引用本文
张建山, 于海军, 陈京原, 张玉新, 张豫东, 孔维韬. 单位孔隙体积烃总量计算方法在肃宁-大王庄构造带的应用[J]. 录井工程, 2020,31(3): 80-85.
ZHANG Jianshan, YU Haijun, CHEN Jingyuan, ZHANG Yuxin, ZHANG Yudong, KONG Weitao. Application of computing method of total hydrocarbon per unit pore volume in Suning-Dawangzhuang structural belt[J]. Mud Logging Engineering, 2020,31(3): 80-85.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2020.03.015  
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单位孔隙体积烃总量计算方法在肃宁-大王庄构造带的应用
张建山, 于海军, 陈京原, 张玉新, 张豫东, 孔维韬
中国石油渤海钻探第二录井公司

作者简介：张建山 工程师,1987年生,2014年毕业于中国石油大学(华东)油气田开发工程专业,现从事地质综合研究工作。通信地址:062552 河北省任丘市渤海钻探工程有限公司第二录井分公司地质研究评价中心。电话:(0317)2701479。E-mail:zhangjshan@cnpc.com.cn

摘要

岩石热解分析技术是评价储集层含油性的有效手段,但热解烃总量的影响因素较多,多解性较为明显,应用效果受到一定限制。针对这种现象,从热解烃总量的影响因素出发,综合利用储集层物性参数及热解参数,提出单位孔隙体积热解烃总量的计算方法。以该方法为基础,利用物性参数、含油性参数及其配置关系,建立综合解释图板,发现不同流体性质之间区分效果较好,不但消除了储集层物性、含油性参数的影响,还可有效判别储集层流体性质,从而解决了多解性的问题。对该计算方法在饶阳凹陷肃宁-大王庄构造带进行试油验证,符合率为77.3%,可以满足现场需求,证实了该方法的有效性。

关键词: 饶阳凹陷; 肃宁构造带; 大王庄构造带; 地化录井; 岩石热解; 物性; 含油性; 热解烃总量
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A
Application of computing method of total hydrocarbon per unit pore volume in Suning-Dawangzhuang structural belt
ZHANG Jianshan, YU Haijun, CHEN Jingyuan, ZHANG Yuxin, ZHANG Yudong, KONG Weitao
No.2 Mud Logging Company, BHDC, CNPC, Renqiu, Hebei 062552, China
Abstract

Rock pyrolysis analysis technology is an effective means to evaluate the oil-bearing possibility of reservoirs. However, there are many factors affecting the total amount of pyrolysed hydrocarbon, and the ambiguity is obvious, so the application effect is limited. In view of this phenomenon, this paper proposes a computing method for the total amount of pyrolysed hydrocarbons per unit pore volume based on the factors affecting the total amount of pyrolysed hydrocarbons and comprehensively utilizing the physical property and pyrolysis parameters of reservoir. On the basis of this method, a comprehensive interpretation chart is established by using physical property parameters, oil-bearing parameters and their configuration relations. It is found that the effect of distinguishing different fluid properties is good, which not only eliminates the influence of reservoir physical properties and oil-bearing parameters, but also effectively discriminates reservoir fluid properties, thus solving the problem of ambiguity. The method is tested in Suning-Dawangzhuang structural belt of Raoyang sag, the coincidence rate is 77.3%, which can meet the field requirements and verify the effectiveness of the method.

Keyword: Raoyang sag; Suning structural belt; Dawangzhuang structural belt; geochemical logging; rock pyrolysis; physical property; oil-bearing possibility; total amount of pyrolysed hydrocarbon
0 引言

20世纪70年代, 岩石热解分析技术开始进入现场, 广泛应用于评价烃源岩品质和储集层含油性[1]。该方法作为其他录井技术的重要补充, 可以在现场及实验室快速、有效地对储集层含油性进行定量化评价, 在石油勘探与开发中发挥了重要的支撑作用[2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]。

岩石热解分析技术获得的一项重要参数是热解烃总量。目前, 对于该参数的应用还处于初始阶段, 仅仅是比较其数值的高低。在实际应用过程中发现, 热解烃总量参数受多种地质因素的影响, 比如储集层物性、含油性等, 往往相近的热解烃总量数值却反映不同的地质因素, 多解性较为明显, 难以判别真实的储集层流体性质, 应用效果受到一定限制。因此, 本文将从岩石热解录井技术的基本原理出发, 综合利用储集层物性参数及含油性参数, 提出单位孔隙体积烃总量的计算方法, 以期得到更好的应用效果。

1 岩石热解分析技术原理

从地下获取岩石样品后, 将其置于特定的热解炉中进行升温操作, 样品中的烃类和干酪根就会发生挥发和裂解。之后, 通过使用载气进行吹洗将其带入氢火焰离子化检测器, 烃类的量就会转化成为相应的电流信号, 可以测定出各组分含量以及峰顶温度, 由此实现对含油性的定量化评价[10, 11]。

岩石热解分析技术测得的原生参数主要包括:

(1)S0:在90℃温度下测得的单位质量样品的烃总量, 即气态烃, mg/g。

(2)S1:在90~300℃温度下测得的单位质量样品的烃总量, 即液态烃, mg/g。

(3)S2:在300~600℃温度下测得的单位质量样品的烃总量, 即重质组分、胶质、沥青质等重烃, mg/g。

(4)Tmax:S2峰峰顶温度, ℃。

利用这些原生参数, 可以计算一系列岩石热解派生参数[12, 13]。其中, 最常用的派生参数为热解烃总量(Pg), 其计算公式为:

Pg=S0+S1+S2(1)

式中:Pg为热解烃总量, mg/g。

热解烃总量可以对储集层含油性进行有效评价。但是, 储集层含油气丰度的决定因素不仅是含油性, 还包括储集层物性, 因此该参数并不能准确反映储集层流体性质, 必须采取一定的计算方法, 综合考虑储集层物性、含油性的影响, 由此得出新的参数, 来准确评价储集层流体性质。

2 单位孔隙体积烃总量计算方法

热解分析样品由岩石骨架、烃类、地层水组成。热解烃总量主要受储集层物性、含油性的双重影响:储集层物性越好, 有效孔隙度越大, 所能储存的烃类就越多, 热解烃总量越大, 反之则越小; 含油性越好, 含油饱和度就越高, 热解烃总量越大, 反之则越小, 如图1所示。然而, 传统的热解烃总量并未将这两种影响因素综合考虑。例如, Pg值较低时, 可能是由于储集层物性较差造成, 此时呈差油层或干层特征; 也有可能是由于含油性较差造成, 此时呈油水同层或含油水层特征。由此可见, 相近的Pg值能代表不同的储集层流体性质, 存在多解性, 仅仅通过Pg值的高低难以进行有效判别。

图1 储集层物性、含油性对热解烃总量影响示意

储集层流体储存在岩石孔隙中, 储集层所含流体的总量主要取决于有效孔隙度的大小, 必须通过热解烃总量、储集层有效孔隙度综合计算来还原真实的含油气丰度。为此, 提出“ 单位孔隙体积烃总量” 的概念, 即:样品中烃类的含量与样品有效孔隙体积的比值, 其计算公式为:

Ko= moVp× 1 000(2)

式中:Ko为单位孔隙体积烃总量, mg/cm3; mo为样品中烃类的质量, g; Vp为样品的有效孔隙体积, cm3。

公式(2)中, mo、Vp均是未知数, 必须通过其他参数进行计算获得。

mo可根据热解参数计算。热解烃总量的大小为岩石样品中烃类的质量与样品总质量的比值, 样品总质量为岩石骨架、烃类、地层水的质量之和。由于地层水的挥发性较好, 样品从收集、运输、取样到分析, 经历的时间较长, 已基本挥发完毕, 地层水质量可忽略不计, 实际的样品总质量为岩石骨架和烃类的质量之和。因此, 热解烃总量的计算公式为:

Pg= momo+ms× 1 000(3)

式中:ms为样品中岩石骨架质量, g。

由公式(3)可求得mo:

mo= Pg1000-Pg× ms(4)

Vp可根据岩石物性参数计算。样品有效孔隙体积为岩石总体积与岩石有效孔隙度的乘积, 即:

Vp=Vsϕ (5)

式中:Vs为岩石样品总体积, cm3; ϕ 为有效孔隙度, 无量纲, 由测井参数或岩心物性分析参数查得。

岩石样品总体积可根据岩石样品骨架质量与岩石密度(ρ s由测井参数或岩心物性分析参数查得, 单位为g/cm3)之比来计算, 即:Vs= msρs。因此, Vp的计算公式为:

Vp= msρsϕ (6)

将公式(4)、公式(6)代入公式(2)中, 可求得Ko:

Ko= Pg1000-Pg× ρsϕ× 1 000(7)

以大王庄构造带LX-101x井3 511.0~3 513.4 m显示层为例进行计算说明。该段热解烃总量(Pg)为10.19 mg/g, 有效孔隙度(ϕ )为0.151, 岩石密度(ρ s)为2.41 g/cm3。

计算结果为:

Ko= 10.191000-10.19× 2.410.151× 1 000=164.3 mg/cm3

3 建立解释图板

由上文分析可知, 单位孔隙体积烃总量综合利用了储集层物性参数及含油性参数, 该参数与物性参数结合, 根据两者配置关系, 可以有效判别储集层流体性质。为了取得更好的应用效果, 将该方法在饶阳凹陷肃宁-大王庄构造带LX-10x等29口井共计65层试油数据展开应用。以有效孔隙度为横坐标, 单位孔隙体积烃总量为纵坐标, 建立解释图板(图2)。该图板显示, 不同流体性质分区较为明显, 效果良好。

图2 单位孔隙体积烃总量与有效孔隙度解释图板

根据试油数据及解释图板, 分析总结典型油层、油水同层、差油层、含油水层、水层、干层的储集层物性、含油性特征及其配置关系。

(1)油层:储集层物性、含油性均较好, 储集层有效孔隙度普遍大于0.14, 单位孔隙体积烃总量普遍大于160 mg/cm3。

(2)油水同层:储集层物性较好, 有效孔隙度普遍大于0.16; 含油性中等, 单位孔隙体积烃总量介于90~160 mg/cm3之间。

(3)差油层:储集层物性、含油性均中等, 有效孔隙度介于0.09~0.16之间, 单位孔隙体积烃总量介于100~240 mg/cm3之间。

(4)含油水层、水层:储集层物性跨度范围较大, 有效孔隙度介于0.13~0.25之间; 含油性较差, 单位孔隙体积烃总量普遍低于100 mg/cm3。

(5)干层:储集层物性、含油性均较差, 有效孔隙度普遍低于0.12, 单位孔隙体积烃总量普遍低于150 mg/cm3。

4 应用效果分析

以饶阳凹陷肃宁-大王庄构造带NG-X井等14口井共计22层试油层位为依据对该方法进行验证, 其中共有17层试油结论与解释结论相吻合, 符合率为77.3%, 能够满足生产需求。下面以其中4口井为实例对应用效果进行分析说明。

4.1 NG-X井

NG-X井是部署在饶阳凹陷肃宁构造带的一口预探井, 井段3 271.8~3 277.0 m见良好油气显示(图3), 进行井壁取心2颗。该井段有效孔隙度为0.143, 岩石密度为2.36 g/cm3。

图3 NG-X井录井综合图

井深3 274.0、3 275.2 m的2颗井壁取心热解烃总量分别为16.20、14.91 mg/g。经计算, 单位孔隙体积烃总量分别为271.8、249.8 mg/cm3, 数值较高, 同时物性较好, 符合油层特征, 解释图板均位于油层区域(图2中1、2号解释层), 综合解释为油层。相应井段以射流泵方式进行试油, 产油7.11 m3/d, 累产油19.23 m3, 试油结论为油层。

4.2 LX-59x井

LX-59x井是部署在饶阳凹陷大王庄构造带的一口开发井, 井段3 693.0~3 713.4 m见良好油气显示(图4), 进行井壁取心2颗。该井段有效孔隙度为0.138, 岩石密度为2.40 g/cm3。

图4 LX-59x井录井综合图

井深3 708.4、3 710.0 m的2颗井壁取心热解烃总量分别为9.40、7.13 mg/g, 该数值符合差油层或油水同层的特征, 仅依据该参数难以对储集层流体性质进行有效判别。经计算, 单位孔隙体积烃总量分别为165.0、124.9 mg/cm3, 数值中等, 同时物性中等, 综合来看符合差油层特征, 解释图板均位于差油层区域(图2中3、4号解释层), 因此综合解释为差油层, 并建议对该井段进行压裂改造。

相应井段进行试油, 压裂前以抽汲方式试油, 产油2.07 m3/d, 试油结论为差油层。采用压裂改造措施后试油, 产油8.14 m3/d, 获工业油流。

4.3 NX-8x井

NX-8x井是部署在饶阳凹陷肃宁构造带的一口预探井, 井段3 443.4~3 448.0 m见良好油气显示(图5), 进行井壁取心1颗。该井段的有效孔隙度为0.189, 岩石密度为2.28 g/cm3。

图5 NX-8x井录井综合图

井深3 446.0 m井壁取心的热解烃总量为11.02 mg/g, 该数值符合差油层或油水同层特征, 仅靠该参数难以进行有效判别。经计算, 单位孔隙体积烃总量为134.4 mg/cm3, 数值中等, 同时物性较好, 综合来看符合油水同层特征, 解释图板位于油水同层区域(图2中5号解释层), 综合解释为油水同层。相应井段以抽汲方式进行试油, 产油18.74 m3/d, 产水4.86 t/d, 试油结论为油水同层。

4.4 LX-9x1井

LX-9x1井是部署在饶阳凹陷大王庄构造带的一口预探井, 井段3 072.0~3 073.0 m见气测异常(图6), 进行井壁取心1颗。该井段的有效孔隙度为0.200, 岩石密度为2.40 g/cm3。

图6 LX-9x1井录井综合图

井深3 072.0 m井壁取心测定的热解烃总量为6.13 mg/g, 从该数值来看, 介于油水同层与水层之间, 难以区分。经计算, 单位孔隙体积烃总量为74.0 mg/cm3, 数值较低, 同时有效孔隙度较大, 说明含油饱和度低, 符合水层、含油水层特征, 解释图板位于水层、含油水层区域(图2中6号解释层), 综合解释为水层。

相应井段以抽汲方式进行试油, 产水6.95 t/d, 试油结论为水层。

5 结束语

(1) 岩石热解分析技术是评价储集层含油性的有效手段, 但是热解烃总量受储集层多种因素影响, 多解性较为明显, 应用效果受到一定限制。

(2) 从热解烃总量的影响因素出发, 综合利用储集层物性参数及含油性参数, 提出单位孔隙体积热解烃总量的计算方法, 消除了多解性的影响。

(3) 以该方法为基础, 综合物性参数、含油性参数及其配置关系, 建立综合解释图板, 发现不同流体性质之间区分效果较好。

(4) 对该方法在饶阳凹陷肃宁-大王庄构造带进行试油验证, 吻合率为77.3%, 可以满足现场需求, 证实了该方法的有效性。

(编辑 王丙寅)

参考文献
[1] 冯杏芬, 李朝晖, 郭建辉, 等. 岩石热解录井在文留地区页岩油气勘探中的应用[J]. 录井工程, 2014, 25(2): 60-63.
FENG Xingfen, LI Zhaohui, GUO Jianhui, et al. Application of rock pyrolysis logging in shale oil and gas exploration in Wenliu area[J]. Mud Logging Engineering, 2014, 25(2): 60-63. [本文引用:1]
[2] 陈宁宁, 杨少春, 黄建廷. 胜坨油田沙河街组二段复杂断块油藏水淹层测井解释研究[J]. 地球科学与环境学报, 2010, 32(4): 355-362.
CHEN Ningning, YANG Shaochun, HUANG Jianting. Study on log interpretation for water flooded layer of the complex fault block oil reservoir in the second Member of Shahejie Formation of Shengtuo Oilfield[J]. Journal of Earth Sciences and Environment, 2010, 32(4): 355-362. [本文引用:1]
[3] 李玉桓, 邬立言, 黄九思. 储油岩热解地球化学录井评价技术[M]. 北京: 石油工业出版社, 1993.
LI Yuhuan, WU Liyan, HUANG Jiusi. Geochemical logging evaluation technology of oil-saturated reservoir rock pyrolysis[M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 1993. [本文引用:1]
[4] 吴欣松, 王志章. 利用储集层岩石热解资料评价原油性质[J]. 新疆石油地质, 2000, 21(1): 42-44.
WU Xinsong, WANG Zhizhang. Application of reservoir rock pyrolysis data to the evaluation of crude oil properties[J]. Xinjiang Petroleum Geology, 2000, 21(1): 42-44. [本文引用:1]
[5] 郎东升, 金成志, 郭冀义, 等. 储层流体的热解及气相色谱评价技术[M]. 北京: 石油工业出版社, 1999.
LANG Dongsheng, JIN Chengzhi, GUO Jiyi, et al. Evaluation techniques of reservoir fluid pyrolysis and gas chromatography[M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 1999. [本文引用:1]
[6] 郎东升, 张文生, 岳兴举, 等. 油田开发水淹层录井评价技术[M]. 北京: 石油工业出版社, 2006.
LANG Dongsheng, ZHANG Wensheng, YUE Xingju, et al. Mud logging evaluation technology for water-flooded zone in oilfield development[M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 2006. [本文引用:1]
[7] 张枝焕, 王铁冠, 常象春. 不同含油级别储集层的地球化学特征[J]. 地质科技情报, 2002, 21(3): 48-54.
ZHANG Zhihuan, WANG Tieguan, CHANG Xiangchun. Geochemical characteristics of oil-bearing reservoir rocks with different oil-bearing level[J]. Geological Science and Technology Information, 2002, 21(3): 48-54. [本文引用:1]
[8] 李晓良, 王庆魁, 丁长新, 等. 水淹层地化评价技术应用[J]. 石油地球物理勘探, 2006, 41(增刊1): 100-104, 108.
LI Xiaoliang, WANG Qingkui, DING Changxin, et al. Application of geochemical evaluation technique in water-flooded zone[J]. Oil Geophysical Prospecting, 2006, 41(S1): 100-104, 108. [本文引用:1]
[9] 李玉桓, 李长宏, 曹革新. 建立 ϕD-SD水淹程度判别图板的理论依据和方法[J]. 录井技术, 2000, 11(1): 1-7.
LI Yuhuan, LI Changhong, CAO Gexin. The theoretical basis and method of establishing ϕD-SD water-flooded degree discriminant chart[J]. Mud Logging Technology, 2000, 11(1): 1-7. [本文引用:1]
[10] 丁莲花, 刘志勤, 翟庆龙. 岩石热解地球化学录井[M]. 东营: 石油大学出版社, 1993.
DING Lianhua, LIU Zhiqin, ZHAI Qinglong. Rock pyrolysis geochemical logging[M]. Dongying: University of Petroleum Press, 1993. [本文引用:1]
[11] 方锡贤. 岩石热解录井技术应用现状及发展思考[J]. 录井工程, 2018, 29(1): 4-8.
FANG Xixian. Application status and development thinking of rock pyrolysis logging technology[J]. Mud Logging Engineering, 2018, 29(1): 4-8. [本文引用:1]
[12] 李丰收. 最新石油录井关键技术应用手册[M]. 北京: 石油工业出版社, 2007: 96-113.
LI Fengshou. Updated application manual for key technologies of oil mud logging[M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 2007: 96-113. [本文引用:1]
[13] 邬立言, 张振苓, 黄子舰, 等. 地球化学录井[M]. 北京: 石油工业出版社, 2011: 1-22.
WU Liyan, ZHANG Zhenling, HUANG Zijian, et al. Geochemical logging[M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 2011: 1-22. [本文引用:1]