作者简介:付大巍 工程师,1987年生,2012年硕士研究生毕业于中国石油大学(华东)地质学专业,现从事石油勘探综合研究方面工作。通信地址:524057 广东省湛江市坡头区南油二区图书馆。电话:13729049945。E-mail:fudw1@cnooc.com.cn
针对乌石凹陷原油品质差异大、部分井钻井施工采用高荧光钻井液,常规录井难以有效识别真假油气显示及判断储层流体性质的问题,利用三维定量荧光录井技术取得该区不同品质原油样品的最佳激发波长和发射波长及油性指数,建立不同品质原油识别标准,通过油性指数、相当油含量、对比级别等三维定量荧光参数与气测录井数据结合,建立了储层流体性质判别图板。应用该图板可快速判断原油品质,并有效识别真假油气及微弱油气显示,其对储层流体性质的解释结果与实际测试及取样结果吻合率达92%,有效提高了录井对油气层的快速判断能力。
In view of large differences in crude oil quality, high fluorescence drilling fluids are used for drilling construction of some wells in Wushi Sag, which makes it difficult for conventional mud logging to effectively identify true or false oil and gas shows and judge the properties of reservoir fluids. This paper uses 3D quantitative fluorescence logging technology to obtain the best excitation wavelength, emission wavelength and oiliness index of crude oil samples of different quality in this area, and establishes the identification standards for crude oil with different qualities. The 3D quantitative fluorescence parameters such as oiliness index, equivalent oil content, and contrast level are combined with gas logging data to establish a discrimination chart of reservoir fluid properties. In application, it can quickly judge the quality of crude oil, and effectively identify true or false oil and gas and weak oil and gas shows. The coincidence rate between the results of reservoir fluid properties interpreted by the chart method and the results of actual tests and samplings is 92%, effectively improving the rapid judgment ability of mud logging for oil and gas layers.
北部湾盆地乌石凹陷为已证实的富生烃凹陷, 已发现W 17-A、W 16-B等油田, 具有多层段含油、复式成藏的特点[1, 2, 3, 4, 5], 不同层系原油品质存在明显差异[6, 7]。近年来随着钻井技术的不断进步, 使得岩屑破碎严重、岩样代表性变差, 同时钻井液中有机溶剂的添加增加了常规录井油气识别难度。在录井过程中为准确判断油气显示信息, 自2013年以来乌石凹陷采用三维定量荧光录井技术, 与传统荧光录井技术相比, 三维定量荧光录井技术具有扫描范围广、检测精度高、数据及图谱显示类型丰富等特点[8, 9, 10]。可根据现场实时三维定量荧光图谱及参数与原油标准样品图谱对比分析, 快速、准确识别流体性质。
本文通过不同品质原油样品分析获得的三维定量荧光指纹图谱, 建立了乌石凹陷不同品质原油参数特征与指纹图谱标准图板, 通过油性指数、相当油含量、对比级别参数与气测录井参数结合, 建立了该区储层流体性质判别图板, 并在实际应用中取得了良好的效果。
石油及其大部分产品(除轻汽油和石蜡外)均含芳烃, 芳烃具有苯环, 苯环上共轭π 键的电子吸收电磁辐射能后, 从基态跃迁至激发态, 当其由不稳定的激发态回到基态时, 将以发射荧光的形式释放过剩的能量[11, 12, 13], 因此在油气勘探开发中, 常用荧光分析来鉴定岩样中是否含油。三维定量荧光技术进一步通过不同波长光对物质进行激发扫描, 利用不同波长发射光对其进行扫描接收, 同时根据其表现出的不同荧光强度对荧光物质进行扫描测定, 得到荧光物质发光全貌描述, 将产生的荧光通过接收器转化处理为电信号, 最终形成三维定量荧光数据和图谱。三维定量荧光技术遵循朗伯-比尔定律, 当装有荧光物质的溶液在较低浓度下, 荧光强度与该荧光物质的浓度成正比。在建立的原油标定曲线基础上, 通过待测样品在原油溶液特征峰处的响应, 以及原标定曲线中荧光响应与浓度的关系, 可以定量计算样品的相当油含量[14]。
荧光波长(λ ):反映被检测样品中的烃类物质在不同波长的激发光Ex(激发波长)照射下不同组分的相应接收波长Em(发射波长)出峰位置, 反映的是原油中不同烃类物质的出峰位置。
荧光强度(F):原油中的荧光物质所发射荧光的强弱, 在三维定量荧光测量中指被测样品中烃类物质所发射光的最高峰值, 反映的是被测样品中荧光物质的多少。
相当油含量/含油浓度(C):单位样品中荧光物质的含油浓度, 反映被测样品中的含油气丰度。计算公式为:C=(KF+B)× n(式中n为稀释倍数, K、B为常数)。
荧光对比级(N):单位样品中荧光物质所对应的荧光系列对比级别, 是一种反映岩石样品中含油量多少的传统的非法定计量单位数值, 与相当油含量存在一定的数学关系, 是由含油浓度(C)派生的参数, 即:N=15-(4-lgC)/0.301。
油性指数(Oc):在油质中代表中质组分的最大荧光峰的强度值F2与代表轻质组分的最大荧光峰的强度值F1之比, 即:Oc=F2/F1。它反映的是原油的轻重, 是地层中油质成分的重要参考。
不同学者根据以上参数, 结合不同区域研究经验, 提出最佳波长比、波长偏差、CN指数(C× N/Oc)、N指数(N/Oc)、三维油性指数等衍生参数[9, 10, 11, 12], 来判断储层油气性质及含油性, 在实际应用中取得良好效果。
不同品质原油在三维定量荧光图谱中具有不同的出峰位置, 其原理为不同品质原油组分不同, 所含芳烃类型具有差异, 各种芳烃化合物有其特定的荧光光谱, 它主要取决于各单体化合物的含量。低环数芳烃强度越大, 荧光光谱的主峰波长越短, 高环数芳烃强度越大, 荧光光谱的主峰波长越长[14, 15], 根据主峰波长变化可以鉴定分析样品芳烃化合物大致分布, 从而判定原油品质。本文通过对乌石凹陷不同品质原油三维定量荧光指纹图谱及油性指数的分析, 建立了不同品质原油三维定量荧光指纹图谱特征峰组合样式, 以及油性指数划分标准, 在录井过程中将二者结合可有效判断该区原油性质。需要指出的是, 本文描述的指纹图谱中特征峰位置不是指具体某一点位, 而是这个点位左右的较小范围, 但明显区别于不同油质的特征峰位。
对乌石凹陷23口井共29个原油样品进行统计, 原油密度分布在0.802 8~0.934 5 g/cm3, 进一步将乌石凹陷原油划分为轻质油(密度0.78~0.87 g/cm3)、中质油(密度0.87~0.92 g/cm3)、重质油(密度0.92~1.00 g/cm3), 不同品质原油三维定量荧光图谱表现为不同形态。在现场生产应用中, 指纹图谱比立体图谱更具对比性和实用性, 本文建立了该区不同品质原油三维定量荧光指纹图谱特征, 并根据特征峰数量, 主、次峰组合特征以及出峰位置将指纹图谱划分为3种类型(图1)。
(1)轻质油指纹图谱(图1a):单主峰, 图谱形态表现为扁平状“ O/Q” 型特征, 主峰波长位置Ex为320 nm、Em为375 nm左右。(2)中质油指纹图谱(图1b):不规则单峰、双峰, 图谱形态表现为“ b” 型, 主峰波长位置Ex为320 nm、Em为375 nm左右; 次峰波长位置Ex为300 nm、Em为415 nm左右。(3)重质油指纹图谱(图1c、图1d):双峰、三峰特征, 图谱形态表现为扁平状“ P/B” 型, 主峰波长位置Ex为380 nm、Em为415 nm左右; 次峰1波长位置Ex为320 nm、Em为370 nm左右; 次峰2波长位置Ex为300 nm、Em为415 nm左右。
由指纹图谱可以看出, 乌石凹陷轻、中、重质油都有一个共性峰(Ex为320 nm、Em为370 nm左右), 将该峰定义为中质组分特征峰, 而重质组分特征峰Ex为380 nm、Em为415 nm左右。应用三维定量荧光指纹图谱识别原油品质过程中, 如果只出现中质组分特征峰, 则油质偏轻, 为轻质油; 以中质组分特征峰作为主峰, 重质组分特征峰为次峰则为中质油; 以重质组分特征峰为主峰, 中质组分特征峰为次峰则为重质油。另外, 部分原油出现Ex为300 nm、Em为415 nm峰值, 一般出现在重质油或部分中质油中, 分析认为其可能为原油中非烃物质(沥青质/胶质)荧光出峰位置(图1d)。
与二维定量荧光录井所分析的油性指数相比(固定激发波长254 nm), 三维定量荧光录井有更多的激发波长可供选择, 乌石凹陷在实际录井应用中, 通过多个激发波长的比选, 确定Ex为290 nm时, 荧光发射图谱分析的中质、轻质成分相对稳定, 用该条件下两者荧光强度比值求取三维定量荧光的二维油性指数更具有代表性。基于实验分析, 目前主要采用Ex为290 nm, 对应的Em为370 nm左右代表中质组分区间最大荧光峰的强度值与Em为320 nm左右代表轻质组分区间最大荧光峰强度值的比值作为三维定量荧光的二维油性指数。选取不同密度典型的原油样品开展油性指数分析, 建立了原油密度与油性指数判别图板(图2), 一般情况下轻质油油性指数Oc< 1.3, 中质油油性指数1.3≤ Oc< 1.5, 重质油油性指数Oc≥ 1.5。
综合不同品质原油样品的指纹图谱特征以及油性指数特征, 建立了乌石凹陷不同品质原油识别标准, 结合指纹图谱特征, 应用油性指数等参数可有效判定该区原油性质。轻质油指纹图谱具有1个特征峰, 图谱形态表现为扁平状“ O/Q” 型特征, 主峰波长位置Ex为320 nm、Em为375 nm左右, 油性指数< 1.3; 中质油指纹图谱具有1~2个特征峰, 图谱形态表现为不规则单峰、双峰, 图谱形态表现为“ b” 型, 主峰波长位置Ex为320 nm、Em为375 nm左右, 次峰波长位置Ex为300 nm、Em为415 nm左右, 油性指数一般在1.3~1.5之间; 重质油指纹图谱具有双峰、三峰特征, 图谱表现为扁平状“ P/B” 型, 主峰波长位置Ex为380 nm、Em为415 nm左右, 次峰1波长位置Ex为320 nm、Em为370 nm左右, 次峰2波长位置Ex为300 nm、Em为415 nm左右, 油性指数≥ 1.5。
本文对乌石凹陷18口井的22个试油层的油层段和46个水层、含油水层、干层段数据进行对比分析发现, 相当油含量(C)、荧光对比级别(N)、油性指数(Oc)及气测录井参数与储层流体性质相关性最好, 应用以上参数建立了该区三维定量荧光录井和气测录井判别储层流体性质交会图板(图3)。需要说明的是, 由于油层段井壁心及岩心的相当油含量是岩屑数据的3~5倍(主要是由于岩屑受钻井液浸泡时间长, 组分有一定散失), 而且海上钻井的井壁心、岩心数据相对较少, 为在统一标准下建立储层流体性质判别依据, 本文主要采用岩屑样品的三维定量荧光录井数据开展分析, 分析结果也为现场录井过程中快速识别流体性质提供了简便、可靠的依据。
由图3a、图3b可知, 相当油含量和对比级别与储层流体性质的相关性较大, 油层段相当油含量均大于20 mg/L, 对比级别大于6, 水层、干层段相当油含量均小于40 mg/L, 对比级别小于7。油性指数在该区与储层流体性质相关性不强, 分析认为油性指数主要反映含油品质, 在部分水层、干层段录井见油迹、油斑显示, 三维定量荧光录井能检测到微弱油气显示并检测出显示段油质, 但与储集段是否为油层关系不大。
相当油含量在20~40 mg/L, 对比级别介于6~7之间, 既有油层也有水层和干层, 单纯应用三维定量荧光录井数据难以区分, 但在实际录井过程中油层、水层、干层的气测录井特征并不一致。因此, 本文结合18口井22个试油油层段和46个水层、含油水层、干层段气测录井数据与相当油含量、对比级别参数建立交会图板, 由图3c、图3d可知, 当气测异常倍数> 3, 相当油含量> 20 mg/L, 对比级别> 6为油层; 气测异常倍数< 3, 相当油含量< 40 mg/L, 对比级别< 6为水层和干层, 应用该图板可有效识别油层。
在乌石凹陷随钻过程中应用三维定量荧光录井参数及其相关图板, 可有效识别真假油气显示, 发现常规录井难以识别的微弱油气信号, 应用图板判断油层与实际测试/测压取样吻合度达到92%以上。
以W 17-A油田X井应用为例(图4), 该井流三段细砂岩段, 气测录井Tg为2%~6%, 气测组分全, 但现场返出岩屑荧光直照无显示。通过岩屑三维定量荧光指纹图谱与原油标准样品对比分析可知, 主峰图谱形态表现为扁平状“ O/Q” 型特征, 主峰波长位置Ex为320 nm、Em为375 nm左右(主峰位置与轻质油样相同, 次峰位置与钻井液图谱重合, 推测为钻井液影响), 与原油标准样图谱特征一致, 判断其具有油气显示(图5)。
结合前文分析, 综合该井三维定量荧光录井相当油含量32~83 mg/L、对比级别6.3~8.1、气测异常倍数3.82、油性指数0.7~0.9(图3), 判断该层段为轻质油油层。针对该层段取多颗井壁心并测压取样, 井壁心均见油迹显示, 荧光对比级别较低, 为3.7~7.4, 平均为6.1, 在井深2 467.5 m测压并取出300 mL油样, 原油密度0.812 3 g/cm3, 证实为轻质油。
通过对乌石凹陷不同品质原油样品指纹图谱特征以及油性指数特征分析, 建立了该区轻质油、中质油、重质油不同品质原油识别标准; 应用不同流体性质储集段的三维定量荧光相当油含量、对比级别参数结合气测录井数据, 建立了该区储层流体性质识别图板。在此基础上明确了该区流体性质判定标准:相当油含量> 40 mg/L时, 荧光对比级别> 8, 为油层; 相当油含量在20~40 mg/L, 荧光对比级别为6~7, 气测异常倍数> 3时, 为油层; 当相当油含量< 20 mg/L, 荧光对比级别< 6, 气测异常倍数< 3时, 为水层/干层。现场应用符合率达92%以上, 为现场录井过程中流体性质的快速识别提供了简便、可靠的依据。
(编辑 卜丽媛)
[1] |
|
[2] |
|
[3] |
|
[4] |
|
[5] |
|
[6] |
|
[7] |
|
[8] |
|
[9] |
|
[10] |
|
[11] |
|
[12] |
|
[13] |
|
[14] |
|
[15] |
|