基于巖石熱解法的原油密度、粘度預(yù)測模型研究與應(yīng)用

王海濤 閻榮輝 黃子艦 方鐵園 田青青 李艷霞

(①盤錦中錄油氣技術(shù)服務(wù)有限公司；②中國石油長慶油田分公司工程技術(shù)管理部)

0 引 言

隨著長慶區(qū)塊勘探、開發(fā)不斷深入，錄井技術(shù)也得到了長足的進(jìn)步與發(fā)展[1]， 巖石熱解錄井技術(shù)自2002年底開始引入試驗(yàn)應(yīng)用，主要集中在鄂爾多斯盆地姬塬、陜北、鹽池、環(huán)江、鎮(zhèn)北、合水以及彭陽地區(qū)。引進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)主要是為了解釋評價儲層的含油性，為油田勘探開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)，據(jù)已經(jīng)完成試油井資料統(tǒng)計，該技術(shù)在儲層解釋評價方面具有較高的解釋符合率[2-3]。近年來，長慶區(qū)塊圍繞盆地周邊及外圍、四新領(lǐng)域(新盆地、新區(qū)域、新類型、新層系)、規(guī)模儲量區(qū)、頁巖油等非常規(guī)資源勘探新領(lǐng)域展開部署[4]，由于新勘探對象日趨復(fù)雜，不同勘探領(lǐng)域均出現(xiàn)了多口井巖石熱解錄井分析儲層含油性較好，但后期測試求產(chǎn)結(jié)果與測井、錄井綜合解釋結(jié)果相背離的情況，分析認(rèn)為主要由于原油密度、粘度的增加影響了其流動性，部分原油不能被有效開采，由此造成的油氣層解釋失誤率占比不斷提高[5-6]。巖石熱解錄井技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對儲層原油密度、粘度定量評價[7-8]，筆者選取長慶區(qū)塊B 1井等43口測試井共50個儲層原油樣品進(jìn)行巖石熱解錄井?dāng)?shù)據(jù)分析統(tǒng)計，尋求原油密度、粘度與巖石熱解參數(shù)間的對應(yīng)關(guān)系，并取得了新的認(rèn)識，基于巖石熱解錄井派生參數(shù)(總產(chǎn)率指數(shù)ITP、油產(chǎn)率指數(shù)IOP、殘余烴指數(shù)IHP、原油輕重組分指數(shù)PS)采用多元線性回歸算法進(jìn)行儲層原油密度、粘度預(yù)測，建立了新的回歸方程式，預(yù)測結(jié)果與實(shí)際原油密度、粘度絕對誤差相對較小，對地層原始原油密度、粘度的數(shù)據(jù)恢復(fù)更科學(xué)準(zhǔn)確，便于更加精準(zhǔn)地指導(dǎo)后期生產(chǎn)，取得了較好的應(yīng)用效果，具有較好的推廣應(yīng)用前景。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

長慶區(qū)塊儲層是典型的低滲透油氣藏，具有良好的勘探開發(fā)前景，尤其是中生界和上古生界地層，蘊(yùn)藏有豐富的石油、天然氣資源。致密儲層在三疊系延長組中下組合廣泛分布，發(fā)育不同類型儲集砂體，礦物成分復(fù)雜，孔隙類型多樣、非均質(zhì)性強(qiáng)，大部分為低滲特低滲儲層，油水分異不明顯，孔喉連通性差，產(chǎn)能大小主要取決于含油性與流體可動性。長3段以上及侏羅系油藏，儲層物性相對較好，但含油連片性差，地層水礦化度變化大、油水關(guān)系復(fù)雜；部分層系由于斷層發(fā)育或淺層油氣保存條件差等原因，導(dǎo)致儲層原油性質(zhì)變化大、油質(zhì)變稠，殘余油飽和度增大，油的流動性變差，影響產(chǎn)能結(jié)果[9-10]。

2 巖石熱解錄井原理

采用巖石熱解錄井對儲層樣品進(jìn)行分析時，將儲層樣品送進(jìn)熱解爐中加熱，對樣品進(jìn)行程序升溫，根據(jù)有機(jī)質(zhì)熱蒸發(fā)或熱裂解特性，使巖石中的烴類在不同溫度下?lián)]發(fā)和裂解，再由氣相色譜裝置進(jìn)行組分分離鑒定，定量檢測獲得分析樣品在不同溫度范圍內(nèi)烴的含量。巖石熱解錄井技術(shù)能提供分析樣品的氣態(tài)烴S0、液態(tài)烴S1、裂解烴S2、Tmax等參數(shù)數(shù)據(jù)及分析譜圖，這些參數(shù)可以間接反映出原油輕、中、重質(zhì)組分的變化，能有效地對儲層流體性質(zhì)進(jìn)行定量評價[11]。

3 原油密度、粘度預(yù)測模型的選擇與優(yōu)化

利用巖石熱解錄井對原油密度、粘度的預(yù)測，大多以簡單的一元線性回歸、經(jīng)驗(yàn)圖板法等方法來實(shí)現(xiàn)，基于表1中派生參數(shù)總產(chǎn)率指數(shù)ITP((S0+S1)/(S0+S1+S2))、油產(chǎn)率指數(shù)IOP(S1/(S0+S1+S2))、殘余烴指數(shù)IHP(S2/(S0+S1+S2))，以及原油輕重組分指數(shù)PS(S1/S2)與原油密度、粘度之間的相關(guān)性，統(tǒng)計分析長慶區(qū)塊B 1井等43口測試井共50個儲層，利用巖心巖石熱解錄井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行簡單的一元線性回歸，從回歸結(jié)果看，不但原油密度擬合效果精度不高、相關(guān)性差(圖1)，原油粘度擬合精度相關(guān)性也較差。

表1 長慶區(qū)塊巖心樣品原油密度、粘度預(yù)測數(shù)據(jù)(抽測18口井)

圖1 巖石熱解派生參數(shù)與原油密度交會圖

為了將巖樣的巖石熱解派生參數(shù)值恢復(fù)到實(shí)際原油密度、粘度的參數(shù)值，使表1中因變量(巖石熱解4種派生參數(shù))與自變量(實(shí)測原油密度、粘度)散點(diǎn)圖呈較好線性關(guān)系，嘗試通過多元線性回歸方法，建立巖樣的巖石熱解派生參數(shù)與預(yù)測原油密度、粘度關(guān)系式。為此將長慶區(qū)塊B 1井等43口測試井共50個儲層測試數(shù)據(jù)點(diǎn)使用基于最小二乘法的多元線性回歸方法對原油密度、粘度進(jìn)行預(yù)測，建立了原油密度、粘度回歸方程。選擇最小二乘數(shù)據(jù)算法進(jìn)行多元線性回歸，旨在使其與預(yù)測數(shù)據(jù)“最接近”，使得預(yù)測數(shù)據(jù)和真實(shí)數(shù)據(jù)的距離的平方和達(dá)到最小，預(yù)測結(jié)果更能滿足擬合需求。得出最終擬合結(jié)果為：

原油密度=0.889 2-0.329 6ITP+0.267 1IOP+

0.000 8PS-0.015IHP

原油粘度=14.289 2-21.4ITP+7.756 5IOP+0.346 4PS+0.267 5IHP

應(yīng)用多元線性回歸方程計算原油密度、粘度預(yù)測結(jié)果如表1所示，整體計算數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)相對誤差較小，r2均達(dá)到0.81以上(圖2)。與現(xiàn)有一元線性回歸方法相比，對地層原始原油密度、粘度的數(shù)據(jù)恢復(fù)更科學(xué)準(zhǔn)確，采用此種方法實(shí)施原油密度、粘度預(yù)測，更加科學(xué)合理，便于指導(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn)應(yīng)用。

圖2 實(shí)測原油密度、粘度與預(yù)測原油密度、粘度多元線性回歸散點(diǎn)圖

4 應(yīng)用效果與實(shí)例

應(yīng)用多元線性回歸方法對原油密度、粘度進(jìn)行定量評價，對長慶區(qū)塊后期開采中未達(dá)到求產(chǎn)效果的L 62井等8口探井10個層進(jìn)行預(yù)測分析，其中F 90井等6口井8個層得到了試油驗(yàn)證，解釋符合率達(dá)到了80%，不符合層原因在于儲層含油性雖好，但儲層所含油的流動性差，影響了后期求產(chǎn)效果，測試結(jié)果為低液量或無液量。巖石熱解錄井資料定量評價原油密度、粘度，拓展了巖石熱解錄井技術(shù)的應(yīng)用范圍，挖掘了現(xiàn)有錄井技術(shù)潛力，從而有效地提高了其應(yīng)用價值，為儲層原油性質(zhì)的綜合認(rèn)識、解釋結(jié)論的確定、試油及開發(fā)措施的優(yōu)選提供了科學(xué)依據(jù)。

4.1 F 90井長72段工業(yè)油層

F 90井延長組長72段有顯示的井段2 370.00～2 374.00 m，巖性為淺灰色油跡細(xì)砂巖，無油味，無原油浸染色，含油巖屑占巖屑含量1%～2%，含油巖屑占同類巖屑含量2%～3%，熒光直照顏色呈黃白色，熒光滴照顏色呈黃白色，產(chǎn)狀星點(diǎn)狀，點(diǎn)滴試驗(yàn)Ⅲ級，系列對比7級，現(xiàn)場定級為油跡。電測解釋該井段平均電阻率86.97 Ω·m，平均孔隙度7.97%，平均含油飽和度40.48%，平均滲透率0.09 mD，平均聲波時差222.01 μs/m，測井顯示該井段為電阻率值高，物性較差，解釋為差油層(圖3)。該井段巖石熱解錄井分析巖屑樣品3塊(表2)，Pg均值為8.785 6 mg/g，顯示儲層含油性好，采用多元線性回歸方程預(yù)測儲層平均原油密度為0.817 8 g/cm3，平均粘度為3.651 7 mPa·s，油質(zhì)為中質(zhì)偏輕，反映儲層原油流動性好，巖石熱解錄井綜合解釋油水同層，后期開采產(chǎn)油的可能性大。由于儲層物性差，試油方案制定建議對儲層進(jìn)行大規(guī)模改造，試油工藝優(yōu)選為井下控砂濃度體積壓裂，壓裂參數(shù)為加砂50 m3，油套同注，油管排量2.0 m3/min，套管排量4.0 m3/min，砂比11%，最終試油結(jié)果為產(chǎn)油4.76 t/d，產(chǎn)水12.0 m3/d，實(shí)測原油密度為0.826 2 g/cm3，粘度為3.55 mPa·s，巖石熱解錄井技術(shù)成功預(yù)測儲層原油性質(zhì)，有效指導(dǎo)了后期開采。

圖3 F 90井巖石熱解錄井綜合圖

表2 F 90井長72段巖屑樣品巖石熱解錄井分析數(shù)據(jù)

4.2 B 98井長81段低產(chǎn)油層

B 98井延長組長81段射孔井段分別為1 710.00～1 713.00 m、1 717.00～1 719.00 m、1 722.00～1 725.00 m，儲層顯示厚度17.0 m，巖性為褐灰色油斑細(xì)砂巖，油味較濃，褐灰色原油浸染色，含油較飽滿，無油脂感，不污手，無滲油面積，巖心斷面干燥，無咸味，干后無鹽霜，滴水緩滲-微滲，含油面積20%～25%，熒光面積25%～30%，產(chǎn)狀不均勻狀，熒光直照顏色暗黃色，熒光滴照顏色黃色，點(diǎn)滴試驗(yàn)Ⅱ級，系列對比10級，現(xiàn)場定級為油斑。

電測解釋該井段平均電阻率92.01 Ω·m，平均孔隙度8.56%，平均含油飽和度49.20%，平均滲透率0.19 mD，平均聲波時差215.81 μs/m，測井顯示該井段為電阻率值高，物性一般，儲層含油性較好，解釋為油層(圖4、表3)。

該井段巖石熱解錄井分析巖心樣品主要含油顯示18塊，Pg均值為6.099 1 mg/g，顯示儲層含油性較好，采用多元線性回歸方程預(yù)測儲層平均原油密度為0.845 6 g/cm3，粘度為6.527 7 mPa·s，油質(zhì)為中質(zhì)偏重，反映儲層原油流動性稍差，巖石熱解錄井綜合解釋差油層，后期開采產(chǎn)油效果可能不理想。試油方案制定同樣建議加大儲層改造措施，試油工藝優(yōu)選為井下控砂濃度體積壓裂，壓裂參數(shù)為加砂80 m3，油套同注，油管排量2.0 m3/min，套管排量4.0 m3/min，砂比12.3%，試油結(jié)果產(chǎn)油1.6 t/d，不產(chǎn)水，實(shí)測原油密度為0.846 6 g/cm3，粘度為6.512 0 mPa·s。

圖4 B 98井巖石熱解地化錄井綜合圖

表3 B 98井長81段巖心樣品巖石熱解錄井分析數(shù)據(jù)

5 結(jié) 論

通過進(jìn)行大量現(xiàn)場實(shí)踐和對巖石熱解錄井資料的全面細(xì)致研究，根據(jù)巖石熱解錄井派生參數(shù)與實(shí)測原油密度、粘度參數(shù)的散點(diǎn)關(guān)系，采用數(shù)據(jù)挖掘中的多元回歸分析方法建立巖石熱解參數(shù)與實(shí)測原油密度、粘度的關(guān)系式，實(shí)現(xiàn)了原油密度、粘度預(yù)測，對長慶區(qū)塊儲層流體性質(zhì)識別與產(chǎn)能預(yù)測具有重要的指導(dǎo)意義，拓寬了巖石熱解錄井技術(shù)的應(yīng)用范圍，是一項(xiàng)值得推廣的原油性質(zhì)預(yù)測新方法。