一对VTflinc软件计算流体包裹体最小捕获压力方法中参数的研究

2015-03-24王爱国吴小宁

中国石油大学学报（自然科学版） 2015年1期

王爱国, 吴小宁, 蒲磊, 石磊

(1.西北大学大陆动力学国家重点实验室,陕西西安 710069;2.西北大学地质学系,陕西西安 710069;3.中国石油长庆油田分公司,陕西西安 710021; 4.克拉玛依红山油田有限责任公司,新疆克拉玛依 834000)

王爱国1,2, 吴小宁3, 蒲磊3, 石磊4

为提高VTflinc软件计算最小捕获压力的准确度,通过岩相学、荧光光谱、模拟试验等方法和手段对该软件所需的参数进行研究。结果表明:荧光干扰导致油包裹体边界失真是气相充填度计算误差产生的主要原因。透射光图片无荧光干扰,可作为标准校正CLSM光切片中的油包裹体的边界;根据空间相近原则选择亲缘性油藏作为初始组分,其条件不够充分,还应考虑荧光的一致性;油/水伴生包裹体判识时应首先考虑包裹体的产状和期次,判识后也要注意发生次生变化的油/水伴生包裹体,并将其剔除。

VTflinc; 气相充填度; 初始原油组分; 包裹体; 最小捕获压力

利用流体包裹体恢复盆地内的古流体压力长期以来是一个世界性难题。其难点之一是单个包裹体组分的定量测试十分困难。为此前人开发了VTflinc软件(后作为一个模块嵌入PVTsim软件),通过模拟单个油包裹体的组分并利用伴生盐水包裹体的均一温度计算最小捕获压力,原理和详细操作流程参见文献[1]和[2]。该软件自提出后得到了广泛应用并引发了后人对该法的进一步研究[2-7]。利用VTflinc软件计算最小捕获压力需4个参数:①室温下油包裹体的气相充填度;②初始原油组分;③油/水伴生包裹体;④ 包裹体的均一温度。在使用VTflinc过程中,笔者发现除④ 外,其余3个均存在不确定性,严重影响计算的准确度,因此通过岩相学、荧光光谱、模拟试验等方法和手段对前3个参数开展研究。

1 室温下油包裹体气相充填度(Fv)的计算

在Aplin[1]的研究中,1%的Fv计算误差导致了约6%的压力计算误差[1]。选用同一初始组分,对同一油/水伴生包裹体组合(盐水、油包裹体均一温度分别为116 ℃和96.6 ℃),计算不同Fv时的最小捕获压力(图1),结果发现Fv在一定范围内显著影响计算结果,且气泡越小,压力计算误差越大。目前,Fv的准确计算须借助共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)。CLSM在竖直方向上对油包裹体逐层扫描,获得一组等厚度的光切片(图2)。对其灰度二值化处理后提取包裹体的体积信息便可计算Fv。为了对比，拍摄了一组与光切片对应的透射光图片(图3)。

图1 气相充填度对最小捕获压力计算结果的影响Fig.1 Impact of degree of gas bubble filling on results of minimum trapping pressure

图2 CLSM在竖直方向上逐层扫描油包裹体后获得的一组等厚光切片中的8张图片Fig.2 Eight images from a group of same thickness light slices scanning vertically with CLSM

油包裹体的液相在光切片中存在两个灰度值不同的边界，即气/液相和液/固相边界。由于灰度二值化时只能选用一个灰度阈值(称为min值,下同),因此对光切片作灰度二值化时将“顾此失彼”:若以液/固相边界的灰度值为min值,则二值化后的气/液相边界不准确,导致液相被高估;若以气/液相边界的灰度值作为min值,则二值化后的液/固相边界不准确,导致液相被低估。另外,这两条边界均为灰度渐变带,若靠目估确定,则有很大的主观性。这些都给包裹体体积信息的提取带来不确定性。

1.1 液/固相边界的确定

确定液/固相边界时,将气泡“填充”为液相以消除气/液相边界(图4),但仅存的液/固相边界仍位于灰度渐变带(图4中a与c之间)内。渐变带面积为a内面积的37%,c内面积的59%,误差较大。若目估确定,必然会给体积计算带入未知误差,亟需一个确定液/固相边界的标准。

包裹体边界在透射光下不受荧光干扰,可作为光切片中边界的标准。经对比,图3(d)的液/固相边界最清晰。以该图片中包裹体的面积为标准调整图4灰度二值化的min值,直至两图片中包裹体的面积一致时为止。此时的边界即为光切片中液/固相边界(图4、5红线b)。此时的min值为34，将其应用于其他层“填气泡”处理后的光切片,便确定了整个包裹体的边界,进而计算出油包裹体的总体积。

图3 与图2中的光切片相对应的透射光图片Fig.3 Transmitted light images corresponding to images taken with CLSM in fig.2

图4 光切片D填气泡处理后的图片Fig.4 Light slice D after "fill bubble" processing

图5 透射光图片D中的液/固相边界与光切片D中确定的液/固相边界对比Fig.5 Liquid/solid phase boundary in transmitted light image in contrast with it in Light slice D

1.2 液相的校正

在获得包裹体总体积的基础上,若计算Fv还需获得液相或气相的体积。如图6所示,当以前文确定的min值为34提取液相时,液相分布于b和e之间,气相明显被低估(图5),可见荧光干扰之强。这也意味着液相被高估,必须校正液相。以透射光图片中液相的面积为标准调整min值,直至光切片中的液相面积与它一致时为止,此时的min值为52。

图6 光切片D中包裹体液相校正示意图Fig.6 General view of liquid phase correction in light slice D

在该过程中,随min值增大e逐渐外移,原先确定的液/固相边界b也不可避免地随之内移。至液相面积相等时,b、e分别移至d和f。d和f不是液相的物理边界,而是等效边界,它保证了光切片中液相面积(d和f之间)与透射光图片中液相面积(b和g之间)的相等。

液相的校正仅在有气相存在的光切片中进行。对于其他光切片,确定出液/固相边界后直接提取液相。根据各层的液相面积计算出液相体积后,结合油包裹体总体积计算出Fv。

1.3 稳定性和误差分析

一般来说,同期形成的油包裹体群的均一温度和Fv均相近。在综合考虑产状、均一温度以及次生变化等因素的基础上,挑选出10组油包裹体群,然后计算各组的Fv并对结果进行统计学分析(表1)。结果表明,在80%油包裹体群中,Fv比较接近,变异系数小于10%;但在少数油包裹体群中,Fv比较离散,尽管如此,变异系数也未超20%。至于准确性,该法仍然存在着方法误差,这主要是由假设所有光切片中包裹体边界的灰度值一样引起的。如何精确确定每一层光切片中包裹体边界的灰度值将是以后研究的一个重要内容。

表1 不同油包裹体群的气相充填度及其统计学分析

2 初始原油组分的构建

VTflinc软件对油包裹体组分的模拟需要初始组分(C1～C7+)。它的获取主要有两条途径:一是群体包裹体分析[8],二是利用与油包裹体具亲缘关系的油藏组分[1]。前者获取的组分可能是多期油气的混合[9-10]且测试质量还受样品中油气包裹体丰度的限制[11-12];后者的组分比较准确,但存在亲缘性判断和获取油藏组分的困难。本文中对第二条途径开展研究。

2.1 亲缘性油藏的判断与筛选

由于油包裹体组分未知,无法与现今油藏直接对比,Aplin[1]选用空间距离作为判断二者亲缘性的依据,然而在多源多期油气充注的油田,空间上相近并不能完全保证油包裹体与油藏具有亲缘性。荧光光谱对原油组分具有明显的光谱响应,组分相似的石油其荧光光谱特征也相似[13],这意味着期次不同的原油可通过荧光光谱区分。本文中将荧光光谱特征也纳入油包裹体与油藏亲缘性判断依据之中。

如图7所示,不同井区油包裹体的荧光光谱差异明显,反映了原油组分的非均一性,这时如果选用一种初始组分在全区进行压力计算显然不合适。正确的做法应该是按井区选用初始组分,这就需要分井区寻找亲缘性油藏。从荧光光谱特征判断,有8口井的原油与T76井油包裹体亲缘,结合对空间距离的考虑,T76X12井原油成为T76井区初始组分的首选。同样,在T123井区选择T123X18井原油。T713井区没有油藏,只能选择荧光特征相似的T121X32井原油作为初始组分。

图7 东营凹陷胜坨地区储层中油包裹体与原油的荧光光谱参数对比Fig.7 Fluorescence spectral parameters comparison between oil inclusion and oil from reservoir in Shengtuo area, Dongying sag

亲缘性油藏找到后,还须判断它们是否发生了次生变化。由于不知道油包裹体是在油藏发生次生变化之前还是之后被捕获,次生变化的油藏最好不要选用。

2.2 油藏组分的恢复

若获得亲缘性油藏组分,需取样作测试分析。地下取样精度最高,但费用较高且不适于井底流压低于泡点压力的油藏;另外,若油管变形则无法地下取样。应用广泛的取样方法是在地面分离器取油、气样[14]。对油、气样作组分分析后按气油比混合便可获得油藏组分。需注意的是,油气开发会导致油藏组分变化,取样越早越好,因此试油过程中获取的样品和气油比数据最好。在采集和测试的过程中,气样是在密闭环境中进行的,其测试数据代表了油藏中气的分布,而油样是在开放体系中进行的,轻组分丢失不可避免。恢复油藏组成前须对油样的测试数据进行轻组分校正。

2.2.1 轻组分校正

未发生次生变化的正常原油的组分分布具有一定的规律:在C3～nC5、C2～C5和nC7～nC30(nCx表示含x碳正构烷烃;Cx表示含x碳饱和烃),均表现为指数序列分布特征[15-16]。如图8所示,C2～ C5和nC14～nC31呈现明显的指数序列分布特征,表明该油藏未发生明显的次生变化。nC6～nC13的丢失是在油样采集、测试的过程中产生的,因此必须对这些轻组分进行校正:选择未发生变化的nC14～nC31作为标准进行指数拟合,并将指数关系外推至nC7;对于nC6,气、油两相混合后,取nC5和nC7的几何平均值。

图8 东营凹陷胜坨地区T765井油藏正构烷烃的恢复Fig.8 Recovery of n-alkanes of oil from well T765 in Shengtuo area, Dongying sag

2.2.2 气油比的影响

轻组分校正后,气、油混合物与地下油藏组分是否一致,取决于气油比的准确度。不完善的气油分离是气油比误差产生的一个重要原因。VTflinc在模拟计算中会不断地调整初始组分,实质上是调整轻、重组分的比例[1-2],因此气油比误差对压力计算的影响可能没有想象的大。为了查清其影响程度,以T128-61井的实测气油比为例作了如下试验:人为地增加和减少实测气油比的20%、50%以混合成不同的初始组分,然后利用VTflinc对图1中的油/水伴生包裹体组合(Fv=9.86%)进行压力计算(表2)。结果表明:气油比误差影响压力计算误差,二者呈正相关关系,但由于软件的调整功能,压力计算误差大大降低。若允许3%的压力计算误差,20%的气油比误差是可以接受的。

表2 气油比误差对压力计算误差的影响

3 油/水伴生包裹体的判识及筛选

油/水伴生包裹体是压力计算的基础。若判识错误或筛选不当,必然导致最小捕获压力计算错误。池国祥等[17]曾引用流体包裹体组合(FIA)概念对同期流体成因的包裹体的判识、测温解释等方面作了详细陈述,然而油/水伴生包裹体判识和筛选方法还未见报道。

3.1 油/水伴生包裹体的判识

油/水伴生包裹体形成于相同的温压环境,一般因含气饱和度低及存在水膜等原因,油包裹体的均一温度略低于盐水包裹体,然而若仅以此来判识油/水伴生包裹体显然是错误的。这种现象有可能是非同期的油和盐水包裹体后期发生次生变化导致的,因此在判识油/水伴生包裹体时首先应考虑包裹体产状、期次等方面的判识,其次再考虑均一温度。

3.1.1 产状判识

在视域范围内, 油包裹体与盐水包裹体存在多种产状关系:分别分布在两条愈合缝中(Ⅰ类);相互关系不明显(Ⅱ类);分布在同一条愈合缝中(Ⅲ类);分布在同一期的胶结物中(Ⅳ类)。4类产状中油/水包裹体伴生的可能性大小顺序为Ⅳ类>Ⅲ类>Ⅰ、Ⅱ类,因此寻找油/水伴生包裹体时最好挑选Ⅲ和Ⅳ类的油、水包裹体。其中,Ⅳ类无疑是最佳的,但它在大部分储层中不多见,实际工作中应用较多的还是Ⅲ类,即分布在同一条愈合缝中的油/水包裹体。

3.1.2 期次判识

同一条愈合缝有可能会发生多次开裂和愈合,捕获多期包裹体,为了排除这种可能,在产状判识的基础上对Ⅲ类可能的油/水伴生包裹体进行期次判识。方法为:分别对次生盐水包裹体的均一温度和油包裹体的成熟度作频次分布直方图,判断盐水包裹体和油包裹体的期次以及期次的对应性。在根据产状判识的可能的油水伴生包裹体中,只有盐水包裹体的期次和油包裹体的期次相吻合的才被认为是油/水伴生包裹体。

3.2 油/水伴生包裹体的筛选

包裹体被捕获后,由于应力、温度等因素的影响,可能会发生变形、泄露、热裂解等次生变化。这些次生变化均会对均一温度产生影响,因此判识油/水伴生包裹体后,还需筛选,以剔除次生变化的油/水伴生包裹体。具体方法如下:

(1)若同一FIA内的均一温度彼此差别较大,这群包裹体则被摒弃。

(2)对于Ⅲ类油/水伴生包裹体,若盐水包裹体的均一温度低于油包裹体,则剔除。

(3)若油包裹体内存在碳质沥青,说明发生了明显的热裂解,须剔除;若包裹体内无热裂解产物,也需对其进行甄别。具体做法可借鉴Susumu Okubo[18]的研究成果:若油包裹体发生热裂解,其均一温度会随深度增加而下降,油/水伴生包裹体组合的均一温度差超过一定温度后会随盐水包裹体均一温度的增大而线性增加。据此识别出发生热裂解的油包裹体,并将其所归属的油/水伴生包裹体组合剔除。

4 结论

(1)光切片中油包裹体边界的校正方法可以解决荧光干扰问题,提高气相充填度的准确度,但由于假设所有光切片中包裹体边界的灰度值一样,这种校正方法目前还具有一定的方法误差。

(2)初始组分的构建方法充分利用油田现有的测试分析数据,可以克服群包裹体分析的缺陷,具有廉价、快速、准确的优势。

(3)通过产状和期次的双重判识提高油/水伴生包裹体判识的准确率。在此基础上,通过均一温度的筛选,可以消除包裹体次生变化对压力计算结果的干扰。

[1] APLIN A C, MACLEOD G, LARTER S R, et al. Combined use of confocal laser scanning microscopy and PVT simulation for estimating the composition and physical properties of petroleum in fluid inclusions[J]. Marine and Petroleum Geology, 1999,16(2):97-110.

[2] LIU D H, XIAO X M, MI J K, et al. Determination of trapping pressure and temperature of petroleum inclusions using PVT simulation software:a case study of Lower Ordovician carbonates from the Lunnan Low Uplift, Tarim Basin[J]. Marine and Petroleum Geology, 2003,20(1):29-43.

[3] 刘德汉, 宫色, 刘东鹰, 等. 江苏句容—黄桥地区有机包裹体形成期次和捕获温度、压力的PVTsim模拟计算[J]. 岩石学报, 2005,21(5):1435-1448. LIU Dehan, GONG Se, LIU Dongying, et al. Investigation on the phase of organic inclusion from Gourong-Huangqiao region, Jiangsu province, and its trapped temperature & pressure calculated by PVTsim modeling[J]. Acta Petrologica Sinica, 2005,21(5):1435-1448.

[4] 米敬奎, 肖贤明, 刘德汉, 等. 利用储层流体包裹体的PVT特征模拟计算天然气藏形成古压力:以鄂尔多斯盆地上古生界深盆气藏为例[J]. 中国科学:D辑, 2003,33(7):679-685. MI Jingkui, XIAO Xianming, LIU Dehan,et al. Calculating the paleo-pressure of natural gas reservoir forming by PVT characters modeling of fluid inclusions in the reservior:an example from deep basin gas reservior in upper Paleozoic in Ordos Basin[J]. Science in China(ser D), 2003,33(7):679-685.

[5] 单秀琴,李剑,胡国艺,等.利用流体包裹体分析和计算油气的充注史和古流体势:以鄂尔多斯盆地榆林地区上古生界为例[J].石油与天然气地质,2007,28(2):159-165. SHAN Xiuqin, LI Jian, HU Guoyi, et al. Analysis and calculation of hydrocarbon accumulation history and paleocurrent potential by studying fluid inclusions:an example from the Upper Paleozoic in Yulin, Ordos Basin[J]. Oil & Gas Geology, 2007,28(2):159-165.

[6] 刘建章,陈红汉,李剑,等. 鄂尔多斯盆地伊-陕斜坡山西组2段包裹体古流体压力分布及演化[J].石油学报, 2008,29(2):227-234. LIU Jianzhang, CHEN Honghan, LI Jian, et al. Paleo-fluid pressure distribution and evolution of inclusions in the second member of Shanxi Formation in Yi-Shan Slope of Ordos Basin[J]. Acta Petrolei Sinica, 2008,29(2):227-234.

[7] APLIN A C, LARTER S R, BIGGE M A, et al. PVTX history of the North Seas Judy Oilfield[J]. Journal of Geochemical Exploration, 2000(69/70):641-644.

[8] 陈红汉, 董伟良, 张树林, 等. 流体包裹体在古压力模拟研究中的应用[J]. 石油与天然气地质, 2002,23(3):207-211. CHEN Honghan, DONG Weiliang, ZHANG Shulin, et al. Application of fluid inclusion in paleopressure modeling research[J]. Oil & Gas Geology, 2002,23(3):207-211.

[9] 饶丹, 秦建中, 张志荣, 等. 单体烃包裹体成分分析[J]. 石油实验地质, 2010,32(1):67-70. RAO Dan, QIN Jianzhong, ZHANG Zhirong, et al. Composition analyses of individual hydrocarbon inclusion[J].Petroleum Geology & Experiment, 2010,32(1):67-70.

[10] 平宏伟,陈红汉,RÉGIS THIÉRY. 石油包裹体热动力学模拟古压力改进:饱和压力预测和体积校正[J]. 地球科学——中国地质大学学报, 2013,38(1):143-155. PING Hongwei, CHEN Honghan, RÉGIS THIÉRY. Improvement on paleopressure prediction using petroleum inclusions thermodynamic modeling: saturation pressure predictin and volume calibration[J]. Earth Science—Journal of China University of Geoscience, 2013,38(1):143-155.

[11] VOLK H, GEORGE S C, MIDDLETON H. Geochemical comparison of fluid inclusion and presentday oil accumulations in the Papuan Foreland：evidence for previously unrecognized petroleum source rocks[J]. Organic Geochemistry, 2005,36(1):29-51.

[12] 鲁雪松, 宋岩, 柳少波, 等. 流体包裹体精细分析在塔中志留系油气成藏研究中的应用[J].中国石油大学学报:自然科学版, 2012,36(4):45-50. LU Xuesong, SONG Yan, LIU Shaobo, et al. Detailed analysis of fluid inclusions and its application in accumulation history research on Silurian reservoirs in Tazhong area, Tarim Basin[J]. Journal of China University of Petroleum (Edition of Natural Science), 2012,36(4):45-50.

[13] 宋继梅,唐碧莲. 原油样品的三维荧光光谱特征研究[J]. 光谱学与光谱分析, 2000,20(1):115-118. SONG Jimei, TANG Bilian. Study on the characteristic and significance of three dimensional fluorescence spectra of petroleum samples[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2000,20(1):115-118.

[14] 李海涛. 油藏流体取样与配样方法研究[J].内蒙古石油化工,2009,13:113-116. LI Haitao. The research on sampling and mixing methods of reservoir fluid[J]. Inner Mongolia Petrochemical, 2009,13:113-116.

[15] THOMPSON K F M. Mechanisms controlling gas and light end composition in pyrolysates and petroleum: applications in the interpretation of reservoir fluid analyses[J]. Organic Geochemistry, 2006,37(7):798-817.

[16] 黄光辉, 李碧, 徐阳东, 等. 塔北地区原油正构烷烃摩尔浓度分布特征及意义[J]. 石油天然气学报, 2010,32(3):13-17. HUANG Guanghui, LI Bi, XU Yangdong,et al. The distributing characteristics of mole concentration of n-alkanes in crude oil in the northern Tarim Basin and its geochemistry meanings[J]. Journal of Oil and Gas Technology, 2010,32(3):13-17.

[17] 池国祥,卢焕章. 流体包裹体组合对测温数据有效性的制约及数据表达方法[J]. 岩石学报,2008,24(9):1945-1953. CHI Guoxiang, LU Huangzhang. Validation and representation of fluid inclusion microthermometric data using the fluid inclusion assemblage(FIA) concept[J]. Acta Petrologica Sinica,2008,24(9):1945-1953.

[18] OKUBO S. Effects of thermal cracking of hydrocarbons on the homogenization temperature of fluid inclusions from the Niigata oil and gas fields, Japan[J]. Applied Geochemistry, 2005,20(2):255-260.

(编辑徐会永)

Research on parameters in method of calculating minimum trapping pressure of fluid inclusions with VTflinc software

WANG Aiguo1,2, WU Xiaoning3, PU Lei3, SHI Lei4

(1.StateKeyLaboratoryofContinentalDynamics,NorthwestUniversity,Xian710069,China;2.SchoolofGeosciences,NorthwestUniversity,Xian710069,China;3.ChangqingOilfieldCompany,PetroChina,Xian710021,China;4.KaramayHongshanOilfieldCompanyLimited,Karamay834000,China)

In order to improve the accuracy of calculating minimum trapping pressure with the software VTflinc, the parameters involved were rsearched by means of petrographic methods, fluorescence spectroscopy and simulations. The results show that the fluorescence interference which causes oil inclusions border distortion is the main cause of the calculation errors of degree of gas bubble filling. As transmitted light photos have no fluorescence interference, they can be used as a standard to calibrate borders of oil inclusions in the CLSM optical slices. It is not sufficient to select oil from related reservoirs based on similar space as the initial component, and the consistency of fluorescence should also be considered. The occurrence and phase of inclusions should be considered firstly when identifying the coeval petroleum and aqueous inclusions. Attentions need to be paid to the coeval petroleum and aqueous inclusions in secondary changes, which need to be removed after identified.

VTflinc; degree of gas bubble filling; initial petroleum composition; inclusion; minimum traping pressure

2014-07-02

国家自然科学基金项目(41402115);大陆动力学国家重点实验室开放基金项目(BJ08133-5);西北大学科研启动基金项目(PR12103)

王爱国(1984-),男,讲师,博士,主要从事成岩作用与油气成藏方面研究。E-mail:wag@nwu.edu.cn。

1673-5005(2015)01-0025-08

10.3969/j.issn.1673-5005.2015.01.004

TE 122.1

王爱国,吴小宁, 蒲磊，等.对VTflinc软件计算流体包裹体最小捕获压力方法中参数的研究[J].中国石油大学学报:自然科学版,2015,39(1):25-32.

WANG Aiguo, WU Xiaoning, PU Lei, et al. Research on parameters in method of calculating minimum trapping pressure of fluid inclusions with VTflinc software[J].Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science),2015,39(1):25-32.