后效油氣層深度歸位驗證及流體性質分析

劉 輝 張連梁 冷云飛 段宏臻 官洪波 張洪福

(①中國石油測井有限公司青海分公司；②中國石油渤海鉆探工程有限公司第二鉆井工程分公司)

0 引 言

氣測錄井是通過對天然氣組分和含量的測量分析，判斷地層流體性質，間接地對儲集層進行評價。氣測錄井在鉆井過程中既能及時發(fā)現實鉆時地層破碎產生的氣測異常，是鉆探過程中發(fā)現油氣層、判斷油氣性質、估計油氣產能的有效方法；又能記錄下因停泵鉆井液靜止，促進油氣層中的流體進入鉆井液，再次開泵循環(huán)檢測到的單根峰或后效氣假氣測異常，可以及時對油氣層進行物性、地層壓力和產能評價[1-4]。在錄井現場處理整米氣測數據時，一般會將假氣測異常數據消除掉，只保留真氣測異常數據，由于未接觸到原始資料的地質解釋評價人員沒有假氣測異常原始數據，往往忽視了假氣測異常中單根峰對油氣水解釋評價的重要性。

將油氣上竄速度分為實際靜止油氣上竄速度(簡稱靜止油氣上竄速度)和在鉆具排替作用下的油氣上竄速度(簡稱排替油氣上竄速度)。靜止油氣上竄速度可用于電測等井筒內未下入鉆具計算安全周期，排替油氣上竄速度可用于長距離下鉆等井筒內下入鉆具計算安全周期。

通常造成油氣層歸位失誤的原因有：(1)下鉆時鉆井液排替作用，推動油氣上竄，明顯高于鉆井液純靜止時的靜止油氣上竄速度，同時造成上竄高度偏高，造成油氣層歸位錯誤；(2)后效顯示油氣層歸位方法單一，未形成較好的油氣層歸位方法；(3)較好氣測異常偏多，進行油氣層歸位時難度較大。

1 油氣層歸位方法

1.1 單根峰分析法

單根峰是指在停泵接單根時，由于井筒內鉆具的上下活動對已揭開油氣層的抽吸作用以及流體自身的滲透與擴散作用，造成油、氣、水或CO2等流體進入井筒內靜止的鉆井液中，當接完單根之后開泵循環(huán)，通過已揭開油氣層深度對應的一個鉆井液遲到時間所檢測到的一個假氣測異常[5-6]。大量錄井原始資料統計分析顯示，單根峰的出現不是偶然的，而是與已鉆遇的氣測異常有必然的聯系。后效氣與單根峰的主要區(qū)別是單根峰對應的鉆井液靜止時間極短，流體剛進入鉆井液還未來得及上竄就被開泵循環(huán)帶出，而后效氣對應的鉆井液靜止時間較長，流體進入鉆井液并上竄一段距離之后被開泵循環(huán)帶出，對單根峰的分析有助于提高對后效錄井油氣層深度的準確歸位。

圖1 6#-9#氣測異常及1#-9#單根峰顯示情況和鉆井液密度變化曲線

表1 1#-9#單根峰統計

由圖2可見，10#氣測異常全烴絕對值最大值為8.76%，深度為666.00～671.00 m，11#氣測異常全烴絕對值最大值為9.62%，深度為672.00～676.00 m，這兩個氣測異常與12#氣測異常之間未發(fā)現單根峰；12#氣測異常全烴絕對值最大值為71.68%，深度為762.00～769.00 m，該氣測異常出現之后發(fā)現了多個單

圖2 10#-12#氣測異常及10#-18#單根峰顯示情況和鉆井液密度變化曲線

根峰。在后續(xù)鉆進井段770.00～850.00 m期間，單根峰全烴絕對值最大值為13.15%～48.09%(表2)，停泵靜止時間為6～10 min，深度770.00～902.00 m區(qū)間再未出現氣測異常，倘若在該區(qū)間某一個深度起下鉆，停泵靜止時間相對較長，到井底循環(huán)測量后效氣時，油氣層歸位深度為762.00～769.00 m，油氣層頂界深度為762.00 m，而不是10#-11#氣測異常對應的深度。

綜上所述，通過分析6#氣測異常至12#氣測異常與1#單根峰至18#單根峰之間的關系發(fā)現，12#氣測異常出現后效氣的優(yōu)勢最大。

依此類推，通過分析單根峰與氣測異常的關系，即分析單根峰產生的源頭及緣由，可以有效地進行后效錄井油氣層的準確歸位。同時，還可以進一步深入探討單根峰與油氣層快速解釋評價及產能初步預測之間的關系和作用。

表2 10#-18#單根峰統計

1.2 全烴及組分對比分析法

通過對比分析單根峰、后效氣與氣測異常的組分構成和相對值大小情況的關系，以及氣測異常之間全烴絕對值最大值的對比情況，達到后效錄井油氣層深度合理歸位的目的。一是分析單根峰與哪一個氣測異常組分構成及相對值大小最相近；二是總結出產生后效氣最大優(yōu)勢的氣測異常；三是后效氣油氣層深度的合理歸位。

例如，L 114井1#單根峰至9#單根峰組分由甲烷、乙烷、丙烷、異丁烷和正丁烷構成，與8#氣測異常和9#氣測異常組分構成一致，而與6#氣測異常和7#氣測異常組分構成不一致，并且彼此之間甲烷、乙烷、丙烷、異丁烷和正丁烷相對值大小相近；10#單根峰至18#單根峰組分由甲烷、乙烷、丙烷、異丁烷、正丁烷、異戊烷和正戊烷構成，與11#氣測異常和12#氣測異常組分構成一致，并且甲烷、乙烷、丙烷、異丁烷、正丁烷、異戊烷和正戊烷相對值大小相近(表3)。

該井鉆進至深度902.00 m時進行了二開裸眼段第一次短程起下鉆，短程起下鉆井段為902.00～403.00 m，停泵靜止時間304 min，這是二開裸眼段檢測到的第一個后效氣，全烴絕對值最大值為46.31%，組分由甲烷、乙烷、丙烷、異丁烷、正丁烷、異戊烷和正戊烷構成。從6#氣測異常至12#氣測異常，發(fā)現只有10#氣測異常、11#氣測異常和12#氣測異常組分均出現了甲烷、乙烷、丙烷、異丁烷、正丁烷、異戊烷和正戊烷。后效氣甲烷至正戊烷相對值與11#氣測異常和12#氣測異常甲烷至正戊烷相對值大小相近。12#氣測異常全烴絕對值最大值明顯大于11#氣測異常全烴絕對值最大值，并且在發(fā)現12#氣測異常時，鉆井液密度由正常值1.37 g/cm3下降至1.32 g/cm3，預測12#氣測異常油氣產能應該大于11#氣測異常。

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由全烴及組分對比分析法得出結論，12#氣測異常出現后效氣的優(yōu)勢最大，1#后效氣的油氣層歸位深度為12#氣測異常對應的深度762.00～769.00 m，油氣層頂界深度為762.00 m。

電測解釋結論：6#氣測異常、7#氣測異常、10#氣測異常和11#氣測異常為水層，8#氣測異常、9#氣測異常為含氣水層；電測解釋763.00～765.00 m為差氣層，電測解釋767.00～772.00 m為含氣水層，12#氣測異常為差氣層與含氣水層，論證了12#氣測異常對應深度762.00～769.00 m為1#后效氣的油氣層歸位深度是合理的。

表3 真假氣測異常數據統計

1.3 遲到時間法

遲到時間法計算油氣層深度只適用于單根峰或停泵峰，由于靜止時間極短，油氣上竄高度忽略不計，油氣上竄速度為0。由理論遲到時間法或實測遲到時間法公式計算出油氣層深度，再通過計算結果與氣測異常數據對比分析，優(yōu)選出一個與計算深度比較接近和合理的氣測異常，再將該氣測異常對應深度作為油氣層歸位的深度[7-8]。

1.3.1 理論遲到時間法

理論遲到時間法計算油氣層深度公式為：

(1)

式中：H油為油氣層深度，m；H鉆為循環(huán)鉆井液或鉆進時鉆頭所在深度(鉆位)，m；t高為單根峰高峰時間，min；t開為接完單根后開泵時間，min；t遲理論為鉆頭所在深度的理論遲到時間，min；t延為管路延時時間，min。

例如，在L 114井10#單根峰至18#單根峰依據理論遲到時間法算得油氣層深度755.21～778.28 m(表4)，該深度附近較好氣測異常為12#氣測異常，單根峰油氣層歸位深度為12#氣測異常對應的深度762.00～769.00 m，油氣層頂界深度為762.00 m，1#后效油氣層歸位深度同10#單根峰至18#單根峰油氣層歸位深度是一致的。

表4 理論遲到時間法計算油氣層深度統計

1.3.2 實測遲到時間法

實測遲到時間法計算油氣層深度公式為：

(2)

式中：t遲實測為鉆頭所在深度的實測遲到時間，min。

例如，現場錄井要求每50.00 m實測遲到時間一次，在12#單根峰鉆位806.00 m、17#單根峰鉆位853.00 m對應的實測遲到時間分別為26 min、26 min。按照實測遲到時間法計算油氣層深度公式，計算得出油氣層深度分別為767.57 m、761.61 m，12#單根峰和17#單根峰油氣層歸位深度為12#氣測異常對應的深度762.00～769.00 m，油氣層頂界深度為762.00 m，1#后效油氣層歸位深度與12#單根峰和17#單根峰油氣層歸位深度是一致的。

1.4 容積法

容積法計算油氣層深度只適用于單根峰或停泵峰，靜止時間極短，油氣上竄高度忽略不計。由容積法公式計算出油氣層深度，與遲到時間法相似，將計算結果與氣測異常數據進行對比分析，優(yōu)選出一個與計算深度比較接近且合理的氣測異常，再把該氣測異常對應深度作為油氣層歸位的深度[9]。

容積法計算油氣層深度公式為：

(3)

式中：Q為循環(huán)排量，L/min；Vc為裸眼環(huán)空理論每米容積，L/m。

以L 114井10#單根峰至18#單根峰為例，在計算裸眼環(huán)空理論每米容積的時候需要考慮擴徑率，經過查閱該井多口鄰井的電測井徑資料及分析，在相應井段的平均擴徑率為3.22%，裸眼鉆頭直徑為311.15 mm，經考慮擴徑率計算得井眼平均直徑為321.17 mm，裸眼環(huán)空理論每米容積為0.068 L/m。10#單根峰至18#單根峰依據容積法計算得出油氣層深度為765.88～779.41 m，10#單根峰和18#單根峰油氣層歸位深度為12#氣測異常對應的深度762.00～769.00 m，油氣層頂界深度為762.00 m，1#后效油氣層歸位深度與10#單根峰和18#單根峰油氣層歸位深度是一致的。

2 油氣層歸位驗證

2.1 第一次驗證

在YP 5井606 m至井底鉆進期間，全裸眼段見兩個較好油氣顯示：氣測異常井段2 937.00～2 943.00 m，全烴顯示由7.54%↑22.50%↓14.66%；氣測異常井段3 160.00～3 163.00 m，全烴顯示由4.51%↑52.56%↓6.31%(圖3)。后效顯示時采用以上四種油氣層深度歸位方法進行歸位。

在YP 5井鉆至深度3 190.40 m時，發(fā)生井漏，下鉆至2 964.00 m打入堵漏鉆井液時見后效顯示，開泵前鉆井液已靜止21 h，后期繼續(xù)下鉆到井底3 190.40 m進行循環(huán)時再未見新的后效顯示，也未見全烴上漲，說明在2 964.00～3 190.40 m井段沒有油氣流動的跡象，此次后效貢獻的氣測異常在鉆位2 964.00 m之上，根據本井油氣顯示情況，后效油氣層歸位到氣測異常2 937.00～2 943.00 m。第一次驗證了在鉆進深度2 943.00～3 190.40 m之間的起下鉆后效顯示油氣層歸位為2 937.00～2 943.00 m，而不是3 160.00～3 163.00 m。

2.2 第二次驗證

在YP 5井，鉆井方為解決螺紋井眼采取長距離劃眼技術措施，劃眼井段為2 620.00～3 035.00 m，借助于此次長距離劃眼，可以對前期后效顯示油氣層歸位是否正確進行第二次驗證。當劃眼至深度2 860.00 m，發(fā)現后效開始見顯示時，反推鉆位對應的一個鉆井液遲到時間判斷油氣已經上竄至井深2 800.00 m，從2 800.00 m至井底3 200.00 m之間還有兩個較好油氣顯示，分別為2 937.00～2 943.00 m、3 160.00～3 163.00 m(圖4)。在劃眼之前，鉆至深度3 026.00 m起鉆后效顯示1次，全烴最大值為100%，油氣層歸位為2 937.00～2 943.00 m；鉆至深度3 200.00 m起鉆后效顯示5次，全烴最大值為43.50%～100%，油氣層一致歸位為2 937.00～2 943.00 m。此次劃眼后效顯示在鉆位2 800.00～3 035.00 m之間，并且后期3 035.00～3 200.00 m循環(huán)鉆井液未見后效顯示，未見油氣流動的跡象，顯然可判斷該后效顯示是由較好氣測異常井段2 937.00～2 943.00 m的油氣水在鉆井液靜止期間滲透、擴散入鉆井液形成的，在3 026.00 m起鉆后效顯示1次，油氣層歸位2 937.00～2 943.00 m是正確的；在3 200.00 m起鉆后效顯示5次，油氣層歸位2 937.00～2 943.00 m也是正確的。通過以上數據確定油氣上竄高度為137.00 m，靜止時間為41 h，所以靜止油氣上竄速度為3.34 m/h。

圖3 YP 5井井身結構及油氣顯示示意圖

圖4 YP 5井長距離劃眼監(jiān)測曲線圖

3 流體性質分析

3.1 油氣水分析

油氣水在儲集層中以單相、兩相或三相存在，當以單相存在時在氣測數據上易于判斷流體性質，當以兩相或三相存在時從氣測數據上判斷流體性質的難度加大?？赏ㄟ^對后效顯示組分相對值進行分析，來判斷油氣在上竄過程中的分離情況及運動規(guī)律。因為在不同時間、不同深度鉆井液的全烴組分背景值不一致，在不同后效顯示時同樣的流體甲烷相對值多數情況下也不一樣。為了減少鉆井液背景值的影響，采用后效顯示期間異常值甲烷相對值與基值甲烷相對值的比值進行流體性質的分析，再結合槽面顯示、燃氣試驗、鉆井液性能變化情況等進行流體性質的判斷。一般情況下，CO2在地層中會與烴類氣伴生在氣藏中，更多情況下，CO2與烴類氣以水溶相存在于地層水中，并伴隨地層水在地層中運移。隨著油氣勘探開發(fā)的不斷擴展，鉆遇含CO2地層的頻率不斷增大，鉆井液受CO2污染時有發(fā)生[10]。在YP 5井起鉆過程中，鉆井液長時間靜止，CO2與烴類氣以水溶相隨同地層水一起從地層中滲透、擴散到井筒內靜止的鉆井液中，下鉆循環(huán)鉆井液期間與烴類氣一同形成后效氣，故后效顯示時全烴上升，CO2含量上升，CO2由基值0～0.20%上升至異常值0.74%～19.17%，并伴隨出鹽水的現象。

3.2 地層出鹽水特征分析

在YP 5井后效顯示過程中發(fā)現地層在釋放鹽水(圖5)。一般情況下，在后效顯示期間全烴較高時，電導率下降而比正常值低，儀器監(jiān)測和人工測量鉆井液密度下降，人工監(jiān)測鉆井液粘度上升；從地層釋放出的鹽水及受鹽水污染的鉆井液循環(huán)到井口時，全烴下降，電導率明顯上漲而比正常值高，儀器監(jiān)測和人工測量鉆井液密度明顯下降。這是因為當前鉆井液密度為1.55 g/cm3，比地層鹽水密度高，所以密度明顯下降，人工監(jiān)測鉆井液粘度下降[11]。

為了防止過多地層鹽水進入鉆井液循環(huán)罐對鉆井液進行二次污染，影響鉆井液性能，鉆井方及時采取措施排放鹽水到鉆井液坑中顯得尤為重要，錄井可以通過全烴下降、電導率上漲、密度下降三個參數明顯的變化特征及時進行提示，協助鉆井方盡快排放鹽水及受鹽水污染的鉆井液。

圖5 YP 5井后效顯示出鹽水監(jiān)測曲線

4 結 論

(1)通過單根峰分析法、全烴及組分對比分析法、遲到時間法、容積法四種方法，對后效錄井油氣層深度準確歸位，并進行相互驗證，應用效果較好，解決了后效錄井油氣層深度歸位難題。

(2)后效錄井油氣層深度的準確歸位，有利于提高油氣上竄速度計算結果的準確性，有助于及時對油氣層進行解釋評價。

(3)通過氣測異常對后效貢獻大小的特征，以及分析后效顯示時油、氣、水或CO2等流體的性質，可以為氣測異常解釋和試油井段的選取提供有利的參考依據，所以在現場錄井過程中進行后效顯示油氣層的準確歸位顯得尤為重要。

(4)做好CO2含量和地層鹽水的及時監(jiān)測與分析，為鉆井方采取有效措施克服CO2和地層鹽水對鉆井液的污染具有積極意義。