地化錄井技術(shù)簡述及其在水平井鉆井施工中的應(yīng)用

郭超群

（大慶鉆探工程公司地質(zhì)錄井二公司錄井分公司，黑龍江 大慶 138000）

1 地化錄井技術(shù)簡述

地化錄井技術(shù)是指采用地化錄井儀對隨鉆鉆屑、鉆井巖芯、井壁取芯的樣品等進行熱解色譜分析,通過分析數(shù)據(jù)和臨井的相關(guān)資料，在鉆井施工現(xiàn)場定量評價所鉆目的層位中的有機烴類含量的一種錄井方法。但是因為熱解色譜分析方法得到的9項地化錄井參數(shù)不能完全滿足目的層位評價的需求,所以必須與有機碳分析儀相結(jié)合,兩者的參數(shù)共同分析比對才能滿足目的層評價的需求。通過地球化學錄井在現(xiàn)場取得的地層參數(shù)及對其進行的分析,還可以對目的層中的原油氣水物性進行分析與鑒別，指導油氣資源的勘探開發(fā)。此外，隨著油氣資源的深入開采，中國大部分油氣田開采已經(jīng)邁入中后期,由于地球化學錄井的特點，其可應(yīng)用于老油田剩余油分布狀況、儲層水洗程度及水淹狀況和儲層驅(qū)動效率等的研究中,為老油田的開發(fā)提供重要依據(jù)。

1.1 地化錄井的發(fā)展歷程

地球化學錄井技術(shù)又被稱為熱解色譜錄井技術(shù)，屬于近幾十年來新興的一門錄井技術(shù)，由于作用愈發(fā)重要，在油氣勘探開發(fā)中得到了迅速的發(fā)展。它是將室內(nèi)巖石熱解色譜分析方法，應(yīng)用于鉆井施工現(xiàn)場。通過鉆井施工中巖芯、巖（鉆）屑樣品進行分析，對生、儲油地層進行快速、準確、定量的評價與分析，從而快速描述儲層狀況，決策下部施工的一種方法。地化錄井技術(shù)是20世紀70年代新興的一門錄井技術(shù)，我國最初的地化錄井儀只是應(yīng)用于各大研究院，直到20 世紀90年代，地化錄井儀器成功國產(chǎn)化后，才在現(xiàn)場應(yīng)用并推廣。我國第一臺地化錄井儀器，由勝利油田丁蓮花等人，為滿足我國油氣田勘探開發(fā)的需要，結(jié)合鉆井現(xiàn)場實際情況，設(shè)計制造出DH-910地化錄井儀，目前該儀器已在全國十幾個油田推廣使用，并取得明顯的經(jīng)濟效益。隨著技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)場需要的不斷增加，地化錄井儀器的功能與應(yīng)用范圍得到了拓展，北京石油勘探開發(fā)研究院和大慶油田勘探開發(fā)研究院先后對地化錄井儀器及評價方法進行了改進，取得了較大的進步，其中五峰分析法在現(xiàn)場得到較大應(yīng)用并獲得了國家發(fā)明專利的金獎。目前，我國的巖石熱解技術(shù)目前已達到世界領(lǐng)先的水平。

1.2 地化錄井技術(shù)原理

地球化學錄井技術(shù)的原理是在石油烴裂解爐中將地層巖石樣品做程序性的升溫，在升溫的過程中，待分析樣品中的有機烴類物質(zhì)在不同溫度條件下?lián)]發(fā)和裂解，使用載氣（通常為氫氣）吹掃使其與待分析樣品分離開來，并通過載氣將其攜帶至氫焰離子化分析檢測器，在氫焰的灼燒作用下，待分析烴類被分解后，通過檢測傳感器，將烴類的組分含量轉(zhuǎn)換為不同的電信號，經(jīng)計算機分析處理后，分析記錄樣品烴類各組分的不同含量和樣品組分中有機烴類物質(zhì)的裂解烴峰頂溫度（Tmax），從而用來評價生、儲油巖層的物性。根據(jù)烴類和干酪根揮發(fā)或裂解的溫度差異，采取溫度區(qū)間積分法，分別測定氣態(tài)烴、液態(tài)烴及裂解烴的含量。通過各種烴類的含量測定，用來及時指導現(xiàn)場下一步的施工，判斷層位變化、判別儲層油氣種類、進行地層分層等。

1.3 地化錄井參數(shù)及其影響因素

地化錄井參數(shù)在生油層和儲油層中所代表的地化意義是有區(qū)別的，油氣勘探施工中以發(fā)現(xiàn)儲油氣層為主，因此，重點介紹儲油層的地化參數(shù)。

（1）儲油層的地化參數(shù)。在油氣田開發(fā)地質(zhì)學中，主要包含六種地化錄井參數(shù)，分別是：儲層中氣的產(chǎn)率指數(shù)（GPI），儲層中油的產(chǎn)率指數(shù)（OPI），儲層中油氣的總產(chǎn)率指數(shù)（TPT），單位巖石中所儲藏的氣態(tài)烴量（S0），單位巖石中所儲藏的液態(tài)烴量（S1），單位巖石中所含重烴、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等裂解烴量（S2）。這六種地化參數(shù)可以表征所鉆地層中含油氣的儲量及其油氣的產(chǎn)率，是用來評價目的層油氣顯示的重要指標，在勘探開發(fā)中具有重要的意義。

（2）地化錄井參數(shù)的影響因素。由于鉆井施工中井下不確定因素較多，因此地化錄井參數(shù)受諸多因素的影響，這些影響因素將會導致地化錄井分析結(jié)果偏差，造成對地下真實狀況的誤判，影響現(xiàn)場施工決策，造成重大經(jīng)濟損失，并給解釋評價帶來困難和偏差，因此正確發(fā)現(xiàn)和研究這些影響因素，排除誤差的影響，并尋找校正方法對正確認識儲層油氣性質(zhì)至關(guān)重要，也影響了油氣田的高效開發(fā)。

由于受到外界因素的干擾，每一種地化錄井參數(shù)均有其局限性，下面簡單介紹一下各種錄井參數(shù)的局限性，并簡單闡述一下如何規(guī)避和排除。首先，S0（單位巖石中所儲藏的氣態(tài)烴量）受限于取樣、制樣時的外界環(huán)境，樣品的放置時間，外界溫度、壓力變化等的影響較大。當油氣儲層被鉆開后，經(jīng)過鉆井液沖刷、侵蝕、污染等，巖屑在高壓水流的沖擊下，有鉆井液浸泡并攜帶返至地面，由于壓力及溫度發(fā)生了較大的變化，儲存在巖石中的氣態(tài)烴很快散發(fā)消失，因此S0參數(shù)值只能在濕樣品分析中得到，干樣品分析一般為零或接近零。對于氣層巖屑，受壓力影響更大，氣態(tài)烴散失快，S0參數(shù)受限更大。地化錄井參數(shù)S1（單位巖石中所儲藏的液態(tài)烴量）同S0一樣，它也受諸多外界因素的影響與制約，包括溫度、時間、壓力、外界存儲環(huán)境等，因此S1只是受限后的殘余量，無法代表地層中原始的液態(tài)烴總量和形態(tài)，所以，只能在消除了外界各種影響因素后，方能定量判定儲層中液態(tài)烴的含量。要想排除外界因素的干擾，準確得到S0與S1參數(shù)值，目前對目的層進行密閉取芯和保壓取芯是比較好的方法，尤其是保壓取芯施工，能夠保持地層原有的壓力狀態(tài)，是地層的流體保存原樣，對分析評價地層油氣資源非常重要。而與S0和S1不同的是，S2（單位巖石中所含重烴、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等裂解烴量）表示在300℃～600℃溫度范圍熱裂解產(chǎn)生的烴，因此一般所受影響因素較少。下面介紹幾種減少影響樣品參數(shù)的方法：

①同一儲層中，為降低不同儲層細碎巖屑的影響，所取的樣品應(yīng)進行多次分析，并取分析平均值，具有較好的代表性。

②必須將所取的巖屑樣品清洗干凈，尤其是盡量降低鉆井液藥品對其的污染性干擾。實驗證明經(jīng)過晾曬、烘烤，會導致巖樣輕烴組分大量損失，不利于分析。

③地化錄井所分析的樣品包括鉆井巖芯、井壁取芯及鉆屑，即便是同一儲層，由于錄取方式的不同，上述3中樣品地化分析數(shù)據(jù)（S1、S2）差別很大。

④數(shù)據(jù)處理對樣品參數(shù)的影響。通過大量的實踐工作，總結(jié)出了不同錄井方式下，影響待分析樣品數(shù)據(jù)的恢復(fù)系數(shù)的因素，一般來說含油氣級別越高，地層巖石膠結(jié)越疏松，改造后恢復(fù)系數(shù)大，反之則越小。

1.4 儲層地化錄井信息評價解釋

通過地化錄井信息資料可將儲層劃分油、氣、水層，并確定儲層含油氣級別和評價油氣性質(zhì)，還可進行儲層儲量、產(chǎn)能的粗略估算。

（1）儲層含油氣級別的判別?，F(xiàn)場確定含油級別時，由于輕質(zhì)油因芳烴、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量少，輕質(zhì)油易揮發(fā)，正構(gòu)烷烴又無熒光顯示，識別較難，導致儲層含油級別判別過低，嚴重時甚至會漏掉油氣顯示層。使用地化錄井技術(shù)能夠避免上述情況的發(fā)生，由于地化錄井儀靈敏度高，樣品分析及時，輕烴組分丟失較少，分析數(shù)據(jù)能夠真實地反映儲層樣品的含油氣量，因此劃分的含油氣級別能夠貼合評價的實際情況。

（2）儲層含油氣性質(zhì)的判別。油氣的密度是表征油氣的重要物性之一，利用地化分析數(shù)據(jù)能判別油氣的密度。油氣的密度取決于它的化學組成成分，通常情況下，油氣成分中輕質(zhì)組分含量高，則油氣密度低；若膠質(zhì)類、瀝青質(zhì)類等重質(zhì)組分含量高，則原油密度高。

（3）儲層的儲量、產(chǎn)能的估算。容積法是計算儲層油氣儲量的基本方法之一。用地化錄井分析數(shù)據(jù)來計算儲量的公式，其公式如下，此公式是由容積法的儲量公式演變而來的：

式中：N——單層地質(zhì)儲量，104t；

A0——單層含油面積，m2；

h——單層有效厚度，m；

dr——儲層的巖石密度，g/cm3；

k——烴類損失系數(shù)；

Pg——儲層熱解的含油量，kg/t。

上述公式是計算單層的地層儲量公式。在地質(zhì)剖面中含有多個油氣層的，計算總儲量時將單層的儲量相加即可得到總地質(zhì)儲量。

儲層的產(chǎn)能受許多因素控制，因而儲層產(chǎn)能估算公式必須建立在大量統(tǒng)計數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上，有待于在實踐中進一步探索并逐步加以完善。

2 地化錄井技術(shù)在水平井中的應(yīng)用

隨著油氣勘探開發(fā)的深入，非常規(guī)油氣、劣質(zhì)油氣領(lǐng)域的開發(fā)越來越多，而地化錄井技術(shù)在地層含油氣解釋方面具有其獨特的優(yōu)點，對油氣層的發(fā)現(xiàn)、儲層含油氣的定量分析，都有較強應(yīng)用。下面簡單介紹一下地化錄井技術(shù)在QA18區(qū)塊儲層捕捉、含油性評價等方面的應(yīng)用。

2.1 區(qū)塊儲層特征值的確定

由于QA18 區(qū)塊油藏已開發(fā)近30 年，絕大部分儲層出現(xiàn)了水淹情況，鉆井施工采用油基鉆井液，柴油含量達到70%以上，為保證體系的穩(wěn)定使用了十多種油溶性的鉆井液添加劑，儲層的巖屑（樣品）被浸泡在鉆井液中，改變了樣品原有地化參數(shù)，通過巖屑清洗、井壁取芯、巖芯分析、數(shù)值比對等方法確定了該區(qū)塊儲層特征值。

（1）油氣儲層：地化熱解分析值：S1＞2.1mg/g；S2＞1.6mg/g；Tmax370℃～415℃

（2）油水同層：地化熱解值：S10.6～2.1mg/g；S20.6～1.6mg/g；Tmax370℃～415℃

（3）水淹層：地化熱解值：S10.6～3.5mg/g；S20.8～3.7mg/g；Tmax415℃～445℃

（4）純水層：地化熱解分析值：S1＜0.6mg/g；S2＜0.8mg/g；Tmax＜380℃

2.2 精準判別油水界面

在油氣田的油水過渡帶中，由于油氣與水在一定溫度和壓力下長期混相作用，儲層中油氣組分、性質(zhì)都會發(fā)生不同程度的改化，這些變化在地化分析數(shù)據(jù)中均有相應(yīng)的體現(xiàn)，因此根據(jù)這些油氣特征值的改變能夠準確判斷儲層的油水界面分層，從而指導鉆井施工目的層的導向。QA18 區(qū)塊是邊底水油藏，在油水混合層段地化錄井資料的特征包含以下幾點：①地化錄井數(shù)據(jù)參數(shù)含油氣豐度的熱解值Pg會發(fā)生明顯的降低，色譜圖顯示油水同層的特征性；②S1值逐步降低，S2值基本不變。現(xiàn)場施工時，及時準確錄取相關(guān)的資料，比對以上特征值，指導目的層導向施工，避免鉆穿底界水層，保證儲層鉆遇率，為后期壓裂開采提供數(shù)據(jù)支撐。

3 結(jié)論

（1）地化錄井技術(shù)是一種新興的錄井技術(shù)，目前國內(nèi)應(yīng)用較為成熟。

（2）地化錄井技術(shù)是一種熱解色譜技術(shù)，可以對儲層油氣含量進行定量評價與解釋，指導油氣藏的開發(fā)。

（3）應(yīng)用地化錄井技術(shù)，能夠發(fā)現(xiàn)油氣顯示、評價顯示級別、識別鉆井液污染、判斷油水界面，輔助水平井導向，為二次開發(fā)提供依據(jù)。