引用本文
曹英权, 王雷, 袁胜斌, 杨毅, 于喜, 景社. 基于地化轻烃资料的复杂流体识别方法——以西湖凹陷为例[J]. 录井工程, 2024,35(4): 84-90.
CAO Yingquan, WANG Lei, YUAN Shengbin, YANG Yi, YU Xi, JING She. Identification methods of complex fluids based on geochemical light hydrocarbon data： Taking Xihu Depression as an example[J]. Mud Logging Engineering, 2024,35(4): 84-90.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2024.04.013  
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基于地化轻烃资料的复杂流体识别方法——以西湖凹陷为例
曹英权①, 王雷②, 袁胜斌①, 杨毅①, 于喜①, 景社①
①中法渤海地质服务有限公司
②中海石油（中国）有限公司上海分公司

作者简介:曹英权 工程师,1994年生,2019年毕业于中国石油大学（华东）地质工程专业,工程硕士学位,现在中法渤海地质服务有限公司从事地质录井相关工作。通信地址：300457 天津市经济技术开发区信环西路19号天河科技园1号楼3层。电话：18242766077。E-mail：caoyq@cfbgc.com

收稿日期: 2024-10-17
基金: 中国海洋石油有限公司“十四五”重大科技项目“海上深层/超深层油气勘探技术”（编号：KJGG2022-0405）
摘要

针对西湖凹陷储层流体性质复杂、现场数据受油基钻井液影响,致使解释评价符合率较低的问题,在深入挖掘地化轻烃谱图和数据的基础上,建立了基于轻烃谱图形态与衍生敏感参数的复杂流体识别方法,并进行了应用验证。研究表明：（1）基于轻烃谱图形态差异性可以识别轻质油层和凝析气层,轻质油层表现为正构烷烃C1-C9组分较为齐全,部分异构烷烃、环烷烃、芳香烃峰值较高且出峰齐全,凝析气层表现为C5以后正构烷烃缺失,异构烷烃、环烷烃、芳香烃含量检测范围较少,峰值较低且出峰不全;（2）通过优选反映轻质油层和凝析气层轻烃检测组分差异性的 Ig（气指数）、 Io（油指数）、∑（C1-C5）（含气性指数）和∑（nC6-nC8）（含油性指数）建立油气识别图板,可以有效区分轻质油层和凝析气层;（3）基于不同烃组分在水中溶解度的差异性,优选轻烃参数苯、甲苯、环己烷、甲基环己烷建立含水性评价图板,可以判断储层的含水性。该方法在西湖凹陷复杂储层流体的随钻评价中应用,解释符合率可达88%以上,具有较好的推广应用前景。

关键词: 复杂流体; 地化轻烃录井; 解释评价; 轻质油层; 凝析气层; 含水性; 西湖凹陷
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A
Identification methods of complex fluids based on geochemical light hydrocarbon data： Taking Xihu Depression as an example
CAO Yingquan①, WANG Lei②, YUAN Shengbin①, YANG Yi①, YU Xi①, JING She①
①China France Bohai Geoservices Co.,Ltd., Tianjin 300457, China
②CNOOC China Limited Shanghai Company, Shanghai 200050, China
Abstract

In view of the low coincidence rate of reservoir interpretation and evaluation caused by the complex fluid properties and the influence of oil-based drilling fluid on field data in Xihu Depression, based on in-depth excavation of geochemical light hydrocarbon spectrogram and data, the complex fluid identification methods based on light hydrocarbon spectrogram shape and derived sensitive parameters are established, and have been verified by application. The results are obtained in three aspects. First, light oil layers and condensate gas layers can be identified based on the differences in light hydrocarbon spectrogram shapes. The former shows that the C1-C9 components of normal alkanes are relatively complete, and some isoalkanes, cycloalkanes, and aromatic hydrocarbons have complete and higher peaks. The latter shows that the normal alkanes after C5 are missing, the detection range for the content of isoalkanes, cycloalkanes, and aromatic hydrocarbons is less, and the peaks are incomplete and the peak values are low. Second, by optimizing Ig（gas index）, Io（oil index）, ∑（C1-C5）（gas-bearing index） and ∑（nC6-nC8）（oil-bearing index） that reflect the differences in light hydrocarbon detection components between light oil layers and condensate gas layers, the oil and gas identification chart has been established, which can effectively distinguish light oil layers and condensate gas layers. Third, based on the differences in solubility of different hydrocarbon components in water, the light hydrocarbon parameters of benzene, toluene, cyclohexane, and methylcyclohexane are optimized to establish a water content evaluation chart, which can determine the water content of the reservoirs. The methods are applied to the complex fluid evaluation while drilling of reservoirs in Xihu Depression, and the interpretation coincidence rate can reach more than 88%, which has good prospects for popularization and application.

Keyword: complex fluids; geochemical light hydrocarbon logging; interpretation and evaluation; light oil layer; condensate gas layer; water content; Xihu Depression
0 引言

西湖凹陷油气勘探发现, 其主力含油气层系花港组、平湖组具有储层非均质性强, 油气兼生, 含水性分布不规律等特点。而且在油基钻井液广泛应用的背景下, 储层的测、录井响应特征变化较大, 匹配性较差, 随钻阶段流体准确识别与评价难度大, 解释评价符合率偏低, 影响下步勘探作业决策。

为了解决研究区流体性质评价难题, 在油气勘探中引入了地化轻烃录井技术。轻烃录井技术检测参数十分丰富[1, 2], 主要检测C1-C9中的正构烷烃、异构烷烃、环烷烃、芳香烃类, 通过计算轻烃参数的积分值、浓度以及相对比值, 可以获取储层中大量的油气藏信息。由于油基钻井液中白油的主要成分为C16-C31的正、异构烷烃混合物[3], 轻烃参数受油基钻井液影响较小, 可以弥补气测、三维定量荧光等录井技术在油基钻井液环境中分析准确性低的不足。本次研究对西湖凹陷39口探井600余层轻烃录井数据开展分析, 在轻烃谱图形态法的基础上, 优选敏感参数建立油、气识别图板区分轻质油层和凝析气层, 结合轻烃化合物的浓度和分布、稳定性及其在水中的溶解度等物理、化学性质差异理论, 优选敏感参数建立图板进行含水性分析, 在复杂流体评价中取得了较好的应用效果。

1 区域地质概况

西湖凹陷是东海陆架盆地中规模最大的新生代含油气凹陷, 位于东海盆地东北部[4]（图1）, 面积约5.9× 104 km2。西湖凹陷在构造上具有“ 东西分块、南北分带” 的特点, 从西向东依次为西部斜坡带、西次凹、中央反转构造带、东次凹、东部断阶带5个构造单元。地层从下至上划分为宝石组、平湖组、花港组、龙井组、玉泉组、柳浪组、三潭组和东海群。

图1 西湖凹陷构造位置及地层单元划分

研究区已发现的油气藏主要分布在古近系平湖组、花港组, 垂向上分布规律较为复杂[5]。中央反转构造带花港组、平湖组以凝析气藏为主, 部分为轻质油藏, 而西部斜坡带油气兼生, 平湖组主要为凝析气藏, 花港组主要为轻质油藏。

2 油气层识别方法

西湖凹陷轻质油层与凝析气层分布规律复杂, 由于其物理、化学性质比较接近, 且在油基钻井液背景下, 利用常规的测、录井手段准确识别难度较大。通过对轻烃录井资料的深入挖掘, 发现轻质油层与凝析气层的轻烃谱图形态具有明显差异, 应用谱图形态法以及通过优选轻烃敏感参数建立组合图板法, 都可以区分轻质油层与凝析气层[6]。

2.1 谱图形态法

不同流体类型的储层轻烃组分含量会有不同的响应特征, 表现出不同的谱图形态[7]。通过分析西湖凹陷已取样并经测试确定的不同气油比的轻质油层与凝析气层的地化轻烃谱图特征（图2）, 发现轻质油层与凝析气层在轻烃谱图上存在较大的差异：轻质油层基本可检测到正构烷烃C1-C9组分, 及部分异构烷烃、环烷烃、芳香烃, 出峰较为齐全且峰值较高; 凝析气层则呈现出高C1-C4, C5以后正构烷烃基本缺失, 其他异构烷烃、环烷烃、芳香烃含量检测范围较少, 出峰不全且峰值较低。

图2 不同气油比油气层的地化轻烃谱图

图2a、图2b分别为A-1井3 636 m（气油比为101 m3/m3）、C-3井4 380 m轻质油层（气油比343 m3/m3）的地化轻烃谱图, 轻烃检测范围为C1-C9, 检测到的主要轻烃成分包括甲烷（C1）、乙烷（C2）、丙烷（C3）、异丁烷（iC4）、正丁烷（nC4）、异戊烷（iC5）、正戊烷（nC5）、2-甲基戊烷（2-MC5）、3-甲基戊烷（3-MC5）、正己烷（nC6）、苯（BZ）、环己烷（CYC6）、2-甲基己烷（2-MC6）、3-甲基己烷（3-MC6）、正庚烷（nC7）、甲基环己烷（MCYC6）、甲苯（TOL）、2-甲基庚烷（2-MC7）、正辛烷（nC8）、1, 1, 3-三甲基环己烷（1, 1, 3-TMCYC6）、正壬烷（nC9）。从图中可以看出, 通过轻烃录井基本可以检测出油层C1-C9间的所有正构烷烃, 部分异构烷烃、芳香烃, 出峰较为齐全且峰值较高, 随着储层气油比的增加, 轻烃峰值和出峰范围略有下降。

图2c、图2d分别为C-1井4 529 m凝析气层（气油比为5 686 m3/m3）及D-1井3 450 m凝析气层（气油比为32 036 m3/m3）的地化轻烃谱图。轻烃录井表现为C1-C4含量高, C5以后正构烷烃基本缺失, 其他异构烷烃、芳香烃含量检测范围较少, 出峰不全且峰值较低, 如C-1井平湖组凝析气层nC4以后正构烷烃峰值低, 其他烃类检测范围少且峰值相对较低。随着储层气油比的增大, 检测峰值和出峰范围出现下降, D-1井平湖组凝析气层仅检测到C1-C2以及少量异构组分, 未检测到芳香烃组分。

2.2 参数图板法

通过整理39口井600余层的轻烃录井数据, 开展了不同油气类型的参数特征剖析, 同时厘清了不同气油比轻质油层与凝析气层轻烃参数的差异特征（表1）, 为轻烃油气谱图识别方法奠定基础。其中, 轻质油层的∑ （C3-nC8）为高值, ∑ （C1-C2）呈现相对低值; 凝析气层的∑ （C1-C4）呈现高值, 而∑ （C5-nC8）为低值。

表1 不同气油比储层的轻烃组分占比（部分井数据）

轻烃原始参数易受原油性质、温度、烃损、进样量等因素影响, 而轻烃比值参数只与油气层的组分含量有关[8]。在气层中, 轻烃组分以C1-C5为主, 特别是C1含量极高, ∑ （C1-C5）呈现相对高值, ∑ （nC6-nC8）为相对低值; 而在油层中轻烃组分∑ （nC6-nC8）为相对高值, ∑ （C1-C5）呈现相对低值。利用此规律建立气指数Ig和油指数Io, 含气性指数∑ （C1-C5）和含油性指数∑ （nC6-nC8）, 各公式如下：

Ig=C12C2+C3

Io=1000×（nC6+nC7+nC8）2C1+C2+C3+iC4+nC4+iC5+nC5

∑ （C1-C5）=C1+C2+C3+iC4+nC4+iC5+nC5

∑ （nC6-nC8）=nC6+nC7+nC8

利用气指数Ig和油指数Io建立轻烃油气识别图板（图3a）, 其中, 油层的Io> 100、Ig< 100, 气层的Io< 1 000、Ig> 100, 二者区分效果明显。利用含气性指数∑ （C1-C5）和含油性指数∑ （nC6-nC8）建立轻烃油气识别图板（图3b）, 其中油层的含气性指数∑ （C1-C5）< 70%、含油性指数∑ （nC6-nC8）> 5%, 气层普遍的含气性指数∑ （C1-C5）> 50%、含油性指数∑ （nC6-nC8）< 5%, 区分效果明显。故利用气指数Ig和油指数Io交会图板、含气性指数∑ （C1-C5）和含油性指数∑ （nC6-nC8）交会图板对油层和气层均有较好的识别效果。

图3 西湖凹陷轻烃参数油气识别图板

3 储层含水性识别方法

轻烃分析技术基于石油、天然气中轻烃化合物的浓度和分布、稳定性及在水中的溶解度等物理化学性质差异[9], 找出石油、天然气的成因类型和热演化程度及次生演化强度的规律, 进而对油气水进行识别和评价。在标准状态下, 不同烃组分在水中的溶解度也具有较大的差异, 例如, 甲烷溶解度为3.5 mg/100 mL, 乙烷溶解度为6.0 mg/100 mL, 在水中溶解度较低; 而苯在水中的溶解度为174 mg/100 mL, 甲苯为53 mg/100 mL。若储层中含水, 地化轻烃检测到的苯和甲苯含量将急剧减少, 反之, 在纯油气层中则会表现为高值。

根据轻烃组分在水中溶解度存在差异的原理, 本次研究优选出含水敏感参数环己烷、甲基环己烷、苯及甲苯, 分别建立了环己烷与甲基环己烷交会、苯与甲苯交会的轻质油气含水性识别图板（图4）。从两个图板可以看出, 与含水层相比, 油气层环己烷、甲基环己烷、苯、甲苯的相对含量明显较高, 其中, 环己烷一般大于0.3%、甲基环己烷一般大于1%, 苯大于0.4%、甲苯大于0.5%。相应地, 衍生参数苯/甲苯、环己烷/甲基环己烷值油气层与含水层相比也具有较为明显的差异, 其中：油气层的苯/甲苯一般小于1, 环己烷/甲基环己烷大于0.2; 含水层的苯/甲苯一般大于1, 环己烷/甲基环己烷小于0.2。

图4 西湖凹陷轻烃特征参数含水性识别图板

4 应用实例

基于地化轻烃资料的复杂流体识别方法已经在西湖凹陷多口新钻探井中进行了验证, 应用效果较好, 流体解释符合率达到88.7%, 可以有效地对研究区轻质油层和凝析气层进行区分, 也可以应用于储层含水性判别。

4.1 轻质油层、凝析气层流体类型识别

B-1井位于东海盆地西湖凹陷西部斜坡带宁波B构造, 该井采用油基钻井液进行钻探, 在钻探过程中, 于3 861.5~3 874.0 m井段钻遇一套浅灰色荧光细砂岩（图5）, 成分以石英为主, 含少量长石及暗色矿物, 细粒为主, 部分粉粒, 次棱角-次圆状, 分选中等, 泥质胶结, 微含灰质; 气测全烃Tg为10.05%, 荧光直照亮白色, 面积30%, C级, 滴照乳白色, A/C反应中速。于3 934.0~3 939.5 m井段钻遇一套浅灰色中砂岩, 成分以石英为主, 少量长石及暗色矿物, 中粒为主, 部分细粒及粗粒, 分选中等, 棱角-次棱角状, 泥质胶结; 气测全烃Tg为24.22%, 荧光直照亮白色, 面积5%, D级, 滴照淡乳白色, A/C反应慢。两套储层电阻率、气测值均较高, 岩屑均有荧光显示, 气测组分差异不明显, 流体类型落实存在疑问。

图5 B-1井综合录井图

为了判断两套储层的流体类型, 对两层段的地化轻烃谱图形态进行分析。其中, 3 861.5~3 874.0 m井段3 868.0 m处（图6a）, 检测到正构烷烃C1-nC9组分, 部分异构烷烃、环烷烃、芳香烃, 出峰较为齐全且峰值较高, 表现出油层的特点; 在3 934.0~3 939.5 m井段3 937.0 m处则表现为高C1-C4, C5以后正构烷烃缺失, 其他异构烷烃、环烷烃、芳香烃含量检测范围较少, 出峰不齐全且峰值较低, 呈现出气层的特点（图6b）。在此基础上分别计算两套储层的轻烃参数, 其中3 861.5 m~3 874.0 m井段3 868.0m处气指数Ig和油指数Io分别为12.6、1 107.1, 含气性指数∑ （C1-C5）和含油性指数∑ （nC6-nC8）分别为59.7%、13.4%; 而3 934.0~3 939.5 m井段3 937.0 m处气指数Ig和油指数Io分别为2 302.8、9.1, 含气性指数∑ （C1-C5）和含油性指数∑ （nC6-nC8）分别为85.3%、2.9%。

图6 B-1井3 868.0 m、3 937.0 m地化轻烃谱图

图板投点结果显示3 868.0 m为油层, 3 937.0 m处为气层（图3）。本井钻后进行了泵抽取样落实流体性质, 在3 868.03 m处取得420 mL含油样品, 气油比为320 m3/m3, 为油层; 3 939.0、3 939.02 m处分别取得420 mL含气样品, 取样分析气油比为5 881~5 900 m3/m3, 结论为气层。地化轻烃谱图形态法与参数图板法的评价结果与泵抽取样结果一致, 验证了方法的可靠性。

4.2 储层含水性识别

A-4井位于西湖凹陷中央反转构造带, 该井在花港组3 812.0~3 834.0 m井段钻遇一套浅灰色细砂岩（图7）, 成分以石英为主, 含少量长石及暗色矿物, 细粒为主, 分选较好, 泥质胶结, 较疏松。气测全烃Tg为30.83%, 无荧光显示, 气样点火可燃, 火焰呈天蓝色。该层钻进至3 825.0 m时, 开始进行钻井取心作业, 由于钻时变慢、钻头尺寸减小, 单位时间内破碎岩石量减小, 自3 826.0 m开始气测值出现大幅降低, 3 830.0 m处电阻率也开始逐渐降低至18 Ω · m, 预示储层可能见底水。针对这一问题, 利用轻烃特征参数图板进行含水性分析。其中, 3 820.0 m处环己烷含量0.40%、甲基环己烷含量1.24%, 苯与甲苯含量分别为0.86%、1.19%; 3 832.0 m处环己烷含量0.18%、甲基环己烷含量0.79%, 苯与甲苯含量分别为0.39%、0.23%。图板投点结果显示3 820.0 m处为气层, 3 832.0 m处为含水层（图4）, 揭示储层的流体性质发生了改变。这一评价结果与后续的泵抽取样结果一致：钻后进行电缆测井在3 820.0 m处取样, 结果为气层, 不含水; 而3 831.2 m处泵抽取样结果为含气水层, 证实了评价方法的可靠性。

图7 A-4井综合录井图

5 结论

（1）基于轻烃谱图形态差异性可以定性区分轻质油层和凝析气层。轻质油层地化轻烃谱图形态表现为正构烷烃组分较齐全, 部分异构烷烃、环烷烃、芳香烃峰值较高的特征。而凝析气层表现为C5以后正构烷烃基本缺失, 异构烷烃、环烷烃、芳香烃含量检测范围较少, 出峰不全且峰值较低的特点。

（2）通过优选反映轻质油层和凝析气层轻烃检测组分差异性的轻烃参数气指数Ig、油指数Io、含气性指数∑ （C1-C5）和含油性指数∑ （nC6-nC8）建立图板, 可以有效区分轻质油层和凝析气层。

（3）结合轻烃化合物的浓度和分布、稳定性及在水中的溶解度等物理化学性质差异理论, 基于不同烃组分在水中的溶解度差异性, 优选轻烃资料中的环己烷、甲基环己烷、苯、甲苯参数, 建立轻烃参数含水性评价图板, 可以判断储层的含水性。

（4）基于地化轻烃资料的复杂流体识别方法在西湖凹陷随钻评价中已开展广泛应用, 流体解释符合率可达88%以上, 为油基钻井液条件下的复杂储层评价提供了新思路, 具有较好的推广应用前景。

编辑 卜丽媛

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