基于测录井资料的储层流体类型评价方法研究

引用本文

刘土亮, 胡向阳, 袁伟, 吴健, 杨冬. 基于测录井资料的储层流体类型评价方法研究[J]. 录井工程, 2023,34(3): 55-62.
LIU Tuliang, HU Xiangyang, YUAN Wei, WU Jian, YANG Dong. Study on evaluation method of reservoir fluid types based on logging data[J]. Mud Logging Engineering, 2023,34(3): 55-62.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2023.03.009 复制到剪切板

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基于测录井资料的储层流体类型评价方法研究

刘土亮^①, 胡向阳^①, 袁伟^②, 吴健^①, 杨冬^①

①中海石油（中国）有限公司湛江分公司

②中海石油（中国）有限公司海南分公司

作者简介：刘土亮工程师,1986 年生,2013 年硕士毕业于西南石油大学石油工程测井专业,现在中海石油（中国）有限公司湛江分公司从事测井资料处理与解释工作。通信地址：524057 广东省湛江市坡头区南油二区南海西部石油研究院附楼6 楼。电话：18820436043。E-mail：liutl3@cnooc.com.cn

收稿日期: 2023-02-27

基金: “十三五”国家科技重大专项“南海西部海域低渗油藏勘探开发关键技术”（编号：2016ZX05024-006）

摘要

北部湾盆地涠西南凹陷凝析气、挥发油及常规油藏发育,流体性质复杂。由于部分井段未进行流体取样,不能准确确定储层流体性质及气油比,严重影响了油田的挖潜增产。基于油田实际生产资料,探讨分析了不同流体类型的测录井响应特征,以生产测试气油比与轻烃组分雷达图面积的关系作为约束,结合天然气测井响应方程和最优化理论计算得出地层条件下天然气、可动油的含量及气油比,实现了准确识别储层流体性质的目的。通过与实际生产测试、取样分析、生产结果进行对比,验证了该方法定量评价流体性质的准确性,为油田后续开发方案的制定与实施提供了指导。

关键词: 流体性质; 气测录井; 气油比; 测井响应方程; 最优化理论; 解释评价

中图分类号:TE132.1 文献标志码:A

Study on evaluation method of reservoir fluid types based on logging data

LIU Tuliang^①, HU Xiangyang^①, YUAN Wei^②, WU Jian^①, YANG Dong^①

①Zhanjiang Branch, CNOOC China Limited, Zhanjiang, Guangdong 524057,China

②Hainan Branch, CNOOC China Limited, Haikou, Hainan 570300,China

Abstract

Condensate gas, volatile oil and conventional oil reservoirs are developed in the Weixi'nan Sag, Beibuwan Basin,and the fluid properties are complex. Due to the absence of fluid sampling in some well sections, the reservoir fluid properties and gas -oil ratio cannot be accurately determined, which seriously affects potential tapping and production increase of the oilfield. Based on the actual production data of the oilfield, the response characteristics of well logging and mud logging for different fluid types were analyzed. Taking the relationship between the production test gas -oil ratio and the radar chart area of light hydrocarbon components as a constraint, combined with well logging response equation and optimization theory of natural gas, the content of natural gas and mobile oil and gas -oil ratio under formation conditions were calculated, and the purpose of accurately identifying reservoir fluid properties was realized. By comparing with the actual production testing, sampling analysis and production results, the accuracy of this method in quantitatively evaluating fluid properties was verified, providing guidance for working out and implementing of oilfield follow -up development plans.

Keyword: fluid property; gas logging; gas-oil ratio; well logging response equation; optimization theory; interpretation and evaluation

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0 引言

北部湾盆地涠西南凹陷油气资源丰富, 是南海西部油田石油勘探开发的主战场, 具有断块发育、原油性质复杂的特点。从已生产、测试层资料来看, 涠西南凹陷内原油主要包括常规油、挥发油, 局部构造高部位还发育一定规模的凝析气藏, 纵向上不同性质原油相互叠置, 储层流体性质难以准确识别。在生产过程中, 常出现将气层误当作油层射开的情况, 给生产管线带来巨大压力; 同时, 还出现将挥发油层与常规油层同时打开的现象, 导致油藏地层压力快速下降, 极大地降低了油田的采收率, 这些因素给油田开发带来了诸多不利。因此, 准确识别储层流体性质及精确计算气油比成为北部湾盆地涠西南凹陷油田开发亟需解决的问题。

目前, 识别不同原油性质的方法主要包括中子密度交会法^[1]、核磁共振技术^[2]、三维定量荧光技术^[3]及气测录井技术^{[4, 5, 6]}。其中气测录井技术是通过创建轻烃组分与重烃组分的交会图板来判别原油性质, 但受钻井液性能、钻头尺寸、钻速等因素的影响, 单纯根据气测录井资料识别原油性质误差较大。

本文从油田实际生产资料出发, 总结分析了凝析气层、挥发油层、常规油层的测录井响应特征, 以生产测试气油比与气测录井衍生参数轻烃组分雷达图面积（S_a）的关系作为约束, 结合天然气测井响应方程和最优化理论计算得到地层条件下天然气、可动油的含量及气油比, 以期达到准确识别储层流体性质的目的。将计算结果与实际钻杆地层测试（DST）、取样分析、生产结果进行对比, 计算气油比确定流体性质的符合率达到92%, 验证了本文研究方法的准确性, 为油田挖潜调整及提高采收率奠定了基础。

1 不同类型流体测录井响应特征

测井资料是地层流体性质、岩石骨架、储层物性等岩石特征参数的综合响应, 而气测录井资料可反映储层流体性质^[7]。一般而言, 在储层物性相同条件下, 储层流体含气性越高, 密度测井响应值越低, 中子测井“ 挖掘效应” 越明显, 气测录井上则表现为轻烃组分（C₁-C₂）含量高, 重烃组分（C₃-C₅）含量低。

1.1 凝析气层测录井响应特征

凝析气通常指气油比介于1 000~15 000 m³/m³之间的烃类混合物流体。图1为XX 6-12-A1井2 000~2 025 m井段测录井成果, 生产动态资料显示该井7号层位为凝析气层, 气油比约为5 800 m³/m³, 其测录井响应特征为：中子与密度交会特征明显, 声波时差值增大, 电阻率明显变大, 深、浅电阻率有低侵现象; 气测录井资料显示全烃（T_g）含量较高, 且C₁含量与T_g含量比较接近, 轻烃组分含量高, 重烃组分含量低。

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	图1 XX 6-12-A1井2 000~2 025 m井段测录井成果

1.2 挥发油层测录井响应特征

挥发油通常指气油比介于350~650 m³/m³之间的烃类混合物流体（气油比650~1 000 m³/m³为挥发油与凝析气过渡带）。图2为XX 12-1-B25井3 035~3 063 m井段测录井成果, 生产动态资料显示该井12号层位为挥发油层, 气油比为355 m³/m³, 其测录井响应特征为：中子与密度有交会特征, 但较凝析气层特征不明显, 电阻率明显变大, 深、浅电阻率有低侵现象; 气测录井曲线轻烃组分含量稍高, 介于常规油层和凝析气层之间。

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	图2 XX 12-1-B25井3 035~3 063 m井段测录井成果

1.3 常规油层测录井响应特征

常规油通常指气油比小于350 m³/m³的烃类混合物流体。图3为XX 6-12-A4井2 330~2 360 m井段测录井成果, 生产动态资料显示该井22号层位为油层, 气油比为135.7 m³/m³, 其测录井响应特征为：中子与密度交会特征不明显, 声波时差值较凝析气层偏小, 中子值较凝析气层偏大, 密度值较凝析气层偏高; 气测资料显示全烃含量高, 且烃类组分齐全, 重烃含量高, 气测曲线变化幅度较大。

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	图3 XX 6-12-A4井2 330~2 360 m井段测录井成果

从以上不同流体类型储层的测录井响应特征分析来看, 中子、密度、声波测井资料及气测录井轻烃组分、重烃组分含量变化虽然对于凝析气、挥发油、常规油具有一定的指示作用, 但是特征不够明显、直观; 此外, 不同温压条件下, 天然气密度、中子及声波测井响应特征存在一定差异, 导致进行原油性质定性识别难度较大^{[8, 9]}。为此, 研究尝试将测录井资料相结合, 采用“ 放大” 不同流体类别储层特征差异性的方法定量计算气油比, 进而达到定量预测原油性质的目的。

2 测录井资料联合计算气油比

本研究以天然气测井响应方程为基础, 以气油比与气测录井资料衍生参数之间的关系作为约束, 通过地层组分分析模型和最优化理论计算不同储层条件下天然气和可动油的含量, 依据计算得到的气油比准确识别储层流体性质。

2.1 气油比与录井参数关系

气测录井可测量单位时间内钻头钻开地层后破碎气含量, 其对于储层含油气性变化具有较好的反映^{[10, 11, 12]}。鉴于测井资料在涠西南凹陷识别原油性质存在一定的局限性, 通过建立气油比与气测录井资料的关系, 并以此作为约束的方法来定量计算气油比。研究引入气测录井衍生参数轻烃组分雷达图面积（S_a）, 即图4中C₁/C₂、C₁/C₃、C₂/C₄、（C₁+C₂）/（C₃+C₄+C₅）及原点围成的面积（绿色填充部分）, S_a与轻烃组分含量有关, 其表征气测录井资料轻烃组分含量占比, 流体含气量（溶解气、游离气）越高, S_a越大, 其计算公式如下：

$S_{a} = \frac{\sqrt[]{3}}{4} (\frac{C_{1} + C_{2}}{C_{3} + C_{4} + C_{5}} \frac{C_{1}}{C_{2}} + \frac{C_{1}}{C_{3}} \frac{C_{1}}{C_{2}} + \frac{C_{1}}{C_{3}} \frac{C_{2}}{C_{4}})$ （1）

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	图4 气测组分含量分布雷达图

对涠西南凹陷测试层气油比及气测数据进行统计分析发现, 气油比（E_go）与S_a之间存在较好的相关性（图5）, 由此得到E_go与S_a的关系式：

E_go=10.66S_a^1.3118 （2）

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	图5 E_go与S_a关系

2.2 地层组分分析模型及方程建立

假设地层组分包含不动油、可动水、可动油、天然气、泥质以及岩石的各种骨架矿物, 利用地层等效组分分析模型（图6）, 结合天然气等流体的测井响应值可联立求解得到各地层组分含量。

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	图6 地层等效组分分析模型

以密度测井响应为例：

$ρ_{b} = ρ_{or} x_{or} + ρ_{fw} x_{fw} + ρ_{om} x_{om} + ρ_{gas} x_{gas} + ρ_{sh} x_{sh} + ρ_{ma 1} x_{ma 1} + ρ_{ma 2} x_{ma 2} + \dots + ρ_{ma k} x_{ma k}$ （3）

式中：ρ _b为密度测井值, g/cm³; ρ _or、ρ _fw、ρ _om、ρ _gas、ρ _sh、ρ _ma1、ρ _ma2、…、ρ _ma_k分别为地层中不动油、可动水、可动油、天然气、泥质、岩石骨架矿物（共k种）的体积密度值, g/cm³; x_or、x_fw、x_om、x_gas、x_sh、x_ma1、x_ma2、…、x_ma_k分别为地层中不动油、可动水、可动油、天然气、泥质、岩石骨架矿物（共k种）的体积含量, %。

为简便起见, 将上式写成：

$ρ_{b} = \sum_{j = 1}^{n} ρ_{j} x_{j}$ （4）

式中：ρ _j为第j种组分的体积密度值; x_j为第j种组分的体积含量; n为组成地层的组分个数, j=1, 2, …, n。

同理可得出其他测井仪器的响应方程, 用通式表示为：

$B_{i} = \sum_{j = 1}^{n} A_{ij} x_{j}$ （5）

式中：A_ij为第j种组分第i类测井仪器的响应值; B_i为地层第i种测井仪器的响应值, i=1, 2, …, m（m为测井响应值的个数）。

当m< n时, 方程组有多个解, 无实际意义; 当m=n时, 以上方程组有唯一解。为了充分利用测井信息, 提高测井解释的可靠性, 一般情况下使m> n, 此时方程组为超定线性方程组, 具有一最优解, 也有可能出现无解的现象, 表明在地质上是不存在的或无实际意义。为了使求解的结果合乎地质意义并符合地层实际情况, 在求解由公式（5）组成的方程组时, 需加入约束条件, 即：

$\min f （ \bar{x} ）= \sum_{i = 1}^{m} （ \sum_{j = 1}^{n} A_{ij} x_{j} - B_{i} ）^{2}$

s.t. $\{\begin{array}{l} \sum_{j = 1}^{n} x_{j} = c \\ 0 \leq x_{j} \leq x_{\max i} \\ i = 1, 2, \dots, m \\ j = 1, 2, \dots, n \end{array}$ （6）

2.3 地层温压条件下气油比状态方程

因为测试和生产的气油比均是根据地面产气量和产油量计算获取的, 故需要将地面天然气体积转换为地下天然气体积。天然气气体的状态方程为：

$pV = zMRT$ （7）

式中：p为气体的压力, 10⁵ Pa; V为气体的体积, L; z为气体的压缩因子, 无量纲; M为气体的物质的量, mol; R为通用气体常数, J/（mol· K）; T为气体的绝对温度, K。

地面条件下天然气气体的状态方程为：

$p_{gs} V_{gs} = z_{s} MR T_{s}$ （8）

式中：p_gs为地面条件下气体的压力, 10⁵ Pa; V_gs为地面条件下气体的体积, L; z_s为地面条件下气体的压缩因子, 无量纲, 该式中z_s≈ 1, T_s为地面条件下气体的温度, K。

地下条件下天然气气体的状态方程为：

$p_{gf} V_{gf} = z_{f} MR T_{f}$ （9）

式中：p_gf为地下条件下气体的压力, 10⁵ Pa; V_gf为地下条件下气体的体积, L; z_f为地下条件下气体的压缩因子, 无量纲; T_f为地下条件下气体的温度, K。

将公式（8）除以公式（9）后整理得出下式：

$V_{gs} = \frac{T_{s} p_{gf} V_{gf}}{z_{f} T_{f} p_{gs}}$ （10）

气油比公式为：

$E_{go} = \frac{V_{gs}}{V_{om}}$ （11）

式中：V_om为可动油在地面的体积, L。

设岩石体积为V_T, 若认为可动油在地面的体积与地下的体积近似相等, 则V_gf=x_gasV_T, V_om=x_omV_T, 将公式（10）代入公式（11）, 整理得出下式：

$E_{go} = \frac{x_{gas}}{x_{om}} \frac{T_{s} p_{gf}}{z_{f} T_{f} p_{gs}}$ （12）

将公式（2）代入公式（12）, 可得到参数S_a与x_gas及x_om的相关关系方程, 将该方程作为公式（6）方程组中的一个响应方程, 即可运用最优化理论结合密度、中子、声波测井和录井资料定量计算气油比, 进而判别储层油品性质。

3 应用效果

将本文研究方法程序化后挂接到测井综合解释评价软件中, 对研究区4个油田共17层具有测试生产证实的层位进行气油比定量计算, 由测录井资料计算气油比判断流体性质结论与测试分析结论的对比统计的17层中（表1）, 测录井资料计算气油比判断流体性质结果与测试资料结果相符的有16层, 符合率达到94%, 流体性质识别效果较好, 为研究区的原油性质识别及开发方案的制定与实施提供了指导。下面分别以XX 8-3-1井和XZ 12-1-6井应用效果为例进行简要说明。

表1 测录井资料计算气油比判断流体性质结论与测试分析结论的对比统计

3.1 XX 8-3-1井

图7为XX 8-3-1井2 680~2 713 m井段解释成果, 其中2 690~2 701 m井段DST测试气油比644 m³/m³, 由于该层段测录井响应特征介于凝析气层和常规油层之间, 使用定性识别方法无法有效判断该层段的流体性质。

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	图7 XX 8-3-1井2 680~2 713 m井段解释成果

采用本文研究提出的基于测录井资料定量计算气油比方法, 计算该层段的气油比为661.58 m³/m³, 判断为挥发油层, 与测试结论相符。

3.2 XZ 12-1-6井

图8为XZ 12-1-6井2 420~2 450 m井段解释成果, 其中2 433~2 448 m井段（3号层）DST测试气油比为17.3 m³/m³, 仅从该层段测井曲线响应特征分析, 较难精确区分流体性质。采用本文研究提出的基于测录井资料定量计算气油比的方法, 计算得到的该层段气油比为18 m³/m³, 原油高压物性测试（PVT）分析地下原油密度0.71 g/cm³, 计算原油密度0.75 g/cm³, 据此判断3号层为常规油层, 解释结果与测试结果一致。

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	图8 XZ 12-1-6井2 420~2 450 m井段解释成果

4 结论

（1）气测录井资料能够直观反映储层含油气性, 不同原油性质在密度、中子、声波测井曲线上具有一定差异, 采用测录井资料结合能够有效识别凝析气层、挥发油层及常规油层。

（2）储层气油比与气测录井轻烃组分含量具有一定的关系, 采用气测组分含量分布雷达图中C₁/C₂、C₁/C₃、C₂/C₄、（C₁+C₂）/（C₃+C₄+C₅）及原点围成的面积S_a能够较好反映储层流体含气性的变化。

（3）采用最优化理论与地层组分分析模型, 结合气测录井约束方程, 建立了定量计算储层气油比方法, 弥补了常规测井在定量计算原油气油比方面的局限性, 从而提高了储层原油性质识别精度。

（编辑唐艳军）

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