吳長(zhǎng)金，馬昌偉，張可操

(大慶油田有限責(zé)任公司海拉爾石油勘探開(kāi)發(fā)指揮部，內(nèi)蒙古呼倫貝爾 021008)

1 前言

海拉爾石油勘探開(kāi)發(fā)指揮部成立后，勘探開(kāi)發(fā)工作量劇增，為完成勘探開(kāi)發(fā)工作量，以PDC鉆頭全面使用為標(biāo)志的鉆井提速工作隨之展開(kāi)。鉆井提速給現(xiàn)場(chǎng)錄井工作帶來(lái)的最直接的影響是，巖屑極其細(xì)小并破碎嚴(yán)重，巖屑所攜帶的儲(chǔ)層油氣信息損失嚴(yán)重，油氣顯示發(fā)現(xiàn)困難;同時(shí)，地化錄井等依托對(duì)巖屑樣品分析而獲得地下儲(chǔ)層含流體信息的錄井技術(shù)應(yīng)用受到嚴(yán)重制約，影響儲(chǔ)層評(píng)價(jià)效果。通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，輕烴分析錄井技術(shù)是新發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)錄井新技術(shù)，它能夠通過(guò)對(duì)細(xì)小巖屑的分析而獲得大量的儲(chǔ)層信息，適應(yīng)鉆井提速對(duì)錄井技術(shù)發(fā)展的要求，具有重要的應(yīng)用價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。

2 輕烴分析錄井技術(shù)簡(jiǎn)述

2.1 輕烴分析錄井技術(shù)的基本原理

輕烴是石油和天然氣的重要組成部分，輕烴主要以游離態(tài)、溶解態(tài)或吸附態(tài)存在于地下巖層中的石油、吸附水或巖層孔隙中。“輕烴”泛指原油中的汽油餾分，亦即C1～C9烴類，在正常原油中約占50%～60%。輕烴的組成包含有正構(gòu)烷烴、異構(gòu)烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴。輕烴分析可檢測(cè)的烴組分達(dá)103個(gè)，其分析組份譜圖如圖1所示。

測(cè)定巖石中輕烴化合物的一般方法是將巖石中的烴類物質(zhì)采用有機(jī)溶劑抽提注入色譜儀，采用“PTV 切割反吹”(或“全油”)分析[1]，或采用巖樣直接裝瓶密封，將樣品瓶中巖樣頂部空間的氣體注入色譜儀進(jìn)行分析。

輕烴“頂空”分析技術(shù)是石油勘探開(kāi)發(fā)工作中快速、經(jīng)濟(jì)、有效的地球化學(xué)評(píng)價(jià)方法，是將氣相色譜分離分析方法與樣品的預(yù)處理相結(jié)合的一種簡(jiǎn)便、快速的分析技術(shù)[2]。將鉆井過(guò)程中返到地面的巖心、巖屑或井壁取心樣品裝瓶密封，樣品中的吸附烴經(jīng)過(guò)壓力和溫度的變化使其脫附和揮發(fā)，瓶?jī)?nèi)的易揮發(fā)組分逐漸與樣品瓶頂部空間氣體之間達(dá)成氣－液平衡狀態(tài)，氣態(tài)相與液態(tài)相中揮發(fā)烴類的關(guān)系可用拉烏爾(Raoult)定律來(lái)描述[1]，即

式中 Pi為同溫度下被測(cè)組分i在氣相中的蒸氣分壓;Xi為i組份在溶液中的摩爾分?jǐn)?shù);POi為i組份的飽和蒸氣壓。

圖1 輕烴分析組分圖譜Fig.1 Light hydrocarbon analysis component map

在平衡狀態(tài)下，通過(guò)氣相色譜法測(cè)定密封樣品瓶中上方的氣體成分的組成和含量，來(lái)反映油氣藏的性質(zhì)和特征。

2.2 輕烴分析錄井技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)取樣原則與方法

1)巖心、井壁取心出筒后立即取樣，將樣品裝到取樣瓶1/2～2/3的位置，立即壓蓋密封;巖心錄井井段，含油儲(chǔ)層每米取5～10塊，產(chǎn)狀變化應(yīng)逐層選取，非含油儲(chǔ)層每米取2～5塊;井壁取心樣品逐個(gè)選取。

2)巖屑返出井口后，在泥漿槽內(nèi)或振動(dòng)篩下取一定量巖屑樣品，快速清洗表面粘附的泥漿，減少來(lái)自泥漿的干擾，裝至取樣瓶1/2～2/3的位置立即壓蓋密封。巖屑錄井井段含油儲(chǔ)層樣品按巖屑錄井間距逐點(diǎn)選取;不含油儲(chǔ)層在未知探區(qū)表層可稀疏取樣，約5～10 m取1個(gè)樣;預(yù)測(cè)的可能含油氣井段應(yīng)當(dāng)加密取樣，取樣間隔約2～3 m;預(yù)測(cè)的重要井段要每1 m取1個(gè)樣;鉆探過(guò)程中發(fā)現(xiàn)油氣顯示井段，必須及時(shí)取樣，保證1 m取1個(gè)樣。

3)任何樣品都必須保證取樣的及時(shí)性，樣品到地面幾分鐘內(nèi)就要取樣完畢。及時(shí)取樣目的是盡可能保持樣品的代表性和真實(shí)性。

4)取樣前要檢查瓶子是否干凈，如不干凈要用清水清洗內(nèi)部油污和雜質(zhì)。

5)裝瓶后壓蓋應(yīng)保證質(zhì)量，要求鋁蓋均勻包住瓶口，無(wú)漏水、漏氣現(xiàn)象。

2.3 輕烴分析錄井技術(shù)分析流程

輕烴分析采用混合樣品分析，其分析流程為樣品采集→樣品分析→資料處理→解釋評(píng)價(jià)。

樣品采集:將施工過(guò)程中返到地面的巖屑、巖心、井壁取心樣品，快速取樣并清洗干凈，迅速裝入樣品瓶并立即壓蓋密封。

樣品分析:將樣品先放到進(jìn)樣加熱轉(zhuǎn)盤上預(yù)備加熱一個(gè)周期，然后放入轉(zhuǎn)盤內(nèi)加熱一個(gè)周期后再進(jìn)行分析。要保證樣品加熱時(shí)間一致，即轉(zhuǎn)盤上取下的樣品放入轉(zhuǎn)盤內(nèi)后，馬上再放到轉(zhuǎn)盤上一個(gè)樣品。

樣品分析的條件為，柱箱:初溫35～38℃，保持10 min，升溫速率10℃/min，一階溫度150℃，保持5～10 min;進(jìn)樣器、管路:80℃;檢測(cè)器:150℃;柱前壓:150 kPa。

資料處理:選擇4個(gè)參考峰，采用組分模擬保留指數(shù)法定性，準(zhǔn)確定性后進(jìn)行定量分析。

解釋評(píng)價(jià):通過(guò)對(duì)資料的分析和研究，總結(jié)歸納油氣水層的不同響應(yīng)特征，建立各項(xiàng)解釋圖版，進(jìn)而對(duì)油、氣、水層進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別。

3 輕烴分析錄井技術(shù)在海拉爾盆地應(yīng)用

3.1 完成的工作量

2007年7月—2011年8月，累計(jì)完成輕烴分析工作量36口，主要集中在烏爾遜凹陷、貝爾凹陷、呼和湖凹陷、東明凹陷、巴彥呼凹陷，如圖2所示。

圖2 輕烴分析工作量分布圖Fig.2 Light hydrocarbon analysis workload distribution

3.2 輕烴分析錄井技術(shù)在海拉爾盆地的應(yīng)用效果

輕烴分析錄井技術(shù)在海拉爾應(yīng)用以來(lái)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐總結(jié)，輕烴分析樣品采集更加科學(xué)規(guī)范;實(shí)現(xiàn)分析流程標(biāo)準(zhǔn)化，減小了人為因素的影響;通過(guò)與試油資料、測(cè)井資料的結(jié)合，建立了復(fù)雜油氣水層評(píng)價(jià)圖版;與錄井資料、測(cè)井資料結(jié)合，提高了油氣水層解釋評(píng)價(jià)符合率。

3.2.1 分析樣品受快速鉆井影響小，適合鉆井提速條件下的油氣發(fā)現(xiàn)和識(shí)別評(píng)價(jià)

輕烴分析錄井技術(shù)對(duì)分析樣品的大小和形狀均無(wú)限制，適合PDC快速鉆井條件下巖屑極其細(xì)小時(shí)的選樣要求;實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)分析，分析參數(shù)多，反映儲(chǔ)層信息豐富，有效消除巖屑失真的影響;實(shí)現(xiàn)由實(shí)驗(yàn)室分析到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)分析的跨越，消除時(shí)間推移影響，有效提取含油氣水信息，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，適合鉆井提速對(duì)快速解釋評(píng)價(jià)的要求。

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)踐表明，輕烴分析取樣后馬上密封分析，不受油層發(fā)光物質(zhì)含量的影響，可以解決凝析、輕質(zhì)油氣造成的巖屑顯示熒光微弱、不易觀測(cè)發(fā)現(xiàn)、巖屑錄井多、無(wú)顯示的問(wèn)題，對(duì)以不發(fā)光的飽和烴為主體的輕質(zhì)油層、凝油油氣層有較好的響應(yīng)效果和發(fā)現(xiàn)率。由于現(xiàn)場(chǎng)分析取樣及時(shí)準(zhǔn)確，受人員技術(shù)素質(zhì)、地質(zhì)條件等方面因素影響小，可以準(zhǔn)確校正巖屑細(xì)小油氣逸散造成顯示級(jí)別偏低的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)油氣顯示的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和準(zhǔn)確定級(jí)。

在烏爾遜凹陷Wu 84－106井的92號(hào)層錄井過(guò)程中，巖屑錄井由于受PDC鉆井條件影響，巖屑僅見(jiàn)微弱熒光(不夠定級(jí))，對(duì)應(yīng)的氣測(cè)錄井值很低，錄井氣測(cè)解釋、綜合解釋均為干層。

從輕烴分析色譜圖看來(lái)(見(jiàn)圖3)，Wu 84－106井的92號(hào)層的輕烴豐度見(jiàn)較高的異常，表明該層系具有較好的含油顯示，并且在解釋圖版中(見(jiàn)圖4)，該解釋層數(shù)據(jù)主要分布在油層區(qū)域。

分析Wu 84－106井的92號(hào)層的分析資料可知，輕烴豐度高，芳烴含量較大，芳烴與環(huán)烷烴比值較小，判定92號(hào)層為含油顯示層;結(jié)合圖版解釋結(jié)果，輕烴綜合解釋為差油層。該層經(jīng)過(guò)測(cè)試，產(chǎn)油3.018 m3/d，無(wú)水，原油密度為0.863 1 g/cm3，為輕質(zhì)油，工業(yè)油層，試油結(jié)果驗(yàn)證了輕烴分析結(jié)論的正確性。

3.2.2 優(yōu)選評(píng)價(jià)參數(shù)，建立相應(yīng)的解釋圖版和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

在海拉爾盆地的輕烴分析錄井技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)踐中，通過(guò)對(duì)36口井的巖屑、巖心、井壁取心資料的分析，得到了大量的原始資料，真實(shí)反映了地層含油氣信息。通過(guò)對(duì)這些資料的統(tǒng)計(jì)分析和深入研究，結(jié)合測(cè)井、錄井、試油資料，總結(jié)歸納了油氣水層的不同響應(yīng)特征，建立了各項(xiàng)解釋圖版，完善了解釋評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，解釋評(píng)價(jià)方法上又有了新發(fā)展，解釋評(píng)價(jià)符合率進(jìn)一步提高。

圖3 Wu 84－106井92號(hào)層輕烴分析譜圖Fig.3 Spectra of light hydrocarbons for layer No.92 of Wu 84 －106 Well

圖4 Wu 84－106井解釋層在解釋圖版中的分布Fig.4 Distribution of interpretation layer in Wu 84 －106 Well

1)輕烴譜圖形態(tài)直觀判別方法。通過(guò)輕烴分析錄井資料的譜圖形態(tài)特征，可以直觀判斷油氣水層，從分析譜圖可以看出(圖5～圖7)，油層出峰組分相對(duì)較全，且豐度值高[2];油水同層組分個(gè)數(shù)較油層少，尤其對(duì)其中較重組分改造程度較強(qiáng)，相對(duì)較重組分被水體改造，顯示出較重組分分布峰值相對(duì)較低。水層或干層C6以后組分很低，檢測(cè)組分?jǐn)?shù)量很少，殘余束縛油藏一般輕組分端元的缺失[2]。

圖5 油層譜圖形態(tài)特征Fig.5 Reservoir spectrum of morphological features

圖6 油水層譜圖形態(tài)特征Fig.6 Oil and water layers spectrum ofmorphological features

圖7 水層或干層譜圖形態(tài)特征Fig.7 Water or dried layer spectrum of morphological features

2)∑(C1－C9)、∑(C6－C9)數(shù)值判別法。輕烴分析中，∑(C1－C9)、∑(C6－C9)這兩個(gè)數(shù)值的大小是判別儲(chǔ)層是否具有油氣顯示的重要指標(biāo)。值越大，反映地下儲(chǔ)層油氣含量越高。通過(guò)樣品的總峰面積和重組分的含量建立關(guān)系圖版，可以直觀確定有價(jià)值儲(chǔ)層，如圖8、9所示，其判別標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

圖8 ∑(C1－C9)、∑(C6－C9)判別圖版Fig.8 ∑(C1－C9)、∑(C6－C9)identification plate

圖9 芳構(gòu)化系數(shù)判別圖版Fig.9 Aromatization coefficientidentification plate

表1 ∑(C1－C9)、∑(C6－C9)判別標(biāo)準(zhǔn)Table 1 ∑(C1－C9)、∑(C6－C9)identification criteria

3)芳香烴系數(shù)判別法。輕烴分析中的芳香烴在水中的溶解度較大，因此采用這個(gè)參數(shù)能很明顯地指示原油遭水洗的程度，將芳構(gòu)化系數(shù)與總峰面積參數(shù)建立圖版，可排除區(qū)塊差異，較好地反映儲(chǔ)層油氣水信息，見(jiàn)表2。

表2 芳構(gòu)化系數(shù)判別標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Aromatization coefficient identification criteria

4)正丁烷與異丁烷比值判別法。正常情況下，層原油中nC4與iC4的含量相當(dāng)，相同條件下nC4的溶解度較iC4大些，生物降解作用優(yōu)先降解正構(gòu)烷烴，這樣可以細(xì)微反映儲(chǔ)層是否存在水洗及生物降解作用;通過(guò)nC4與iC4的比值與總峰面積建立圖版，可以反映儲(chǔ)層流體性質(zhì)，如圖10、11所示，其判別標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3。

圖10 nC4與iC4的比值法判別圖版Fig.10 Ratio of nC4and iC4identification plate

圖11 輕烴指紋法判別圖版Fig.11 Light hydrocarbons fingerprintingidentification plate

表3 nC4與iC4的比值法判別標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Ratio of nC4and iC4identification criteria

5)輕烴指紋判別法。輕烴指紋[(2MC6+2，3DMC5)/(3MC6+2，4DMC5)]在同一個(gè)油族中該比值是恒定的，約等于1。利用該比值參數(shù)不僅可以用于原油的分類和氣－油－源的對(duì)比，還可以用于油氣形成后經(jīng)水洗作用和生物降解作用等造成的細(xì)微化學(xué)差異的判別[3]。一般遭受水洗和生物降解作用的原油，其正構(gòu)烷烴受到破壞，而異構(gòu)烷烴相對(duì)富集，∑(nC4－nC8)/∑(iC4－iC8)比值參數(shù)會(huì)隨水洗生物降解程度的增加逐漸減小。將輕烴指紋與∑(nC4－nC8)/∑(iC4－ iC8)比值建立圖版，可以對(duì)儲(chǔ)層含油氣水情況進(jìn)行準(zhǔn)確判定，見(jiàn)表4。

表4 輕烴指紋判別標(biāo)準(zhǔn)Table 4 Light hydrocarbons fingerprintingidentification criteria

輕烴分析錄井技術(shù)在海拉爾盆地烏爾遜凹陷、貝爾凹陷、呼和湖凹陷的13口探井、評(píng)價(jià)井的48層已試油層的解釋符合率統(tǒng)計(jì)中，輕烴錄井解釋符合40層，不符合8層，解釋符合率達(dá)到了83.3%，較好地完成油氣發(fā)現(xiàn)和解釋評(píng)價(jià)工作任務(wù)。

3.2.3 在低阻油層、高阻水層等特殊儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)

石油和天然氣中的輕烴組分C1～C9含量最高，不但含有極其重要和豐富的地球化學(xué)信息，而且它們對(duì)水洗也最為敏感，特別是輕質(zhì)芳烴可以作為油層含流動(dòng)水及油層水洗的標(biāo)志物[4]。由于輕烴分析獲得的參數(shù)類型豐富和組分眾多，通過(guò)對(duì)特征參數(shù)的提取，在特殊油氣層的評(píng)價(jià)上極具優(yōu)勢(shì)。

海拉爾盆地屬典型的低滲透率油田，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)。由于儲(chǔ)層巖性變化、顆粒變化、含有物或膠結(jié)物不同，導(dǎo)致低電阻率油層、高電阻率水層的存在，依靠測(cè)錄井方法難以對(duì)儲(chǔ)層準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，輕烴分析錄井技術(shù)的應(yīng)用彌補(bǔ)了測(cè)錄井技術(shù)在特殊儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方面的不足。

1)低阻油層的準(zhǔn)確識(shí)別評(píng)價(jià)。Wu 34井76Ⅱ號(hào)層、77號(hào)層測(cè)井電阻率較低，電阻率在10～13 Ω·m左右 ，和水層電阻率接近，測(cè)井解釋為油水同層。

從輕烴分析色譜圖看來(lái)(見(jiàn)圖12)，輕烴豐度較高，芳烴豐度較高，說(shuō)明該段儲(chǔ)層被水體改造或者生物降解作用較弱，表明儲(chǔ)層應(yīng)不含水;從解釋圖版分布規(guī)律看來(lái)(見(jiàn)圖13)，解釋層數(shù)據(jù)均落在油層區(qū)域，含油特征明顯，輕烴綜合解釋為油層。

Wu 34井76Ⅱ、77號(hào)層經(jīng)試油證實(shí)，日產(chǎn)油6.27 m3，無(wú)水產(chǎn)出，輕烴解釋結(jié)果得到很好驗(yàn)證。

圖12 Wu 34井76Ⅱ、77號(hào)層輕烴分析譜圖Fig.12 Spectra of light hydrocarbons for layer No.76Ⅱ and 77 of Wu 34 Well

圖13 Wu 34井76Ⅱ、77號(hào)層解釋圖版Fig.13 Interpretation map for layer No.76Ⅱ and 77 of Wu 34 Well

2)含水儲(chǔ)層(高阻水層)的準(zhǔn)確識(shí)別評(píng)價(jià)。Wu154－68井 70、71、72、74 號(hào)層，測(cè)井電阻率在21.5～34.1 Ω·m左右，測(cè)錄井均解釋為差油層。

從輕烴分析譜圖看，輕烴豐度值都很低，重中烴比率明顯變小，指示儲(chǔ)層含油氣性很差;水中溶解度較大的芳烴含量較低或檢測(cè)不到，說(shuō)明儲(chǔ)層原油被水改造的作用較強(qiáng)烈(見(jiàn)圖14)。

從解釋圖版(見(jiàn)圖15)分布規(guī)律分析，輕烴參數(shù)與圖版交匯點(diǎn)均落在油層以外的含水區(qū)域，反映該儲(chǔ)層遭受水洗或生物降解作用較強(qiáng)。經(jīng)過(guò)對(duì)輕烴資料的分析，認(rèn)為該層含油氣性差，含水特征明顯，輕烴綜合解釋為含油水層或干層。該層經(jīng)試油證實(shí)，日產(chǎn)水17.52 m3，僅見(jiàn)油花，顯示了輕烴分析錄井技術(shù)在水性判別上的突出技術(shù)特點(diǎn)。

圖14 Wu 154－68井71～74號(hào)層輕烴分析譜圖Fig.14 Spectra of light hydrocarbons for layer No.71～74 of Wu 154－68 Well

圖15 Wu 154－68井71～74號(hào)層解釋圖版Fig.15 Interpretation map for layer No.71～74 of Wu 154－68 Well

4 結(jié)語(yǔ)

海拉爾盆地輕烴分析錄井技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了樣品連續(xù)自動(dòng)實(shí)時(shí)分析，采集參數(shù)多，反映儲(chǔ)層信息豐富，建立了解釋評(píng)價(jià)圖版，滿足了儲(chǔ)層解釋評(píng)價(jià)的需要。

1)輕烴分析錄井技術(shù)對(duì)分析樣品的大小形狀均無(wú)限制，適合PDC快速鉆井條件下巖屑極其細(xì)小時(shí)的選樣要求，消除巖屑失真的影響。實(shí)現(xiàn)了由實(shí)驗(yàn)室分析向現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)分析的跨越，消除時(shí)間推移的影響，有效提取含油氣水信息。

2)輕烴錄井分析操作簡(jiǎn)單，適合海拉爾超復(fù)雜儲(chǔ)層油氣顯示發(fā)現(xiàn)需要，適合鉆井提速條件下對(duì)錄井技術(shù)發(fā)展的要求，可準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)識(shí)別輕質(zhì)油層、凝析油層、氣層等特殊儲(chǔ)層油氣顯示。

3)通過(guò)對(duì)大量分析數(shù)據(jù)的提煉分析，建立多種解釋圖版，滿足儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的需要，特別是在低阻油氣層及儲(chǔ)層水性識(shí)別上獨(dú)具技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，該項(xiàng)分析技術(shù)適合海拉爾盆地特地低孔滲、非均質(zhì)性強(qiáng)、超復(fù)雜儲(chǔ)層油氣顯示發(fā)現(xiàn)和儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的需要，與錄井、測(cè)井資料有機(jī)結(jié)合，為制訂科學(xué)合理的試油方案提供依據(jù)，可以減少勘探風(fēng)險(xiǎn)，提高勘探開(kāi)發(fā)效益，具有良好的推廣應(yīng)用前景。

[1]肖廷榮，蔡 冰，孟建華，等.兩種輕烴分析方法(“PTV切割反吹”和“頂空”)的對(duì)比研究[J].色譜，2001，19(4):304－307.

[2]李玉桓，夏 亮.輕烴分析技術(shù)在勘探上的應(yīng)用[J].錄井工程，2005，16(1):8－11.

[3]林壬子，張 敏.塔里木盆地原油輕烴組成特征和成因類型[J].地質(zhì)論評(píng)，1996 ，42(增刊):26－30

[4]劉麗萍，周海燕，邱 紅，等.輕烴分析技術(shù)在水淹層評(píng)價(jià)中的應(yīng)用方法[J].大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā)，2005，24(增刊):118－120.