基于气测全烃影响机理的气测全烃修正方法

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彭泽阳, 张永贵, 龙胜祥, 卢婷, 王濡岳. 基于气测全烃影响机理的气测全烃修正方法[J]. 录井工程, 2021,32(1): 17-21.
PENG Zeyang, ZHANG Yonggui, LONG Shengxiang, LU Ting, WANG Ruyue. A correction method for total hydrocarbon in gas logging based on the influence mechanism of total hydrocarbon in gas logging[J]. Mud Logging Engineering, 2021,32(1): 17-21.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2021.01.004 复制到剪切板

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基于气测全烃影响机理的气测全烃修正方法

彭泽阳^①^②, 张永贵^①^②, 龙胜祥^①^②, 卢婷^①^②, 王濡岳^①^②

①中国石化石油勘探开发研究院

②页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室

作者简介：彭泽阳博士后,副研究员,1991年生,毕业于中国石油大学(北京),现在中国石化石油勘探开发研究院工作。通信地址:100083 北京市海淀区北四环中路263号中国石化石油勘探开发研究院。电话:13718270328。E-mail:pengzy0328@sina.com

收稿日期: 2020-11-06

基金: 国家科技重大专项“彭水地区常压页岩气勘探开发示范工程”子课题“彭水地区常压页岩气勘探开发示范工程”(编号:2016ZX05061-001); 国家自然科学基金项目“四川盆地五峰组-龙马溪组页岩气储层演化机理及评价方法”(编号:41872124)

摘要

在井场生产作业过程中,气测全烃参数所受主客观影响因素较多,测量值在实际应用中误差很大,导致其在解释评价中功用受限。为了解决这个问题,提高气测全烃参数预测的可靠性,针对不同气体来源的各种影响因素,分析气测全烃的主要影响因素及其与气测全烃之间的相互关系,建立了气测全烃修正方法和数据点优化方法,并基于实用性对其进行简化,最终形成一套适应性广泛、操作简便的气测全烃修正方法。所建立的方法在涪陵页岩气主体区取得了很好的应用效果,为评价储集层含气性提供了新的方法和手段。

关键词: 气测录井; 全烃; 修正方法; 数据点优化

中图分类号:TE132.1 文献标志码:A

A correction method for total hydrocarbon in gas logging based on the influence mechanism of total hydrocarbon in gas logging

PENG Zeyang^①^②, ZHANG Yonggui^①^②, LONG Shengxiang^①^②, LU Ting^①^②, WANG Ruyue^①^②

①Sinopec Petroleum Exploration and Production Research Institute,Beijing 100083,China

②State Key Laboratory of Shale Oil & Gas Enrichment Mechanisms and Effective Development,Beijing 100083,China

Abstract

Many subjective and objective factors affect the parameters of total hydrocarbon in gas logging in the production on well site,and the measured value has a large error in actual application,which limits its function in interpretation and evaluation. To solve this problem and improve the reliability of predicting the parameters of total hydrocarbon in gas logging,various influencing factors of different gas sources are used to analyze the main influencing factors of total hydrocarbon in gas logging and their relationship with total hydrocarbon in gas logging. Correction method and data point optimization method of total hydrocarbon in gas logging are established and simplified based on practicability. Finally a set of correction methods for total hydrocarbon in gas logging with wide adaptability and simple operation are formed,which achieve good application effect in the main shale gas area in Fuling,providing a new method for evaluating the gas-bearing of reservoirs.

Keyword: gas logging; total hydrocarbon; correction method; data point optimization

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0 引言

在油气资源开发的过程中, 录井资料不仅是对前期地质认识的一个验证和修正依据, 还可以在开发周期较短、经济要求较高时, 对于没有进行或没有来得及进行测井、室内实验等高精度储集层描述工作的生产井和储集层进行快速的初步认识。其中, 气测全烃录井更是判别储集层是否含气及含气多少的重要录井参数之一^{[1, 2, 3, 4, 5]}。

然而, 在实际生产过程中, 由于气测全烃参数所受主客观影响因素较多, 测量值在实际应用中误差很大, 导致其在油气层解释评价中功用受限。针对气测全烃标准化和定量化的研究有很多, 但更多的是人为地将气测全烃的影响因素(例如钻井参数、钻井液参数等)采用比值或系数的方式对气测全烃进行修正, 其校正结果理论性较弱, 应用局限性较强, 可信度存在偏差, 最终获取的经验公式往往仅适用于研究区块, 很难推广应用于全部储集层。

本文从气测全烃影响因素的影响机理出发, 分析各影响参数对气测全烃的影响规律, 进而获得适用于全部储集层的气测全烃修正方法, 再通过涪陵气田已有的生产资料, 按照气测全烃修正方法建立简化后的气测全烃修正方程。

1 气测全烃现有修正方法

常见的修正方法包括系数比值法、体积校正法、标准化校正法和异常点去除法等。

(1)系数比值法:通过机理研究和现场生产资料统计, 总结出影响气测全烃测试的主要因素, 并将各因素与平均值的比值作为修正系数, 例如宋昌顺等^[6]通过统计鄂北地区现场生产井资料, 建立气测全烃修正公式。该方法从统计学出发, 准确性取决于气测全烃机理研究时参数的准确性、统计井数目及是否有代表性, 由于实际参数与平均数间可能存在几倍的差异, 简单的采用比值进行修正, 会导致校正后的全烃值过大或过小。通常人为地对变化过大参数采用根号或三次根号缩小修正后的结果, 统计所获得的规律大多适应于研究区块内, 很难推广应用于其他区块。

(2)体积校正法:主要考虑到正常钻进时的钻头与取心钻井时钻头尺寸存在差异, 由此会导致取心段的气测测量不准, 因此针对破碎岩石体积差异对气测全烃进行修正。例如吴文明等^[7]和曹凤俊^[8]认为钻头直径和钻时是影响气测全烃数值的主要因素, 需要通过破碎岩石体积进行校正。该方法额外考虑了钻进过程中取心作业的影响, 但对各井间其他参数差异并未展开研究, 因此通常作为气测全烃校正过程的一部分, 不能单独使用。

(3)标准化校正法:认为单井在有限井段(150 m左右)内, 外部因素变化不大, 影响因素可以忽略或看成近似相同, 因此可以通过任意两点全烃的比值消除外部因素, 主要反映含气性差异, 赵全国等^[9]利用该方法研究苏里格气田气测全烃的变化, 获得了良好的效果。但该方法要求研究区块各井的主要生产段工程因素相近, 才能通过比值消除外部因素, 对于区块较大、工程工艺复杂的气藏而言难度较大。

(4)异常点去除法:从气测全烃数据异常点入手, 认为需要剔除下钻、接单根、停泵、取心等工程措施造成的规律性数据异常点, 同时需要考虑压差对气测全烃的影响^[10], 但文献仅定性描述了修正过程中需要考虑的因素, 并无定量的修正公式, 因此尽管文献介绍取得了很好的应用效果, 但很难推广应用。

综上所述, 这些气测全烃修正方法虽然可以很好地解决研究区块气测全烃的异常现象, 但对气测全烃的影响因素没有深入研究, 更多的是从统计角度归纳气测全烃的修正方程, 使得这些方法在推广到其他区块时计算误差较大。因此, 需要从气测全烃各参数的影响机理出发, 建立气测全烃修正方法。

2 气测全烃影响因素研究

录井作业中, 采集到的所有数据都会受到施工环境、钻井工况、采集设备等外部因素的影响, 气测录井也不例外, 由于气测录井实际采集的是单位时间内脱气器脱出单位钻井液中气体的烃类含量, 并不能直接反映岩石中气体含量多少^{[11, 12]}, 若要用气测录井数据对地层岩性以及储集层中流体性质的变化做出判断, 必须了解这些参数质量如何、是否可信、受到哪些因素影响、如何剔除这些影响, 同时对相应异常值进行剔除, 才能充分发挥气测录井作用。从气测全烃的来源进行分类, 可以将测试全烃含量分为“ 破碎气” 和“ 扩散气” , 前者是指钻头破碎体积岩样中所含的所有气, 后者是指从周边岩石中由于压差和浓度差扩散渗流进入破碎体积的气体^[13]。因此, 可以通过具体分析这两类气体含量的影响因素进而获得气测全烃的影响因素。

2.1 破碎气含量影响因素

除了地层岩石原本气体含量之外, 决定破碎气含量的主要因素是破碎岩石体积, 根据破碎岩石体积与工程参数之间的关系可以得出, 破碎气含量与钻头直径成正比, 与钻时成反比。

2.2 扩散气含量影响因素

除了地层岩石原本气体含量和岩石本身性质外, 决定扩散气含量的主要因素是井筒中流体的流速和流体的性质, 对于流速而言, 对钻井液中气体浓度主要起到稀释作用, 即流速越快, 携带同样气体的液体越多, 测试出的气体浓度越低, 因此流速/流量与气测全烃成反比关系。而扩散过程非常复杂, 很难用某一公式进行总结, 通常采用实验进行规律总结。通过调研现有的研究结果^{[13, 14, 15]}, 发现密度对全烃测定值的影响存在先反比后正比的趋势, 且临界点一般为1.2 g/cm³左右, 而粘度对全烃测定值的影响与密度息息相关, 且关系复杂, 但总体呈现密度越高, 影响程度越低的趋势, 可近似认为粘度与全烃成正比关系或对数关系。

3 气测全烃修正方法研究

3.1 全烃修正公式研究

气测全烃所测试的气为破碎岩石中所含的总气量与破碎后周边岩石扩散/渗流而来的气量之和, 因此最终获得的修正公式如下:

T_g校= $\frac{(a {\bar{D}}^{2} t + bQ + f (\bar{ρ}) + g (\bar{μ})}{a D^{2} \bar{t} + b \bar{Q} + f (ρ) + g (μ)}$ T_g测(1)

式中:T_g校为校正后的全烃值, %; T_g测为测试气测全烃, %; D为钻头直径, mm; $\bar{D}$ 为研究区块平均钻头直径, mm; t为钻时, min/m; $\bar{t}$ 为研究区块平均钻时, min/m; Q为泵排量, L/s; $\bar{Q}$ 为研究区块平均泵排量, L/s; f(ρ )和f( $\bar{ρ}$ )分别为钻井液密度和研究区块平均钻井液密度相关函数; g(μ )和g( $\bar{μ}$ )分别为钻井液粘度和研究区块平均钻井液粘度相关函数; a、b为修正系数。其中, 密度ρ 和粘度μ 的修正关系(平方、对数、指数等)由实际储集层的统计规律决定。

结合气测全烃影响因素分析结果与涪陵区块统计结果, 选取密度影响方程为二项式(考虑到密度与全烃先反比后正比的趋势), 粘度影响方程为对数, 由此获得适合于涪陵区块的气测全烃修正方程:

T_g校= $\frac{a {\bar{D}}^{2} t + bQ + c {\bar{ρ}}^{2} + d \bar{ρ} + e \ln \bar{μ} + f}{a D^{2} \bar{t} + b \bar{Q} + c ρ^{2} + dρ + e \ln μ + f}$ T_g测(2)

式中:a、b、c、d、e、f为拟合系数。

综合考虑影响因素修正公式非常复杂, 且修正参数较多, 拟合难度大。考虑到气测全烃修正的结果是为了定性对比不同区域、不同小层的含气能力, 而不是定量比较各区块差异的大小和数值。因此参考系数比值法, 将修正公式简化为各个影响因素与平均值的比值乘积的形式。其中, 考虑到涪陵区块钻井液密度普遍大于1.2 g/cm³, 此时密度对全烃的影响可以从二项式简化为正比关系:

T_g校= $\frac{{\bar{D}}^{2} tQ \bar{ρ} \ln \bar{μ}}{D^{2} \bar{t} \bar{Q} ρ \ln μ}$ T_g测(3)

类似于比值法, 校正后的全烃值可能过大或过小, 同样的人为对变化过大参数采用根号或三次根号缩小差异。与原有的比值法相比, 该方法充分考虑了气测全烃的各影响因素, 额外考虑了钻井液密度ρ 和粘度μ 对气测全烃的影响。同时在引入比值时考虑了各参数与气测全烃间的具体关系, 例如对于影响气测全烃数值最强的钻时, 将比值改为反比关系t/ $\bar{t}$ , 而不是 $\sqrt[]{t / \bar{t}}$ 。

3.2 数据点优化方法研究

在测试过程中, 受到测试设备和测试方法的影响, 势必会存在测试异常点, 除了常用的剔除下钻、接单根、停泵、取心等工程措施造成的规律性数据异常点外, 为了尽可能地消除这些点对统计结果的影响, 利用统计学理论, 认为测试数值范围为:平均值± 2倍方差。对于测试数值大于该范围的, 可以认为是异常点进行删除。同时, 对于测试数据剧烈波动区域, 认为此时测量精度存在误差, 应对数据点采取平滑化处理, 消除波动, 此处采用常用的“ 七点线性平滑” , 即取相邻五点的平均数作为该点实际数值。

最终, 通过计算修正全烃和进行处理后的单井全烃将更能代表实际储集层的含气特征, 如图1所示。

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	图1 某井气测全烃计算及修正结果

4 修正方法适应性研究

选取涪陵主体区块井, 考虑到区块各井钻头直径和泵排量基本一致, 将全烃修正公式简化如下:

T_g校= $\frac{t \bar{ρ} \ln \bar{μ}}{\bar{t} ρ \ln μ}$ T_g测(4)

为尽可能避免其他工程误差对全烃修正的影响, 选取邻井针对主力层系气测全烃进行研究。分别对比原全烃(原始测试数据)、现有气测全烃修正方法(以比值法为例)、新提出的气测全烃修正方法与测试产量之间的关系, 对比结果如图2所示。从图中可以看出, 当选择数据点较少, 且尽可能保证其他参数一致时, 明显看出采用新的修正方法显著优化了全烃与测试产量的相互关系, 即修正后的气测全烃更具有可靠性。

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	图2 全烃与测试产量相关性对比

基于新的气测全烃修正公式, 计算整个区块上部未开发且地质资料缺失的⑥-⑨小层气测全烃平均值分布, 并与上部层系试验井产能进行对比, 产能以位于井轨迹中圆点的颜色表示(图3)。可以看出, 上部气层测试井产量与修正后的气测全烃大小呈良好的正相关关系, 进一步证明修正后的气测全烃具有可靠性, 可以用于指导上部层系试验井的布置。

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	图3 新气测全烃修正方法与上部气层测试产量相关性对比

5 结论

通过理论分析和文献调研, 首先根据全烃来源将气测全烃分为了破碎气含量和扩散气含量两类, 并根据影响机理分别确定了影响破碎气含量和影响扩散气含量的各参数对全烃的具体影响规律, 其中钻头直径、密度大于1.2 g/cm³时的钻井液密度与气测全烃成正比; 钻时、流速、密度小于1.2 g/cm³时的钻井液密度与气测全烃成反比; 密度大于1.2 g/cm³时的钻井液粘度与气测全烃成正比或对数关系。基于此, 建立了新的气测全烃校正方法, 并根据实用性对其进行简化。

通过对研究区块相关参数的统计, 去除区块整体保持不变或基本不变的参数, 剔除各参数中的异常点, 对剩余数据进行平滑化处理, 并利用气测全烃修正公式对各井各深度的气测全烃数值进行修正。由此获得的修正后的气测全烃考虑影响因素更全, 计算结果能够更好地反映储集层的含气能力。

编辑陈娟

参考文献

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