輕質油的測錄井綜合識別方法

張鵬浩， 張占松， 張超謨， 朱林奇， 郭建宏

(長江大學地球物理與石油資源學院，武漢 430100；長江大學油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室，武漢 430100)

在油田勘探開發過程中，新的油氣層位的發現，能擴大勘探領域增加油氣儲量[1]。在中東哈法亞油田K區塊的開發生產過程中，發現大量井有輕質油的存在。相對于中質油和重質油來說，輕質油的黏度偏低、密度較小，具有較強的揮發性 ，且氣油比極高，導致在輕質油儲層段，常見凝析氣的存在[2]。因此輕質油在測井曲線上既可能表現出油層的特征，又可能表現出氣層的特征，而且測井響應特征還受巖石孔隙結構，物性等因素的影響，僅僅依靠測井資料對輕質油進行識別，存在很大難度[3-5]。探索一套能有效識別凝析氣與輕質油，并可廣泛應用的解釋思路成為了需要攻克的一項技術難題[6]。傳統油層識別方法已不能滿足識別需求[7]。為了更加準確地識別輕質油，需要結合更多資料，形成一套更有效的識別方法。

氣測錄井作為勘探的第一性資料，通過對鉆井液成分進行實驗分析，可以得到溶解于其中的氣體成分及含量，能夠直觀地反映出原始地層有機烴類物質的信息[8-9]。目前氣測錄井主要應用于流體性質識別，包括油氣層的區分以及油層和水層的區分，而對于不同油質的區分研究較少[10]；常用于流體性質識別的皮克斯勒圖板，3H烴比值法等，對輕質油的識別效果也較差[11]。為此，通過統計已有的測井、錄井資料，對輕質油的測井響應特征、氣測錄井烴組分值進行研究，提出揮發指數G與新的三角形圖板指數并以此建立了一套適用于本地區輕質油的測井、錄井綜合識別方法。以期解決哈法亞油田輕質油識別難題，準確地識別輕質油層，為油田后續的勘探開發提供指導。

1 區域概況

哈法亞油田位于伊拉克東南部米桑省內(圖1)，地理位置上處在阿拉伯盆地的東北部，并與札格羅斯構造帶相交，整個油田為一個長約38 km，寬約12 km的北西-南東向背斜構造[12]。

圖1 伊拉克哈法亞油田區域概況Fig.1 Regional overview of Hafaya Oilfield in Iraq

油田儲集層主要為以古近-新近系和白堊系為主的油藏，其中K區塊發育的儲集層主要為中白堊統灰巖，發育時代新、埋藏淺，受后期構造和成巖影響弱。油田的實際生產過程顯示，K區塊的產出流體以油為主，少見發育氣層和水層。但該區塊的石油密度存在很大差異，從密度大于0.92 g/cm3的重質油，密度為0.8～0.92 g/cm3的中質油，到密度小于0.8 g/cm3的輕質油都有發育。不同油質由于黏度、可流動性的差異，在實際的開采過程中需要制定不同的開發評價方案，因此油質的復雜性對當前的開發工作提出了很高的要求。尤其是油質極輕且具有高氣油比的輕質油的存在，由于它的強揮發性和高流動性，對當前K區塊流體性質的識別、開發生產以及后期的儲量評估都造成了極大的困擾。

2 輕質油的測井響應特征

常規測井儲層流體性質識別技術，主要是根據測井曲線對不同流體性質的響應，進行流體識別。常見的油氣和水的識別方法，是根據兩者電學性能的不同，在電阻率曲線上面會有明顯的差異；油水和氣的識別方法主要依據為聲學性質的不同，在聲波測井曲線上常表現出明顯的差異，而且氣層由于“挖掘效應”的存在，經常作為氣層存在的顯著標志[13]。而對于油層不同品質的劃分，由于每個地區的地質情況存在很大的差異，需要結合具體的測井響應特征，制定對應的一套解釋標準。

統計目的區塊的試油資料，如表1所示。K1、K2、K3井油密度小于0.8 g/cm3，氣油比大于1 000 m3/m3，測試結論為輕質油層；K4、K5井油密度為0.8～0.9 g/cm3，氣油比為100～500 m3/m3，測試結論為中質油層；K6井油密度大于0.92 g/cm3，氣油比小于100 m3/m3，測試結論為重質油層。分析6口井的常規測井曲線，在儲層段，電阻率曲線明顯變大，表現為油層特征，不過，曲線值沒有因為油質的不同出現明顯的差別。但是在輕質油層段，常出現密度、中子測井曲線值同時變小的特征。

表1 哈法亞油田K區塊6口井試油資料Table 1 Oil test data of six wells in block K of Hafaya Oilfield

GR為自然伽馬；CAL為井徑；SP為自然電位；RD為深側向電阻率；RS為淺側向電阻率；MSFL為微球聚焦電阻率；CNL為補償中子；DT為聲波時差；DEN為補償密度圖2 K1井測井曲線Fig.2 Logging curve of well K1

K1井2 860～2 880 m測試層段巖性主要為灰巖(圖2)，在2 869～2 873 m段，電阻率曲線明顯增大，且出現了深電阻率大于淺電阻率的低侵特征；同時孔隙度曲線出現了密度曲線變小，中子曲線也變小的挖掘效應，在圖2中顯示為黃色交互。試油資料顯示該層段日產油為314.47 m3，日產氣為50.504 1×104m3，原油密度為0.763 g/cm3，氣油比為1 606.02 m3/m3，綜合解釋該層段為輕質油層。因為油的存在，導致了電阻率的增大，同時由于輕質油的揮發性，揮發氣體導致了挖掘效應的產生。

圖3 測井解釋識別圖版Fig.3 Logging interpretation recognition plate

對測試層段的中子、密度測井響應進行歸一化，將測井曲線上面的交會特征以比值形式進行數量轉換，歸一化后的中子/密度很好地反映了輕質油的揮發性，稱為揮發指數G。流體的揮發性越強，揮發指數越大。建立揮發指數與深電阻率交會圖(圖3)，輕質油層段的數據點主要集中在揮發指數大于1的區域，中質油和重質油層段的數據點主要集中在揮發指數小于1的區域。通過分析揮發指數的大小，可以反映流體的揮發性，從而對具有強揮發特性的輕質油流體進行識別。但是同時可以看到，中質油和重質油部分數據的揮發指數也出現了大于1的情況。分析中重質油層段的試油資料，發現中質油和重質油層段由于綜合地質條件的影響，也會出現少量揮發氣的存在，從而對揮發指數的計算產生影響。因此，只通過測井資料不能完全對油質進行準確的識別。

3 輕質油的氣測錄井識別方法

鉆探開發過程中遇到的流體類型豐富，不同流體類型條件下，所測得的氣測錄井烴組分含量不同，烴比值特征也不同，說明氣測資料受儲集層流體性質影響，為利用氣測資料對儲集層流體性質的識別奠定了理論基礎。經過多年的發展，國內外學者提出了諸多解釋評價方法，其中應用最廣泛的氣測錄井圖版有皮克斯勒圖版、3H比值法、烴三角形圖版法等[14-16]。

皮克斯勒圖版法是根據C1/C2、C1/C3、C1/C4、C1/C5四個烴比值建立半對數交會圖，根據烴比值的位置及烴比值連線的斜率對流體性質進行解釋[17]。該方法主要是根據輕烴組分C1含量的相對大小，對油層和氣層流體進行識別，且該方法的建立需要統計大量的數據為基礎，對輕質油的識別意義不大。3H比值法是利用氣測組分，組合計算可以反映不同烴特征的三個參數，分別為烴濕度比、烴平衡比和烴特征比，根據三個參數的比值范圍，對流體性質進行識別[18]。通過試油資料所證實的輕質油層，在3H圖版上的分布范圍較大，與中質油和重質油大部分重合，因此該圖版也不能對輕質油進行識別。經過對多種氣測錄井解釋圖版的應用，最終發現輕質油在三角形圖版上面呈現出一定的規律性。

3.1 氣測錄井三角形圖版法

烴組分三角形圖版法是由內外三角形組成，外三角形是坐標采用極坐標形式，極角為60°，三個極邊都為17個單位的等邊三角形，三角形的頂點為坐標系的零點。三角形圖版只需要根據內三角形的大小、方向、形狀就可以對儲集層的流體性質進行識別，解釋過程簡單直觀，具有很強的操作性[19]。

但是該方法只局限于對一個深度點的分析，分析結果很片面。儲集層往往是成段出現的，因此需要對井段大量的點進行三角形繪圖，工作煩瑣，效率低，并且三角形圖版只有在C1～C4組分齊全的情況下才可以繪制，對組分缺失或者C4以上的組分沒有充分的利用，在實際的解釋應用過程中存在很大的局限性。

3.2 優化三角形圖版指數

由于氣測錄井三角形圖版繪制煩瑣，將三角形圖版以數學公式的形式呈現，可以極大地縮減工作量。對三角形圖版中的內三角形進行分析，發現內三角形的形狀和大小由位于外三角形三邊的極點坐標決定。當某一深度點的烴組分在外三角形三條邊上的刻度值之和大于外三角形邊長時，內三角形為倒三角形，反之，內三角形為正三角形。根據這一規律，何宏等[20]利用數學解析式計算了反映內三角形的正倒和大小的三角圖版指數Q，三角圖版指數計算公式如式(1)所示：

(1)

式(1)中：Q為三角形圖版指數；C1為甲烷組分含量；C2為乙烷組分含量；C3為丙烷組分含量；C4為丁烷組分含量；iC4代表正丁烷；nC4代表異丁烷。

由于氣測錄井受地質條件、油氣藏類型以及測量儀器的影響，烴組分檢測往往出現組分缺失或者組分多于四種的情況，此時三角圖版法就不能進行解釋，三角形圖版指數Q的計算也會受到限制[21-22]。因此，針對不同地區、不同類型油氣藏條件下的烴組分成分，在原有三角形圖版指數的基礎上提出適合多種烴組分成分的三角形圖版指數的計算公式，如式(2)所示：

(2)

式(2)中：Li代表烴組分為i種時的三角形圖版指數；Ci代表碳含量為i的烴組分含量。

由式(2)可知，氣測烴組分中只含有甲烷時，三角形圖版指數為固定值1；氣測烴組分中不含甲烷時，三角形圖版指數為固定值-4；氣測烴組分成分中含甲烷，且含其他烴組分時，三角形圖版指數的變化范圍-4～1。常見的氣測烴組分中一般都包含甲烷、乙烷等幾種烴組分，當儲層流體中油質越重時，氣測烴組分中，甲烷、乙烷等輕烴組分越少，丁烷、戊烷及以上的重烴組分越多，三角形圖版指數越??；油質越輕時，氣測烴組分中，甲烷、乙烷等輕烴組分含量越多，重烴組分含量越少，三角形圖版指數越大。

圖4 輕質油三角形圖版指數識別圖版Fig.4 Recognition plate of light oil triangle plate index

收集K區塊已試油的6口井(K1～K6)的氣測錄井數據，氣體烴組分齊全，包含C1、C2、C3、C4、C5(C5由正戊烷和異戊烷組成)五種烴組分。三角形圖版指數的計算公式如式(3)所示：

(3)

式(3)中：L5為烴組分為5種時的三角形圖版指數；C5為戊烷組分含量。

全烴含量大小是對儲集層產出能力的直觀反映，建立三角形圖版指數和全烴含量的交會圖(圖4)。由圖4可以看出，輕質油的三角形圖版指數分布為-0.4～0.1，中質油的三角形圖版指數分布為-0.6～-0.3，重質油的三角形圖版指數主要集中在小于0.7的區域。重質油由于重烴組分多，輕烴組分少，與中質油和輕質油區分效果明顯，而輕質油和中質油由于烴組分差別不明顯，分布區間存在部分重合。

4 測錄井綜合識別圖版的建立及解釋標準的提出

通過對輕質油的測井、錄井特征的分析，輕質油在測井響應中表現為密度、中子曲線值同時變小，以此測井響應特征為基礎，計算可以表征流體揮發性強弱的揮發指數G，很好地反映了輕質油的強揮發性特征；同時由于輕質油的油質輕、揮發性強、氣油比極高，導致氣測錄井烴組分以甲烷、乙烷等輕烴組分為主，根據這個特性，計算可反映不同烴組分占比的三角形圖版指數Li。揮發指數和三角形圖版指數對輕質油都有較好的指示作用。但是部分中質油和重質油在油藏的形成過程中，受生物降解作用，裂解作用的影響，也會生成一定量的輕烴組分，導致烴組分復雜，對油質的識別造成一定影響。

因此，為了對油質進行更準確的識別，從而達到識別輕質油的目的。采用測井、錄井結合的方法，建立以三角形圖版指數L5為橫坐標，揮發指數G為縱坐標的交會圖(圖5)，對兩個敏感參數同時進行分析。由圖5可以看出，輕質油、中質油和重質油在圖版上區分效果良好。輕質油的分布為-0.41；中質油的分布為-0.6

圖5 輕質油測錄井綜合識別圖版Fig.5 Comprehensive recognition plate for light oil logging

表2 油質測錄井解釋評價標準Table 2 Interpretation and evaluation criteria for oil quality logging

5 應用實例

K8井是K區塊一口試油井，測井、錄井資料齊全(圖6)。該井2 857～2 863 m井段巖性主要為灰巖,孔隙度在15%左右，儲集性能良好，計算揮發指數與三角形圖版指數，并與井深對應成圖分析該層段的測井資料，電阻率曲線有明顯的增大，深電阻率為53.5 Ω·m，淺電阻率值為45.2 Ω·m，存在明顯的低侵現象，為典型的油層特征。結合密度、中子曲線計算的揮發指數大于1，說明該油層有較好的揮發性。氣測錄井烴組分為C1～C5，氣體組分齊全，峰形飽滿，烴組分含量平均值分別為C1占13.2%、C2占1.8%、C3占0.09%、C4占0.03%、C5占0.01%，計算三角形圖版指數L5為0.13。通過計算該層段的揮發指數G>1，三角形圖版指數L5>-0.4，在測錄井綜合解釋圖版(圖5)上，落在輕質油區域，測錄井綜合解釋結論為輕質油層。

該井段試油資料顯示，日產油為302.38 m3，日產氣為47.770 8×104m3，油密度為0.763 g/cm3，氣油比為1 579.8 m3/m3，試油結論證實為典型的輕質油層。

通過將揮發指數和三角形圖版指數隨深度連續成圖，刻度輕質油在兩個參數上的取值范圍，可以在測井曲線圖上對輕質油進行直觀、有效的識別，為油田整口井的輕質油流體識別提供了技術基礎。但是該識別方法由于揮發指數容易受氣體的影響，因此該輕質油的識別方法主要針對以產油為主的油藏。

圖6 K8井測錄井綜合曲線Fig.6 Comprehensive logging curve of well K8

6 結論

(1)通過對中東哈法亞油田K區塊的輕質油層測井、錄井資料進行大量的整理分析，提取對輕質油敏感的測錄井參數，并通過計算揮發指數和三角形圖版指數，建立了輕質油的測錄井綜合識別圖版，并建立本區塊的輕質油解釋標準。測錄井綜合圖版綜合運用了測井、錄井對不同油質的識別優勢，將輕質油、中質油和重質油進行有效區分。

(2)烴組分三角形圖版法對流體性質識別有很強的操作性，但是圖版的繪制極為煩瑣，而且只能單點分析。通過將三角形圖版數值化，解決了三角形圖版繪制繁瑣的問題，并且通過對三角形圖版指數計算模型進行優化，提高了該方法對氣測錄井數據的適用性。

(3)測井和錄井資料的結合，對流體的揮發性和烴組分特征參數進行了綜合利用，提高了輕質油的解釋精度。該識別方法在中東哈法亞油田K區塊的輕質油解釋評價中得到驗證，并取得了良好的效果。