魯法偉 ，王猛 ，蔡建榮 ，張志強(qiáng) ，甘云雁 ，高蓓

（1.中海石油（中國(guó)）有限公司上海分公司，上海 200030；2.中海油田服務(wù)股份有限公司，北京 101149；3.中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京 100027；4.斯倫貝謝中國(guó)服務(wù)公司，北京 100015）

1 概況

西湖凹陷位于東海陸架盆地東部凹陷帶內(nèi)，是東部近海最大的含油氣資源構(gòu)造，以新生代碎屑沉積為主。由于構(gòu)造本身受不同時(shí)期、不同期次板塊運(yùn)動(dòng)的影響，垂向結(jié)構(gòu)分層明顯；受斷塊的影響，水平方向的連通性存在較大的不確定性。在這樣的地質(zhì)背景下，烴源巖具有“雙灶供烴、雙源混輸”的特點(diǎn)，油氣充注成藏后流體的縱橫向分布復(fù)雜多變，再加上目標(biāo)層平湖組埋藏深，巖性特征以砂泥互層為主，儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)，給油藏地質(zhì)認(rèn)識(shí)增加了難度。

2018年以前，東海油氣田采用水基鉆井液進(jìn)行鉆井作業(yè)，由于鉆井液密度大，過(guò)平衡壓力在10.0～13.7 MPa，造成侵入帶較深，表皮因子較高，因此儲(chǔ)層傷害較大，對(duì)油藏地質(zhì)評(píng)價(jià)的不確定性也隨之增加。2018年以后開(kāi)始使用油基鉆井液。油基鉆井液在儲(chǔ)層保護(hù)方面具有較大的優(yōu)勢(shì)，尤其對(duì)低孔滲地層，提高了地層測(cè)試數(shù)據(jù)的質(zhì)量和勘探作業(yè)的時(shí)效，降低了測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)解釋的不確定性，進(jìn)一步提高了對(duì)油藏地質(zhì)的認(rèn)識(shí)［1-3］。然而，油基鉆井液濾液濾失到近井地帶，由于和油藏流體混合，污染了油藏流體，造成取樣代表性差及油藏流體識(shí)別困難，尤其在區(qū)別凝析氣和揮發(fā)油以及油基鉆井液對(duì)PVT樣品的污染等問(wèn)題上存在著技術(shù)難題。為此，本文探討了利用井下近紅外（NIR）光譜測(cè)量并識(shí)別井下油藏流體的方法，并采用去污染率的流體評(píng)價(jià)方法判斷斷層的封堵性。

2 流體識(shí)別

在井下電纜地層測(cè)試中，利用井下近紅外光譜對(duì)油藏流體進(jìn)行光譜掃描，在可見(jiàn)光—近紅外波長(zhǎng)范圍內(nèi)，監(jiān)測(cè)流體的顏色光密度和甲烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（通過(guò)計(jì)算甲烷在近紅外光譜的特征吸收峰來(lái)得到其質(zhì)量分?jǐn)?shù)），來(lái)區(qū)分油基鉆井液濾液與油藏流體。

2.1 顏色光吸收

從流體角度看，油基鉆井液濾液的顏色很淺，其中的潤(rùn)滑劑會(huì)使濾液吸附黏土等礦物，因此濾液在泵抽開(kāi)始所表現(xiàn)的微弱顏色來(lái)自巖石礦物的顏色。在泵抽過(guò)程中，隨著泵抽時(shí)間的增加，油基鉆井液濾液逐漸減少，油藏流體逐漸增加，對(duì)應(yīng)的NIR顏色逐漸過(guò)渡到油藏流體的顏色，通過(guò)監(jiān)測(cè)流體顏色的變化可以實(shí)現(xiàn)對(duì)污染率的監(jiān)測(cè)。

可見(jiàn)光—近紅外光譜的顏色光吸收峰主要來(lái)源于油藏流體中的芳香烴，波長(zhǎng)集中在300～780 nm。淺顏色的光吸收峰波長(zhǎng)在500 nm以內(nèi)，如輕質(zhì)油或凝析氣含樹(shù)脂和瀝青質(zhì)較少，對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)度較低，光密度就低；顏色越深，波長(zhǎng)吸收的范圍越寬，光吸收峰波長(zhǎng)覆蓋了300～1 000 nm，如重油中含樹(shù)脂和瀝青質(zhì)較多，對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)度高，光密度就高：因此，可以通過(guò)顏色的光吸收峰來(lái)判斷烴類的輕重［4-6］。

2.2 分子振動(dòng)光吸收

有時(shí)只依靠顏色監(jiān)測(cè)，不能滿足流體定量識(shí)別的需要，比如干、濕氣或者凝析氣，它們本身無(wú)色或者顏色較淺。除了顏色吸收光之外，烴類中分子化學(xué)鍵的共振也會(huì)吸收光。它只在特定的波長(zhǎng)吸收，特定的波長(zhǎng)與分子結(jié)構(gòu)及化學(xué)鍵有關(guān)。烴類的光吸收峰波長(zhǎng)主要集中在1 600～1 700 nm。這種分子振動(dòng)光吸收與對(duì)應(yīng)組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有關(guān)，不受相態(tài)的影響，比如相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的甲烷，它在對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的光強(qiáng)度是一定的，無(wú)論甲烷是在氣態(tài)下還是溶解在油中。因此，另一個(gè)區(qū)分油基鉆井液濾液與油藏流體的特征是甲烷的光吸收峰，油基鉆井液濾液理論上是不含有甲烷的［5-6］。

2.3 光譜吸收的定量描述

依據(jù)分光光度法的基本定律——朗伯-比爾定律（Lambert-Beer Law），通過(guò)光譜吸收可以定量計(jì)算烴類物質(zhì)的組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)。它能夠描述物質(zhì)對(duì)某一波長(zhǎng)光吸收的強(qiáng)弱與吸光物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及吸收層厚度的關(guān)系。井下近紅外光譜儀主要針對(duì)光強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量，然后計(jì)算光密度［5-8］。

式中：OD為光密度；T為折射光強(qiáng)度和入射光強(qiáng)度的比值。

2.4 油藏流體與油基鉆井液濾液的區(qū)別

在油基鉆井液環(huán)境下，地層測(cè)試時(shí)主要依據(jù)油藏流體和油基鉆井液濾液4個(gè)方面的區(qū)別，進(jìn)行井下油藏流體識(shí)別。1）油基鉆井液濾液含微量或不含甲烷，因此氣油比非常小或者為0；2）油基鉆井液濾液無(wú)色或顏色淺，光譜顏色光密度響應(yīng)弱；3）油基鉆井液濾液熒光很弱，不含芳香烴類分子；4）油基鉆井液濾液的密度和黏度比氣體高，黏度在 1.4～2.0 mPa·s。

3 污染率模型

3.1 污染率計(jì)算原理

在電纜地層測(cè)試取樣作業(yè)中，井筒近井地帶的流體以油基鉆井液濾液和油藏流體的混合流體為主。當(dāng)泵抽取樣開(kāi)始后，先是混合流體進(jìn)入地層測(cè)試器；隨著泵抽時(shí)間的增加，遠(yuǎn)離井筒的油藏流體逐漸進(jìn)入測(cè)試器，油基鉆井液濾液的比例也逐漸減小。油基鉆井液濾液基本不含甲烷，而油藏流體（如原油、凝析氣、濕氣等）含一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的甲烷。在泵抽過(guò)程中，甲烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨泵抽時(shí)間增加，油藏流體的顏色隨泵抽時(shí)間也逐漸變深。2000年，Mullins等［5］進(jìn)一步改進(jìn)了油基鉆井液濾液污染率監(jiān)測(cè)模型。此模型描述了在地層測(cè)試過(guò)程中油藏流體中的甲烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)和顏色隨泵抽時(shí)間的變化，從而定量描述了泵抽過(guò)程中污染率的變化［6-7］。

式中：t為泵抽時(shí)間，s；OD（t）為泵抽時(shí)間 t時(shí)的甲烷或者顏色光密度；ODinf為泵抽足夠長(zhǎng)時(shí)間以后純油藏流體的光密度；D為常量。

根據(jù)式（2）的擬合曲線，可以求得無(wú)限泵抽時(shí)間下的 ODinf和 D。污染率的計(jì)算公式［4-6］為

式中：Cm為污染率，%。

大量實(shí)驗(yàn)及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表明，泵抽時(shí)間參數(shù)變化為泵抽體積參數(shù)后，該模型和實(shí)際數(shù)據(jù)的吻合度更高，結(jié)果更準(zhǔn)確。 因此式（2）、式（3）可改寫為

式中：V為泵抽體積，L。

需要補(bǔ)充一點(diǎn)，當(dāng)油藏流體的顏色非常淺，和油基鉆井液濾液顏色相近的時(shí)候，比如有的凝析氣或揮發(fā)油，采用顏色光密度進(jìn)行污染率監(jiān)測(cè)誤差較大。在這種情況下，采用甲烷光密度計(jì)算污染率更有效。

3.2 流體識(shí)別及污染率監(jiān)測(cè)實(shí)例

揮發(fā)油和凝析氣在油基鉆井液環(huán)境下是較難判斷的，主要是由于油基鉆井液的成分為白油，當(dāng)它侵入近井地帶，和井下油藏流體相互溶解，流體的組分發(fā)生變化，相態(tài)就會(huì)產(chǎn)生變化。比如白油和凝析氣混合，凝析氣中的重組分增加，流體的相態(tài)從氣態(tài)可以變成液態(tài)，這種變化在地層測(cè)試中會(huì)影響對(duì)油藏流體類型的判斷；白油和揮發(fā)油混合，白油不含氣體組分，揮發(fā)油中的重組分也增加，氣油比等參數(shù)隨之變化，從而影響流體性質(zhì)的判別。西湖凹陷流體成藏以揮發(fā)油和凝析氣為主。

下面通過(guò)揮發(fā)油和凝析氣的實(shí)例來(lái)分析污染率模型的應(yīng)用效果。首先，分析揮發(fā)油藏在取樣過(guò)程中的流體特征。在地層測(cè)試取樣過(guò)程中，流體參數(shù)（如氣油比、流體組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、熒光光密度、顏色/甲烷光密度、流體密度及黏度）隨泵抽時(shí)間逐漸發(fā)生變化，泵抽流體從油基鉆井液濾液逐漸變化到油基鉆井液濾液和油藏流體的混合物。泵抽開(kāi)始10 min內(nèi)，流體以油基鉆井液濾液為主，氣油比非常低，無(wú)甲烷組分，熒光光密度和顏色光密度接近0，流體密度和黏度顯示為鉆井液性質(zhì)；隨著地層烴類流體突破，氣油比、甲烷光密度、熒光光密度逐漸增加，在取樣時(shí)，流體氣油比319.2 m3/m3，熒光光密度2.5，從流體特征值判斷為油層。

其次，在泵抽過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)污染率。流體中甲烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨泵抽時(shí)間和泵抽體積逐漸增加，利用式（4）、式（5）可以獲取每個(gè)泵抽體積對(duì)應(yīng)的污染率定量評(píng)價(jià)。泵抽結(jié)束時(shí)，預(yù)測(cè)污染率為9%，流體類型為揮發(fā)油（見(jiàn)圖1）。通過(guò)此方法擬合得到的甲烷光密度隨泵抽體積的變化曲線和實(shí)際測(cè)量的吻合度非常高，因而污染率隨泵抽體積的變化曲線的可靠程度也較高。圖2為PVT實(shí)驗(yàn)室得到的揮發(fā)油相圖。從圖2可以看出，流體類型和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)論一致。根據(jù)實(shí)時(shí)光譜光密度，計(jì)算混合流體組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：CO2為0，C1為13%，C2為 5%，C3—5為 10%，C6+為 72%。 測(cè)量的氣油比（319.2 m3/m3）與 PVT 實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)（313.2 m3/m3）也較一致，誤差在10%以內(nèi)，有力證明了實(shí)時(shí)測(cè)量的可靠性。

圖1 污染率監(jiān)測(cè)模型

圖2 PVT實(shí)驗(yàn)室揮發(fā)油相圖

同理，對(duì)凝析氣藏采用同樣的流體識(shí)別及污染率預(yù)測(cè)方法，準(zhǔn)確地識(shí)別了凝析氣特征，定量描述了氣體組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、氣油比及污染率。實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果與PVT實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)相比，氣體組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的誤差在10%以內(nèi)，氣油比的誤差為25%。

在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用流體識(shí)別及污染率監(jiān)測(cè)方法，對(duì)寧波區(qū)塊的6口井進(jìn)行了流體識(shí)別、組分分析、氣油比和污染率計(jì)算。以2個(gè)深度點(diǎn)為例，將實(shí)時(shí)流體密度、氣油比和PVT實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)［9］進(jìn)行了對(duì)比（見(jiàn)表1）。

表1 實(shí)時(shí)流體密度、氣油比和實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)對(duì)比

從表1可以看出，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)具有較好的一致性，能夠及時(shí)準(zhǔn)確地提供流體參數(shù)，為后期實(shí)時(shí)決策提供數(shù)據(jù)依靠，并且為油藏地質(zhì)特征的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

4 污染率對(duì)油藏地質(zhì)評(píng)價(jià)的意義

4.1 儲(chǔ)層物性與污染率的關(guān)系

在水基鉆井液環(huán)境下，地層測(cè)試取樣時(shí)間的長(zhǎng)短和儲(chǔ)層物性密切相關(guān)。儲(chǔ)層滲透率越高，泥餅形成的質(zhì)量就越好，鉆井液侵入深度就越小，因此取樣效率高，樣品質(zhì)量好；儲(chǔ)層滲透率越低，鉆井液侵入深度越大，取樣越困難。在油基鉆井液環(huán)境下，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)儲(chǔ)層物性、流體類型和鉆井液侵入深度這三者的關(guān)系，可以優(yōu)化和驗(yàn)證地層測(cè)試的作業(yè)方案，提高樣品代表性，更有利于認(rèn)識(shí)流體分布規(guī)律。

統(tǒng)計(jì)W2，W3等井27個(gè)樣品的污染率，發(fā)現(xiàn)污染率存在差異較大的現(xiàn)象。其中，4個(gè)樣品的污染率為75%～80%，10個(gè)樣品的污染率低于10%，最低1%，其余樣品的污染率介于10%～40%。首先，可以排除泵抽體積不夠造成污染率差異大的原因，因?yàn)槲廴韭?5%以上的樣品的泵抽體積都在50 L以上；然后，建立儲(chǔ)層流度和污染率的關(guān)系，如圖3所示。

圖3 儲(chǔ)層流度和污染率的關(guān)系

流度小于 1×10-3μm2/（mPa·s）和高于 10×10-3μm2/（mPa·s）的純氣層和油層，污染率都小于10%。流度小于 1×10-3μm2/（mPa·s）的致密儲(chǔ)層，物性致密，油基鉆井液濾液較難侵入地層，因此泵抽取樣的污染率低；流度高于 10×10-3μm2/（mPa·s）的中、高孔滲儲(chǔ)層，由于泥餅質(zhì)量好，能有效阻止油基鉆井液濾液侵入地層，因此泵抽取樣的污染率也低。

流度為 1×10-3～10×10-3μm2/（mPa·s）的低孔滲儲(chǔ)層，污染率的平均值為20%。另外，4個(gè)樣品的污染率在75%以上，對(duì)應(yīng)4個(gè)高污染率點(diǎn)，流體類型為油水兩相或凝析氣水兩相， 流度為 0.2×10-3～20.0×10-3μm2/（mPa·s）。對(duì)于凝析氣藏、揮發(fā)油藏，高污染率的樣品在PVT實(shí)驗(yàn)室分析中對(duì)真實(shí)流體性質(zhì)的影響較大，對(duì)后期開(kāi)發(fā)生產(chǎn)計(jì)劃的制定及地面管網(wǎng)的布局也有較大的影響。因此，對(duì)于這類儲(chǔ)層，在今后的作業(yè)中，可以通過(guò)增加泵抽時(shí)間或采用聚焦探針等新技術(shù)［10-11］，使樣品污染率低于10%，更好地得到高質(zhì)量樣品，獲取真實(shí)的油藏流體信息。

4.2 油藏流體的分布規(guī)律

寧波區(qū)塊油藏受斷層和巖性的控制，斷塊多，地質(zhì)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。油藏流體來(lái)源于2套以上烴源巖不同期次的充注，主要包括濕氣、凝析氣和揮發(fā)油，分布復(fù)雜多樣。單純依賴地震測(cè)井手段，無(wú)法有效地評(píng)價(jià)流體在空間的分布規(guī)律。本文利用28個(gè)樣品數(shù)據(jù)，分析流體類型在油藏水平及垂直方向的分布，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，流體分布雜亂，類型無(wú)規(guī)律可尋。

根據(jù)儲(chǔ)層物性和污染率的關(guān)系，把污染率高于20%的低孔滲樣品和高污染率的氣水或油水兩相樣品剔除，針對(duì)剩余樣品進(jìn)行去污染率校正，預(yù)測(cè)原狀流體的氣油比實(shí)際值［10-15］，以達(dá)到評(píng)價(jià)油藏流體分布的效果。首先，根據(jù)氣油比劃分油藏流體類型［15］；其次，根據(jù)物質(zhì)守恒定律，進(jìn)行氣油比的校正［13-14］。

式中：GORc為校正的流體氣油比，m3/m3；GOR為實(shí)時(shí)測(cè)量的流體氣油比，m3/m3；ρo，std，ρm，std分別為油基鉆井液濾液、混合流體（油基鉆井液濾液和油藏流體）在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、20 °C 下的密度，g/cm3。

采用以上方法，對(duì)W2，W3和W4井在PX和PX1層的流體氣油比進(jìn)行多井對(duì)比分析。在未進(jìn)行去污染率校正前，根據(jù)井下實(shí)時(shí)測(cè)量的氣油比，PX和PX1層的流體類型為凝析氣和揮發(fā)油。然而在相似的沉積環(huán)境和成藏時(shí)期的背景下，2種流體類型的存在和區(qū)域地質(zhì)的認(rèn)識(shí)相悖。利用式（6），對(duì)氣油比進(jìn)行去污染率的校正，結(jié)果如表2所示。

表2 氣油比去污染率校正結(jié)果

從表2可以看出：在×××m處，樣品污染率高于15%，實(shí)時(shí)井下測(cè)量的氣油比為525.0 m3/m3，經(jīng)過(guò)去污染率校正后氣油比為1 234.2 m3/m3。通過(guò)對(duì)比校正前、后的氣油比值，流體性質(zhì)的結(jié)論從校正前的揮發(fā)油變化到校正后的凝析氣。對(duì)比表2中PX和PX1層校正后流體氣油比的值，認(rèn)為流體類型整體為凝析氣，符合油藏地質(zhì)特征的認(rèn)識(shí)。

利用此方法，對(duì)斷層兩側(cè)的勘探評(píng)價(jià)井進(jìn)行了流體分布評(píng)價(jià)。在地質(zhì)構(gòu)造上，W5井和W2，W3，W4井之間在地震剖面圖上顯示有斷層存在，W5井位于斷層北部，其他井位于斷層南部。根據(jù)流體分布規(guī)律，斷層北部PX1層流體性質(zhì)為油層，而斷層南部流體為凝析氣，可以判斷此斷層為封閉斷層。

5 結(jié)論

1）利用近紅外光譜較準(zhǔn)確地分析了油基鉆井液濾液、原油和氣在光譜上的不同響應(yīng)，區(qū)分了三者的特征。將井下油藏流體測(cè)量結(jié)果和實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，流體組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、氣油比等參數(shù)和實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)較吻合，驗(yàn)證了實(shí)時(shí)測(cè)量的可靠性。在實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)分析中，發(fā)現(xiàn)未進(jìn)行去污染率校正，建議把混合流體指紋圖中的鉆井液濾液組分指紋圖剝離出來(lái)，達(dá)到去污染率的校正。

2）從污染率的分析中，樣品的污染率差異較大，污染率較高的樣品對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層流度為 1×10-3～10×10-3μm2/（mPa·s）。建議在今后作業(yè)中制定油基鉆井液濾液的污染率標(biāo)準(zhǔn)，以獲取高質(zhì)量樣品為目的，采用聚焦探針等新技術(shù)，在有效的泵抽時(shí)間內(nèi)提高樣品代表性。

3）在多井對(duì)比分析中，流體分布規(guī)律為油藏評(píng)價(jià)提供了重要的線索和思路。泵抽流體越具有代表性，取樣質(zhì)量越高，對(duì)流體分布規(guī)律的認(rèn)識(shí)就會(huì)越準(zhǔn)確。但是受海上作業(yè)成本的限制，在有限的條件下，采用去污染率的校正方法，可以降低對(duì)流體分布規(guī)律認(rèn)識(shí)的不確定性，當(dāng)然，采用這種方法只是一種彌補(bǔ)措施，而取得高質(zhì)量的樣品對(duì)正確認(rèn)識(shí)流體分布規(guī)律才更為關(guān)鍵。