0.6、主峰碳數(shù)小于15；兩條分界線之間為中質(zhì)油分布區(qū)，其(S0+S1)/S2參數(shù)主要分布在0.5～5.0的區(qū)域、主峰碳數(shù)一般為15～25之間。

圖3 主峰碳數(shù)與(S0+S1)/S2模版

2.4 油產(chǎn)率指數(shù)OPI與PS·Pg油質(zhì)判斷模版

OPI和PS隨著原油密度的增加逐漸遞減，但不同性質(zhì)的原油隨OPI的減小其密度增加的幅度不同，其中輕質(zhì)油和中質(zhì)油增加幅度較大，重質(zhì)油增加幅度較小。參數(shù)的計(jì)算公式如下：

(1)

PS=S1/S2

(2)

Pg=S0+S1+S2

(3)

其中：OPI為油產(chǎn)率指數(shù)，無量綱；PS為原油輕重組分指數(shù)，無量綱；Pg為產(chǎn)烴潛量，mg/g。

圖4OPI與PS·Pg模版

分別以O(shè)PI和PS·Pg為縱、橫坐標(biāo)并建立單對(duì)數(shù)圖版(圖4)，交會(huì)圖上不同油質(zhì)分界線較為明顯，可以進(jìn)行有效劃分。圖版顯示在方程OPI=0.25lg(PS·Pg)+0.324 7左上方為輕質(zhì)油，在方程OPI=0.25lg(PS·Pg)+0.124 7右下側(cè)為重質(zhì)油，兩條直線之間為中質(zhì)油。

2.5 PS指數(shù)與主峰碳數(shù)油質(zhì)判斷標(biāo)準(zhǔn)

為滿足現(xiàn)場(chǎng)快速判斷原油油質(zhì)類型，通過大量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析建立了PS、主峰碳數(shù)判別原油油質(zhì)類型的標(biāo)準(zhǔn)(表1)。

表1 PS指數(shù)和主峰碳數(shù)判斷油質(zhì)類型標(biāo)準(zhǔn)

3 應(yīng)用實(shí)例

在實(shí)際應(yīng)用中，以主峰碳數(shù)和輕重組分指數(shù)PS進(jìn)行初步分析，結(jié)合以上四種原油性質(zhì)判別模板相互補(bǔ)充與驗(yàn)證，圖版顯示結(jié)論更為準(zhǔn)確和明了。基于衍生參數(shù)的解釋圖版中原油性質(zhì)規(guī)律，結(jié)合前人研究，將研究區(qū)原油分為輕質(zhì)油(原油密度ρ<0.87 g/cm3)、中質(zhì)油(0.87 g/cm3≤ρ<0.92 g/cm3)和重質(zhì)油(ρ≥0.92 g/cm3)。

實(shí)例1：JZ20-2N-2井位于LX凹陷，在井段2 055～2 070 m錄井見油氣顯示，計(jì)算地化錄井參數(shù)得出(S0+S1)/S2=7.19，∑C21-/∑C22+=1.69，主峰碳數(shù)為12，OPI為0.789，PS·Pg值為40.263。分別在以上四個(gè)模版上進(jìn)行投點(diǎn)，圖版顯示位于輕質(zhì)油區(qū)域(圖1～圖4)。后期在該層試油時(shí)對(duì)原油進(jìn)行取樣化驗(yàn)，原油密度為0.757 7 g/cm3，按照原油分類標(biāo)準(zhǔn)劃歸為輕質(zhì)油的范疇，圖版解釋與實(shí)際化驗(yàn)結(jié)論相吻合。

實(shí)例2：KL6-4-2井位于LZW凹陷，錄井在2 569～2 586 m見油氣顯示，計(jì)算熱解衍生參數(shù)(S0+S1)/S2為0.72，OPI為0.428，PS·Pg值為10.25，色譜衍生參數(shù)∑C21-/∑C22+為0.21，主峰碳數(shù)為25。在模版上進(jìn)行投點(diǎn)，其中(S0+S1)/S2與∑C21-/∑C22+模板顯示在重質(zhì)區(qū)域，而另外3個(gè)圖版解釋為中質(zhì)油(圖1～圖4)，綜合解釋為中質(zhì)油。該層取樣進(jìn)行油分析，原油密度為0.888 9 g/cm3，屬于中質(zhì)油，錄井解釋結(jié)論與油樣分析結(jié)論相符。

實(shí)例3：LD6-2-4井位于HHK凹陷，井段1 564～1 574 m錄井見油氣顯示，計(jì)算衍生參數(shù)(S0

(S0+S1)/S2為0.38，OPI為0.346，PS·Pg值為31，

∑C21-/∑C22+為0.42，主峰碳數(shù)為31；將計(jì)算參數(shù)分別投點(diǎn)在模版上，圖中顯示均落在重質(zhì)油區(qū)域(圖1～圖4)。對(duì)該層取樣進(jìn)行油分析，原油密度為0.951 0 g/cm3，屬于重質(zhì)油類型，模版解釋與油分析結(jié)論完全吻合。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)在不同凹陷、不同油源的條件下，利用對(duì)原油性質(zhì)較為敏感的熱解和色譜衍生參數(shù)圖版來判斷原油性質(zhì)，具有較高的符合率，為鉆探作業(yè)中及時(shí)準(zhǔn)確判斷所鉆遇的油質(zhì)類型提供了便捷的手段。

(2)在參數(shù)不全的情況下，模版可單獨(dú)使用直接判斷原油性質(zhì)，一般情況下應(yīng)相互驗(yàn)證，互為補(bǔ)充。在同時(shí)運(yùn)用模版進(jìn)行原油性質(zhì)判斷時(shí)，解釋結(jié)果均相同為最佳；若有差異則以多數(shù)相同結(jié)論為準(zhǔn)；若兩兩相同，需參考其它資料來認(rèn)定，大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)以主峰碳數(shù)與∑C21-/∑C22+油質(zhì)判斷模版為準(zhǔn)。

(3)基于衍生參數(shù)的解釋圖版中原油性質(zhì)規(guī)律，將研究區(qū)原油分為輕質(zhì)油(原油密度ρ<0.87 g/cm3)、中質(zhì)油(0.87 g/cm3≤ρ<0.92 g/cm3)和重質(zhì)油(ρ≥0.92 g/cm3)。

(4)該方法在渤海油田的5個(gè)不同生油凹陷，36個(gè)不同層位的單層中進(jìn)行應(yīng)用，油質(zhì)類型符合率達(dá)到94.4%,比常用的主峰碳法提高11.1%。