輕質(zhì)油的測錄井綜合識別方法

張鵬浩， 張占松， 張超謨， 朱林奇， 郭建宏

(長江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，武漢 430100；長江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430100)

在油田勘探開發(fā)過程中，新的油氣層位的發(fā)現(xiàn)，能擴(kuò)大勘探領(lǐng)域增加油氣儲量[1]。在中東哈法亞油田K區(qū)塊的開發(fā)生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)大量井有輕質(zhì)油的存在。相對于中質(zhì)油和重質(zhì)油來說，輕質(zhì)油的黏度偏低、密度較小，具有較強(qiáng)的揮發(fā)性 ，且氣油比極高，導(dǎo)致在輕質(zhì)油儲層段，常見凝析氣的存在[2]。因此輕質(zhì)油在測井曲線上既可能表現(xiàn)出油層的特征，又可能表現(xiàn)出氣層的特征，而且測井響應(yīng)特征還受巖石孔隙結(jié)構(gòu)，物性等因素的影響，僅僅依靠測井資料對輕質(zhì)油進(jìn)行識別，存在很大難度[3-5]。探索一套能有效識別凝析氣與輕質(zhì)油，并可廣泛應(yīng)用的解釋思路成為了需要攻克的一項(xiàng)技術(shù)難題[6]。傳統(tǒng)油層識別方法已不能滿足識別需求[7]。為了更加準(zhǔn)確地識別輕質(zhì)油，需要結(jié)合更多資料，形成一套更有效的識別方法。

氣測錄井作為勘探的第一性資料，通過對鉆井液成分進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，可以得到溶解于其中的氣體成分及含量，能夠直觀地反映出原始地層有機(jī)烴類物質(zhì)的信息[8-9]。目前氣測錄井主要應(yīng)用于流體性質(zhì)識別，包括油氣層的區(qū)分以及油層和水層的區(qū)分，而對于不同油質(zhì)的區(qū)分研究較少[10]；常用于流體性質(zhì)識別的皮克斯勒圖板，3H烴比值法等，對輕質(zhì)油的識別效果也較差[11]。為此，通過統(tǒng)計(jì)已有的測井、錄井資料，對輕質(zhì)油的測井響應(yīng)特征、氣測錄井烴組分值進(jìn)行研究，提出揮發(fā)指數(shù)G與新的三角形圖板指數(shù)并以此建立了一套適用于本地區(qū)輕質(zhì)油的測井、錄井綜合識別方法。以期解決哈法亞油田輕質(zhì)油識別難題，準(zhǔn)確地識別輕質(zhì)油層，為油田后續(xù)的勘探開發(fā)提供指導(dǎo)。

1 區(qū)域概況

哈法亞油田位于伊拉克東南部米桑省內(nèi)(圖1)，地理位置上處在阿拉伯盆地的東北部，并與札格羅斯構(gòu)造帶相交，整個油田為一個長約38 km，寬約12 km的北西-南東向背斜構(gòu)造[12]。

圖1 伊拉克哈法亞油田區(qū)域概況Fig.1 Regional overview of Hafaya Oilfield in Iraq

油田儲集層主要為以古近-新近系和白堊系為主的油藏，其中K區(qū)塊發(fā)育的儲集層主要為中白堊統(tǒng)灰?guī)r，發(fā)育時代新、埋藏淺，受后期構(gòu)造和成巖影響弱。油田的實(shí)際生產(chǎn)過程顯示，K區(qū)塊的產(chǎn)出流體以油為主，少見發(fā)育氣層和水層。但該區(qū)塊的石油密度存在很大差異，從密度大于0.92 g/cm3的重質(zhì)油，密度為0.8～0.92 g/cm3的中質(zhì)油，到密度小于0.8 g/cm3的輕質(zhì)油都有發(fā)育。不同油質(zhì)由于黏度、可流動性的差異，在實(shí)際的開采過程中需要制定不同的開發(fā)評價方案，因此油質(zhì)的復(fù)雜性對當(dāng)前的開發(fā)工作提出了很高的要求。尤其是油質(zhì)極輕且具有高氣油比的輕質(zhì)油的存在，由于它的強(qiáng)揮發(fā)性和高流動性，對當(dāng)前K區(qū)塊流體性質(zhì)的識別、開發(fā)生產(chǎn)以及后期的儲量評估都造成了極大的困擾。

2 輕質(zhì)油的測井響應(yīng)特征

常規(guī)測井儲層流體性質(zhì)識別技術(shù)，主要是根據(jù)測井曲線對不同流體性質(zhì)的響應(yīng)，進(jìn)行流體識別。常見的油氣和水的識別方法，是根據(jù)兩者電學(xué)性能的不同，在電阻率曲線上面會有明顯的差異；油水和氣的識別方法主要依據(jù)為聲學(xué)性質(zhì)的不同，在聲波測井曲線上常表現(xiàn)出明顯的差異，而且氣層由于“挖掘效應(yīng)”的存在，經(jīng)常作為氣層存在的顯著標(biāo)志[13]。而對于油層不同品質(zhì)的劃分，由于每個地區(qū)的地質(zhì)情況存在很大的差異，需要結(jié)合具體的測井響應(yīng)特征，制定對應(yīng)的一套解釋標(biāo)準(zhǔn)。

統(tǒng)計(jì)目的區(qū)塊的試油資料，如表1所示。K1、K2、K3井油密度小于0.8 g/cm3，氣油比大于1 000 m3/m3，測試結(jié)論為輕質(zhì)油層；K4、K5井油密度為0.8～0.9 g/cm3，氣油比為100～500 m3/m3，測試結(jié)論為中質(zhì)油層；K6井油密度大于0.92 g/cm3，氣油比小于100 m3/m3，測試結(jié)論為重質(zhì)油層。分析6口井的常規(guī)測井曲線，在儲層段，電阻率曲線明顯變大，表現(xiàn)為油層特征，不過，曲線值沒有因?yàn)橛唾|(zhì)的不同出現(xiàn)明顯的差別。但是在輕質(zhì)油層段，常出現(xiàn)密度、中子測井曲線值同時變小的特征。

表1 哈法亞油田K區(qū)塊6口井試油資料Table 1 Oil test data of six wells in block K of Hafaya Oilfield

GR為自然伽馬；CAL為井徑；SP為自然電位；RD為深側(cè)向電阻率；RS為淺側(cè)向電阻率；MSFL為微球聚焦電阻率；CNL為補(bǔ)償中子；DT為聲波時差；DEN為補(bǔ)償密度圖2 K1井測井曲線Fig.2 Logging curve of well K1

K1井2 860～2 880 m測試層段巖性主要為灰?guī)r(圖2)，在2 869～2 873 m段，電阻率曲線明顯增大，且出現(xiàn)了深電阻率大于淺電阻率的低侵特征；同時孔隙度曲線出現(xiàn)了密度曲線變小，中子曲線也變小的挖掘效應(yīng)，在圖2中顯示為黃色交互。試油資料顯示該層段日產(chǎn)油為314.47 m3，日產(chǎn)氣為50.504 1×104m3，原油密度為0.763 g/cm3，氣油比為1 606.02 m3/m3，綜合解釋該層段為輕質(zhì)油層。因?yàn)橛偷拇嬖?，?dǎo)致了電阻率的增大，同時由于輕質(zhì)油的揮發(fā)性，揮發(fā)氣體導(dǎo)致了挖掘效應(yīng)的產(chǎn)生。

圖3 測井解釋識別圖版Fig.3 Logging interpretation recognition plate

對測試層段的中子、密度測井響應(yīng)進(jìn)行歸一化，將測井曲線上面的交會特征以比值形式進(jìn)行數(shù)量轉(zhuǎn)換，歸一化后的中子/密度很好地反映了輕質(zhì)油的揮發(fā)性，稱為揮發(fā)指數(shù)G。流體的揮發(fā)性越強(qiáng)，揮發(fā)指數(shù)越大。建立揮發(fā)指數(shù)與深電阻率交會圖(圖3)，輕質(zhì)油層段的數(shù)據(jù)點(diǎn)主要集中在揮發(fā)指數(shù)大于1的區(qū)域，中質(zhì)油和重質(zhì)油層段的數(shù)據(jù)點(diǎn)主要集中在揮發(fā)指數(shù)小于1的區(qū)域。通過分析揮發(fā)指數(shù)的大小，可以反映流體的揮發(fā)性，從而對具有強(qiáng)揮發(fā)特性的輕質(zhì)油流體進(jìn)行識別。但是同時可以看到，中質(zhì)油和重質(zhì)油部分?jǐn)?shù)據(jù)的揮發(fā)指數(shù)也出現(xiàn)了大于1的情況。分析中重質(zhì)油層段的試油資料，發(fā)現(xiàn)中質(zhì)油和重質(zhì)油層段由于綜合地質(zhì)條件的影響，也會出現(xiàn)少量揮發(fā)氣的存在，從而對揮發(fā)指數(shù)的計(jì)算產(chǎn)生影響。因此，只通過測井資料不能完全對油質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確的識別。

3 輕質(zhì)油的氣測錄井識別方法

鉆探開發(fā)過程中遇到的流體類型豐富，不同流體類型條件下，所測得的氣測錄井烴組分含量不同，烴比值特征也不同，說明氣測資料受儲集層流體性質(zhì)影響，為利用氣測資料對儲集層流體性質(zhì)的識別奠定了理論基礎(chǔ)。經(jīng)過多年的發(fā)展，國內(nèi)外學(xué)者提出了諸多解釋評價方法，其中應(yīng)用最廣泛的氣測錄井圖版有皮克斯勒圖版、3H比值法、烴三角形圖版法等[14-16]。

皮克斯勒圖版法是根據(jù)C1/C2、C1/C3、C1/C4、C1/C5四個烴比值建立半對數(shù)交會圖，根據(jù)烴比值的位置及烴比值連線的斜率對流體性質(zhì)進(jìn)行解釋[17]。該方法主要是根據(jù)輕烴組分C1含量的相對大小，對油層和氣層流體進(jìn)行識別，且該方法的建立需要統(tǒng)計(jì)大量的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對輕質(zhì)油的識別意義不大。3H比值法是利用氣測組分，組合計(jì)算可以反映不同烴特征的三個參數(shù)，分別為烴濕度比、烴平衡比和烴特征比，根據(jù)三個參數(shù)的比值范圍，對流體性質(zhì)進(jìn)行識別[18]。通過試油資料所證實(shí)的輕質(zhì)油層，在3H圖版上的分布范圍較大，與中質(zhì)油和重質(zhì)油大部分重合，因此該圖版也不能對輕質(zhì)油進(jìn)行識別。經(jīng)過對多種氣測錄井解釋圖版的應(yīng)用，最終發(fā)現(xiàn)輕質(zhì)油在三角形圖版上面呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。

3.1 氣測錄井三角形圖版法

烴組分三角形圖版法是由內(nèi)外三角形組成，外三角形是坐標(biāo)采用極坐標(biāo)形式，極角為60°，三個極邊都為17個單位的等邊三角形，三角形的頂點(diǎn)為坐標(biāo)系的零點(diǎn)。三角形圖版只需要根據(jù)內(nèi)三角形的大小、方向、形狀就可以對儲集層的流體性質(zhì)進(jìn)行識別，解釋過程簡單直觀，具有很強(qiáng)的操作性[19]。

但是該方法只局限于對一個深度點(diǎn)的分析，分析結(jié)果很片面。儲集層往往是成段出現(xiàn)的，因此需要對井段大量的點(diǎn)進(jìn)行三角形繪圖，工作煩瑣，效率低，并且三角形圖版只有在C1～C4組分齊全的情況下才可以繪制，對組分缺失或者C4以上的組分沒有充分的利用，在實(shí)際的解釋應(yīng)用過程中存在很大的局限性。

3.2 優(yōu)化三角形圖版指數(shù)

由于氣測錄井三角形圖版繪制煩瑣，將三角形圖版以數(shù)學(xué)公式的形式呈現(xiàn)，可以極大地縮減工作量。對三角形圖版中的內(nèi)三角形進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)內(nèi)三角形的形狀和大小由位于外三角形三邊的極點(diǎn)坐標(biāo)決定。當(dāng)某一深度點(diǎn)的烴組分在外三角形三條邊上的刻度值之和大于外三角形邊長時，內(nèi)三角形為倒三角形，反之，內(nèi)三角形為正三角形。根據(jù)這一規(guī)律，何宏等[20]利用數(shù)學(xué)解析式計(jì)算了反映內(nèi)三角形的正倒和大小的三角圖版指數(shù)Q，三角圖版指數(shù)計(jì)算公式如式(1)所示：

(1)

式(1)中：Q為三角形圖版指數(shù)；C1為甲烷組分含量；C2為乙烷組分含量；C3為丙烷組分含量；C4為丁烷組分含量；iC4代表正丁烷；nC4代表異丁烷。

由于氣測錄井受地質(zhì)條件、油氣藏類型以及測量儀器的影響，烴組分檢測往往出現(xiàn)組分缺失或者組分多于四種的情況，此時三角圖版法就不能進(jìn)行解釋，三角形圖版指數(shù)Q的計(jì)算也會受到限制[21-22]。因此，針對不同地區(qū)、不同類型油氣藏條件下的烴組分成分，在原有三角形圖版指數(shù)的基礎(chǔ)上提出適合多種烴組分成分的三角形圖版指數(shù)的計(jì)算公式，如式(2)所示：

(2)

式(2)中：Li代表烴組分為i種時的三角形圖版指數(shù)；Ci代表碳含量為i的烴組分含量。

由式(2)可知，氣測烴組分中只含有甲烷時，三角形圖版指數(shù)為固定值1；氣測烴組分中不含甲烷時，三角形圖版指數(shù)為固定值-4；氣測烴組分成分中含甲烷，且含其他烴組分時，三角形圖版指數(shù)的變化范圍-4～1。常見的氣測烴組分中一般都包含甲烷、乙烷等幾種烴組分，當(dāng)儲層流體中油質(zhì)越重時，氣測烴組分中，甲烷、乙烷等輕烴組分越少，丁烷、戊烷及以上的重?zé)N組分越多，三角形圖版指數(shù)越?。挥唾|(zhì)越輕時，氣測烴組分中，甲烷、乙烷等輕烴組分含量越多，重?zé)N組分含量越少，三角形圖版指數(shù)越大。

圖4 輕質(zhì)油三角形圖版指數(shù)識別圖版Fig.4 Recognition plate of light oil triangle plate index

收集K區(qū)塊已試油的6口井(K1～K6)的氣測錄井?dāng)?shù)據(jù)，氣體烴組分齊全，包含C1、C2、C3、C4、C5(C5由正戊烷和異戊烷組成)五種烴組分。三角形圖版指數(shù)的計(jì)算公式如式(3)所示：

(3)

式(3)中：L5為烴組分為5種時的三角形圖版指數(shù)；C5為戊烷組分含量。

全烴含量大小是對儲集層產(chǎn)出能力的直觀反映，建立三角形圖版指數(shù)和全烴含量的交會圖(圖4)。由圖4可以看出，輕質(zhì)油的三角形圖版指數(shù)分布為-0.4～0.1，中質(zhì)油的三角形圖版指數(shù)分布為-0.6～-0.3，重質(zhì)油的三角形圖版指數(shù)主要集中在小于0.7的區(qū)域。重質(zhì)油由于重?zé)N組分多，輕烴組分少，與中質(zhì)油和輕質(zhì)油區(qū)分效果明顯，而輕質(zhì)油和中質(zhì)油由于烴組分差別不明顯，分布區(qū)間存在部分重合。

4 測錄井綜合識別圖版的建立及解釋標(biāo)準(zhǔn)的提出

通過對輕質(zhì)油的測井、錄井特征的分析，輕質(zhì)油在測井響應(yīng)中表現(xiàn)為密度、中子曲線值同時變小，以此測井響應(yīng)特征為基礎(chǔ)，計(jì)算可以表征流體揮發(fā)性強(qiáng)弱的揮發(fā)指數(shù)G，很好地反映了輕質(zhì)油的強(qiáng)揮發(fā)性特征；同時由于輕質(zhì)油的油質(zhì)輕、揮發(fā)性強(qiáng)、氣油比極高，導(dǎo)致氣測錄井烴組分以甲烷、乙烷等輕烴組分為主，根據(jù)這個特性，計(jì)算可反映不同烴組分占比的三角形圖版指數(shù)Li。揮發(fā)指數(shù)和三角形圖版指數(shù)對輕質(zhì)油都有較好的指示作用。但是部分中質(zhì)油和重質(zhì)油在油藏的形成過程中，受生物降解作用，裂解作用的影響，也會生成一定量的輕烴組分，導(dǎo)致烴組分復(fù)雜，對油質(zhì)的識別造成一定影響。

因此，為了對油質(zhì)進(jìn)行更準(zhǔn)確的識別，從而達(dá)到識別輕質(zhì)油的目的。采用測井、錄井結(jié)合的方法，建立以三角形圖版指數(shù)L5為橫坐標(biāo)，揮發(fā)指數(shù)G為縱坐標(biāo)的交會圖(圖5)，對兩個敏感參數(shù)同時進(jìn)行分析。由圖5可以看出，輕質(zhì)油、中質(zhì)油和重質(zhì)油在圖版上區(qū)分效果良好。輕質(zhì)油的分布為-0.41；中質(zhì)油的分布為-0.6

圖5 輕質(zhì)油測錄井綜合識別圖版Fig.5 Comprehensive recognition plate for light oil logging

表2 油質(zhì)測錄井解釋評價標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Interpretation and evaluation criteria for oil quality logging

5 應(yīng)用實(shí)例

K8井是K區(qū)塊一口試油井，測井、錄井資料齊全(圖6)。該井2 857～2 863 m井段巖性主要為灰?guī)r,孔隙度在15%左右，儲集性能良好，計(jì)算揮發(fā)指數(shù)與三角形圖版指數(shù)，并與井深對應(yīng)成圖分析該層段的測井資料，電阻率曲線有明顯的增大，深電阻率為53.5 Ω·m，淺電阻率值為45.2 Ω·m，存在明顯的低侵現(xiàn)象，為典型的油層特征。結(jié)合密度、中子曲線計(jì)算的揮發(fā)指數(shù)大于1，說明該油層有較好的揮發(fā)性。氣測錄井烴組分為C1～C5，氣體組分齊全，峰形飽滿，烴組分含量平均值分別為C1占13.2%、C2占1.8%、C3占0.09%、C4占0.03%、C5占0.01%，計(jì)算三角形圖版指數(shù)L5為0.13。通過計(jì)算該層段的揮發(fā)指數(shù)G>1，三角形圖版指數(shù)L5>-0.4，在測錄井綜合解釋圖版(圖5)上，落在輕質(zhì)油區(qū)域，測錄井綜合解釋結(jié)論為輕質(zhì)油層。

該井段試油資料顯示，日產(chǎn)油為302.38 m3，日產(chǎn)氣為47.770 8×104m3，油密度為0.763 g/cm3，氣油比為1 579.8 m3/m3，試油結(jié)論證實(shí)為典型的輕質(zhì)油層。

通過將揮發(fā)指數(shù)和三角形圖版指數(shù)隨深度連續(xù)成圖，刻度輕質(zhì)油在兩個參數(shù)上的取值范圍，可以在測井曲線圖上對輕質(zhì)油進(jìn)行直觀、有效的識別，為油田整口井的輕質(zhì)油流體識別提供了技術(shù)基礎(chǔ)。但是該識別方法由于揮發(fā)指數(shù)容易受氣體的影響，因此該輕質(zhì)油的識別方法主要針對以產(chǎn)油為主的油藏。

圖6 K8井測錄井綜合曲線Fig.6 Comprehensive logging curve of well K8

6 結(jié)論

(1)通過對中東哈法亞油田K區(qū)塊的輕質(zhì)油層測井、錄井資料進(jìn)行大量的整理分析，提取對輕質(zhì)油敏感的測錄井參數(shù)，并通過計(jì)算揮發(fā)指數(shù)和三角形圖版指數(shù)，建立了輕質(zhì)油的測錄井綜合識別圖版，并建立本區(qū)塊的輕質(zhì)油解釋標(biāo)準(zhǔn)。測錄井綜合圖版綜合運(yùn)用了測井、錄井對不同油質(zhì)的識別優(yōu)勢，將輕質(zhì)油、中質(zhì)油和重質(zhì)油進(jìn)行有效區(qū)分。

(2)烴組分三角形圖版法對流體性質(zhì)識別有很強(qiáng)的操作性，但是圖版的繪制極為煩瑣，而且只能單點(diǎn)分析。通過將三角形圖版數(shù)值化，解決了三角形圖版繪制繁瑣的問題，并且通過對三角形圖版指數(shù)計(jì)算模型進(jìn)行優(yōu)化，提高了該方法對氣測錄井?dāng)?shù)據(jù)的適用性。

(3)測井和錄井資料的結(jié)合，對流體的揮發(fā)性和烴組分特征參數(shù)進(jìn)行了綜合利用，提高了輕質(zhì)油的解釋精度。該識別方法在中東哈法亞油田K區(qū)塊的輕質(zhì)油解釋評價中得到驗(yàn)證，并取得了良好的效果。