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焦香婷, 李邓玥, 孙伟勇, 王小成, 赵慧霞, 岳影, 张超. 热解气相色谱谱图形态数字化在滨海地区的应用[J]. 录井工程, 2020,31(S1): 24-28.
JIAO Xiangting, LI Dengyue, SUN Weiyong, WANG Xiaocheng, ZHAO Huixia, YUE Ying, ZHANG Chao. Application of digitization of pyrolysis gas chromatogram forms in Binhai Area[J]. Mud Logging Engineering, 2020,31(S1): 24-28.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2020.S1.005  
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热解气相色谱谱图形态数字化在滨海地区的应用
焦香婷①, 李邓玥①, 孙伟勇①, 王小成①, 赵慧霞①, 岳影①, 张超②
① 中国石油渤海钻探第一录井公司
② 中国石油大港油田分公司第一采油厂

作者简介：焦香婷 高级工程师,1969年生,1992年毕业于承德石油高等技术专科学校油田应用化学专业,2004年毕业于长江大学资源勘查工程专业,现在中国石油渤海钻探第一录井公司从事录井分析化验技术研究与管理工作。通信地址:300280 天津市滨海新区大港油田团结东路3号。电话:(022)25911829。E-mail:576342741@qq.com

摘要

热解气相色谱技术在烃源岩和储集层评价方面具有独特的优势,热解气相色谱谱图能通过其分布曲线展现岩样中烃类的全貌,反映出样品有机质丰度及其演化程度。对谱图形态的评价以往大多采用直观定性方法,受人为影响因素较多,没有定量化的参数,增加了智能评价的难度。通过对原始资料进行处理,采用拟合方法给出量化的形态因子,将谱图数字化。再利用谱图形态因子与热解气相色谱参数总峰面积以及岩石热解参数结合,建立了滨海地区解释图板,在实际井应用过程中解释符合率由原来的78.85%上升至82.69%,效果显著。

关键词: 热解气相色谱; 拟合; 形态因子; 数字化; 组合参数; 解释图板
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A
Application of digitization of pyrolysis gas chromatogram forms in Binhai Area
JIAO Xiangting①, LI Dengyue①, SUN Weiyong①, WANG Xiaocheng①, ZHAO Huixia①, YUE Ying①, ZHANG Chao②
① No.1 Mud Logging Company,BHDC,CNPC,Tianjin 300280,China
② No.1 Oil Production Plant of petroChina Dagang Oilfield Company,Tianjin 300280,China
Abstract

Pyrolysis gas chromatography has unique advantages in the evaluation of source rocks and reservoirs. The pyrolysis gas chromatogram can reveal the full view of the hydrocarbons in rock samples through its distribution curve,reflecting the abundance of organic matter and its evolution degree. In the past,most of the evaluation of spectrogram forms used visual qualitative methods,which were affected by human factors,and there were no quantitative parameters,increasing the difficulty of intelligent evaluation. By processing the original data,the fitting method was used to give quantitative morphological factors and digitize the spectrum. With the combination of spectrum form factors and the total peak area of pyrolysis gas chromatographic parameters and the rock pyrolysis parameters,an interpretation chart of Binhai Area was established. The effect was remarkable in actual well application with the interpretation coincidence rate increased from 78.85% to 82.69%.

Keyword: pyrolysis gas chromatogram; fitting; morphological factors; digitization; combination parameter; interpretation chart
0 引言

热解气相色谱录井技术在石油勘探开发中应用越来越广泛, 在有机质演化程度以及原油性质、油水层评价等方面的作用越来越明显。热解气相色谱进行油水层解释评价主要是应用谱图形态、响应值等进行定性判断[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]。但是根据谱图特征进行判断, 受人为影响因素较多, 因而需要将谱图进行数字化处理, 给出直接判别数据, 用这些数据与表征含油性的参数建立解释评价图板, 同时与能够进行定量评价的岩石热解参数结合评价, 解释结果会更加准确。

本文从热解气相色谱技术的原理入手, 采用数学方法对谱图形状进行量化表征, 总结了与热解气相色谱参数总峰面积以及与岩石热解参数之间的规律特征, 建立了相关的解释评价图板, 并在实际井应用中取得了较好的效果。

1 热解气相色谱录井原理及谱图意义
1.1 热解气相色谱录井原理

石油是复杂的多组分混合物, 包含烃类、胶质、沥青质, 其中烃类主要包括烷烃、环烷烃和芳香烃。不同的烃类具有不同的沸点, 热解气相色谱就是根据烃类的沸点来设计加热温度, 在载气的吹扫下通过升温把岩石中所含原油蒸发为气态后进行测定。由于不同的温度蒸发出不同的烃组分, 经过毛细色谱柱将其进行分离, 可以检测到nC8-nC40之间的正构烷烃含量。随着温度的升高, 原油中较重烃类会裂解为轻烃或烯烃, 导致分析的烃类组分失真, 因此热解气相色谱分析温度必须控制在350℃以下。

1.2 热解气相色谱谱图意义

热解气相色谱谱图即碳数的分布曲线, 就是最低到最高碳数的容量峰的分布形态。通过热解气相色谱分析参数碳数范围、主峰碳以及组分的分布曲线, 可以了解岩样中烃类的全貌, 能够反映样品有机质丰度及其演化程度。热解气相色谱谱图碳数范围广, 响应值高表明含油性好, 若低碳数组分含量高表明油质较轻, 若高碳数组分含量高表明油质偏重。如果热解气相色谱谱图为一直线, 则无油气显示。

样品的热解气相色谱图形态能充分反映其特性, 可表征谱图形态的参数有主峰碳、碳数范围、正构烷烃百分含量等[8]。

2 热解气相色谱谱图数字化计算方法

要实现谱图的定量化解释, 就要获取代表图形的定量化参数[9]。热解气相色谱谱图形态表征参数较多, 应用起来非常不便, 为了将这些参数的规律性用一个参数形态因子表示出来, 采取函数拟合的方法。

2.1 形态因子的确定和计算

从数学的角度来看, 热解气相色谱谱图整体或部分符合指数函数y=y0 ek(x-x0)2和二次函数y-y0=a(x-x0)2的特征。进行函数拟合时, 因为所用仪器不同, 分析时间有差异, 所以选取碳数为横坐标; 峰面积数值差异比较大, 各个碳组分的质量分数可以体现图形信息, 基本图形和色谱图具有相似性, 因此选取质量分数为纵坐标[10]。通过拟合软件对坐标系进行拟合, 可以得到原始图形以及所需要的参数, 本文采用高斯函数拟合的方法。

高斯函数是对数据点集进行函数逼近的拟合方法, 其优点在于计算积分十分简单快捷, 在很多领域都有应用。本文采用origin拟合软件通过GaussAmp函数进行拟合, 拟合后示例见图1。

图1 拟合后示例图

图中A对应谱图的峰高, FWHW为半峰宽, 2W= FWHWln(4), xc为峰的中心。

以热解气相色谱分析的碳数为横坐标, 以质量分数为纵坐标进行拟合, 得到表现色谱图形态的参数值, 拟合后表征结果见图2。从图2可以看出:拟合后曲线(红色线)和热解气相色谱原始谱图形态(黑色线)吻合程度较高, 因此可以采用拟合方法来表征谱图形态。

图2 拟合后表征结果

用函数y=y0+A e(x-xc)22W2对拟合曲线进行表征(式中A、W分别对应谱图的峰高和峰宽, xc对应峰中心碳数), 通过这几个参数可得到代表谱图形态的形态因子F, 计算公式为F= WAxc1000。

2.2 不同性质原油形态因子及其拟合曲线特征

将不同性质原油的分析谱图进行拟合, 得到谱图的形态因子及拟合曲线特征(表1)。

表1 谱图形态因子及拟合曲线特征

由表1中可以看出:样品轻组分越多、主峰碳越小, 则形态因子的值越小, 该参数能充分表征样品色谱图的几何轮廓。

3 热解气相色谱分析资料的应用
3.1 建立解释图板

形态因子反映热解气相色谱谱图形态, 为利用形态因子对储集层进行解释评价, 就要与反映含油信息的参数相结合建立解释图板。

3.1.1 形态因子与热解气相色谱总峰面积解释图板

通过对热解气相色谱参数进行优选, 选择反映谱图形态的形态因子F与反映含油信息的总峰面积作为建立图板的参数, 并结合该地区试油资料建立了滨海地区沙河街组的解释评价图板(图3)。

图3 滨海地区沙河街组热解气相色谱F与总峰面积解释图板

通过该图板可以看出, 采用热解气相色谱形态因子F与总峰面积可以有效划分油层和水层, 但仍有交叉部分。

3.1.2 形态因子与岩石热解参数解释图板

热解气相色谱分析的各个组分含量是相对百分含量, 因此将其与定量化分析的岩石热解技术相结合, 更能反映地层的真实情况。对岩石热解参数进行分析, 优选出岩石热解含油指数POD(Pg和LHI的乘积)。POD反映含油性好坏, POD越高含油性越好, 可产出的油越多。将反映热解气相色谱谱图的形态因子F与POD分别作为横、纵坐标, 结合试油资料建立滨海地区沙河街组的解释评价图板(图4)。

图4 滨海地区热解气相色谱F与岩石热解POD解释图板

通过图板可以看出, 采用热解气相色谱形态因子F与岩石热解含油指数POD可以有效划分油层和水层, 与岩石热解气相色谱形态因子F与总峰面积的图板相比, 热解气相色谱与岩石热解两项技术相结合建立的解释图板效果更好。

3.2 实例分析

根据建立的解释图板, 在大港油田滨海地区进行了实际应用, 截至2019年底, 共应用了14口井, 试油52层, 符合43层, 解释符合率由原来的78.85%上升至82.69%。B 105X1井是一口评价井, 位于滨海地区GS 1604区块高部位, 钻探目的是评价GS 1604区块高部位沙一段含油气情况。

3.2.1 油层

该井沙一段录井井段3 920~3 925 m, 岩屑岩性为油斑细砂岩, 气测全烃最高值为3.75%。由该段录井剖面图(图5)可见, 录井解释57号层气测参数落在气测解释图板中油水同层位置。

图5 B 105X1井井段3 920~3 925 m录井剖面图

该段岩石热解和热解气相色谱分析表明, 直观上判断油层特征明显, 分析数据落在F与总峰面积、F与POD解释图板中油层的位置(图3、图4)。

通过以上资料分析, 单纯从气测数据来看, 落在了油水同层位置, 但是岩石热解和热解气相色谱分析数据及谱图含油特征明显, 落在了解释图板中油层位置。因此, 该层综合解释为油层, 该段试油, 产油5.88 t/d, 油层, 与试油结论相吻合。

3.2.2 水层

该井沙一段录井井段4 069.7~4 073.5 m, 井壁取心岩性为褐灰色油斑细砂岩, 气测全烃最高值为4.32%, 由录井剖面图(图6)可见, 65号层气测参数落在气测解释图板中油层和低产油层位置。

图6 B 105X1井井段4 069.7~4 073.5 m录井剖面图

该段岩石热解和热解气相色谱分析表明, 尽管直观上判断有油层特征, 但是分析数据落在F与总峰面积、F与POD解释图板中的位置存在差异性(图3、图4)。

通过上面资料分析, 气测数据落在了油层位置, 岩石热解和热解气相色谱分析谱图含油特征明显, 热解气相色谱形态因子F与总峰面积图板中有两个点落在了油层区, 其余点落在了水层区, 而热解气相色谱形态因子F与岩石热解POD图板中数据点全部落在了水层区域, 热解气相色谱形态因子F与岩石热解含油指数POD图板更能代表地层的真实情况, 该段进行了试油, 产水1.33 t/d, 水层。热解气相色谱形态因子F与岩石热解含油指数POD解释结果与试油结论相吻合。

4 结论

本文通过对热解气相色谱分析谱图的研究, 确定了谱图形态因子的计算方法, 使热解气相色谱技术由定性解释转变为数字化定量评价, 同时将热解气相色谱与岩石热解两项技术进行了融合, 建立了热解气相色谱形态因子F与岩石热解含油指数POD的解释图板, 提高了解释精度, 使解释符合率由78.85%上升至82.69%。在滨海地区的应用过程中, 效果显著, 一定程度上提高了含水评价的能力, 为试油以及后期开采提供了更精确的数据, 进一步提升了岩石热解及热解气相色谱技术在油田勘探开发中的地位。

(编辑 王丽娟)

参考文献
[1] 李芳, 邹筱春. 利用Pr、Ph判断储集层性质的解释评价方法[J]. 录井工程, 2012, 23(1): 30-33.
LI Fang, ZOU Xiaochun. Interpretation and evaluation method for determining reservoir properties by Pr and Ph[J]. Mud Logging Engineering, 2012, 23(1): 30-33. [本文引用:1]
[2] 张新新. 一种新的地化参数交汇图版的建立与应用——以尼日尔Agadem地区的应用为例[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2019, 39(1): 44-50.
ZHANG Xinxin. Establishment and application of a new geochemical cross chart: A case study in Agadem Block, Niger[J]. Journal of Liaoning University of Petroleum & Chemical Technology, 2019, 39(1): 44-50. [本文引用:1]
[3] 宋义民, 李毅, 纪伟, 等. 马西洼槽两种不同油源油层的解释与评价[J]. 录井工程, 2013, 24(2): 49-53.
SONG Yimin, LI Yi, JI Wei, et al. Interpretation and evaluation of two different oil source reservoirs in Maxi Depression[J]. Mud Logging Engineering, 2013, 24(2): 49-53. [本文引用:1]
[4] 李忠梅, 许名文, 袁淑琴, 等. 埕北低断阶沙二段原油特性及油源分析[J]. 海洋石油, 2014, 34(3): 46-50.
LI Zhongmei, XU Mingwen, YUAN Shuqin, et al. Analysis of crude oil characteristics and oil-source correlation of the Sha-2 member of Shahejie Formation in the Chengbei Low Step Fault[J]. Offshore Oil, 2014, 34(3): 46-50. [本文引用:1]
[5] 刘强国, 朱清祥. 录井方法与原理[M]. 北京: 石油工业出版社, 2011.
LIU Qiangguo, ZHU Qingxiang. Mud logging methods and principles[M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 2011. [本文引用:1]
[6] 赵淑英. 饱和烃气相色谱图形表征处理方法及含水性评价指数的求取[J]. 录井工程, 2011, 22(1): 1-4, 31.
ZHAO Shuying. Processing method of saturated hydrocarbon gas chromatographic graphics and the calculation of water bearing evaluation index[J]. Mud Logging Engineering, 2011, 22(1): 1-4, 31. [本文引用:1]
[7] 李成军, 杨光照, 关有义, 等. 录井技术与油气层综合解释评价[M]. 北京: 石油工业出版社, 2011.
LI Chengjun, YANG Guangzhao, GUAN Youyi, et al. Mud logging technology and comprehensive interpretation and evaluation of oil and gas reservoirs[M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 2011. [本文引用:1]
[8] 李荣. 提高地化录井现场解释准确性的方法探讨[J]. 录井工程, 2003, 14(4): 29-32, 51.
LI Rong. Discussion on the method of improving the field interpretation accuracy of geochemical logging[J]. Mud Logging Engineering, 2003, 14(4): 29-32, 51. [本文引用:1]
[9] 陈世明, 张凤荣, 罗琳, 等. 海塔盆地饱和烃气相色谱资料解释标准的建立及应用[J]. 大庆石油地质与开发, 2010, 29(6): 55-58.
CHEN Shiming, ZHANG Fengrong, LUO Lin, et al. Interpretation stand ard for gas chromatography data of saturated hydrocarbon and its application in Hailar-Tamtsag Basin[J]. Petroleum Geology and Oilfield Development in Daqing, 2010, 29(6): 55-58. [本文引用:1]
[10] 姜宗恩. 饱和烃、轻烃气相色谱数据处理及应用[D]. 杭州: 浙江大学, 2010.
JIANG Zongen. Data treating and application for satisfied-hight hydrocarbon gas chromatography[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2010. [本文引用:1]