徐 婕 孟慶峰 徐 皓 喬德民 王燦丹婷 張建山 李艷月 劉 玥 陳玉蓉 楊學(xué)辛

(中國(guó)石油渤海鉆探第二錄井公司)

0 引 言

冀中坳陷存在一種特殊的中質(zhì)油，其含蠟量一般為21%～35%,凝固點(diǎn)為35～67℃，析蠟溫度為60～74℃，屬于高凝油。在錄井、測(cè)井解釋評(píng)價(jià)過(guò)程中，由于難以有效識(shí)別出高凝油，導(dǎo)致解釋評(píng)價(jià)出現(xiàn)矛盾，錄井資料反映是油層，測(cè)井解釋卻反映是干層。這種原油本身存在的特性和隱蔽性給準(zhǔn)確識(shí)別帶來(lái)了很大的難度。由于原油在低于凝固點(diǎn)的條件下處于凝固狀態(tài)，使得原油流動(dòng)性變差，常規(guī)的試采工藝難以有效地將原油采出。因此，準(zhǔn)確識(shí)別高凝油將對(duì)勘探開(kāi)發(fā)起到至關(guān)重要的作用。

本文利用巖石熱解氣相色譜分析技術(shù)對(duì)高凝油進(jìn)行有效識(shí)別，同時(shí)建立相應(yīng)的識(shí)別圖板，取得了一定的效果，可有效地解決隨鉆快速識(shí)別高凝油的難題，為后期試油工藝的優(yōu)選提供可靠依據(jù)，從而利于提高勘探成功率。

1 高凝油特性及錄井特征機(jī)理分析

錄井資料響應(yīng)特征除受鉆井條件、鉆井工藝等因素影響外，主要由油氣藏的性質(zhì)控制，油氣藏的性質(zhì)不同，原油物性就有差異，錄井響應(yīng)特征就有差異。

1.1 高凝油特性

原油的性質(zhì)目前主要通過(guò)密度、粘度、含硫量、含膠量、瀝青質(zhì)、初餾點(diǎn)、凝固點(diǎn)、含蠟量等物性參數(shù)來(lái)體現(xiàn)，原油性質(zhì)不同，物性參數(shù)也有較大差別[1]。

凝固點(diǎn)是指原油由液體冷卻為固體時(shí)的溫度。原油的凝固點(diǎn)一般在-50～35℃之間。凝固點(diǎn)主要與原油中蠟、瀝青膠質(zhì)及輕質(zhì)油等的含量有關(guān)，輕質(zhì)組分含量與凝固點(diǎn)呈負(fù)相關(guān)；重質(zhì)組分含量與含蠟量、凝固點(diǎn)呈正相關(guān)。

含蠟量主要是在常溫常壓條件下原油中所含石蠟和地蠟的比值。其中主要是石蠟(C16H34-C64H130的固態(tài)烷烴)，以C26-C50的長(zhǎng)鏈飽和烴為主，是一種白色或淡黃色固體，熔點(diǎn)為37～76℃。石蠟在地下以膠體狀溶于石油中，當(dāng)壓力和溫度降低時(shí)，會(huì)從石油中解析出結(jié)晶。石蠟的析出會(huì)使原油凝固，使原油粘度增大。含蠟量隨石蠟開(kāi)始結(jié)晶析出的溫度上升而增加，含蠟量越高，凝固點(diǎn)也就越高。

因此通常把凝固點(diǎn)高于35℃，且高含蠟的原油定義為高凝油。冀中坳陷高凝油平面分布較廣，且層系不一，沙河街組及潛山均有分布；原油凝固點(diǎn)整體上呈南高北低。

1.2 高凝油錄井特征機(jī)理分析

通過(guò)對(duì)已鉆井的資料進(jìn)行分析不難發(fā)現(xiàn)(表1)，高凝油氣藏的氣測(cè)顯示不活躍，巖屑等實(shí)物含油顯示高，而這一顯示特征是由高凝油氣藏高含蠟的特性決定的。

當(dāng)油氣層埋藏較深時(shí)，在地層原始高溫高壓狀態(tài)下，烴類氣體和石蠟均呈液相。當(dāng)油層被鉆開(kāi)后，油氣與鉆井液混合后上返，在上返的過(guò)程中，溶解氣受逐漸降低的溫度和壓力影響不斷解析出來(lái)，同時(shí)，液態(tài)石蠟也會(huì)不斷地結(jié)晶析出，石蠟的結(jié)晶析出會(huì)使原油稠化凝結(jié)，稠化凝結(jié)的原油或呈懸浮狀態(tài)存在于鉆井液中，或吸附于巖屑和鉆井液固體顆粒表面。原油的稠化凝結(jié)反過(guò)來(lái)抑制了溶解氣的析出，稠化作用加強(qiáng)了對(duì)分子量大的烴類氣體的吸附，使乙烷及其他分子量較大的烴類氣體更難檢測(cè)，最終導(dǎo)致鉆井液里含氣濃度低且以C1為主，重?zé)N含量極低甚至沒(méi)有。當(dāng)井較淺時(shí)，若地層溫度低于石蠟的析蠟溫度，石蠟在地層中就已經(jīng)結(jié)晶，則析出的氣會(huì)更少。

低蠟原油的析蠟反應(yīng)表現(xiàn)則不明顯，原油并不會(huì)稠化凝結(jié)。因此，隨著鉆井液上返壓力的降低，溶解氣會(huì)最大程度解析出來(lái)，而錄井的油氣響應(yīng)特征并不明顯，這就是高凝油與正常油錄井油氣響應(yīng)特征的區(qū)別所在[2-3]。

表1 不同區(qū)域高凝油原油分析統(tǒng)計(jì)

2 高凝油錄井響應(yīng)特征

高凝油在冀中坳陷分布較廣，但由于全烴值低，容易被遺漏和忽視[4-5]。通過(guò)開(kāi)展相關(guān)的研究工作，收集了冀中坳陷高凝油、正常油以及典型的重稠油共20余口井的地質(zhì)錄井、氣測(cè)錄井、熱解及色譜分析、試油數(shù)據(jù)進(jìn)行類比，總結(jié)高凝油錄井響應(yīng)特征規(guī)律，有效區(qū)分了高凝油、正常油和重稠油，并準(zhǔn)確識(shí)別高凝油，為“增儲(chǔ)上產(chǎn)”提供有利支撐。

以冀中坳陷饒陽(yáng)凹陷南馬莊地區(qū)為例，該區(qū)域Es3上油源正常油的錄井響應(yīng)特征表現(xiàn)為：氣測(cè)全烴值較低，一般為1%～3%；組分齊全，C1一般占65%～70%，呈油性特征。壁心實(shí)物顯示級(jí)別較高，熱解氣相色譜分析化驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示TPI為0.6～0.8，反映油質(zhì)為中質(zhì)油，Pg為5～10 mg/g，代表含油豐度較低；熱解氣相色譜譜圖顯示烷烴峰齊全，呈梳狀正態(tài)分布。

冀中坳陷典型的重稠油的錄井響應(yīng)特征表現(xiàn)為：氣測(cè)全烴值較高，基本大于10%，組分不齊全，以C1為主，一般占95%～100%。壁心實(shí)物顯示級(jí)別高，熱解氣相色譜分析化驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示TPI為0.4～0.6，反映油質(zhì)為重質(zhì)油，Pg大于20 mg/g，代表含油豐度較高；熱解氣相色譜譜圖顯示烷烴峰不齊全，表明可能遭到生物降解或水洗破壞嚴(yán)重。

南馬莊高凝油的錄井響應(yīng)特征表現(xiàn)為：氣測(cè)全烴值低，僅為0～0.5%；組分不齊全，以C1為主，占95%～100%；從組分構(gòu)成上看，與重稠油的組分響應(yīng)特征相似。壁心實(shí)物顯示級(jí)別高，熱解氣相色譜分析化驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示TPI為0.6～0.8，反映油質(zhì)為中質(zhì)油，Pg大于10 mg/g，代表含油豐度較高；熱解氣相色譜譜圖顯示烷烴峰齊全，呈梳狀正態(tài)分布，其熱解分析數(shù)據(jù)和氣相色譜譜圖的特征與中南馬莊地區(qū)Es3上油源的正常油響應(yīng)特征相似。

由此可見(jiàn)，高凝油組分特征與熱解氣相色譜譜圖存在很明顯的不一致性，這也是高凝油油氣顯示的另一個(gè)非常明顯的特征。

3 高凝油識(shí)別

制約高凝油產(chǎn)能的主要因素是凝固點(diǎn)的高低，主要取決于含蠟量的多少。

3.1 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

石蠟是固態(tài)高級(jí)烷烴的混合物，主要成分的分子式為CnH2n+2，其中n=17～35。主要組分為直鏈烷烴，還有少量帶個(gè)別支鏈的烷烴和帶長(zhǎng)側(cè)鏈的單環(huán)環(huán)烷烴；直鏈烷烴中主要是正二十二烷(C22H46)和正二十八烷(C28H58)。原油中的蠟通常是C17以上的直鏈烷烴，其支鏈很少，蠟分子的碳原子數(shù)可高達(dá)70以上。由于高凝油中蠟的分子量不同，導(dǎo)致物理性質(zhì)差別較大。前蘇聯(lián)格羅茲尼油田統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：原油中蠟的碳原子數(shù)越大，蠟的熔點(diǎn)(即熔蠟溫度)越高；原油中蠟的碳原子數(shù)越小，蠟的熔點(diǎn)越低。由于蠟以分子形式存在于高凝油中，蠟的熔化和析出是物理現(xiàn)象。也就是說(shuō)，析蠟溫度的高低與原油中蠟的最高碳原子數(shù)關(guān)系密切，即原油中蠟的最高碳原子數(shù)越小，析蠟溫度越低；原油中蠟的最高碳原子數(shù)越大,析蠟溫度越高。在此基礎(chǔ)上選取少量白蠟和紅蠟樣品，進(jìn)行石蠟含碳量分析實(shí)驗(yàn)。

3.2 含蠟參數(shù)確定

通過(guò)選取少量白蠟和紅蠟樣品，進(jìn)行了石蠟含碳量分析實(shí)驗(yàn)。根據(jù)熱解氣相色譜譜圖上的峰型及每個(gè)烷烴峰的相對(duì)峰面積可以看出，白蠟的優(yōu)勢(shì)峰在nC24-nC28,主峰碳為nC26；紅蠟的優(yōu)勢(shì)峰在nC23-nC27,主峰碳為nC25。不論紅蠟還是白蠟，譜圖烷烴峰相對(duì)較高的主要集中在nC24-nC27，而輕質(zhì)的烷烴峰nC10-nC15相對(duì)峰面積卻很低，因此將nC24-nC27峰面積的高低作為判斷含蠟高低的依據(jù)。最終優(yōu)選出兩個(gè)敏感參數(shù)蠟輕比∑(C24-C27)/∑(C10-C15)和蠟總比∑(C24-C27)/總相對(duì)峰面積作為高凝油識(shí)別圖板的橫縱坐標(biāo)(表2、表3、圖1、圖2)。

表2 紅蠟、白蠟色譜烷烴峰相對(duì)峰面積統(tǒng)計(jì)

表3 紅蠟、白蠟蠟輕比、蠟總比統(tǒng)計(jì)

圖1 紅蠟氣相色譜譜圖

圖2 白蠟氣相色譜譜圖

3.3 識(shí)別圖板的構(gòu)建

3.3.1 數(shù)據(jù)收集

據(jù)統(tǒng)計(jì)，南馬莊試油為高凝油的有3口井，分別為X 581x、X 583x和X 60井(表4)；正常油試油的井選取了X 64x、X 62x、J 258、J 257、J 256等12口井作為數(shù)據(jù)來(lái)源(表5)。收集高凝油和正常油代表井的巖石熱解氣相色譜譜圖中每一個(gè)烷烴峰的相對(duì)峰面積，并計(jì)算烷烴峰nC10-nC15的相對(duì)峰面積之和，及烷烴峰nC24-nC27的相對(duì)峰面積之和。

表4 高凝油代表井統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

3.3.2 識(shí)別圖板的建立

利用高凝油代表井和正常油代表井計(jì)算出的兩項(xiàng)敏感參數(shù)，建立二維直角坐標(biāo)系。以∑(C24-C27)/∑(C10-C15)為橫坐標(biāo)，以∑(C24-C27)/總相對(duì)峰面積為縱坐標(biāo)；將解釋目標(biāo)區(qū)已試油證實(shí)的樣本點(diǎn)的蠟輕比和蠟總比數(shù)據(jù)在二維直角坐標(biāo)系中進(jìn)行交會(huì)；根據(jù)高凝油和正常油在二維直角坐標(biāo)系中的交會(huì)點(diǎn)分布情況，確定高凝油所處的平面位置，即價(jià)值區(qū)間。

從圖板(圖3)可以看出，正常油與高凝油之間區(qū)分效果較好，分界較為明顯。

將需要解釋層的相應(yīng)參數(shù)在圖板中投點(diǎn)，依據(jù)落點(diǎn)所處圖板位置對(duì)其原油性質(zhì)進(jìn)行判斷。若處于高凝油價(jià)值區(qū)，特征可判斷為高凝油；若處于正常油價(jià)值區(qū)，特征可判斷為正常油。

這種高凝油識(shí)別圖板有效地解決了隨鉆快速識(shí)別高凝油的問(wèn)題，可為試采工藝的選取提供科學(xué)依據(jù)，從而提高勘探開(kāi)發(fā)整體效益。

表5 正常油代表井統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

圖3 高凝油識(shí)別圖板

4 試油工藝的優(yōu)選

高凝油具有高含蠟的特點(diǎn)，而石蠟具有較高的凝固點(diǎn)，正是由于這個(gè)特性，當(dāng)溫度低于其凝固點(diǎn)時(shí)，在石油中趨于凝固，形成微晶體聚集，這些聚集物將不斷增長(zhǎng)并有規(guī)律地產(chǎn)生沉積，這些沉積會(huì)發(fā)生在油管、抽油桿或者地面管線中，造成結(jié)蠟。因此常規(guī)試油(采油)工藝無(wú)法有效采出原油，造成地層出水的假象。

例如：X 581x井2 845～2 848 m井段氣測(cè)全烴最高為26.6%，采用抽汲工藝試油只產(chǎn)油花，產(chǎn)水25.83 m3。原油密度0.880 1 g/cm3,粘度33.01 mPa·s，凝固點(diǎn)41℃，含蠟20.95%，含硫0.22%，含瀝青質(zhì)和膠質(zhì)22.35%，從原油分析判斷油質(zhì)為高凝油。因此，在勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中準(zhǔn)確識(shí)別原油是否為高凝油顯得更為重要。對(duì)于高凝油試油(采油)應(yīng)采取相應(yīng)的增溫(保溫)措施，確保井筒及管匯溫度高于凝固點(diǎn)，以確保試油成功。

5 應(yīng)用實(shí)例分析

以該區(qū)8層試油數(shù)據(jù)作為驗(yàn)證層來(lái)進(jìn)行應(yīng)用效果分析，綜合符合率為83.1%，能夠滿足生產(chǎn)需求。以X 86x井為例，對(duì)應(yīng)用效果進(jìn)行分析說(shuō)明。

X 86x井是部署在冀中坳陷饒陽(yáng)凹陷南馬莊潛山帶的預(yù)探井。實(shí)鉆過(guò)程在沙三段1 890～1 921 m井段見(jiàn)到了油氣顯示(圖4)。全烴值較低，僅為0.047%～0.303%，組分不齊全，以C1為主，占94.12%～99.36%；井壁取心3顆，其中兩顆油斑顯示，一顆油跡顯示。熱解氣相色譜分析化驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示TPI為0.733～0.759，油質(zhì)屬于中質(zhì)油，氣相色譜譜圖顯示烷烴峰齊全，呈梳狀正態(tài)分布(圖5)。

根據(jù)氣相色譜譜圖的相對(duì)峰面積，計(jì)算出井深1 891.6 m蠟輕比值為6，蠟總比值為0.101；在圖板上落在了高凝油區(qū)域。同理，井深1 920.8 m蠟輕比值為4，蠟總比值為0.079；在圖板上也落在了高凝油區(qū)域(圖3)。結(jié)合自然電位判斷物性較差，綜合解釋為差油層。經(jīng)試油證實(shí)，1 890～1 921.6 m井段通過(guò)射流泵熱采工藝獲得產(chǎn)油2.8 t/d，原油密度0.862 5 g/cm3，粘度34.99 mPa·s，凝固點(diǎn)40℃，含蠟29.5%。投產(chǎn)后初期產(chǎn)油9.3 t/d,含水率9.81%，累計(jì)產(chǎn)油3 200 t，累計(jì)產(chǎn)水529 m3。

圖4 X 86x井綜合錄井圖

圖5 X 86x井1 891.6 m、1 920.8 m氣相色譜譜圖

6 結(jié)束語(yǔ)

高凝油作為一種特殊的中質(zhì)油雖分布廣泛，但存在隱蔽性，不易識(shí)別。通過(guò)熱解氣相色譜數(shù)據(jù)建立的識(shí)別圖板可有效解決隨鉆快速識(shí)別高凝油的難題，為準(zhǔn)確識(shí)別評(píng)價(jià)高凝油層起到了至關(guān)重要的作用，為后期試油工藝的優(yōu)選提供可靠依據(jù)，更好地服務(wù)于生產(chǎn)實(shí)踐，解決實(shí)際難題，從而提高了勘探成功率。