龐旭，邵大力，王紅平，左國(guó)平，楊柳，王朝鋒，張勇剛，邵冠銘

中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院

0 前言

測(cè)井流體識(shí)別一直是儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)的關(guān)鍵問(wèn)題，也是儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。儲(chǔ)層中最常見(jiàn)的流體包括油、以甲烷為主的烴類(lèi)氣以及水，目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)常規(guī)流體的識(shí)別技術(shù)已非常成熟。但是，對(duì)以超臨界狀態(tài)CO2為主的非烴類(lèi)氣、凝析氣、揮發(fā)油等流體的識(shí)別還缺乏有效的技術(shù)手段。21世紀(jì)以來(lái)，隨著我國(guó)濟(jì)陽(yáng)坳陷勝利油田、鶯歌海盆地樂(lè)東氣田、松遼盆地昌德氣田、渤海海域秦南凹陷Q油氣田等高含CO2氣田的發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)CO2氣體識(shí)別的研究也逐步深入。早期的研究主要針對(duì)CO2氣體與以甲烷為主的烴類(lèi)氣、凝析氣的識(shí)別，常規(guī)識(shí)別方法是根據(jù)中子孔隙度、密度孔隙度、聲波速度建立交會(huì)圖［1-2]，并根據(jù)組分分析模型最優(yōu)化定量識(shí)別CO2［3]。隨著越來(lái)越多復(fù)雜流體性質(zhì)的出現(xiàn)，學(xué)者們不斷利用其他測(cè)井、測(cè)試資料進(jìn)行流體性質(zhì)識(shí)別，其中包括利用錄井信息中的氣測(cè)測(cè)井值識(shí)別流體性質(zhì)［4]，利用測(cè)井資料計(jì)算氣油比［5-6]等方法。但是這些方法適用對(duì)象多為埋深較淺（小于2 000 m），且儲(chǔ)層孔隙度較高（15%～30%）的砂巖儲(chǔ)層。當(dāng)儲(chǔ)層孔隙度較小且地層埋深較大時(shí)，中子測(cè)井和密度測(cè)井的測(cè)井響應(yīng)較弱，流體性質(zhì)難以識(shí)別。

隨著近年來(lái)巴西桑托斯盆地鹽下油氣勘探不斷獲得巨大發(fā)現(xiàn)，勘探活動(dòng)不斷增加，越來(lái)越多的鉆井揭示，桑托斯盆地鹽下儲(chǔ)層流體性質(zhì)極為復(fù)雜，除了常規(guī)油氣之外，還存在以超臨界狀態(tài)CO2為主的非烴類(lèi)氣、含超臨界CO2的凝析氣和揮發(fā)油等流體。由于儲(chǔ)層具有埋深較大（一般大于4 000 m），且呈低—中孔隙度、含超臨界CO2的特殊性，造成部分井段無(wú)法根據(jù)常規(guī)測(cè)井及錄井資料識(shí)別流體性質(zhì)，因此，有必要尋求新的識(shí)別方法，并充分利用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的測(cè)井系列，更深入、更精細(xì)地識(shí)別流體性質(zhì)。

本文以巴西桑托斯盆地鹽下白堊系儲(chǔ)層為例，利用CO2不含氫原子及其在超臨界狀態(tài)下密度與油密度相當(dāng)?shù)奈锢硖匦?，基于測(cè)井資料及地層測(cè)試、試油資料，通過(guò)密度孔隙度-中子孔隙度交會(huì)、密度孔隙度-電纜核磁共振總孔隙度與隨鉆核磁共振總孔隙度之間的差值交會(huì)建立CO2半定量識(shí)別圖版，并進(jìn)一步以CO2含量為評(píng)價(jià)流體類(lèi)型的依據(jù)，形成了一項(xiàng)超臨界狀態(tài)CO2半定量測(cè)井評(píng)價(jià)及流體識(shí)別技術(shù)。

1 地質(zhì)背景及數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

桑托斯盆地位于巴西東南部海域，北鄰坎波斯盆地［7]，面積約32.7×104km2，水深0～3 200 m。桑托斯盆地鹽下目前已發(fā)現(xiàn)Lula、Libra、Franco等多個(gè)巨型油氣田，鹽下白堊系主要發(fā)育兩套湖相碳酸鹽巖儲(chǔ)層，包括以微生物灰?guī)r為主的Barra Velha組和以介殼灰?guī)r為主的Itapema組，具有豐富的油氣資源和巨大的勘探潛力［8]。儲(chǔ)層內(nèi)高含CO2且分布廣泛：Lula油田、Sapinhoa油田和Atapu油田的CO2含量均在0～20%之間；Libra油田的CO2含量在西北區(qū)平均為45%，中區(qū)平均為67%，東區(qū)平均為99%；Jupiter油田的CO2含量介于55%～80%（圖1）。

圖1 巴西桑托斯盆地鹽下CO2含量分布圖Fig.1 Distribution map of CO2 content in pre-salt of Santos Basin,Brazil

本次研究選取有地層測(cè)試、閃蒸分離實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或試油結(jié)論的10個(gè)區(qū)塊共47口井、242個(gè)深度點(diǎn)或深度段的數(shù)據(jù)，其中樣本選取32口井共201個(gè)深度點(diǎn)或深度段，另外15口井、42個(gè)深度點(diǎn)或深度段參與方法驗(yàn)證。

2 方法原理

2.1 超臨界CO2的概念

純CO2的相態(tài)受溫度、壓力的影響。在不同的溫度、壓力下，CO2可呈現(xiàn)氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)和超臨界態(tài)（圖2）。CO2的臨界溫度為31.1℃，臨界壓力為7.23 MPa［9]，當(dāng)CO2溫度、壓力分別高于臨界溫度、臨界壓力時(shí)，CO2就處于超臨界態(tài)。在這種狀態(tài)下，CO2流體兼具氣液兩相的特點(diǎn)［10-13]。

據(jù)張鏡澄［9]研究成果的圖版（圖2）分析，桑托斯盆地鹽下白堊系Barra Velha組、Itapema組埋深約4 000～6 000 m，溫度為70～85℃，壓力為60～66 MPa，在如此高溫高壓條件下，CO2為超臨界態(tài)。對(duì)研究區(qū)P區(qū)塊P-1井測(cè)試井段進(jìn)行取樣分析，CO2含量為96%～99%，密度可達(dá)0.90～0.91 g/cm3，可見(jiàn)超臨界態(tài)CO2具有與油相當(dāng)?shù)拿芏取?/p>

圖2 桑托斯盆地CO2相態(tài)圖（據(jù)文獻(xiàn)［9]修改）Fig.2 Phase distribution of CO2 in Santos Basin（cited from［9],modified）

2.2 CO2半定量評(píng)價(jià)方法

通過(guò)理論上對(duì)超臨界CO2與凝析氣、油層的測(cè)井響應(yīng)特征的研究，發(fā)現(xiàn)這三者在測(cè)井響應(yīng)上有較明顯的區(qū)別與相同點(diǎn)。區(qū)別在于不同流體的含氫指數(shù)不同：CO2中不含氫原子，故CO2含氫指數(shù)是0；原油的密度為0.85 g/cm3，一般認(rèn)為含氫指數(shù)為1.05；以甲烷為主的烴類(lèi)氣的含氫指數(shù)為0.55。相同點(diǎn)為超臨界態(tài)CO2與油的密度相當(dāng)。因此，基于不同流體的測(cè)井響應(yīng)的差異與相同點(diǎn)，本文提出兩種情況下的CO2半定量評(píng)價(jià)方法：在無(wú)隨鉆核磁共振測(cè)井的情況下，應(yīng)用密度孔隙度-中子孔隙度交會(huì)法；在有隨鉆核磁共振測(cè)井的情況下，優(yōu)先選擇密度孔隙度-核磁孔隙度差值Δ?斜率法。

2.2.1 密度孔隙度-中子孔隙度交會(huì)法

據(jù)以上分析，CO2含量越高，則流體含氫指數(shù)越低，中子孔隙度與密度孔隙度之間的差別就越大，在測(cè)井解釋柱狀圖上的中子孔隙度與密度曲線的“包絡(luò)”特征越明顯。故基于密度孔隙度-中子孔隙度交會(huì)圖，以16口井42個(gè)深度點(diǎn)或深度段的地層測(cè)試、閃蒸分離實(shí)驗(yàn)、試油結(jié)論刻度了密度孔隙度-中子孔隙度交會(huì)法CO2半定量評(píng)價(jià)圖版（圖3），可將CO2含量區(qū)分為0～60%、60%～100%。

圖3 密度孔隙度-中子孔隙度CO2半定量評(píng)價(jià)圖版Fig.3 Chart for CO2 semi-quantitative identification by crossing of density porosity and neutron porosity

總的來(lái)看，在孔隙度小于10%的情況下，中子、密度測(cè)井響應(yīng)變化幅度不明顯，各類(lèi)數(shù)據(jù)點(diǎn)在交會(huì)圖上區(qū)分不開(kāi)。隨著孔隙度增加，物性變好，各類(lèi)數(shù)據(jù)點(diǎn)的差異逐漸明顯。

2.2.2 密度孔隙度-核磁孔隙度差值Δ?斜率法

核磁共振測(cè)井僅對(duì)儲(chǔ)層孔隙流體氫元素敏感，且不受巖石骨架的影響。本次研究中利用核磁共振測(cè)井對(duì)孔隙流體具有特殊敏感性的特點(diǎn)，建立了不同CO2含量條件下密度孔隙度-核磁孔隙度差值交會(huì)圖（圖4）。電纜核磁共振探測(cè)深度淺，信號(hào)主要來(lái)自沖洗帶，難以提供原始地層可動(dòng)烴含量的信息［14]。隨鉆核磁共振測(cè)井則彌補(bǔ)了電纜核磁共振測(cè)井的這一缺陷，它在鉆井過(guò)程中進(jìn)行測(cè)量，能夠獲得原始地層信息，可以忽略泥漿侵入等影響。當(dāng)儲(chǔ)層物性較好且流體中高含超臨界CO2時(shí)，隨鉆核磁共振測(cè)量的含氫指數(shù)變小，T2值小于或接近T2截止值，T2譜呈單峰；泥漿侵入、浸泡后進(jìn)行的電纜核磁共振測(cè)井，由于泥漿侵入影響了原始地層流體性質(zhì)，使得電纜核磁測(cè)得的含氫指數(shù)變大，T2值高于T2截止值，T2譜呈雙峰，這顯示為有油氣信號(hào)。由此可見(jiàn)，地層中超臨界CO2含量越高，電纜核磁共振與隨鉆核磁共振的差異越大。根據(jù)二者差異，構(gòu)建新的核磁孔隙度差值Δ?，公式如下：

圖4 不同CO2含量條件下密度孔隙度-核磁孔隙度差值交會(huì)圖Fig.4 Crossplot of density porosity andΔ?at condition of different CO2 content

式中，Δ?為孔隙度差值，%；?NMR為電纜核磁總孔隙度，%；?NMR_LWD為隨鉆核磁總孔隙度，%。

圖4為A區(qū)塊X-6井、X-17井、X-21井，P區(qū)塊P-1井MDT測(cè)試層段（CO2含量分別為0.02%、44%、66%、96%）的密度孔隙度-核磁孔隙度差值Δ?交會(huì)圖。由圖4可見(jiàn)，在CO2含量相同的情況下，Δ?與密度孔隙度呈正相關(guān)性；CO2含量越高，密度孔隙度-核磁孔隙度差值斜率越大。

基于密度孔隙度-核磁孔隙度差值Δ?交會(huì)圖，以巴西鹽下7口井26個(gè)深度點(diǎn)或深度段的地層測(cè)試、閃蒸分離實(shí)驗(yàn)、試油結(jié)論刻度了密度孔隙度-Δ?斜率法CO2半定量評(píng)價(jià)圖版（圖5），可將CO2含量區(qū)分為0～40%、40%～60%、60%～80%、80%～100%。

圖5 密度孔隙度-Δ?斜率法半定量評(píng)價(jià)CO2含量圖版Fig.5 Chart for CO2 semi-quantitative identification by crossing of density porosity andΔ?

2.3 流體識(shí)別

油氣藏內(nèi)因富含超臨界CO2而呈現(xiàn)特殊性，CO2含量的高低影響著流體相態(tài)特征和流體類(lèi)型［15]。本文根據(jù)CO2含量高低，將流體類(lèi)型劃分為超臨界CO2氣、凝析氣、油。選取了經(jīng)地層測(cè)試、閃蒸分離實(shí)驗(yàn)或試油的部分深度點(diǎn)或?qū)佣?，根?jù)研究區(qū)實(shí)際情況，定義CO2含量高于80%的氣層為超臨界CO2氣層，CO2含量為60%～80%的烴類(lèi)流體為凝析氣，CO2含量低于60%的流體類(lèi)型為油（表1）。

表1 巴西桑托斯盆地鹽下CO2含量與流體類(lèi)型表Table 1 CO2 content and fluid type of Santos Basin in Brazil

3 應(yīng)用效果分析

以X-7井為例(圖6)，中子、密度測(cè)井曲線無(wú)明顯包絡(luò)現(xiàn)象；隨鉆核磁共振測(cè)井T2譜與電纜核磁共振測(cè)井T2譜，兩者分布形態(tài)相似。因此，初步認(rèn)為CO2含量較低。根據(jù)前述方法進(jìn)一步對(duì)CO2含量和流體類(lèi)型進(jìn)行識(shí)別：圖7a為5 354～5 410 m井段密度孔隙度-中子孔隙度交會(huì)圖，在孔隙度大于10%時(shí)，數(shù)據(jù)點(diǎn)大部分落在0～60%區(qū)間，判斷其CO2含量為0～60%，因此流體類(lèi)型識(shí)別結(jié)果為油層；圖7b為5 354～5 410 m井段密度孔隙度-核磁孔隙度差值Δ?交會(huì)圖，在孔隙度大于6%時(shí)，其斜率在0～40%區(qū)間，判斷其CO2含量為0～40%，因此流體類(lèi)型識(shí)別結(jié)果也為油層。實(shí)際地層測(cè)試證實(shí)該層為含18.6%CO2的油層，評(píng)價(jià)的結(jié)果與地層測(cè)試結(jié)果相近。

圖6 巴西桑托斯盆地X-7井測(cè)井解釋成果圖Fig.6 Log interpretation diagram of Well X-7 in Santos Basin,Brazil

圖7 X-7井5 354～5 410 m井段CO2半定量識(shí)別Fig.7 Crossplots of density porosity between neutron porosity andΔ?for CO2 semi-quantitative identification of Well X-7（5 354～5 410 m）

通過(guò)15口驗(yàn)證井42個(gè)層位的測(cè)井CO2半定量評(píng)價(jià)及流體類(lèi)型識(shí)別結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比，證實(shí)應(yīng)用密度孔隙度-中子孔隙度交會(huì)法半定量評(píng)價(jià)CO2含量的符合率達(dá)73.3%，流體識(shí)別的符合率達(dá)80%。其中4口井8個(gè)層位應(yīng)用密度孔隙度-核磁孔隙度差值Δ?斜率法半定量評(píng)價(jià)CO2含量的符合率達(dá)75%，流體識(shí)別的符合率達(dá)100%。這表明這兩種方法能有效地半定量評(píng)價(jià)CO2含量，從而達(dá)到識(shí)別流體性質(zhì)的目的。

4 結(jié)論

（1）針對(duì)巴西桑托斯盆地鹽下含以超臨界狀態(tài)CO2為主的非烴類(lèi)氣、凝析氣和油等復(fù)雜流體，提出兩種CO2半定量評(píng)價(jià)方法：在有隨鉆核磁共振測(cè)井、電纜核磁共振測(cè)井的情況下，優(yōu)先選擇密度孔隙度與核磁孔隙度差值Δ?斜率法進(jìn)行CO2半定量評(píng)價(jià)；在無(wú)隨鉆核磁共振測(cè)井的情況下，應(yīng)用密度孔隙度-中子孔隙度交會(huì)法進(jìn)行CO2半定量評(píng)價(jià)。并進(jìn)一步以CO2含量評(píng)價(jià)流體性質(zhì)，形成了一項(xiàng)超臨界狀態(tài)CO2流體半定量測(cè)井評(píng)價(jià)及流體識(shí)別技術(shù)。

（2）多口井實(shí)際資料處理結(jié)果顯示，兩種半定量評(píng)價(jià)方法符合率較高，且密度孔隙度-核磁孔隙度差值Δ?斜率法優(yōu)于密度孔隙度-中子交會(huì)法。本文所述CO2半定量評(píng)價(jià)及流體識(shí)別技術(shù)適合于巴西桑托斯盆地的流體識(shí)別，應(yīng)用效果較好。

（3）此技術(shù)方法為CO2識(shí)別及評(píng)價(jià)提供了一個(gè)新的思路，填補(bǔ)了超臨界CO2、凝析氣、油等流體識(shí)別的空白，可降低勘探生產(chǎn)成本。該技術(shù)方法可在國(guó)內(nèi)外含CO2油氣田進(jìn)行驗(yàn)證、改進(jìn)并應(yīng)用。