引用本文
熊亭, 叶丹阳, 蒋钱涛, 张伟, 孙本飞. 三维定量荧光录井原油密度定量计算方法与应用——以珠江口盆地珠一坳陷为例[J]. 录井工程, 2025,36(1): 70-76.
XIONG Ting, YE Danyang, JIANG Qiantao, ZHANG Wei, SUN Benfei. Quantitative calculation method of crude oil density based on 3D fluorescence logging technology and its application：A case study of Zhu I Depression,Pearl River Mouth Basin[J]. Mud Logging Engineering, 2025,36(1): 70-76.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2025.01.011  
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三维定量荧光录井原油密度定量计算方法与应用——以珠江口盆地珠一坳陷为例
熊亭①, 叶丹阳②, 蒋钱涛①, 张伟③, 孙本飞④
①中海石油（中国）有限公司深圳分公司
②中法渤海地质服务有限公司深圳分公司
③中海油服油田技术事业部深圳作业公司
④北京永盛通科技发展有限公司

作者简介：熊亭 高级工程师,1989年生,2024年毕业于长江大学矿产普查与勘探专业,博士学位,现在中海石油（中国）有限公司深圳分公司从事现场地质作业技术及管理工作。通信地址：518000 广东省深圳市南山区中海油大厦。E-mail：479023579@qq.com

收稿日期: 2025-01-15
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

原油密度的快速、准确预测可以直接支撑随钻过程中储量计算、指导作业方案制定及勘探决策部署。珠江口盆地珠一坳陷的油藏埋深、烃源热演化及运移保存条件不同,导致区域内原油密度差异较大,在作业现场无法实现原油密度的定量预测,给勘探作业决策及开发生产方案制定带来了一系列挑战。以三维定量荧光谱图和实验室原油密度资料为基础,结合区域油质定性划分标准,采用谱图分割的方法,确定不同油质组分占比,并与实验室原油密度进行相关性分析,构建了基于三维定量荧光录井资料的原油密度计算模型,实现了随钻过程中原油密度的实时、定量预测。在珠一坳陷不同靶区的9口井开展原油密度定量预测,其结果与实测原油密度相对误差不超过2%,表明该方法具备较好的推广应用前景。

关键词: 三维定量荧光; 原油密度; 珠一坳陷; 谱图分割
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A
Quantitative calculation method of crude oil density based on 3D fluorescence logging technology and its application：A case study of Zhu I Depression,Pearl River Mouth Basin
XIONG Ting①, YE Danyang②, JIANG Qiantao①, ZHANG Wei③, SUN Benfei④
①CNOOC China Limited Shenzhen Company,Shenzhen 518000,China
②China France BohaiGeoservices Co.,Ltd.,Shenzhen 518000,China
③COSL Oilfield Technology Division Shenzhen Operation Company,Huizhou,Guangdong 516000,China
④Beijing Yongshengtong Technology Development Co.,Ltd.,Beijing 100022,China
Abstract

Rapid and accurate prediction of crude oil density can directly support reserve calculation,operation plan formulation guidance,and exploration decision-making during the drilling process. Differences in reservoir bury depth,thermal evolution of hydrocarbon sources,and migration preservation conditions in the Zhu I Depression in the Pearl River Mouth Basin lead to large differences in crude oil density. Therefore,quantitative prediction of crude oil density cannot be achieved on the operation site,which brings a series of challenges to exploration operation and production plan decision-making. Based on the 3D quantitative fluorescence spectrum and laboratory crude oil density,combined with the regional oil qualitative classification standards,this paper uses the spectrum segmentation method to determine the proportion of different oil components. Then,correlation analysis is carried out with the crude oil density in the laboratory,and a quantitative calculation model of crude oil density based on 3D quantitative fluorescence logging data is constructed,which finally realizes real-time and quantitative prediction of crude oil density during the drilling process. Quantitative prediction of crude oil density is carried out in 9 wells in different target areas of the Zhu I Depression and finds that the relative error rate of crude oil density between the prediction and the measured results dose not exceed 2%,confirming that this method has good application prospects.

Keyword: 3D quantitative fluorescence; crude oil density; Zhu I Depression; spectrum segmentation
0 引言

在珠江口盆地珠一坳陷勘探开发过程中, 先后在惠州、恩平、陆丰和西江凹陷发现大规模油层, 但不同凹陷原油密度变化大, 相应的勘探测试工艺及生产开发方式存在较大差异。目前, 地层原油密度主要依赖PVT样以及地层测试确定, 但取样测试费用高昂且样本数量有限, 难以满足大规模勘探开发的需求。如何在随钻过程中连续、准确预测原油密度, 快速判别原油品质, 对后续勘探开发作业具有重要指导意义[1, 2, 3]。

近年来, 众多学者借助三维定量荧光录井技术对原油密度预测开展了广泛研究, 该技术在一定程度上能判别原油性质, 但现有方法一般局限于定性分析, 且三维定量荧光评价技术存在下列问题：

（1）单一的最佳激发、发射波长在解释评价过程中存在多解性, 即最佳激发、发射波长相近, 但原油性质却相差较大。

（2）目前油性指数的计算选用激发波长为290 nm时中轻质成分对应的荧光强度, 该激发波长的选取缺少科学依据, 致使计算结果缺乏代表性。

（3）目前的表征参数都是间接反映原油性质, 尚无基于三维定量荧光色谱的原油密度定量计算方法。实现定量的原油密度预测一直是当前技术面临的瓶颈。

针对上述问题, 本文以珠江口盆地珠一坳陷三维定量荧光原油分析样品为研究对象, 重点分析研究区不同原油样品三维谱图与原油密度间的耦合联系, 采用谱图分割方法, 通过建立原油密度的定量预测模型, 解决了基于三维定量荧光原油密度定量预测的难题, 为随钻过程中储量计算、作业方案制定及快速勘探决策部署提供了关键技术支撑。

1 地质背景

珠江口盆地位于华南大陆南缘、南海北部大陆边缘, 是在古生代及中生代复杂褶皱基底上形成的新生代裂谷盆地, 呈NE走向。盆地由北向南可划分为多个构造单元, 即北部隆起带、北部拗陷带、中央隆起带、南部隆起带、南部拗陷带。各构造单元可进一步划分为珠一坳陷、珠二坳陷、珠三坳陷。本次研究区珠一坳陷, 是珠江口盆地最重要的油气富集区, 也是当前勘探开发的重点和热点区域, 可划分为恩平凹陷、西江凹陷、惠州凹陷以及陆丰凹陷[4, 5, 6]（图1a）。由于不同凹陷所处不同构造位置, 受原生烃源条件及次生改造作用影响, 存在多种油藏类型, 导致原油密度纵、横向差异较大, 数值介于0.77~0.97 g/cm3之间（图1b）。不同原油密度对应的测试作业方案及工具选择存在较大差异, 如中重质稠油粘度高、流动性差, 多采用螺杆泵举升工艺, 而轻质油流动性较好, 常采用自喷或气举方式。海上作业环境特殊, 工具储备受限, 因此快速准确预测原油密度对海上油气开采作业的高效、有序进行至关重要。

图1 珠一坳陷平面位置及原油密度与深度分布关系图

2 三维定量荧光录井技术

芳烃苯环上共轭双键的π 电子可吸收光子能量, 由基态跃迁至激发态, 再由不稳定的激发态回到基态, 同时释放能量, 即为荧光的产生过程[7, 8, 9, 10]。三维定量荧光录井技术正是利用石油中所含的芳烃等成分在紫外光照射下能够被激发并发射荧光的特性, 来判别岩样中是否含油[11, 12]。该技术采用多点激发、多点接收的方式, 选取不同波长（200~800 nm）的激发光进行扫描接收, 采集“ 激发波长-发射波长-荧光强度” 的三维定量荧光谱图数据, 进而可切割成不同激发波长下的发射谱图, 定量计算样品的含油浓度。

三维定量荧光录井技术遵循朗伯-比尔定律[13]：即当样品浓度较低时, 荧光强度与溶液浓度成正比; 而当样品浓度较高时, 荧光强度与溶液浓度呈非线性关系, 并会出现“ 荧光抑制” 现象。该技术检测时间短、精度高, 在识别真假油气显示、判断原油及流体性质等方面发挥着越来越重要的作用[14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21]。前人依据不同油质原油三维定量荧光谱图最佳激发波长和发射波长差异, 进行原油性质的定性判断。一般来说, 激发波长和发射波长越大, 原油中重质成分含量越高、油质越重, 反之则油质越轻。因此, 三维定量荧光谱图中波长与原油密度密切相关, 为本文原油密度的定量计算提供坚实的理论基础。

3 利用谱图分割技术预测原油密度
3.1 样品选择

本次研究使用的是QFA-3DⅢ 仪器, 采用特制氙灯, 激发波长（Ex）200~800 nm, 荧光物质吸收激发光后而发射荧光, 发射波长（Em）200~800 nm, 测量浓度需大于0.01 mg/L。在现场随钻过程中, 岩屑样品破碎且常会受到钻井液污染, 难以辨别真假油气, 从而影响实验效果, 故应尽量挑选无污染的井壁心或钻井取心作为研究对象, 同时要优选主力含油层段不同原油类型的样品, 去掉与实际原油密度相差较大的数据。由于研究区域岩心分析样品有限, 选取15个原油样品进行三维定量荧光分析, 主要覆盖轻、中两种不同性质原油。

3.2 多元回归建模

首先对15个不同密度的原油样品三维定量荧光谱图进行最佳激发波长对应的发射谱图曲线提取（图2中蓝色线）, 通过对多口井三维定量荧光参数进行分析, 根据海洋原油性质划分标准, 按照Em< 345 nm（S1）, 345 nm< Em< 376 nm（S2）, 376 nm< Em< 410 nm（S3）, Em> 410 nm（S4）将谱图划分为4个部分（表1）。分别对各个部分面积进行积分, 然后除以总面积, 得到S1、S2、S3和S4组分的面积百分含量占比As1、As2、As3、As4, 如表2所示。

图2 三维定量荧光谱图（样品1）

表1 三维定量荧光原油性质判断标准
表2 15个原油样品不同组分的面积百分含量占比

对组分S1、S2、S3和S4的面积百分含量占比和原油密度的相关性进行分析（图3）, 可以看出：As1与原油密度呈负相关, 判定系数R2=0.96; As2与原油密度呈负相关, 判定系数R2=0.01; As3与原油密度呈正相关, 判定系数R2=0.78; As4与原油密度呈正相关, 判定系数R2=0.72。S1、S3和S4组分的面积百分含量占比与原油密度相关性均较高, 可参与多元回归建模。

图3 15个原油样品不同组分面积百分含量与原油密度的相关性分析

利用S1、S3和S4组分的面积百分含量排列组合进行多元回归, 在保证模型精度的同时, 尽量让每个组分值前的系数符合正、负相关关系, 来克服数学算法不受地质约束的问题。得到原油相对密度（ρ ）计算公式：

ρ =-0.003As1+0.005As3+0.001As4+0.745

该模型判定系数高达0.97, 预测效果较好, 计算原油密度误差较小, 能够满足解释评价的需求（图4）。

图4 原油密度计算效果图

4 应用效果

选取珠一坳陷不同构造的9口井试油资料, 验证本文基于三维定量荧光录井技术预测原油密度计算模型, 应用结果见表3。从表3可以看出, 利用预测模型计算的原油密度与实测原油密度相差不大, 整体相对误差小于2%, 具有较高的精度和较好的应用效果。

表3 珠一坳陷9口井的应用结果

LF 13-A井位于珠江口盆地珠一坳陷陆丰凹陷陆丰13构造, 钻探目的为落实本含油构造恩四段探明储量规模及获取产能信息, 为未来区域开发取全取准地质资料。但该区域内油品差异大, 原油密度在0.81~0.96 g/cm3均有分布, 而不同的原油密度涉及不同的测试作业方案及工具准备。因此, 井场快速、准确的原油密度预测显得尤为重要。

本井主要目的层下恩平组见多层显示（图5）, 其中3 457~3 470 m井段荧光中砂岩：褐灰色, 成分以石英为主, 少量长石及暗色矿物, 以中粒为主, 部分细粒, 少量粗粒、粉粒, 颗粒呈次棱角-次圆状, 分选差, 泥质胶结, 疏松; 荧光直照亮黄色, 面积占比80%, B级, 滴照乳白色, 快速扩散。气测异常明显, 三维对比级别5.7~6.3, 整体表现为油层特征, 测井密度值小于2.4 g/cm3, 储层物性相对较好。另外, 基于三维定量谱图组分划分, 其中As1为17.49%, As2为20.68%, As3为25.07%, As4为36.76%, 代入上文原油密度预测模型, 计算得到原油密度0.854 g/cm3。结合储层物性分析及原油密度评价, 本井段采用常规射孔测试, 无需举升工艺, 在3 457~3 470 m井段进行测试, 自喷, 日产油147.1 m3, 日产气3 309 m3, 气油比22.49。脱气原油密度0.842 g/cm3。原油密度计算相对误差1.62%, 进一步验证了研究方法的准确性。

图5 LF 13-A井录井综合图

5 结论

为解决传统仅依靠三维定量荧光资料进行原油密度定性判断且存在多解性的问题, 提出以三维定量荧光谱图为基础, 采用谱图分割方法, 结合地层测试取样数据, 构建三维定量荧光技术的原油密度定量计算模型。该模型在珠江口盆地珠一坳陷原油评价中, 预测原油密度与实测原油密度相对误差不超过2%, 具有较好的应用效果, 能够满足油气勘探与开发需求, 可为后续原油类型判识、产能预测及作业方案设计提供可靠依据。

（ 编辑 郑春生）

参考文献
[1] 孙焕泉. 薄储层超稠油热化学复合采油方法与技术[J]. 石油与天然气地质, 2020, 41(5): 1100-1106.
SUN Huanquan. Hybrid thermal chemical recovery of thin extra-heavy oil reservoirs[J]. Oil & Gas Geology, 2020, 41(5): 1100-1106. [本文引用:1]
[2] 薛永安. 渤海海域垦利6-1油田的发现与浅层勘探思路的重大转变[J]. 中国海上油气, 2021, 33(2): 1-12.
XUE Yong 'an. Discovery of KL 6-1 oilfield and great change of shallow strata exploration ideas in Bohai sea[J]. China Offshore Oil and Gas, 2021, 33(2): 1-12. [本文引用:1]
[3] 李永会, 刘刚, 高亮, 等. 基于岩石热解资料的烃源岩有机碳构成计算方法及应用[J]. 特种油气藏, 2022, 29(2): 51-56.
LI Yonghui, LIU Gang, GAO Liang, et al. Calculation method and its application of organic carbon composition of source rock based on rock pyrolysis data[J]. Special Oil & Gas Reservoirs, 2022, 29(2): 51-56. [本文引用:1]
[4] 施和生, 朱俊章, 姜正龙, 等. 珠江口盆地珠一坳陷油气资源再评价[J]. 中国海上油气, 2009, 21(1): 9-14.
SHI Hesheng, ZHU Junzhang, JIANG Zhenglong, et al. Hydrocarbon resources reassessment in Zhu I depression, Pearl River Mouth basin[J]. China Offshore Oil and Gas, 2009, 21(1): 9-14. [本文引用:1]
[5] 史玉玲, 张向涛, 朱俊章, 等. 珠一坳陷近源及远源油气富集主控地质因素统计与油气运移物理模拟实验[J]. 中国海上油气, 2020, 32(5): 26-35.
SHI Yuling, ZHANG Xiangtao, ZHU Junzhang, et al. Statistics on the main geological factors controlling hydrocarbon accumulation of near and distal sources in Zhu I depression and the physical simulation experiment of hydrocarbons migration[J]. China Offshore Petroleum, 2020, 32(5): 26-35. [本文引用:1]
[6] 施和生, 代一丁, 刘丽华, 等. 珠江口盆地珠一坳陷油气藏地质特征与分布发育基本模式[J]. 石油学报, 2015, 36(增刊2): 120-133, 155.
SHI Hesheng, DAI Yiding, LIU Lihua, et al. Geological characteristics and distribution model of oil and gas reservoirs in Zhu Ⅰ depression, Pearl River Mouth Basin[J]. Acta Petrolei Sinica, 2015, 36(S2): 120-133, 155. [本文引用:1]
[7] 雍克岚. 三维荧光指纹技术及其在石油地球化学勘探中的应用[J]. 石油实验地质, 1992, 14(4): 432-442.
YONG Kelan. Three dimentional fluorescent fingerprint technique and its application to petroleum exploration[J]. Experimental Petroleum Geology, 1992, 14(4): 432-442. [本文引用:1]
[8] 沈卫宏. OFA-定量荧光仪及其应用[J]. 石油仪器, 2003, 17(3): 40-42.
SHEN Weihong. OFA-Ⅱ quantitative fluorescence detector and its application[J]. Petroleum Tubular Goods & Instruments, 2003, 17(3): 40-42. [本文引用:1]
[9] 赵菊英, 王欣, 苏慧敏. 用OFA-2石油荧光分析仪测定钻井液添加剂荧光的方法[J]. 钻井液与完井液, 2003, 20(6): 48-49, 59.
ZHAO Juying, WANG Xin, SU Huimin. Fluorescence determination approach of drilling fluid additives using OFA-2 fluorescope[J]. Drilling Fluid and Completion Fluid, 2003, 20(6): 48-49, 59. [本文引用:1]
[10] 付大巍, 宫立园, 胡德胜, 等. 三维定量荧光录井技术在乌石凹陷油层评价中的应用[J]. 录井工程, 2023, 34(1): 54-59.
FU Dawei, GONG Liyuan, HU Desheng, et al. Application of 3D quantitative fluorescence logging technology in reservoir evaluation of Wushi Sag[J]. Mud Logging Engineering, 2023, 34(1): 54-59. [本文引用:1]
[11] 刘强国, 朱清祥. 录井方法与原理[M]. 北京: 石油工业出版社, 2011.
LIU Qiangguo, ZHU Qingxiang. Logging method and principle[M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 2011. [本文引用:1]
[12] 焦香婷, 孙凤兰, 杨建华, 等. 三维定量荧光录井影响因素分析及控制措施[J]. 录井工程, 2019, 30(3): 21-26.
JIAO Xiangting, SUN Fenglan, YANG Jianhua, et al. Analysis of influencing factors and control measures for three-dimensional quantitative fluorescence logging[J]. Mud Logging Engineering, 2019, 30(3): 21-26. [本文引用:1]
[13] 李成军, 录井技术与油气层综合解释评价[M]. 北京: 石油工业出版社, 2011.
LI Chengjun, Logging technology and comprehensive interpretation and evaluation of oil and gas zones[M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 2011. [本文引用:1]
[14] 倪朋勃. 三维定量荧光技术在渤中坳陷油层识别中的应用研究[D]. 大庆: 东北石油大学, 2017.
NI Pengbo. Application of three-dimensional quantitative fluorescence technology in oil reservoir identification in Bozhong Depression[D]. Daqing: Northeast Petroleum University, 2017. [本文引用:1]
[15] 崔秀辉. 准中4区块侏罗系轻质油层录井识别与评价方法研究[D]. 青岛： 中国石油大学（华东）, 2017.
CUI Xiuhui. Study on logging identification and evaluation methods of Jurassic light oil layers in Zhuzhong 4 block[D]. Qingdao: China University of Petroleum（East China）, 2017. [本文引用:1]
[16] 刘伟, 胡斌, 于敦源, 等. 我国重质油的三维荧光特征及其地质意义[J]. 物探与化探, 2004, 28(2): 123-125, 129.
LIU Wei, HU Bin, YU Dunyuan, et al. Three dimensional fluorescence character of heavy oil in china and its geological significance[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2004, 28(2): 123-125, 129. [本文引用:1]
[17] 胡云, 谭忠健, 张建斌, 等. 利用录井图版判别渤海油田原油性质的新方法[J]. 中国海上油气, 2016, 28(5): 44-48.
HU Yun, TAN Zhongjian, ZHANG Jianbin, et al. A new method to discriminate crude oil properties with mud logging charts in Bohai oilfield[J]. China Offshore Oil& Gas, 2016, 28(5): 44-48. [本文引用:1]
[18] 兰晶晶, 熊亭, 陈伟. 三维定量荧光录井技术在渤海湾盆地A油田的应用[J]. 录井工程, 2016, 27(2): 15-19.
LAN Jingjing, XIONG Ting, CHEN Wei. Application of three-dimensional quantitative fluorescence logging technology in A Oilfield in Bohai Bay Basin[J]. Mud Logging Engineering, 2016, 27(2): 15-19. [本文引用:1]
[19] 褚万功. 综合录井参数以及特色录井技术在南堡凹陷的应用[J]. 石化技术, 2020, 27(2): 118-120.
CHU Wangong. Application of comprehensive logging parameters and characteristic logging technology in Nanpu depression[J]. Petrochemical Industry Technology, 2020, 27(2): 118-120. [本文引用:1]
[20] 刘新, 蔡军, 李娟, 等. 三维定量荧光MS指数在冀中勘探重点区带的应用[J]. 录井工程, 2019, 30(1): 27-32.
LIU Xin, CAI Jun, LI Juan, et al. Application of three-dimensional quantitative fluorescence MS index in key exploration areas in central Hebei[J]. Mud Logging Engineering, 2019, 30(1): 27-32. [本文引用:1]
[21] 熊亭, 吴勇钢, 罗迎春, 等. 三维定量荧光图谱法在陆丰凹陷储集层流体性质快速识别中的应用[J]. 录井工程, 2021, 32(2): 19-25.
XIONG Ting, WU Yonggang, LUO Yingchun, et al. Application of 3D quantitative fluorescence atlas method to rapid identification of reservoir fluid properties in Lufeng sag[J]. Mud Logging Engineering, 2021, 32(2): 19-25. [本文引用:1]