一種利用輕烴技術(shù)估算原油密度的方法

姚忠東 陽(yáng)祖河 紀(jì) 斌 唐菏江 韓巨磊 黃 琴

(中國(guó)石油渤海鉆探第二錄井公司)

0 引 言

二連盆地位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中部，是在海西期褶皺基底上發(fā)育起來(lái)的中生代陸相斷陷盆地，其沉積主體為下白堊統(tǒng)阿爾善組、騰格爾組、侏羅系及古生界地層。盆地內(nèi)凹陷受基底構(gòu)造線、邊界條件和受力不均一性等因素影響，油氣藏的形成和油氣分布差異性較大，不同地區(qū)、不同地層所產(chǎn)原油的密度也有較大的差別[1-2]，給錄井綜合評(píng)價(jià)儲(chǔ)層含油性及預(yù)判儲(chǔ)層產(chǎn)能增大了難度。為了解決這一難題，錄井評(píng)價(jià)曾應(yīng)用巖石熱解資料來(lái)預(yù)測(cè)儲(chǔ)層原油密度[3]，但由于該方法所受影響因素較多，預(yù)測(cè)結(jié)果誤差較大，目前正淡出原油性質(zhì)評(píng)價(jià)的應(yīng)用范疇。隨著輕烴分析技術(shù)的不斷發(fā)展，研究人員充分認(rèn)識(shí)到輕烴是石油、天然氣的重要組成部分，輕烴分析技術(shù)是基于石油、天然氣中輕烴化合物的濃度和分布、穩(wěn)定性及其在水中溶解度等物理化學(xué)性質(zhì)差異，應(yīng)用輕烴組分推演出石油、天然氣的成因類型、遭受熱演化程度及次生演化強(qiáng)度的規(guī)律，并依此對(duì)含油性及原油性質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)[4]。眾所周知，地層原油中的輕烴是由烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴等組成[5]，經(jīng)過(guò)反復(fù)研究證實(shí)，輕烴在中質(zhì)原油中的含有量相對(duì)穩(wěn)定，約占28%，因此輕烴參數(shù)可以較好地反映原油性質(zhì)。本文通過(guò)對(duì)輕烴資料的油敏組分等進(jìn)行分析總結(jié)，選用二連探區(qū)80余口探井試油井資料，建立輕烴錄井參數(shù)與儲(chǔ)層原油密度之間的關(guān)系；通過(guò)優(yōu)選相關(guān)系數(shù)，分層位確定預(yù)測(cè)儲(chǔ)層原油密度計(jì)算公式，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析驗(yàn)證了該方法的適用性。

1 儲(chǔ)層原油密度回歸方程

1.1 理論依據(jù)

在同一區(qū)塊、同一層位的原油可以簡(jiǎn)單認(rèn)為其遭受的熱演化程度和次生演化強(qiáng)度是相同的，原油性質(zhì)基本相當(dāng)，與其中輕烴組分的沸點(diǎn)、在水中的溶解度、化學(xué)穩(wěn)定性密切相關(guān)[6]。利用輕烴基本的物理化學(xué)性質(zhì)，找出不同原油性質(zhì)條件下輕烴參數(shù)的變化規(guī)律是用輕烴參數(shù)評(píng)價(jià)儲(chǔ)層含油性質(zhì)的理論依據(jù)。

1.2 參數(shù)選定

輕烴分析錄井資料中由于在輕烴取樣和分析過(guò)程中極易失去低碳數(shù)化合物，所以通常選用C4以后的烴類組分作為儲(chǔ)層油氣相關(guān)性研究對(duì)象。

根據(jù)林壬子《輕烴分析技術(shù)在油氣勘探中的應(yīng)用》[7]所示，在輕烴分析錄井參數(shù)中，iC4/nC4、iC5/nC5被稱作有機(jī)質(zhì)成熟度指標(biāo)。在有機(jī)質(zhì)成熟過(guò)程中，支鏈正構(gòu)烷烴主要通過(guò)自由基斷裂反應(yīng)形成，而帶支鏈的異構(gòu)烷烴則主要是通過(guò)碳陽(yáng)離子反應(yīng)形成，并且低溫下以碳陽(yáng)離子斷裂為主，而高溫下以自由基斷裂占優(yōu)勢(shì)。所以隨著有機(jī)質(zhì)成熟度增加，iC4/nC4、iC5/nC5值逐漸降低并趨于穩(wěn)定；而且有機(jī)質(zhì)成熟度越高，其值越穩(wěn)定，即有機(jī)質(zhì)成熟度的變化可間接反映原油性質(zhì)的變化。

在生物降解條件下，由于正構(gòu)烷烴消失，總烷烴對(duì)正構(gòu)烷烴的比值會(huì)有所增加，單取代、雙取代、三取代的烷烴相對(duì)濃度也會(huì)逐漸增加，其相應(yīng)的比值減小，根據(jù)系列結(jié)構(gòu)原則，2-甲基取代的戊烷自上而下在減少，而3-甲基取代的戊烷相對(duì)有所增加，在系列范圍內(nèi)2MC5/3MC5的值變化較為明顯，生物降解程度與其比值相關(guān)，生物降解程度越大，其比值越小。

綜合分析認(rèn)為：輕烴分析錄井中的各組分，是地層中輕烴在儲(chǔ)層物性、原油性質(zhì)、原油中輕烴的含量、鉆井液密度等因素共同作用下的結(jié)果，其各項(xiàng)參數(shù)與原油密度密切相關(guān)[8-9]。通過(guò)以上分析認(rèn)為：iC4/nC4、iC5/nC5、2MC5/3MC5值的大小與儲(chǔ)層原油密度具有相關(guān)性，所以選擇iC4/nC4、iC5/nC5、2MC5/3MC5為計(jì)算原油密度的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1.3 儲(chǔ)層原油密度回歸方程

輕烴分析參數(shù)在油氣層解釋評(píng)價(jià)中的應(yīng)用方法很多[10]，本文應(yīng)用輕烴分析參數(shù)建立儲(chǔ)層原油密度基礎(chǔ)計(jì)算公式，并結(jié)合低孔低滲儲(chǔ)層的實(shí)際情況，加入地區(qū)系數(shù)，再經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，確定出適合本地區(qū)的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，完善基礎(chǔ)計(jì)算公式，其原油密度近似計(jì)算式為：

d=(iC4/nC4)P1+(iC5/nC5)P2-(2MC5/3MC5)P3+a

式中：d為計(jì)算的近似原油密度，g/cm3；P1為iC4/nC4損失校正因子，無(wú)量綱，一般取值為0.119 8～0.128 1；P2為iC5/nC5損失校正因子，無(wú)量綱，一般取值為0.001～0.009 3；P3為2MC5/3MC5損失校正因子，無(wú)量綱，一般取值為0.010 41～0.013 1；a為地區(qū)系數(shù)，g/cm3，一般取值為0.799 8～0.839 3 g/cm3。

1.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1.4.1 烴損失校正因子及地區(qū)系數(shù)的確定

輕烴分析錄井采集的樣品受到諸多方面因素的影響，樣品中烴類損失來(lái)自三方面的原因：一是鉆開(kāi)油氣層后，由于溫度和壓力的變化原油體積膨脹，造成烴類損失；二是井筒內(nèi)鉆井液沖刷作用造成烴類損失；三是在地表?yè)]發(fā)逸散造成烴類損失[11]。所以在運(yùn)用分析結(jié)果時(shí)首先要進(jìn)行烴類損失恢復(fù)。經(jīng)過(guò)地區(qū)選樣分析，得到二連探區(qū)重點(diǎn)區(qū)帶不同層位烴損失校正因子和地區(qū)系數(shù)。如表1所示，以二連探區(qū)重點(diǎn)區(qū)帶烏蘭花凹陷的不同層位烴損失校正因子和地區(qū)系數(shù)為例，其數(shù)值上略有差異。

表1 烏蘭花凹陷烴損失校正因子及地區(qū)系數(shù)

1.4.2 烏蘭花凹陷實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)際原油密度對(duì)比

烏蘭花凹陷位于內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布盟境內(nèi)，屬溫都爾廟隆起的中北部，自北向南發(fā)育有土牧爾構(gòu)造、賽烏蘇構(gòu)造、紅格爾構(gòu)造和紅井構(gòu)造，目前已鉆探井80多口，錄井顯示主要集中在土牧爾構(gòu)造、賽烏蘇構(gòu)造、紅格爾構(gòu)造，分布于K1bt1、K1ba、Pz地層，已有40多口井在不同井層試油，獲工業(yè)油流的井層占85%以上。查閱試油原油分析資料可知，烏蘭花凹陷原油密度自上而下逐漸變小，其中K1bt1層原油密度為0.851 6～0.873 5 g/cm3，K1ba層為0.844 6～0.844 9 g/cm3，Pz層為0.834 1～0.848 3 g/cm3。如表2所示，最大誤差值0.002 g/cm3，最小誤差值為0.000 1 g/cm3，計(jì)算結(jié)果誤差最小的為K1bt1層，適用性最好。

表2 烏蘭花凹陷儲(chǔ)層原油密度計(jì)算試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)測(cè)原油密度對(duì)比

1.4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

(1)烏蘭花凹陷儲(chǔ)層原油密度計(jì)算選用多元參數(shù)直線方程，其計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)儲(chǔ)層原油密度相關(guān)性較好，相關(guān)系數(shù)普遍大于90%。

(2)在解釋層段中計(jì)算的原油密度選取平均值，其結(jié)果較為精準(zhǔn)。

(3)選取參數(shù)時(shí)必須保證2MC5/3MC5值大于1。

2 實(shí)例分析

L 52X井是烏蘭花凹陷土牧爾構(gòu)造上的一口預(yù)探井，錄井顯示主要集中在井段1 010～1 030 m，巖性為灰色油跡含礫細(xì)砂巖，井壁取心共取出油斑含礫細(xì)砂巖和油跡含礫細(xì)砂巖各3顆，氣測(cè)錄井全烴曲線峰形較飽滿，峰值普遍大于6.0%，烴組分齊全，C1相對(duì)含量80%～85%，烴總量普遍大于2.5%，C3/C2為0.9～1.2，為油層的顯示特征；巖石熱解分析6個(gè)樣品，其中Pg普遍大于12 mg/g，TPI普遍為0.57～0.61，油質(zhì)為中質(zhì)；輕烴分析計(jì)算含油指數(shù)11.2～25.8，為油層的顯示特征。該井段共解釋油層10 m/3層，差油層3 m/2層(圖1)。井段1 010.2～1 028.6 m試油，壓裂抽汲，日抽36次，抽深1 900 m，動(dòng)液面1 700 m，日產(chǎn)油4.43 t，試油結(jié)果為油層。

井段1 011～1 028 m輕烴分析5個(gè)樣品，計(jì)算原油密度0.873 3～0.879 1 g/cm3，平均0.876 7 g/cm3，試油后原油密度分析為0.877 3 g/cm3，計(jì)算誤差為0.06%，如表3所示。

圖1 L 52X井錄井解釋圖

表3 L 52X井K1ba層位原油密度計(jì)算結(jié)果(與實(shí)測(cè)原油密度數(shù)據(jù)對(duì)比)

3 結(jié) 論

輕烴分析錄井是在罐頂氣分析技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新的色譜分析技術(shù)，輕烴分析參數(shù)與油氣層的含油豐度、原油性質(zhì)相關(guān)性好，在油氣層評(píng)價(jià)方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。本文利用輕烴分析錄井資料估算原油密度，理論依據(jù)正確，參數(shù)選取合理，計(jì)算方法簡(jiǎn)單，特別是采用分地區(qū)、分層位進(jìn)行烴類損失校正和分別選取地區(qū)系數(shù)，使計(jì)算結(jié)果更加精確。該方法已在二連探區(qū)重點(diǎn)區(qū)帶推廣應(yīng)用，在中-重質(zhì)油區(qū)塊應(yīng)用效果最佳，計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)原油密度誤差小于0.1%，成為評(píng)價(jià)原油性質(zhì)的一種較為精準(zhǔn)的方法，為試油方案決策提供了依據(jù)。