摘 要

——以柴達(dá)木盆地英東油氣田為例摘　要：柴達(dá)木盆地英東油氣田多套油氣水系統(tǒng)縱向上相互疊置，油層、氣層難以準(zhǔn)確區(qū)分，氣油比計(jì)算非常困難。為此，結(jié)合油

             ——以柴達(dá)木盆地英東油氣田為例

摘　要：柴達(dá)木盆地英東油氣田多套油氣水系統(tǒng)縱向上相互疊置，油層、氣層難以準(zhǔn)確區(qū)分，氣油比計(jì)算非常困難。為此，結(jié)合油氣測(cè)試、生產(chǎn)資料，分別利用常規(guī)測(cè)井、核磁共振測(cè)井、氣測(cè)錄井來(lái)定性區(qū)分油氣進(jìn)而定量計(jì)算氣油比。在區(qū)分油氣方面，常規(guī)測(cè)井主要是利用補(bǔ)償中子測(cè)井的挖掘效應(yīng)；核磁共振測(cè)井依據(jù)的是輕質(zhì)油與天然氣在巖石大孔隙中不同的弛豫機(jī)制；氣測(cè)錄井則是在考察現(xiàn)有圖版法和數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，提出氣體組分星型圖版。在氣油比定量計(jì)算方面，首次提出以氣體組分星型圖面積比來(lái)計(jì)算氣油比。研究結(jié)果表明：①受地層壓力、含氫指數(shù)、泥質(zhì)含量、井眼條件、鉆井液侵入等因素的影響，常規(guī)測(cè)井定性區(qū)分油氣效果一般；②核磁共振測(cè)井區(qū)分油氣效果較好，但受昂貴價(jià)格的制約難以廣泛使用；③氣體組分星型圖區(qū)分油氣效果最好；④根據(jù)氣體組分星型圖面積比計(jì)算的氣油比得到了油氣測(cè)試、生產(chǎn)、產(chǎn)液剖面資料的驗(yàn)證。所得成果為該油氣田的勘探開(kāi)發(fā)提供了技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：柴達(dá)木盆地  英東油氣田  氣測(cè)錄井  測(cè)井  挖掘效應(yīng)  核磁共振測(cè)井  油氣區(qū)分  氣油比

Quantitative calculation of GoR of a complex oil-gas-water system with logging data：A case study from the Yingdong oil／gas field，Qaidam Basin

Abstract：In the Yingdong oil／gas field of the Qaidam Basin，multiple oil gas water systems vertically overlap，making it difficuit to accurately identify oil layers and gas layers and calculate gas oil ratio(GOR)．In combination with test and production data，conven tional logging，NMR and mud logging data were integrated to quantitatively calculate GOR．As to the identification of oil and gas layers，the conventional logging plays its role through the excavation effect of compensated neutron l09，NMR plavs its role through the different relaxation mechanisms of light oil and natural gas in large pores，while mud logging plays its role through star chart boards of gas components established based on available chart boards and mathematical statistics．As to the quantitative calculation of GOR，the area ratio of star chart board of gas component was first used in GOR calculation．The conventional logging data are actually modest in differentiating oil and gas layers due to the influences of formation pressure，hydrogen index(HI)，shale content,borehole conditions and invasion of drilling mud．NMR is quite effective in identifying oil and gas layers，but cannot be widely used due to its high cost．By contrast，the star chart board of gas components is the most effective in differentiating oil and gas layers．The GORs calculated by using the area ratio of star chart board have been verified by various data such as testin9，Droduction and liquid production profile．

Keywords：Qaidam Basin，Yingdong oil／gas field，mud logging，logging，excavation effect，NMR，oil and gas laver differentiation,GOR

英東油氣田位于柴達(dá)木盆地西部英雄嶺地區(qū)，是該區(qū)近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的4個(gè)億噸級(jí)整裝油氣田中的第二個(gè)，具有含油氣井段長(zhǎng)、油氣層縱向累計(jì)厚度大^[1]、單層較薄的特點(diǎn)。由于英東油氣田斷裂非常發(fā)育^[2]，多套油氣水系統(tǒng)在縱向上相互疊置，油氣難以準(zhǔn)確區(qū)分，常出現(xiàn)氣層當(dāng)做油層誤射，給地面輸油管線造成巨大壓力；同時(shí)由于高氣油比儲(chǔ)層的開(kāi)采，導(dǎo)致油氣藏地層壓力下降太快，這些因素都給勘探開(kāi)發(fā)帶來(lái)了諸多不利影響。因此，進(jìn)行儲(chǔ)層油氣區(qū)分及氣油比定量計(jì)算成為英東油氣田目前迫切需要解決的問(wèn)題。

1　儲(chǔ)層概況

1．1　儲(chǔ)層巖性物性

儲(chǔ)層具有成分成熟度中等、結(jié)構(gòu)成熟度中一高、碎屑顆粒粒度細(xì)、雜基含量較低、膠結(jié)物含量中  低、成巖作用較弱等基本特征。巖石類型相對(duì)穩(wěn)定，主要為巖屑長(zhǎng)石砂巖。砂巖粒度較細(xì)，主要為中  粉砂巖。膠結(jié)物含量平均為7％，主要為方解石。儲(chǔ)層孔隙較發(fā)育，且分布相對(duì)較均勻，孔隙連通性較好。儲(chǔ)集空間以原生粒間孔為主，占81.7％，次為溶蝕孔，占15.5％，少量裂隙孔，占2.8％。儲(chǔ)層巖心孔隙度介于10.0％～23.0％，平均為20.4％；滲透率介于0.1～500mD，平均為124.9mD。

1．2　儲(chǔ)層溫度壓力

地溫梯度為3.08℃／(100m)，屬于正常溫度系統(tǒng)。根據(jù)實(shí)測(cè)的26個(gè)溫度和深度數(shù)據(jù)，擬合出的溫度與深度關(guān)系式為：

T＝10.428+0.0308D    (R＝0.9950) 　　　　 (1)

式中T為地層溫度，℃；D為地層深度，m。

地層壓力梯度為1.07MPa／(100m)，屬于正常壓力系統(tǒng)。根據(jù)實(shí)測(cè)的26個(gè)壓力和海拔數(shù)據(jù)，擬合出的壓力與海拔關(guān)系式為：

P＝31.479+0.0107H    (R＝0.9849) 　　　　 (2)

式中P為地層壓力，MPa；H為測(cè)點(diǎn)海拔，m。

1．3　儲(chǔ)層油氣特性

地面原油平均密度為0.842t／m³，平均黏度為9.4mPa·S，平均含蠟量為14.0％，平均汽油含量為10.1％，平均煤柴油含量為28.3％，平均凝固點(diǎn)為30.0℃，平均析蠟點(diǎn)為45．0℃，平均初餾點(diǎn)為144.0℃，屬于輕質(zhì)中黏常規(guī)油。高壓物性油樣分析表明，在原始地層壓力下，溶解氣油比為介于20.7～99.0m³／m³，平均為74.0m³／m³。

天然氣平均相對(duì)密度為0.638，平均甲烷含量為88.05％，平均乙烷含量為3.78％，平均丙烷含量為1.63％，平均異丁烷以上含量為1.48％，平均氮?dú)夂繛?span lang="EN-US">4.65％，平均二氧化碳含量為0.41％。高壓物性天然氣樣分析表明，在原始地層壓力下，天然氣體積系數(shù)介于0.00708～0.01193，密度介于0.061～0.101t／m³，黏度介于0.0137～0.0156mPa·S，偏差系數(shù)介于0.8379～0.8701(平均為0.8540)，屬于干氣體系。

2　油氣定性區(qū)分

2．1　常規(guī)測(cè)井油氣區(qū)分

常規(guī)測(cè)井區(qū)分油、氣常采用的方法主要基于電阻率^[3]和補(bǔ)償中子挖掘效應(yīng)^[4-5]這兩類。

但當(dāng)儲(chǔ)層含水飽和度相近，油層和氣層的電阻率更多反映儲(chǔ)層的物性特征，而不是油或氣的特性。并且英東油氣田地層水礦化度較高，不同儲(chǔ)層的物性有較大差異，導(dǎo)致淡水鉆井液濾液侵入儲(chǔ)層深度不同，同等飽和度情況下，電阻率主要是物性和侵入特征的反映^[6]，油和氣的差異不夠明顯，因此電阻率方法在英東油氣田不適用。

補(bǔ)償中子挖掘效應(yīng)方法認(rèn)為氣層補(bǔ)償中子孔隙度會(huì)降低，而聲波和密度視孔隙度會(huì)增高，因此氣層的補(bǔ)償中子孔隙度與聲波或密度視孔隙度之間會(huì)存在一定差異。然而不同氣層的地層壓力、含氫指數(shù)、密度等是有差別的^[7]；同時(shí)，泥質(zhì)含量的高低、儲(chǔ)層巖屑成分含量的變化等因素都會(huì)影響三孔隙度曲線，從而在一定程度上掩蓋氣的響應(yīng)；另外砂泥巖地層中頻繁出現(xiàn)的擴(kuò)徑現(xiàn)象也會(huì)導(dǎo)致三孔隙度曲線質(zhì)量降低。圖1為補(bǔ)償測(cè)井挖掘效應(yīng)油氣區(qū)分交會(huì)圖，在井徑規(guī)則，三孔隙度曲線質(zhì)量合格的井段，有一定效果，但無(wú)法區(qū)分油氣同層。

 

2．2　核磁共振測(cè)井區(qū)分油氣

核磁共振測(cè)井在研究?jī)?chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)^[8]、判斷儲(chǔ)層流體性質(zhì)等方面具有獨(dú)特的作用^[9-10]。核磁共振測(cè)井觀測(cè)到的橫向弛豫時(shí)間(T2)可表示為^[11]：

 

式中T2B為流體體積弛豫時(shí)間，ms；D為擴(kuò)散系數(shù)，ms²／ms；G為磁場(chǎng)梯度，Gs／cm；TE為回波間隔，ms；S為孔隙表面積，cm²；V為孔隙體積，cm³；r2為巖石橫向表面弛豫強(qiáng)度，mm／ms。

輕質(zhì)油在大孔隙中的體積弛豫會(huì)使T2弛豫時(shí)間很長(zhǎng)，即常見(jiàn)的T2譜拖尾現(xiàn)象；天然氣不存在體積弛豫，由于其擴(kuò)散系數(shù)D很大^[12]，會(huì)使T2弛豫時(shí)間變短，即T2譜前移。

圖2為X1井的核磁共振測(cè)井油氣區(qū)分圖，M、N層的T2譜具有較明顯的拖尾現(xiàn)象，部分信號(hào)超過(guò)了1000ms，判別為油層；Y、Z層的T2譜弛豫時(shí)間則基本小于1000ms，判別為氣層。核磁共振測(cè)井區(qū)分油氣效果較好，但由于價(jià)格昂貴且測(cè)速慢，只有少部分井的重點(diǎn)層段進(jìn)行了核磁共振測(cè)井，因此該方法難以廣泛使用。

 

2．3　氣測(cè)錄井區(qū)分油氣

氣測(cè)錄井是通過(guò)測(cè)定鉆井液中可燃?xì)怏w含量來(lái)尋找地下油氣藏的一種錄井方法。色譜氣測(cè)技術(shù)利用色譜柱將收集到的氣體進(jìn)行分離、鑒定器測(cè)量，可以將C1～C5的各種組分含量連續(xù)記錄^[13]。目前，氣測(cè)錄井的應(yīng)用主要集中在識(shí)別油氣儲(chǔ)層上，有圖版法和數(shù)理統(tǒng)計(jì)法這兩大類方法。常用的圖版法包括：皮克斯勒?qǐng)D板^[14]、烴三角形圖版^[15]、烴比值圖版、濕度法圖版^[13]。等。這些圖版法使用的參數(shù)較少，一般只包含C1～C4，并且沒(méi)有區(qū)分正構(gòu)烷烴和異構(gòu)烷烴組分，氣測(cè)數(shù)據(jù)沒(méi)有得到充分應(yīng)用。

常用的數(shù)理統(tǒng)計(jì)法包括：R型因子分析^[16]、模糊模式識(shí)別、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)^[17]、Fisher線性判別、馬氏距離判別^[18]、歐氏距離判別^[19]等。這些數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)是利用了較多的數(shù)據(jù)信息，但一般都需要一定數(shù)量的樣本數(shù)據(jù)，且使用起來(lái)相對(duì)繁瑣，不夠方便。綜合來(lái)看，無(wú)論是圖版法還是數(shù)理統(tǒng)計(jì)法，現(xiàn)有的氣測(cè)錄井應(yīng)用主要用于尋找油氣層^[20]，側(cè)重于油氣層與水層的區(qū)分，極少有專門區(qū)分油層與氣層的研究。

在對(duì)比上述多種方法的優(yōu)缺點(diǎn)以及它們?cè)谟|油氣田的試用情況后，提出了氣體組分星型圖來(lái)區(qū)分油層和氣層，該方法在英東油氣田使用效果最好，它采用C1／C1、C1／C3、C2／C3、C2／iC4、C3／iC4、iC4／nC4、iC5／nC5這7項(xiàng)比值，充分利用了氣測(cè)錄井?dāng)?shù)據(jù)，能準(zhǔn)確地區(qū)分油層、油氣同層、氣層。通過(guò)測(cè)試、生產(chǎn)等數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)，氣體組分星型圖的判別符合率超過(guò)90％(圖3)。

 

3　氣油比定量計(jì)算

有關(guān)氣油比定量計(jì)算的研究則更少。2001年，高楚橋?qū)⒛鰵庾鳛榈貙芋w積模型中的一種組分來(lái)構(gòu)建常規(guī)測(cè)井的響應(yīng)方程，通過(guò)多條測(cè)井曲線建立超定方程組，求取最優(yōu)解得到氣油比，同時(shí)也指出其結(jié)果受到了鉆井液侵入的影響，需要進(jìn)行校正^[21]。2009年李方明利用“中子挖掘效應(yīng)”與氣油比建市、廣定性關(guān)系，但其研究對(duì)象為油藏，生產(chǎn)出的氣全為溶解氣^[22]，這些方法并不適合英東這種油氣藏。

由于測(cè)井定性區(qū)分油氣在英東油氣田的應(yīng)用存在一定局限性，筆者計(jì)算氣油比采用的是定性區(qū)分油氣效果較好的氣測(cè)錄井。如圖4所示，氣體組分星型圖中樣本數(shù)據(jù)點(diǎn)所圍總面積可以分解成兩部分，第一部分以C1／C2、C1／C3、C2／C3及原點(diǎn)所圍成的四邊形，其面積(Sa)與輕質(zhì)組分的含量有關(guān)；第二部分是以C2／C3、C2／iC4、C3／iC4、iC4／nC4、iC5／nC5、C1／C2及原點(diǎn)構(gòu)成的七邊形，其面積(Sb)與重質(zhì)組分含量有關(guān)，一般而言，面積Sa>Sb。對(duì)于氣層，Sa》Sb，即面積Sb非常??；對(duì)于油層，面積Sb相對(duì)較大；油氣同層則介于油層和氣層之間。

 

氣體組分星型圖分解后可按照式(2)計(jì)算出面積比Sa／Sb，再將其與油氣測(cè)試得到的氣油比(GOR)建立擬合關(guān)系(圖5)，兩者呈冪函數(shù)關(guān)系，即式(3)，面積比Sa／Sb越大，氣油比(GOR)越高。即

 

 

式中Sa為輕質(zhì)組分含量有關(guān)的四邊形面積，無(wú)因次；Sb為重質(zhì)組分含量有關(guān)的四邊形面積，無(wú)因次；C1為甲烷含量；C2為乙烷含量；C3為丙烷含量；iC4為異丁烷含量；nC4為正丁烷含量；iC5為異戊烷含量；nC5為正戊烷含量。

 

 

GOR＝3.0445(Sa／Sb)^4.3005        (5)

式中GOR為氣油比，m³／m³。

圖6為英東油氣田X2井氣測(cè)錄井定量計(jì)算氣油比的實(shí)例。井深1450～1485m，常規(guī)測(cè)井“挖掘效應(yīng)”區(qū)分油氣效果較差，無(wú)論油層還是氣層密度—中子的“鏡像特征”相差不大。該井投產(chǎn)時(shí)，A—F這6個(gè)層一起射開(kāi)，5mm油嘴自噴，平均日產(chǎn)油9.74m³、氣9602m³、水0.13m³。氣測(cè)錄井氣體組分星型圖判別A、B、C為油層油氣層，其氣油比分別約為36m³／m³、2000m³／m³、180m³／m³；D、E、F為氣層，其氣油比分別約為48000m³／m³、27000m³／m³、37000m³／m³；計(jì)算結(jié)果與超聲波三相流產(chǎn)液剖面基本一致。

 

4　結(jié)論

1)受到地層壓力、含氫指數(shù)、泥質(zhì)含量、井眼條件、鉆井液侵入等因素的影響，常規(guī)測(cè)井定性區(qū)分油氣效果一般；核磁共振測(cè)井區(qū)分油氣效果較好，但受其昂貴價(jià)格的制約難以廣泛使用；氣體組分星型圖區(qū)分油氣效果最好。

2)氣體組分星型圖面積sa與輕質(zhì)組分含量有關(guān)，面積Sb與重質(zhì)組分含量有關(guān)，其面積比Sa／Sb與氣油比有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，面積比Sa／Sb越大，氣油比越高。

3)實(shí)際資料處理證明，基于測(cè)錄井的油氣識(shí)別與氣油比定量計(jì)算方法適合于英東油氣田。

 

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本文作者：司馬立強(qiáng)  吳豐  馬建海  房國(guó)慶  于航

作者單位：西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

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