東海陸架盆地西湖凹陷氣測錄井半定量評(píng)價(jià)研究

李澤超，魯法偉，王 雷

中海石油(中國)有限公司上海分公司，上海

東海陸架盆地西湖凹陷氣測錄井半定量評(píng)價(jià)研究

李澤超，魯法偉，王 雷

中海石油(中國)有限公司上海分公司，上海

西湖凹陷目前已發(fā)現(xiàn)的儲(chǔ)層主要集中在平湖組和花港組，屬于低孔低滲儲(chǔ)層，流體性質(zhì)復(fù)雜，使用常規(guī)測井手段難以準(zhǔn)確識(shí)別低孔低滲復(fù)雜油氣層。氣體解釋的優(yōu)點(diǎn)在于它不依賴于地層水、巖石骨架、泥質(zhì)含量、礦物含量等參數(shù)，所以在低阻、低孔、低滲的“三低”儲(chǔ)層，未知礦化度儲(chǔ)層流體解釋方面應(yīng)用效果好。特別是在復(fù)雜油氣層的識(shí)別方面對(duì)測井解釋是一個(gè)補(bǔ)充。研究主要根據(jù)鉆井液脫氣試驗(yàn)和脫出氣體的色譜分析，獲取現(xiàn)場脫氣儀的脫氣效率，通過脫氣效率分析獲取鉆井液含氣量；結(jié)合鉆時(shí)、排量、井徑數(shù)據(jù)可轉(zhuǎn)化為地層真實(shí)含氣量。結(jié)合巖心、測井孔隙度等實(shí)鉆數(shù)據(jù)，通過地下真實(shí)含氣量與氣體狀態(tài)方程換算成地層含氣飽和度。

西湖凹陷，氣測錄井，脫氣效率，地層含氣量，地層含氣飽和度

AbstractThe reservoirs discovered in Xihu Sag were mainly concentrated in Pinghu Formation and Huagang Formation, which were low porosity and permeability with complex fluid properties, and thus it was difficult for accurately identifying with conventional logging methods. The advantage of gas interpretation was that it was not based on the parameters as formation water, rock frame,mud content and mineral content, therefore it worked well in interpreting fluid with unknown salinity in low resistance, low porosity and low permeability reservoirs. It was a supplement for logging interpretation especially in the identification of complex hydrocarbon reservoirs. In this study, the degassing efficiency was obtained from mud degassing experiment and gas chromatographic analysis, and the gas content of the mud was determined through degassing efficiency analysis, then it was converted to real gas content of the formation based on the data of drilling time, displacement and borehole diameter. Combined with the core, logging, porosity and other real drilling data, the formation gas saturation is obtained from underground real gas content and gas state equation.

KeywordsXihu Sag, Gas Logging, Degassing Efficiency, Gas Content in Formation, Gas Saturation in Formation

1. 區(qū)域地質(zhì)概況

西湖凹陷位于東海陸架盆地東北部，呈北東向，南北長約55 × 104m，東西寬約11 × 104m，面積約5.9 × 104km2，新生代最大沉積厚度約1.8 × 104m，是東海陸架盆地中的一個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元。西湖凹陷東側(cè)是釣魚島隆褶帶，西側(cè)是海礁–虎皮礁隆起，西南與釣北凹陷相鄰，北與福江凹陷相接，是東海陸架盆地中面積最大的沉積凹陷。

西湖凹陷油氣勘探主要分布在三大構(gòu)造區(qū)帶：西部斜坡區(qū)、西次凹和中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶。其中低滲層在西部斜坡帶平湖組、西次凹和中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶的花港組和平湖組上部均有廣泛分布。初步估算，在這幾大構(gòu)造帶中低滲層天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量巨大，是西湖凹陷油氣勘探的主要領(lǐng)域[1]。

2. 西湖凹陷低孔低滲油氣層特征

目前西湖凹陷的油氣勘探主要集中在始新統(tǒng)平湖組和漸新統(tǒng)花港組兩個(gè)層系上。近年來，在中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶和西次凹地區(qū)花港組發(fā)現(xiàn)了厚度大、分布廣的低孔低滲儲(chǔ)層，該類儲(chǔ)層孔隙度多在15%以下，滲透率一般小于10 mD，發(fā)育深度多位于3500 m以下[2][3]。與常規(guī)儲(chǔ)層相比，低孔低滲儲(chǔ)層成因機(jī)理復(fù)雜，孔隙度較小，流體含量低，使儲(chǔ)層流體對(duì)電性的控制作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于巖性、物性對(duì)電性的控制作用，因此，在低孔低滲儲(chǔ)層中測井資料受儲(chǔ)層巖性、地層水性質(zhì)和物性的影響較大，使用常規(guī)測井手段難以準(zhǔn)確識(shí)別低孔低滲復(fù)雜油氣層。

氣測錄井獲取的是地下地層含油氣性的直接信息，不受儲(chǔ)層巖性、物性的影響，在低孔低滲儲(chǔ)層的油氣識(shí)別中具有優(yōu)勢(shì)。

3. 氣測值綜合環(huán)境校正

錄井氣測解釋需對(duì)全烴體積分?jǐn)?shù)φ(TG)檢測值進(jìn)行校正(表1)，以使全烴體積分?jǐn)?shù)檢測值在錄井氣測快速解釋中更好的判斷氣測異常段，并選擇有潛力的層。氣測綜合環(huán)境校正是在老全烴體積分?jǐn)?shù)校正的基礎(chǔ)上，在取心、鉆時(shí)、排量等方面進(jìn)行優(yōu)化[4]。新的氣測校正思路中，選取基準(zhǔn)井段為參考值，對(duì)全烴體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行放大或縮小，并考慮氣測基值、取心的破碎巖石體積變化等因素的影響[5]。經(jīng)過新老全烴體積分?jǐn)?shù)校正的結(jié)果對(duì)比，新校正方法效果較好。

Table 1. The comparison between the new and old methods ofφ(TG) basic correction表1.φ(TG)基礎(chǔ)校正新老方法對(duì)比

在泥巖取心段，老的校正方法使泥巖段不應(yīng)升高的氣測值升高，新的校正方法在泥巖段校正前后僅略有變化(圖1)。在砂巖取心段，老的校正方法使砂巖取心段氣測值升高過大，引起重點(diǎn)氣層段識(shí)別出現(xiàn)誤差，新校正方法保護(hù)了曲線形態(tài)(圖2)。在多儲(chǔ)層交替互層段，老校正方法難以區(qū)分主要層和非主要層(圖3)，新校正方法容易區(qū)分重點(diǎn)層，使夾層的識(shí)別變得更加有效。

4. 脫氣效率分析校正

4.1. 鉆井液脫氣效率試驗(yàn)

4.1.1. 鉆井液真空脫氣試驗(yàn)

鉆井液脫氣試驗(yàn)共進(jìn)行72項(xiàng)次，對(duì)于同一深度點(diǎn)的樣品取一瓶現(xiàn)場脫氣前和一瓶現(xiàn)場脫氣后的兩瓶樣品，其中脫氣前樣品36個(gè)，脫氣后樣品36個(gè)。

Figure 1. The comparison of total hydrocarbon volume fraction correction of mudstone coring zone in Well XX-1 before and after the optimization圖1. XX-1井泥巖取心層段全烴體積分?jǐn)?shù)校正優(yōu)化前后對(duì)比

Figure 2. The comparison of total hydrocarbon volume fraction correction of mudstone coring zone in Well XX-2 before and after the optimization圖2. XX-2井砂巖取心層段全烴體積分?jǐn)?shù)校正優(yōu)化前后對(duì)比

Figure 3. The comparison of total hydrocarbon volume fraction correction of multi-layers and interbeds in Well XX-3 before and after the optimization圖3. XX-3井多層互層段全烴體積分?jǐn)?shù)校正優(yōu)化前后對(duì)比

試驗(yàn)記錄主要有日期、編號(hào)、深度、時(shí)間、鉆井液進(jìn)量、脫氣量、取樣個(gè)數(shù)、試驗(yàn)溫度、試驗(yàn)人等信息[6]，且需要根據(jù)脫氣罐和集氣管體積計(jì)算出修正的脫氣體積。根據(jù)修正脫氣體積計(jì)算1 L鉆井液的脫氣體積，部分試驗(yàn)結(jié)果見表2。

Table 2. The results of degassing tests of part of the drilling fluids表2. 部分鉆井液脫氣試驗(yàn)結(jié)果

4.1.2. 脫出氣體色譜分析試驗(yàn)

每瓶鉆井液脫出氣體均進(jìn)行一次色譜分析試驗(yàn)。脫出氣體主要為 CO2，其次為混入的空氣組分，烴氣含量較小，一般為10～80 mL。鉆井液含氣計(jì)算結(jié)果見表3。

Table 3. The calculation result of hydrocarbon-bearing component in 1 L drilling fluid表3. 1 L鉆井液含烴組分的計(jì)算結(jié)果

4.2. 脫氣效率分析

通過分析鉆井液脫氣實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)脫出氣體CO2占比例過高，使得烴氣含量受隨機(jī)誤差影響大，導(dǎo)致數(shù)據(jù)異?！，F(xiàn)場脫氣儀甲烷脫氣效率為40%～80%，隨鉆井液含氣量增加而升高；乙烷脫氣效率一般為20%～60%，個(gè)別大于80%數(shù)據(jù)點(diǎn)因其絕對(duì)值小，誤差較大[7](圖4)。

Figure 4. The relationship between the total hydrocarbon volume fraction and degassing ofφ(C1) andφ(C2)圖4. 全烴體積分?jǐn)?shù)與φ(C1)、φ(C2)脫氣效率關(guān)系

由于丙烷和丁烷受二氧化碳影響，數(shù)據(jù)誤差較大，僅分析甲烷、乙烷、戊烷的脫氣效率。根據(jù)圖 5可以看到，現(xiàn)場脫氣儀甲烷的脫氣效率最高，一般為 20%～80%，乙烷脫氣效率比甲烷的低，一般為20%～60%，戊烷脫氣效率更低。分析原因認(rèn)為，是由于重質(zhì)組分的擴(kuò)散性較差，導(dǎo)致脫氣效率略低。

Figure 5. The comparison of degassing efficiency between different components of drilling fluid samples圖5. 鉆井液樣品不同組分脫氣效率對(duì)比

4.3. 脫氣效率校正

通過總脫氣效率和φ(TG)關(guān)系曲線進(jìn)行校正?？偯摎庑蕿椋?/p>

式中：Gη為總脫氣效率，%；V1和V2分別為脫氣前后C1、C2、C3、…鉆井液中所含烴類氣體的體積，mL。

總脫氣效率Gη和φ(TG)關(guān)系如圖6所示，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)投點(diǎn)擬合關(guān)系曲線公式：

Figure 6. The relationship between the total degassing efficiency andφ(TG)圖6. 總脫氣效率和φ(TG)關(guān)系

φ(TG)的脫氣效率校正公式為：

式中：Gη′為脫氣效率校正后的氣測值，%。

5. 地層真實(shí)含氣量評(píng)價(jià)計(jì)算

5.1. 鉆井液含氣量的計(jì)算

將鉆井液含氣量與φ(TG)的關(guān)系數(shù)據(jù)投點(diǎn)擬合曲線(圖7)，得到1L鉆井液含氣量Gc與φ(TG)關(guān)系為：

式中：Gc為1 L鉆井液中含氣量，mL/L。

Figure 7. The relationship between the gas content of 1 L drilling fluid andφ(TG)圖7. 1 L鉆井液的含氣量與φ(TG)關(guān)系

5.2. 甲烷逸散校正

假設(shè)溶進(jìn)鉆井液中的氣體組分和地層中組分相同，且重?zé)N組分無逸散；原始地層甲烷含量95%，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)分析，脫氣儀脫出氣體甲烷85%；計(jì)算認(rèn)為甲烷會(huì)逸散一半左右[8][9]。

當(dāng)φ(TG) < 1%時(shí)，鉆井液含氣量很低，可認(rèn)為鉆井液不含氣(圖8)。

5.3. 地層真實(shí)含氣量的計(jì)算

以XX-3井為例進(jìn)行鉆井液含氣量的計(jì)算，鉆井液含氣量計(jì)算公式:

式中：Qg為地面狀態(tài)下地層真實(shí)含氣量，m3/t；R為目的層段平均鉆時(shí)，min/m；F為目的層段平均鉆井液排量，L/min；D為目的層段平均井眼尺寸，m；ρ為目的層段鉆井液密度，g/cm3。

在XX-3井應(yīng)用計(jì)算中效果良好(圖9)，達(dá)到了定量評(píng)價(jià)的要求。

Figure 8. The relationship between the gas content of 1 L drilling fluid andφ(TG) after methane emission correction圖8. 甲烷逸散校正后1 L鉆井液的含氣量與φ(TG)關(guān)系

Figure 9. The calculation results of gas content of drilling fluid and gas content in formation of Well XX-3圖9. XX-3井鉆井液含氣量與地層含氣量的計(jì)算結(jié)果

5.4. 地層含氣飽和度定量計(jì)算

地下地層含氣飽和度計(jì)算是基于地層氣體在地表、地下不同溫壓條件下氣體體積變化導(dǎo)致其在鉆井液中含量變化的思路提出的，通過對(duì)地下溫壓情況的分析，結(jié)合地下含氣量的計(jì)算公式，得出地下狀況下地層含氣飽和度Sg的計(jì)算公式[10][11]：

式中：Sg為地層含氣飽和度，%；T2為地下狀態(tài)下地層的溫度，K；P2為地下狀態(tài)下地層的孔隙壓力，Pa；T1為地面狀態(tài)下地層的溫度，K；P1為地面狀態(tài)下地層的孔隙壓力，Pa；φ為地層巖石孔隙度，%；Z為氣體壓縮因子，1。

由Z值，結(jié)合分析化驗(yàn)、測井、測試等數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立氣測錄井含氣飽和度的定量評(píng)價(jià)方法。

6. 結(jié)論

1) 提出的氣測環(huán)境校正新方法綜合考慮了低滲儲(chǔ)層鉆進(jìn)及取心過程中對(duì)氣測值的影響，應(yīng)用效果好。

2) 現(xiàn)場脫氣儀甲烷脫氣效率為20%～80%，重質(zhì)組分脫氣效率逐漸下降。

實(shí)驗(yàn)中鉆井液脫出烴類氣體總含量約為20～60 mL，通過公式計(jì)算所得地面地層含氣量約為1.5～3.5 m3/t，相當(dāng)于15%～30%的含氣飽和度。

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[編輯]帥群

Semi-Quantitative Evaluation of Reservoirs with Gas Logging Data in Xihu Sag of East China Sea Shelf Basin

Zechao Li, Fawei Lu, Lei Wang
CNOOC (China) Co., Ltd., Shanghai Branch, Shanghai

李澤超(1992-)，男，助理工程師，現(xiàn)主要從事測錄井研究與管理工作。

Email: lizch10@cnooc.com.cn

2017年5月30日；錄用日期：2017年6月7日；發(fā)布日期：2017年8月15日

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Email: lizch10@cnooc.com.cn

Received: May 30th, 2017; accepted: Jun. 7th, 2017; published: Aug. 15th, 2017

文章引用: 李澤超, 魯法偉, 王雷. 東海陸架盆地西湖凹陷氣測錄井半定量評(píng)價(jià)研究[J]. 石油天然氣學(xué)報(bào), 2017, 39(4):1-9.

10.12677/jogt.2017.394031