單位孔隙體積烴總量計算方法在肅寧-大王莊構(gòu)造帶的應用

張建山 于海軍 陳京原 張玉新 張豫東 孔維韜

(中國石油渤海鉆探第二錄井公司)

0 引 言

20世紀70年代，巖石熱解分析技術(shù)開始進入現(xiàn)場，廣泛應用于評價烴源巖品質(zhì)和儲集層含油性[1]。該方法作為其他錄井技術(shù)的重要補充，可以在現(xiàn)場及實驗室快速、有效地對儲集層含油性進行定量化評價，在石油勘探與開發(fā)中發(fā)揮了重要的支撐作用[2-9]。

巖石熱解分析技術(shù)獲得的一項重要參數(shù)是熱解烴總量。目前，對于該參數(shù)的應用還處于初始階段，僅僅是比較其數(shù)值的高低。在實際應用過程中發(fā)現(xiàn)，熱解烴總量參數(shù)受多種地質(zhì)因素的影響，比如儲集層物性、含油性等，往往相近的熱解烴總量數(shù)值卻反映不同的地質(zhì)因素，多解性較為明顯，難以判別真實的儲集層流體性質(zhì)，應用效果受到一定限制。因此，本文將從巖石熱解錄井技術(shù)的基本原理出發(fā)，綜合利用儲集層物性參數(shù)及含油性參數(shù)，提出單位孔隙體積烴總量的計算方法，以期得到更好的應用效果。

1 巖石熱解分析技術(shù)原理

從地下獲取巖石樣品后，將其置于特定的熱解爐中進行升溫操作，樣品中的烴類和干酪根就會發(fā)生揮發(fā)和裂解。之后，通過使用載氣進行吹洗將其帶入氫火焰離子化檢測器，烴類的量就會轉(zhuǎn)化成為相應的電流信號，可以測定出各組分含量以及峰頂溫度，由此實現(xiàn)對含油性的定量化評價[10-11]。

巖石熱解分析技術(shù)測得的原生參數(shù)主要包括：

(1)S0：在90℃溫度下測得的單位質(zhì)量樣品的烴總量，即氣態(tài)烴，mg/g。

(2)S1：在90～300℃溫度下測得的單位質(zhì)量樣品的烴總量，即液態(tài)烴，mg/g。

(3)S2：在300～600℃溫度下測得的單位質(zhì)量樣品的烴總量，即重質(zhì)組分、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等重烴，mg/g。

(4)Tmax：S2峰峰頂溫度，℃。

利用這些原生參數(shù)，可以計算一系列巖石熱解派生參數(shù)[12-13]。其中，最常用的派生參數(shù)為熱解烴總量(Pg)，其計算公式為：

Pg=S0+S1+S2

(1)

式中：Pg為熱解烴總量，mg/g。

熱解烴總量可以對儲集層含油性進行有效評價。但是，儲集層含油氣豐度的決定因素不僅是含油性，還包括儲集層物性，因此該參數(shù)并不能準確反映儲集層流體性質(zhì)，必須采取一定的計算方法，綜合考慮儲集層物性、含油性的影響，由此得出新的參數(shù)，來準確評價儲集層流體性質(zhì)。

2 單位孔隙體積烴總量計算方法

熱解分析樣品由巖石骨架、烴類、地層水組成。熱解烴總量主要受儲集層物性、含油性的雙重影響：儲集層物性越好，有效孔隙度越大，所能儲存的烴類就越多，熱解烴總量越大，反之則越?。缓托栽胶?，含油飽和度就越高，熱解烴總量越大，反之則越小，如圖1所示。然而，傳統(tǒng)的熱解烴總量并未將這兩種影響因素綜合考慮。例如，Pg值較低時，可能是由于儲集層物性較差造成，此時呈差油層或干層特征；也有可能是由于含油性較差造成，此時呈油水同層或含油水層特征。由此可見，相近的Pg值能代表不同的儲集層流體性質(zhì)，存在多解性，僅僅通過Pg值的高低難以進行有效判別。

圖1 儲集層物性、含油性對熱解烴總量影響示意

儲集層流體儲存在巖石孔隙中，儲集層所含流體的總量主要取決于有效孔隙度的大小，必須通過熱解烴總量、儲集層有效孔隙度綜合計算來還原真實的含油氣豐度。為此，提出“單位孔隙體積烴總量”的概念，即：樣品中烴類的含量與樣品有效孔隙體積的比值，其計算公式為：

(2)

式中：Ko為單位孔隙體積烴總量，mg/cm3；mo為樣品中烴類的質(zhì)量，g；Vp為樣品的有效孔隙體積，cm3。

公式(2)中，mo、Vp均是未知數(shù)，必須通過其他參數(shù)進行計算獲得。

mo可根據(jù)熱解參數(shù)計算。熱解烴總量的大小為巖石樣品中烴類的質(zhì)量與樣品總質(zhì)量的比值，樣品總質(zhì)量為巖石骨架、烴類、地層水的質(zhì)量之和。由于地層水的揮發(fā)性較好，樣品從收集、運輸、取樣到分析，經(jīng)歷的時間較長，已基本揮發(fā)完畢，地層水質(zhì)量可忽略不計，實際的樣品總質(zhì)量為巖石骨架和烴類的質(zhì)量之和。因此，熱解烴總量的計算公式為：

(3)

式中：ms為樣品中巖石骨架質(zhì)量，g。

由公式(3)可求得mo：

(4)

Vp可根據(jù)巖石物性參數(shù)計算。樣品有效孔隙體積為巖石總體積與巖石有效孔隙度的乘積，即：

Vp=Vsφ

(5)

式中：Vs為巖石樣品總體積，cm3；φ為有效孔隙度，無量綱，由測井參數(shù)或巖心物性分析參數(shù)查得。

(6)

將公式(4)、公式(6)代入公式(2)中，可求得Ko：

(7)

以大王莊構(gòu)造帶LX-101x井3 511.0～3 513.4 m顯示層為例進行計算說明。該段熱解烴總量(Pg)為10.19 mg/g，有效孔隙度(φ)為0.151，巖石密度(ρs)為2.41 g/cm3。

計算結(jié)果為：

3 建立解釋圖板

由上文分析可知，單位孔隙體積烴總量綜合利用了儲集層物性參數(shù)及含油性參數(shù)，該參數(shù)與物性參數(shù)結(jié)合，根據(jù)兩者配置關(guān)系，可以有效判別儲集層流體性質(zhì)。為了取得更好的應用效果，將該方法在饒陽凹陷肅寧-大王莊構(gòu)造帶LX-10x等29口井共計65層試油數(shù)據(jù)展開應用。以有效孔隙度為橫坐標，單位孔隙體積烴總量為縱坐標，建立解釋圖板(圖2)。該圖板顯示，不同流體性質(zhì)分區(qū)較為明顯，效果良好。

圖2 單位孔隙體積烴總量與有效孔隙度解釋圖板

根據(jù)試油數(shù)據(jù)及解釋圖板，分析總結(jié)典型油層、油水同層、差油層、含油水層、水層、干層的儲集層物性、含油性特征及其配置關(guān)系。

(1)油層：儲集層物性、含油性均較好，儲集層有效孔隙度普遍大于0.14，單位孔隙體積烴總量普遍大于160 mg/cm3。

(2)油水同層：儲集層物性較好，有效孔隙度普遍大于0.16；含油性中等，單位孔隙體積烴總量介于90～160 mg/cm3之間。

(3)差油層：儲集層物性、含油性均中等，有效孔隙度介于0.09～0.16之間，單位孔隙體積烴總量介于100～240 mg/cm3之間。

(4)含油水層、水層：儲集層物性跨度范圍較大，有效孔隙度介于0.13～0.25之間；含油性較差，單位孔隙體積烴總量普遍低于100 mg/cm3。

(5)干層：儲集層物性、含油性均較差，有效孔隙度普遍低于0.12，單位孔隙體積烴總量普遍低于150 mg/cm3。

4 應用效果分析

以饒陽凹陷肅寧-大王莊構(gòu)造帶NG-X井等14口井共計22層試油層位為依據(jù)對該方法進行驗證，其中共有17層試油結(jié)論與解釋結(jié)論相吻合，符合率為77.3%，能夠滿足生產(chǎn)需求。下面以其中4口井為實例對應用效果進行分析說明。

4.1 NG-X井

NG-X井是部署在饒陽凹陷肅寧構(gòu)造帶的一口預探井，井段3 271.8～3 277.0 m見良好油氣顯示(圖3)，進行井壁取心2顆。該井段有效孔隙度為0.143，巖石密度為2.36 g/cm3。

井深3 274.0、3 275.2 m的2顆井壁取心熱解烴總量分別為16.20、14.91 mg/g。經(jīng)計算，單位孔隙體積烴總量分別為271.8、249.8 mg/cm3，數(shù)值較高，同時物性較好，符合油層特征，解釋圖板均位于油層區(qū)域(圖2中1、2號解釋層)，綜合解釋為油層。

相應井段以射流泵方式進行試油，產(chǎn)油7.11 m3/d，累產(chǎn)油19.23 m3，試油結(jié)論為油層。

4.2 LX-59x井

LX-59x井是部署在饒陽凹陷大王莊構(gòu)造帶的一口開發(fā)井，井段3 693.0～3 713.4 m見良好油氣顯示(圖4)，進行井壁取心2顆。該井段有效孔隙度為0.138，巖石密度為2.40 g/cm3。

井深3 708.4、3 710.0 m的2顆井壁取心熱解烴總量分別為9.40、7.13 mg/g，該數(shù)值符合差油層或油水同層的特征，僅依據(jù)該參數(shù)難以對儲集層流體性質(zhì)進行有效判別。經(jīng)計算，單位孔隙體積烴總量分別為165.0、124.9 mg/cm3，數(shù)值中等，同時物性中等，綜合來看符合差油層特征，解釋圖板均位于差油層區(qū)域(圖2中3、4號解釋層)，因此綜合解釋為差油層，并建議對該井段進行壓裂改造。

圖3 NG-X井錄井綜合圖

圖4 LX-59x井錄井綜合圖

相應井段進行試油，壓裂前以抽汲方式試油，產(chǎn)油2.07 m3/d，試油結(jié)論為差油層。采用壓裂改造措施后試油，產(chǎn)油8.14 m3/d，獲工業(yè)油流。

4.3 NX-8x井

NX-8x井是部署在饒陽凹陷肅寧構(gòu)造帶的一口預探井，井段3 443.4～3 448.0 m見良好油氣顯示(圖5)，進行井壁取心1顆。該井段的有效孔隙度為0.189，巖石密度為2.28 g/cm3。

井深3 446.0 m井壁取心的熱解烴總量為11.02 mg/g，該數(shù)值符合差油層或油水同層特征，僅靠該參數(shù)難以進行有效判別。經(jīng)計算，單位孔隙體積烴總量為134.4 mg/cm3，數(shù)值中等，同時物性較好，綜合來看符合油水同層特征，解釋圖板位于油水同層區(qū)域(圖2中5號解釋層)，綜合解釋為油水同層。

相應井段以抽汲方式進行試油，產(chǎn)油18.74 m3/d，產(chǎn)水4.86 t/d，試油結(jié)論為油水同層。

4.4 LX-9x1井

LX-9x1井是部署在饒陽凹陷大王莊構(gòu)造帶的一口預探井，井段3 072.0～3 073.0 m見氣測異常(圖6)，進行井壁取心1顆。該井段的有效孔隙度為0.200，巖石密度為2.40 g/cm3。

井深3 072.0 m井壁取心測定的熱解烴總量為6.13 mg/g，從該數(shù)值來看，介于油水同層與水層之間，難以區(qū)分。經(jīng)計算，單位孔隙體積烴總量為74.0 mg/cm3，數(shù)值較低，同時有效孔隙度較大，說明含油飽和度低，符合水層、含油水層特征，解釋圖板位于水層、含油水層區(qū)域(圖2中6號解釋層)，綜合解釋為水層。

相應井段以抽汲方式進行試油，產(chǎn)水6.95 t/d，試油結(jié)論為水層。

圖5 NX-8x井錄井綜合圖

圖6 LX-9x1井錄井綜合圖

5 結(jié)束語

(1) 巖石熱解分析技術(shù)是評價儲集層含油性的有效手段，但是熱解烴總量受儲集層多種因素影響，多解性較為明顯，應用效果受到一定限制。

(2) 從熱解烴總量的影響因素出發(fā)，綜合利用儲集層物性參數(shù)及含油性參數(shù)，提出單位孔隙體積熱解烴總量的計算方法，消除了多解性的影響。

(3) 以該方法為基礎(chǔ)，綜合物性參數(shù)、含油性參數(shù)及其配置關(guān)系，建立綜合解釋圖板，發(fā)現(xiàn)不同流體性質(zhì)之間區(qū)分效果較好。

(4) 對該方法在饒陽凹陷肅寧-大王莊構(gòu)造帶進行試油驗證，吻合率為77.3%，可以滿足現(xiàn)場需求，證實了該方法的有效性。