利用测录井资料计算气油比定量识别低孔渗储层流体性质.pdf

文章编号：1008-2336（2023）02-0048-04利用测录井资料计算气油比定量识别低孔渗储层流体性质胡文亮（中海石油（中国）有限公司上海分公司，上海200335）摘要：低孔渗储层储集空间小，且含油气饱和度低，致使油气测录井响应特征差异小，储层流体性质识别困难。X 凹陷油气藏埋藏深，均发育于 3 800 m 以下，具有储层物性差、非均质性强、孔喉结构复杂及油气水分布不规律的特征。气测录井是直接测定钻井液中可燃气体各组分含量的一种录井方法，能有效反映油气藏的气油比。基于录井气测组分含量（TG、C1）和 MDT 泵抽气油比，建立气油比与气测组分的响应方程，并与各常规测井响应方程组成超定线性方程组，采用最优化算法计算储层的气油比，结合油气藏类型识别标准，实现定量判断储层流体性质的目的。在实际井的应用中，利用测录井资料计算的气油比与 MDT 泵抽分析结果相比，相对误差小于 7.80%，说明最优化计算的气油比合理、可靠，该方法具有较好的应用和推广价值。关键词：测录井；气油比；定量评价；流体性质识别；低孔渗中图分类号：P631.8 文献标识码：A DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2023.02.048CalculatingGasOilRatiowithLoggingDataandQuantitativelyIdentifyFluidPropertiesofLowPorosityandPermeabilityReservoirsHU Wenliang（Shanghai Branch of CNOOC(China)Ltd.,Shanghai 200335,China）Abstract:Low porosity and permeability reservoirs are characterized by small reserving space and low oil and gas saturation,which leads tosmall difference between oil and gas logging response and difficulty in reservoir fluid properties identification.The oil and gas reservoirs aredeeply buried and developed below 3 800 m in X sag,which are characterized by poor physical properties,strong heterogeneity,complexpore throat structure and irregular distribution of oil,gas and water.Gas logging is capable of directly measuring the content of eachcomponent of combustible gas in drilling fluid,which can effectively reflect the gas-oil ratio of oil and gas reservoirs.Response equations ofgas-oil ratio and gas components are established based on the contents of gas components(TG,C1)measured by mud logging and the gas-oilratio measured by MDT pump.Then overdetermined linear equations are established with various conventional logging response equations.Consequently,the gas-oil ratio of the reservoir is calculated by using the optimization algorithm,so as to quantitatively identify the fluidproperty of the reservoir combining with the identification standard of oil and gas reservoir type.In the application of the actual wells,the gas-oil ratio calculated by logging data is compared with the MDT pumping analysis result,and the relative error is less than 7.80%.This showsthat the optimized calculation of gas-oil ratio is reasonable and reliable.This method is effective and worth promoting.Keywords:well logging and mud logging;gas-oil ratio;quantitative evaluation;fluid property identification;lower porosity andpermeability 一直以来，低孔渗储层的流体性质识别是测井评价中的难点问题，主要原因是低孔渗储层的储集空间小，且含油气饱和度低，致使油气测录井响应特征差异小，导致储层流体性质识别困难。X 凹陷油气藏埋藏深，均发育于 3 800 m 以下，具有储层岩性、物性非均质性强，孔喉结构复杂，油气水分布不规律的特征1-4，甚至某些油气藏呈现典型“油轻气重”现象，轻质油和凝析气虽然物性不同，但在测井及录井表现上却极为相似，导致常规的评价方法难以区分，储层流体识别广泛依赖泵抽和测试，严重影响勘探、开发评价的效益。目前国内外测录井流体性质识别方法应用较多，例如：利用中子-密度、泊松比-体积压缩系数等“镜像”交会特征、纵横波速比等定性测井流体识别方法；收稿日期：2022-09-20；改回日期：2023-02-02基金项目：中海石油（中国）有限公司上海分公司“七年行动计划”科技项目“西湖凹陷西部地区勘探开发关键技术研究”（CNOOC-KJ 135 ZDXM 39 SH01）。作者简介：胡文亮，男，1988 年生，硕士，工程师，2014 年毕业于长江大学地球探测与信息技术专业，主要从事测井处理与解释工作。E-mail：。第 43 卷第 2 期Vol.43No.22023 年 6 月 OFFSHOREOILJun.2023利用气测录井烃组分三角形图解法、皮克斯勒图版法、烃类比值法（3H 法）等定性录井流体识别方法5-8。上述定性识别方法在常规储层流体识别中有较好的应用效果，而在低孔渗储层中应用效果较差，且各类识别图版具有明显的单区域适用特征，其它油气田难以有效借用，适用性不强。本文基于常规测井曲线，结合气测录井（C1、TG）等信息，建立地层组分模型，基于最优化理论定量计算气油比，并结合油气藏类型气油比划分标准识别低孔渗储层的流体性质9。1 测录井资料最优化模型与流体响应参数确定对于含油气储层来说，可以认为储层主要是由泥质和岩石中的不同骨架矿物，还有孔隙度中的油、气、水等流体构成。利用密度测井、中子测井、声波测井等常规测井曲线，基于体积模型可以得到各类测井响应方程式：b=omxom+fwxfw+gasxgas+shxsh+kj=1jxj（1）HI=HIomxom+HIfwxfw+HIgasxgas+HIshxsh+kj=1HIjxj（2）t=tomxom+tfwxfw+tgasxgas+tshxsh+kj=1tjxj（3）bHItomfwgasshHIomHIfwHIgasHIshtomtfwtgastshxomxfwxgasxshxjjHIjtj式中：为地层测井密度，g/cm3；为地层含氢指数，小数；为地层测井纵波时差，s/ft；为油的密度测井响应值，g/cm3；为水的密度测井响应值，g/cm3；为天然气的密度测井响应值，g/cm3；为泥质的密度测井响应值，g/cm3；为油的含氢指数，小数；为水的含氢指数，小数；为天然气的含氢指数，小数；为泥质的含氢指数，小数；为油的纵波时差，s/ft；为水的纵波时差，s/ft；为天然气的纵波时差，s/ft；为泥质的纵波时差，s/ft；为油的相对体积含量，小数；为水的相对体积含量，小数；为天然气的相对体积含量，小数；为泥质的相对体积含量，小数；k 为地层骨架矿物个数，为第 j 种骨架矿物相对体积含量，、分别为第 j 种矿物骨架的密度、含氢指数、纵波时差测井响应值。在常规测井的基础上，可进一步引入气测录井资料进行气油比的定量计算。经统计分析，X 凹陷油气藏泵抽气油比（Rog）（地面条件下）与干燥系数（C1/TG）具有较好的正相关关系（图 1）。Rog=30 433(C1TG)71.314（4）RogTGC1式中：为地面条件下泵抽气油比，m3/m3；为气测总烃含量，%；为甲烷含量，%。根据气油比定义：Rog=xgasxom（5）结合式（4）和式（5）可将方程写为：axgas+bxom=f(TG,C1)（6）a、bf(TG,C1)TG、C1其中：为常数；为关于的函数。xx式（6）的形式与测井响应方程的形式一致，因此该方程可以参与gas和om组分的最优化计算。在常规测井、气测录井资料齐全的情况下，建议增加气测录井响应方程（式（6）参与最优化计算。若没有气测录井资料，即采用常规响应方程即可；若仅有气测录井资料，则可以建立基于气测资料的区域气油比模型进行气油比计算（例如式（4）所示）。求解最优化计算矿物及流体组分的问题，需要确定各矿物及流体组分测井响应值。其中各矿物组分可以采用测井响应理论值；流体中油和水的测井响应值，即地层条件下的密度、中子、声波测井响应值受温度和压力的影响不大，可认为是一确定值，而天然气的测井响应值受温度和压力的影响很大，并与油和地层水的测井响应值差别较大，这就是利用测井信息区分天然气与油的物理基础。天然气在地下条件的平均体积密度为10：gas=1.327rgsairsTsPgfzfTfPgs0.188 3（7）gasairsrgsTsTfPgfPgs式中：为地下条件下天然气的密度，g/cm3；为地面条件下空气的密度，g/cm3；为相同体积、相同温度和压力条件下，天然气质量与空气质量之比；为地面条件温度，K；为地层条件温度，K；为地层条件压力，105 Pa；为地面条件压力，105 Pa；y=30 433x71.314R2=0.979 41101001 00010 000100 0000.880.900.920.940.960.981.00C1/TG/(v/v)Rog/(m3/m3)图 1 X 凹陷气油比（Rog）与干燥系数（C1/TG）关系图Fig.1 The relationship between gas-oil ratio(Rog)and dryingcoefficient(C1/TG)in X sag 第 43 卷第 2 期胡文亮.利用测录井资料计算气油比定量识别低孔渗储层流体性质 49 zf为气体的压缩因子，无因次，取值 0.85。天然气的平均含氢指数为10：HIgas=1.928 6rgsairsTsPgfzfTfPgs（8）HIgas式中：为天然气含氢指数，小数。天然气纵波时差的计算公式为10：tgas=626273zf(273+tf)（9）tgastf式中：为天然气的纵波时差，s/ft；为温度，。天然气在地下条件的平均体积密度、含氢指数、纵波时差均按地层的实际温压进行计算得到。2 地层条件下油气相对含量测录井反演方法基于上述各测录井响应方程，即式（1）、式（2）、式（3）、式（6）可以写成：nj=1Aijxj=Bi(i=1,2,m)（10）式中：n 为地层组分个数；m 为测录井响应方程总数；Bi为第 i 种组分的测录井响应值。当构建的方程数多于需求解矿物及流体组分个数时，即满足超定线性方程组，它具有一最优解。为符合实际地质意义，各组分之和等于 1，且单一组分体积含量不能大于 1，因此在求解由式（10）组成的方程组时，需加入相关约束条件10，即：nj=1Aijxj=Bi(i=1,2,m)约束R:nj=1xj=c0 xj xmaxj(j=1,2,n)（11）cxmaxj式中：常取值为1，为最大相对体积，常取值为1。通过最小二乘法将求解超定方程组的问题转化为求取极值的问题，通过迭代计算唯一最优解，得到泥质及各矿物骨架与孔隙度和各流体组分的相对体积含量。min f(x),f(x)=mi=1nj=1AijxjBi2约束R:nj=1xj=c0 xj xmaxj(i=1,2,m;j=1,2,n)（12）3 气油比定量计算及流体性质识别3.1气油比定量计算xx上述利用最优化方法求解的om和gas均为地下条件油和气的相对体积含量，因此需要将天然气体积含量转换到地面条件，根据气体状态方程为：PV=znRT（13）式中：n 为气体克分子数，mol；P 为气体的压力，105 Pa；V 为气体的体积，L；T 为气体的绝对温度，K；R 为通用气体常数，J/(molK)；z 为气体的压缩因子。天然气在地面条件的状态方程可写为：PgsVgs=zsnRTs（14）Vgszszs式中：为地面条件气体的体积，L；为气体的压缩因子，通常 1。天然气在地下条件的状态方程可写为：PgfVgf=zfnRTf（15）Vgf式中：为地层条件气体的体积，L。式（14）除以式（15），并整理得：Vgs=TsPgfVgfzfTfPgs（16）VVgf=xgasVVom=xomV由于油在地下与地面体积基本不变，假设岩石体积为，则，合并式（15）与式（16）得：Rog=xgasxomTsPgfzfTfPgs（17）3.2流体性质识别标准根据杨宝善油气藏类型气油比划分标准（1995年）11，可判别油气藏类型（表 1）。表1气油比判别油气藏类型（据杨宝善，1995 年）Table 1 Distinguishing oil and gas reservoir types by gas-oil ratio(according to Yang Baoshan,1995)油气藏类型气油比/(m3/m3)黑油0356.2挥发油356.2534.3凝析气534.326 715气（湿气、干气）26 715 4 应用效果分析图 2 和图 3 分别为 X 凹陷 A 井和 B 井基于最优化算法利用测录井多资料定量评价气油比处理与解释成果图。表 2 为 X 凹陷 A 井和 B 井测录井定量计算气油比误差统计表。图 2 中，第七道为气油比道，蓝色线为利用测录井资料，基于最优化算法计算的气油比，红色圆点为MDT 泵抽取样分析气油比（第八道三角形深度对应MDT 泵抽作业深度）。从图 2 和表 2 中可以看出：XX43.40 m 处测井计算气油比为 1 101.70 m3/m3，对 50 2023 年 6 月应深度 MDT 泵抽分析气油比为 1 040.00 m3/m3，结合表 1 分类标准，测井综合解释为凝析气层；XX50.00 m处测井计算气油比为 392.90 m3/m3，对应深度 MDT泵抽分析气油比为 425.00 m3/m3，结合表 1 分类标准，测井综合解释为挥发油层。从图 3 和表 2 中可以看出：XX80.18、XX85.70 m处测井计算气油比分别为 1 561.28、1 460.30 m3/m3，对应深度 MDT 泵抽分析气油比分别为 1 668.40、1 311.80 m3/m3，结合表 1 分类标准，测井综合解释为凝析气层；XX88.20 m 处测井计算气油比为315.80 m3/m3，对应深度 MDT 泵抽分析气油比为 293.00 m3/m3，结合表 1 分类标准，测井综合解释为黑油层。对比 X 凹陷 A 井和 B 井 5 个 MDT 泵抽点测录井最优化计算气油比与 MDT 泵抽气油比发现，两者吻合性较好，平均相对误差为 7.80%，说明测录井最优化气油比定量计算合理。5 结论低孔渗储层储集空间小，含油气饱和度低，油气测录井响应特征差异小，储层流体性质识别困难。在常规测井资料评价气油比的基础上，引入气测录井数据并建立响应方程，基于最优化算法采用测录井多资料定量评价气油比，计算结果与 MDT 泵抽分析结果相比，相对误差为 7.8%。结合油气藏类型识别标准，能够较好地定量判断低孔渗储层的流体性质。参考文献：李娜,何小菊,高秀丽,等.低孔低渗储集层测井评价技术综述与展望 J.国外测井技术，2013（3）：8-11,14.1 杜阳阳,王燕,李亚峰,等.低孔低渗储层流体性质测录井综合识别方法研究现状与展望 J.地球物理学进展，2018，33（2）：571-580.2 陈金龙,黄志龙,董劲,等.低渗-致密储集层地层含气量估算方法及其应用 J.录井工程，2019，30（4）：8-12.3 刘春锋,熊志武,周平.西湖凹陷低孔低渗储层气测录井识别技术 J.录井工程，2022，33（1）：46-50.4 陈剑新.钻井现场油气层快速评价方法及应用 J.海洋石油，2001（1）：26-30.5 庄建建,杨彩虹,颜方方.西湖凹陷气测录井烃气指数图版的应用 J.海洋石油，2013，33（2）：94-96.6 李祖遥,胡文亮,夏瑜,等.利用气测录井资料识别油气层类型方法研究 J.海洋石油，2015，35（1）：78-85.7 孙兴刚,魏文,李红梅.岩石物理参数的流体敏感性分析 J.油气藏评价与开发，2012，2（1）：37-40,49.8 高楚桥,章成广,肖承文,等.利用测井信息得到的气油比识别凝析气藏 J.石油地球物理勘探，2003，38（3）：290-293.9 高楚桥.复杂储层测井评价方法M.北京:石油工业出版社,2003:1-22.10 杨宝善.凝析气藏开发工程M.北京:石油工业出版社,1995.11 图例气层 油层 油水同层含油水层水层 干层图 2 X 凹陷 A 井气油比处理与解释成果图Fig.2 Gas oil ratio processing and interpretationresults of Well A in X sag 图例气层 油层 油水同层含油水层水层 干层图 3 X 凹陷 B 井气油比处理与解释成果图Fig.3 Gas oil ratio processing and interpretationresults of Well B in X sag 表2测录井定量计算气油比误差统计表Table 2 Statistical table of errors in quantitative calculation ofgas-oil ratio by logging 井号深度/mC1/%TG/%MDT泵抽气油比/(m3/m3)测录井最优化计算气油比/(m3/m3)气油比相对误差/%AXX43.407.668.041 040.001 101.705.93XX50.009.6410.21425.00392.907.55BXX80.1823.3524.371 668.401 561.286.42XX85.7012.4313.051 311.801 460.3011.32XX88.2014.0114.93293.00315.807.78平均值7.80第 43 卷第 2 期胡文亮.利用测录井资料计算气油比定量识别低孔渗储层流体性质 51