录井工程  2019 , 30 (4): 8-12 https://doi.org/10.3969/j.issn.1672-9803.2019.04.002

研究与探讨

低渗-致密储集层地层含气量估算方法及其应用

陈金龙, 黄志龙, 董劲, 胡森清, 鲁法伟, 王建平

①中国石油大学(北京)
②中海石油(中国)有限公司上海分公司

中图分类号:  TE132.1

文献标识码:  A

收稿日期: 2019-10-30

网络出版日期:  2019-12-25

版权声明:  2019 《录井工程》杂志社 《录井工程》杂志社 所有

基金资助:  “十三五”国家科技重大专项“低渗-致密储集层流体性质录井识别技术”(编号:2016ZX05027-002-001)

作者简介:

作者简介:陈金龙 博士研究生,1988年生,现就读于中国石油大学(北京)地质资源与工程专业,主要从事录井解释、储集层成岩等研究。通信地址:102249 北京市昌平区府学路18号中国石油大学(北京)。电话:18514619325。E-mail:cjl2006_2007@163.com

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摘要

气测录井检测的是钻井液携带的地层烃类流体,是地下地质条件的直接反映,能有效鉴别地层流体性质。目前,由于钻井液含气量与气测检测值关系不明确,气测录井解释仍以定性解释为主。为了研究气测录井地层含气量解释方法,使用新设计的钻井液密封罐,从井场直接选取上返至井口且未经过气测检测设备的含烃钻井液,在实验室内开展真空加热全脱气实验,并进行气相色谱分析,计算得到钻井液含气量,结合现场气测全烃检测值,总结出钻井液含气量与气测全烃检测值的关系,据此将钻井参数转化成地层含气量,结合地层测试结论建立地层含气量的产能预测图板。分析认为,钻井液含气量主要为5~30 mL/L,钻井液含气量与气测检测值呈线性关系,计算所得的地层含气量一般为0.1~7 m3/t,其中地层含气量大于2 m3/t,地层测试证实为高产气层。经过实例验证,计算地层含气量与实际相符,地层含气量产能图板能有效地估算产能。

关键词: 钻井液脱气 ; 钻井液含气量 ; 地层含气量 ; 产能预测图板

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陈金龙, 黄志龙, 董劲, 胡森清, 鲁法伟, 王建平. 低渗-致密储集层地层含气量估算方法及其应用[J]. 录井工程, 2019, 30(4): 8-12 https://doi.org/10.3969/j.issn.1672-9803.2019.04.002

0 引 言

低渗-致密储集层作为当今世界常规油气资源的重要补充,一直受到世界各大油田企业和专家学者的广泛重视。致密砂岩储集层具有低孔低渗、强烈的非均质性、束缚水饱和度高、电阻率低、气水关系复杂等特点,这些特点导致对其含气性的评价面临诸多难题,气测录井作为获取现场第一手资料的有效手段,利用其在录井快速识别阶段进行快速准确的含气性评价尤为重要。

气测录井是从安置在振动筛前的脱气器获得从井底返回的钻井液所携带的气体,通过对其进行组分含量的检测和分析判断流体性质。以往气测录井受技术发展水平的限制,主要是以定性的方法进行资料解释[1,2,3,4],缺乏定量-半定量分析手段,限制了其应用范围和价值,故探索更精确的气测录井含气量的计算方法势在必行。李学国等[5]提出通过地层和油气显示的关系进行地层含气量的计算方法,其中地层含气量的计算方法分两步进行,首先计算地面的含气量,然后计算地层的含气量。乔玉珍等[6]结合各种地质因素推导出低孔低渗及低压气藏的地层含气量计算公式,提出了利用气测全烃检测值进行井间对比的新思路。这些方法具有一定的借鉴意义,但是仍存在不足,主要体现在钻井液含气量与录井检测值的关系多以理论模型为准,并无可靠的实验支撑。

本文的核心思路是以钻井液脱气实验及气相色谱分析为基础,建立可靠的钻井液含气量与气测全烃检测值的关系,用于校准气测全烃检测值,并将全烃检测值转化为钻井液含气量数据;根据计算得出的钻井液含气量,以及钻井参数中的钻时、排量、井径、取心等数据,进行地层含气量的计算。

完成可靠的地层含气量估算之后,根据地层测试层位,将对应储集层的地层含气量提取出来,与气测全烃检测值组成散点图,即为地层含气量产能预测图板,此图板可以解释高产气层/凝析气层、中等产量气层、致密气层、气水层、水层等流体性质。

1 样品与实验

本次研究中进行钻井液脱气实验的样品来源于东海西湖凹陷,使用新设计的密封罐进行取样,选取一口井3 350~3 750 m深度范围内共15个深度点的钻井液样品,取样点均位于主要的砂岩储集层段。由于钻井液样品均是现场脱气前的样品,避免了井场脱气装置的影响(图1)。

图1   钻井液脱气实验流程

   

密封罐顶部的罐顶气为烃气与空气的混合气体,为了减少实验误差,将密封罐顶部的罐顶气导出,之后需进行CO2的洗气操作,洗气液为5%的NaOH溶液,洗气之后使用Agilent公司的气相色谱仪进行分析,获取罐顶气的各烃组分含量。

钻井液脱气实验采用XG-VMSJ热真空定量全脱装置,钻井液平均进样量为200 mL,由于真空状态下脱气更完全,避免了仪器误差。脱出气体为烃气、空气、CO2的混合气体,其中CO2对气相色谱分析影响较大,也需要使用5%的NaOH溶液进行洗气,洗气后使用Agilent公司的气相色谱仪分析气体各组分含量。

每个样品有罐顶气和全脱气,共需完成30项次的气相色谱分析。实验记录项主要有日期、井号、深度、时刻、罐顶气量、钻井液进样量、热真空全脱气体积、洗气前气量、洗气后气量、钻井液密封罐内钻井液液面距顶高度、实验温度、实验人员等信息。其中,罐顶气总量、洗气前后气体体积、钻井液密封罐高度、密封罐内钻井液面距顶高度等数据用于计算1 L钻井液的罐顶气洗气后体积。钻井液进液量、热真空全脱气体积、洗气前后体积用于计算1 L钻井液脱出气体洗气后体积。

2 地层含气量

数据处理过程主要包括钻井液含气量处理及地层含气量处理,主要处理思路见图2,主要获得的参数为1 L钻井液的含气量及地层含气量。

图2   地层含气量估算方法流程

   

2.1 钻井液含气量的计算

将所记录的原始数据与色谱分析的谱图进行积分,求得基础数据,并经过下列步骤依次进行计算:

(1)将洗气后的罐顶气和全脱气样品所得的谱图进行积分,分别获得C1、C2、C3、iC4、nC4、iC5、nC5、O2、N2的烃组分积分面积。

(2)由于部分假峰的存在会造成气体比例不准确,将气体主要成分(C1、C2、C3、iC4、nC4、iC5、nC5、O2、N2)的总和峰面积定义为100%,对各组分进行含量百分比校正,校正后的数据分别为C1校正、C2校正、C3校正、iC4校正、nC4校正、iC5校正和nC5校正

Ci校正=Ci/(∑C+O2+N2) (1)

式中:Ci校正为烃气组分的校正数据,%;Ci为烃气组分的色谱峰面积;(∑C+O2+N2)为所有烃类谱峰Ci、O2、N2的总和峰面积。

(3)计算1 L钻井液的罐顶气体积和1 L钻井液全脱气体积。

Qg=(πhr2+Qgr)/[π(H-h)r2]×1 000 (2)

式中:Qg为1 L钻井液的罐顶气,mL/L;h为钻井液面距密封罐顶面的距离,cm;H为密封罐内部总高度(本实验为12 cm),cm;r为密封罐内半径(本实验为4.5 cm),cm;Qgr为记录的导出罐顶气体积,mL。

Qt=[Qtr+(a-M)/bQtr]/M×1 000 (3)

式中:Qt为1 L钻井液的全脱气含量,mL/L;Qtr为全脱仪集气管记录的脱出气体量,mL;a为脱气罐体积(本实验为460 mL),mL;b为集气管体积(本实验为80 mL),mL;M为记录的钻井液进样量,mL。

(4)计算洗气后的罐顶气体积及全脱气体积。

Qgc=Qg(Qg洗气后-c)/Qg洗气前 (4)

式中:Qgc为样品的1 L钻井液洗气后罐顶气总量,mL/L;Qg为公式(2)计算的结果,mL/L;Qg洗气前为经过洗气的进气量,mL;Qg洗气后为洗气后剩余体积,mL;c为洗气装置的管线体积(本实验为0.5 mL),mL。

同理,1 L钻井液洗气后的全脱气总量Qtc计算原理与公式(4)一致。

(5)将1 L钻井液洗气后的罐顶气体积和1 L钻井液洗气后的脱出气体积分别与对应深度取样点的C1校正、C2校正、C3校正、iC4校正、nC4校正、iC5校正和nC5校正数据相乘,分别获得每罐样品的罐顶气和脱出气的各烃组分含量。将罐顶气和脱出气的各烃组分含量数据分别加和,获得每个深度样品的总烃量即钻井液含气量。

Gc=∑(QgcCi校正+QtcCi校正)/100 (5)

式中:Gc为1 L钻井液含气量,mL/L;QgcQtc分别为洗气后罐顶气总量与全脱气总量,mL/L;Ci校正为对应样品的色谱组分百分比的校正数据,由公式(1)获取,%。

表1为本实验的数据整理结果,有效数据为12组,其余3组罐顶气逸散,数据无效。可以看出,钻井液含气量为2~40 mL/L,主要为5~30 mL/L。

表1   钻井液含气量实验结果

   

深度/mTg/
%
Qgr/
mL
Qg/
(mL·L-1)
Qgc/
(mL·L-1)
M/
mL
Qtr/
mL
Qt/
(mL·L-1)
Qtc/
(mL·L-1)
Gc/
(mL·L-1)
3 4045.3470.0527.0408.413020.5808.2103.113.58
3 4061.8453.0479.4350.420029.0616.3173.78.52
3 5766.3720.069.457.417025.0680.1215.33.20
3 6055.5123.01 407.61 407.618025.5637.5135.52.78
3 7093.7193.5606.2490.218519.5467.7205.520.04
3 7213.12119.0824.3696.916026.5786.7143.120.02
3 7232.39111.0740.4605.812534.01 411.0309.012.52
3 7263.1961.0369.6312.512520.5850.8176.910.11
3 3659.8546.0331.3331.315020.0650.0146.137.73
3 4043.229.5122.3118.317019.0516.9287.115.92
3 5114.7931.0759.0736.225527.0377.2100.619.18
3 7385.903.5189.3190.012521.0871.5455.713.09

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2.2 地层含气量的计算

2.2.1 钻井液含气量与气测全烃检测值关系

钻井液均为现场脱气前的样品,钻井液含气量大,则井场脱气仪测量的Tg检测值就大,故而钻井液含气量GcTg检测值可以建立相关性。将计算获得的钻井液含气量与气测录井全烃检测值(Tg)作散点图,并进行拟合,可以得出较好的关系式。

Gc=3.19Tg+4.24 (6)

式中:Gc为单位钻井液含气量,mL/L;Tg为气测录井全烃检测值,%。

图3拟合关系中,删除了3个异常点,使用数据点占总数据点的75%以上,认为所得的关系式是可信的,可以进行下一步的计算。钻井液含气量与Tg检测值有良好的线性关系,反映井场气测检测仪对钻井液含气量的敏感性较强,据此可以根据Tg检测值准确估算钻井液含气量。

图3   钻井液含气量与Tg检测值关系图

   

2.2.2 地层含气量的估算方法

钻井液在进入气测全烃检测仪之前,需要经过钻杆内壁、钻头、钻杆外壁,其含气量主要受到钻头破碎岩石的速率、钻井液体积等影响,气测全烃值主要受到钻井液烃类气体浓度的影响,在不考虑井口逸散、地层扩散气等条件下,烃类气体浓度受破碎岩石释放出的烃类气体总量及流经钻头的钻井液总体积的影响。具体来讲,破碎岩石体积由井径和钻进深度控制,岩石重量等于体积乘以密度,则破碎岩石烃气含量为QsπD2ρΔh/4,其中Δh为钻进深度,m;流经钻头的钻井液体积由排量和钻进时间控制,考虑取心情况,则钻井液中溶解的烃气总含量为FΔtCGcBg;假设破碎岩石释放的烃气总含量与钻井液中烃气总含量是相同的,而钻进时间(Δt)和钻进深度(Δh)的比值就是钻时,即Δt/Δh=t,据此,本文推导出的地层含气量估算公式为:

Qs= 4FtCGcπD2ρBg (7)

式中:Qs为地层含气量,m3/t;F为钻井液排量,L/min;t为钻时,min/m;Gc为钻井液含气量,mL/L,由公式(6)计算;D为井径,mm; C为取心校正系数,取心段数值取1.28,非取心段数值为1;ρ为岩石密度,g/cm3;Bg为实验条件转换为标准条件下气体的体积系数。

3 产能图板的建立

根据公式(7)地层含气量估算方法,计算了不同井的地层含气量,并和测试结果进行对比。将测试结论分为高产气层(日产气>5×104 m3)、高产凝析气层(日产气>5×104 m3)、中产气层(日产气1×104~5×104 m3)、低产气层(日产气<1×104 m3)、致密层(MDT测试干点或日产<0.1×104 m3),取对应测试层的地层含气量的平均值及Tg检测值作图,得出地层含气量与产能的统计关系。统计数据包含东海某盆地的7口井18个测试层位的数据,其中6层为高产气层,2层为低产气层,3层为含气致密层,2层为气水层,5层为水层。

根据产能评价图板(图4),高产气层/高产凝析气层的地层含气量基本都大于2 m3/t,含气致密层地层含气量一般为1~2 m3/t,气水层地层含气量一般为0.2~1 m3/t ,水层地层含气量一般小于0.2 m3/t,中等产量气层没有数据点,OS-1 井低产气层因为受压裂窜层影响大,投点落在高产气层/高产凝析气层,作为异常点移除。

图4   地层含气量的产能评价图板

   

4 应用实例

图5为M-1井的地层含气量计算结果与热真空全脱实验数据计算的地层含气量的对比情况,最右侧的一栏为计算地层含气量与实际地层含气量的对比,实际地层含气量为根据热真空全脱气实验获得1 L钻井液全烃含量,再利用公式(7)计算获得的地层含气量。可看出,计算地层含气量比较符合实际情况。

图5   M-1地层含气量估算结果图

   

图6为A-1井地层含气量计算结果与测试结论对比图,A-1井位于东海盆地西湖凹陷中央构造带,井位在背斜构造的高点,主要目的层是花港组上段(3 000~4 000 m)。花港组上段主要储集层的计算钻井液含气量为20~100 mL/L,平均钻井液含气量为35 mL/L;计算地层含气量为0.5~7 m3/t,平均地层含气量为2.8 m3/t。

图6   A-1井地层含气量估算结果图

   

上部测试段深度为3 462~3 491 m,计算地层含气量平均为3.1 m3/t,根据图4提供的产能解释图板,认为此储集层为高产气层;实际测试日产12.2×104 m3/d,结论为高产气层,产能图板解释符合实际情况。

下部测试层段深度为3 873~3 903 m,计算地层含气量平均值为3.7 m3/t,根据产能解释图板,认为此储集层为高产气层;实际测试产气58.5×104 m3/d,结论为高产气层,下部测试层的产能图板解释也符合实际情况。

5 结 论

(1)根据钻井液热真空全脱实验及气测录井Tg检测值的对比,钻井液含气量与录井Tg检测值呈线性关系,钻井液含气量主要为5~30 mL/L。

(2)地层含气量可由钻时、排量、井径、取心、体积系数、钻井液含气量、岩石密度等参数估算,研究区地层含气量为0.1~7 m3/t。

(3)经过测试结果验证,产能解释图板中,计算地层含气量大于2 m3/t时,测试结果显示为高产气层/凝析气层,1~2 m3/t为含气致密层,0.2~1.0 m3/t为气水层,小于0.2 m3/t为水层。其中,地层含气量大于2 m3/t为主要勘探开发目的层位。

(编辑 陈娟)


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