引用本文
徐哲, 倪有利, 王宇, 杜鹏, 吐洪江, 李晗. 油基钻井液条件下页岩油储层岩石热解参数校正方法[J]. 录井工程, 2022,33(4): 41-46.
XU Zhe, NI Youli, WANG Yu, DU Peng, TU Hongjiang, LI Han. A method for calibrating pyrolysis parameters of shale oil reservoirs under the condition of oil-based drilling fluid[J]. Mud Logging Engineering, 2022,33(4): 41-46.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2022.04.008  
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油基钻井液条件下页岩油储层岩石热解参数校正方法
徐哲①②, 倪有利①②, 王宇①②, 杜鹏①②, 吐洪江①②, 李晗①②
①中国石油录井技术研发中心
②中国石油长城钻探工程有限公司录井公司

作者简介：徐哲 助理工程师,1991年生,2014年毕业于辽宁石油化工大学石油工程专业,现在中国石油录井技术研发中心、长城钻探录井公司解释评价中心从事解释评价工作。通信地址：124010 辽宁省盘锦市兴隆台区石油大街77号。电话：18642789008。E-mail：xuzhe.gwdc@cnpc.com.cn

收稿日期: 2022-10-27
摘要

辽河油田页岩油的钻探主要在油基钻井液条件下进行,主要采用白油作为钻井液油基,这对以岩屑、岩心为分析对象的岩石热解参数 S1值影响较大,增加了真实反映储层含油性变化特征和辨识真假油气显示的难度。为了完善在油基钻井液条件下页岩油储层勘探开发的录井含油性评价方法,将岩石热解与热解气相色谱两项技术相互结合形成优势互补,通过Pearson函数关联分析和色谱图形态拟合方法,对地化录井参数的价值进行深入挖掘,建立了一套适用于辽河油田页岩油储层岩石热解参数 S1和TOC校正的新方法,为钻井液混油或加入有机添加剂钻井条件下的真假油气显示识别和油气层评价提供了科学依据。

关键词: 油基钻井液; 页岩油; 岩石热解; 参数校正; 热解气相色谱
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A
A method for calibrating pyrolysis parameters of shale oil reservoirs under the condition of oil-based drilling fluid
XU Zhe①②, NI Youli①②, WANG Yu①②, DU Peng①②, TU Hongjiang①②, LI Han①②
①CNPC Mud logging Technology Research & Development Center, Panjin, Liaoning 124010, China
②GWDC Mud Logging Company, CNPC, Panjin, Liaoning 124010, China
Abstract

The drilling of Liaohe Oilfield shale oil is mainly carried out under the condition of oil-based drilling fluid.white oil is mainly used as the oil-based drilling fluid and has a great influence on the value of rock pyrolysis parameters S1 based on cuttings and cores. It adds difficulties in reflecting the oil-bearing variation characteristics of the reservoir and identifying true and false oil and gas displays of shale oil caused by oil-based drilling fluid. The influence of drilling fluid on geochemical logging after adding white oil was analyzed, and the combination of rock pyrolysis and pyrolysis gas chromatography formed complementary advantages. The value of geochemical logging parameters was deeply excavated, and a set of methods suitable for the calibration of pyrolysis parameters S1 and TOC in Liaohe Oilfield shale oil reservoirs was established through the Pearson function correlation analysis and chromatogram shape fitting method. The mud logging oil-bearing evaluation method for the exploration and development of shale oil reservoirs under the condition of oil-based drilling fluids has been improved. It provides a scientific basis for the identification of true and false oil and gas shows and the evaluation of oil and gas layers under the drilling conditions of drilling fluid mixed with oil or adding organic additives.

Keyword: oil-based drilling fluid; shale oil; rock pyrolysis; parameter correction; pyrolysis gas chromatography
0 引言

页岩油是指以页岩为主的页岩层系中所含的石油资源, 其中包括泥页岩孔隙和裂缝中的石油, 也包括泥页岩层系中致密碳酸岩或碎屑岩邻层和夹层中的石油资源。页岩油气有效的开发方式通常为水平井和分段压裂技术, 然而页岩、泥岩吸水易膨胀, 导致井壁失稳出现起下钻划眼、遇阻频繁等问题[1, 2, 3, 4]。为保障井壁的稳定与润滑, 页岩油的钻探主要在油基钻井液条件下进行。地化录井技术是页岩油储层最主要的含油性评价录井技术, 然而油基钻井液主要采用白油作为油基, 其不但对常规录井作业中岩屑清洗、荧光识别、气测录井等具有一定的干扰, 造成真假显示区分困难, 也会对储层岩石热解分析结果产生一定影响, 尤其是以岩屑、岩心为分析对象的岩石热解参数S1值, 易受油基钻井液有机溶剂的污染, 往往导致关键评价参数严重失真, 无法真实反映储层的含油性变化特征, 给页岩油储层含油性评价带来较大的挑战[5, 6, 7]。

本文以辽河油田页岩油储层为例, 针对油基钻井液污染导致的含油性评价困难这一问题, 开展地化录井技术响应特征研究, 对岩石热解S1值进行校正。通过研究发现地化录井技术中的热解气相色谱谱图峰面积与S1值之间具有较好的相关性, 在此基础上利用相关性分析进行参数优选, 建立钻井液污染条件下储层含油性校正模型, 利于提高油基钻井液条件下油气层识别与含油性评价的时效性和准确性, 为钻井现场快速科学决策提供依据。

1 油基钻井液对地化录井技术的影响

通过对研究区水基钻井液和油基钻井液条件下S0、S1、S2、Pg等岩石热解参数对比发现, 在油基钻井液环境下, 储层岩石热解分析S0值相对水基钻井液环境有所增加, 但由于影响因素多, 规律性不明显; 在油基钻井液环境下S1值明显高于水基钻井液环境下的S1值, 其升高幅度受储层物性、含油气性、钻井液与地层压差、岩屑浸泡时间、岩屑污染程度等多种因素影响; S2值在油基钻井液和水基钻井液环境下无规律变化; 在油基钻井液环境下由于受S1值升高影响, Pg值也大幅增加[8, 9, 10]。

在水基钻井液条件下, 各储层热解气相色谱分析数据中主峰碳分布范围较广, C10-C33的烃类组分均有分布; 在油基钻井液条件下, 主要采用白油作为油基, 白油的主要成分为C12-C20的烃类组分。通过开展大量的岩石热解实验分析, 认为在井筒高温条件下, 白油具有极高S1值的特征; 通过热解气相色谱响应特征进行分析认为, 白油热解气相色谱谱图呈现前峰隆起型特征, 对C10-C20之间的饱和烃组分影响很大, 对C20以后的饱和烃组分基本无影响, 即仅对S1有影响, 对S0、S2、S4影响不大（表1、图1、图2）。

表1 岩石热解参数对应碳数范围

图1 SG 169-4井（水基钻井液）热解气相色谱谱图

图2 SY 1井（油基钻井液）热解气相色谱谱图

2 地化录井技术含油性校正方法

与水基钻井液相比, 油基钻井液条件下岩石热解评价参数与热解气相色谱谱图响应特征有明显的区别, 故针对水基钻井液的解释评价标准不适用于油基钻井液。本文针对油基钻井液给地化录井技术带来的影响, 建立了一套恢复岩石热解参数S1值和TOC的含油性校正的方法, 以满足在油基钻井液条件下页岩油储层勘探开发的需求。

2.1 关键参数优选

岩石热解方法的定量化程度高, 但是识别污染难, 热解气相色谱谱图识别钻井液污染具有优势, 但是偏定性, 因此将两项技术相互结合实现优势互补。由于白油对C20以后的组分基本无影响, 以大民屯地区SH 301D井为例, 应用未受油基钻井液影响的导眼井岩心及岩屑岩石热解及热解气相色谱数据, 通过Pearson函数关联分析, 分别计算C20之后不同碳数范围的热解气相色谱谱图峰面积与S1值之间的相关性, 发现C21-C25范围的热解气相色谱谱图峰面积与S1值的相关性最好。因此, 本文将C21-C25范围的热解气相色谱谱图峰面积作为校正S1值的关键参数。

2.2 油基钻井液条件下岩石热解S1值校正方法

如上所述, 对大民屯地区SH 301D井在导眼井未受油基钻井液污染的情况下, 优选C21-C25范围的热解气相色谱谱图峰面积（M）作为关键参数（表2）, 与岩石热解参数S1值建立线性回归关系, 并拟合形成S1反演模型。

表2 岩石热解S1值反演数据（节选）

第一步：选取热解气相色谱参数C21-C25峰面积作为模型自变量, 应用Pearson函数数学算法, 开展C21-C25峰面积与S1值之间的相关性分析, 其相关系数r为0.951 8。

第二步：应用线性拟合法, 进行多重数据之间的收敛分析, 建立热解气相色谱C21-C25峰面积（M）反演岩石热解参数S1值的公式（图3）, 得到大民屯地区地化反演模型如下：

S1校＝0.1638M+0.8365

图3 岩石热解参数S1值反演模型

第三步：应用总有机碳含量计算公式, 可以得到油基钻井液条件下页岩油储层TOC校正模型如下：

TOC校＝0.083（S0+S1校+S2）+0.1S4

将水基钻井液导眼井S1、TOC实测值（TOC）, 分别与油基钻井液水平井相对应垂深的S1校正值（ S1校）、TOC校正值（TOC校）进行对比, S1与S1校绝对误差平均为0.47 mg/g, TOC与TOC校绝对误差平均为0.04%, 误差均较小。分别对两种参数原始值和校正值进行相关性分析, 油页岩实测S1与S1校的相关系数为0.949 6, 油页岩实测TOC与TOC校的相关系数为0.999 9, 反映该方法实用性较强（图4、图5、表3）。

图4 油页岩实测S1值与S1校相关性

图5 油页岩实测TOC与TOC校相关性

表3 S1值、TOC值校正误差分析
3 应用效果分析

通过在辽河油田渤海湾盆地大民屯凹陷SH 301、SH 302、SH 303井, 西部凹陷SY 1井, 开鲁盆地陆东凹陷HYH 231、HYH 232、HYH 233井共7口井应用此方法, 均可消除油基钻井液对岩石热解参数S1值及TOC的影响。

3.1 SH 302井

SH 302井是部署在渤海湾盆地大民屯凹陷的一口水平井, 水平段岩性主要为灰黑色油页岩, 原始油基钻井液条件下岩石热解分析数据为：S1为11.567~142.896 mg/g, TOC为3.277%~29.019%。导眼井在水基钻井液条件下相同层位的岩石热解分析数据为：S1为3.638~9.570 mg/g, TOC为3.266%~8.196%。

分别对SH 302井岩石热解参数S1与TOC进行校正, 得到的S1校为3.302~10.381 mg/g, TOC校为3.514%~7.509%, 与导眼井相同层位水基钻井液条件下岩石热解参数S1、TOC相符, 参数具有参考价值, 适用于水基钻井液的解释评价标准。应用此方法对该井水平段进行含油性评价, 综合解释Ⅰ 类储层384.0 m/16层, Ⅱ 类储层797.0 m/19层, Ⅲ 类储层25.0 m/3层, 经压裂试油后获得初期日产油9.6 t, 反映该方法能够有效提高油基钻井液条件下含油性评价的准确性（表4）。

表4 SH 302井岩石热解参数校正数据（节选）
3.2 SY 1井

SY 1井是部署在渤海湾盆地西部凹陷的一口水平井, 水平段岩性主要为灰色油斑粉砂岩, 为非常规页岩油, 原始油基钻井液条件下岩石热解分析数据为：S1为33.310~48.450 mg/g, S2为5.694~41.751 mg/g。邻井SG 169-4井在水基钻井液条件下相同层位的岩石热解分析数据为：S1为4.855~8.279 mg/g, S2为3.179~37.419 mg/g。

由表5可见, 对SY 1井岩石热解参数S1进行校正, 得到的S1校为5.016~9.118 mg/g, 与邻井相同层位岩石热解参数S1相符, 参数具有参考价值, 证明该方法同样适用于非常规页岩油, 有效修正了S1数据, 解决了非常规页岩油水平井含油性评价难题, 为页岩油高效勘探开发作出贡献。

表5 SY 1井岩石热解参数校正数据（节选）
4 结束语

（1）针对辽河油田页岩油油基钻井液体系中岩石热解S1值受污染严重问题, 通过Pearson函数关联分析和色谱谱图形态拟合方法, 对地化录井参数的价值进行深入挖掘, 引入C21-C25峰面积M作为关键参数, 与岩石热解参数S1值建立线性回归关系, 形成了一套适用于辽河油田页岩油储层岩石热解参数S1和TOC校正的新方法, 完善了在油基钻井液条件下页岩油储层勘探开发的录井含油性评价方法。

（2）通过多井应用验证, 均能有效校正S1和TOC值, 有效解决了油基钻井液对地化录井技术的影响, 对页岩油勘探开发及油基钻井液条件下非常规储层录井含油性评价具有重要的现实意义。

（编辑 陈娟）

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