轻质油的测录井综合识别方法

张鹏浩， 张占松， 张超谟， 朱林奇， 郭建宏

(长江大学地球物理与石油资源学院，武汉 430100；长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室，武汉 430100)

在油田勘探开发过程中，新的油气层位的发现，能扩大勘探领域增加油气储量[1]。在中东哈法亚油田K区块的开发生产过程中，发现大量井有轻质油的存在。相对于中质油和重质油来说，轻质油的黏度偏低、密度较小，具有较强的挥发性 ，且气油比极高，导致在轻质油储层段，常见凝析气的存在[2]。因此轻质油在测井曲线上既可能表现出油层的特征，又可能表现出气层的特征，而且测井响应特征还受岩石孔隙结构，物性等因素的影响，仅仅依靠测井资料对轻质油进行识别，存在很大难度[3-5]。探索一套能有效识别凝析气与轻质油，并可广泛应用的解释思路成为了需要攻克的一项技术难题[6]。传统油层识别方法已不能满足识别需求[7]。为了更加准确地识别轻质油，需要结合更多资料，形成一套更有效的识别方法。

气测录井作为勘探的第一性资料，通过对钻井液成分进行实验分析，可以得到溶解于其中的气体成分及含量，能够直观地反映出原始地层有机烃类物质的信息[8-9]。目前气测录井主要应用于流体性质识别，包括油气层的区分以及油层和水层的区分，而对于不同油质的区分研究较少[10]；常用于流体性质识别的皮克斯勒图板，3H烃比值法等，对轻质油的识别效果也较差[11]。为此，通过统计已有的测井、录井资料，对轻质油的测井响应特征、气测录井烃组分值进行研究，提出挥发指数G与新的三角形图板指数并以此建立了一套适用于本地区轻质油的测井、录井综合识别方法。以期解决哈法亚油田轻质油识别难题，准确地识别轻质油层，为油田后续的勘探开发提供指导。

1 区域概况

哈法亚油田位于伊拉克东南部米桑省内(图1)，地理位置上处在阿拉伯盆地的东北部，并与札格罗斯构造带相交，整个油田为一个长约38 km，宽约12 km的北西-南东向背斜构造[12]。

图1 伊拉克哈法亚油田区域概况Fig.1 Regional overview of Hafaya Oilfield in Iraq

油田储集层主要为以古近-新近系和白垩系为主的油藏，其中K区块发育的储集层主要为中白垩统灰岩，发育时代新、埋藏浅，受后期构造和成岩影响弱。油田的实际生产过程显示，K区块的产出流体以油为主，少见发育气层和水层。但该区块的石油密度存在很大差异，从密度大于0.92 g/cm3的重质油，密度为0.8～0.92 g/cm3的中质油，到密度小于0.8 g/cm3的轻质油都有发育。不同油质由于黏度、可流动性的差异，在实际的开采过程中需要制定不同的开发评价方案，因此油质的复杂性对当前的开发工作提出了很高的要求。尤其是油质极轻且具有高气油比的轻质油的存在，由于它的强挥发性和高流动性，对当前K区块流体性质的识别、开发生产以及后期的储量评估都造成了极大的困扰。

2 轻质油的测井响应特征

常规测井储层流体性质识别技术，主要是根据测井曲线对不同流体性质的响应，进行流体识别。常见的油气和水的识别方法，是根据两者电学性能的不同，在电阻率曲线上面会有明显的差异；油水和气的识别方法主要依据为声学性质的不同，在声波测井曲线上常表现出明显的差异，而且气层由于“挖掘效应”的存在，经常作为气层存在的显著标志[13]。而对于油层不同品质的划分，由于每个地区的地质情况存在很大的差异，需要结合具体的测井响应特征，制定对应的一套解释标准。

统计目的区块的试油资料，如表1所示。K1、K2、K3井油密度小于0.8 g/cm3，气油比大于1 000 m3/m3，测试结论为轻质油层；K4、K5井油密度为0.8～0.9 g/cm3，气油比为100～500 m3/m3，测试结论为中质油层；K6井油密度大于0.92 g/cm3，气油比小于100 m3/m3，测试结论为重质油层。分析6口井的常规测井曲线，在储层段，电阻率曲线明显变大，表现为油层特征，不过，曲线值没有因为油质的不同出现明显的差别。但是在轻质油层段，常出现密度、中子测井曲线值同时变小的特征。

表1 哈法亚油田K区块6口井试油资料Table 1 Oil test data of six wells in block K of Hafaya Oilfield

GR为自然伽马；CAL为井径；SP为自然电位；RD为深侧向电阻率；RS为浅侧向电阻率；MSFL为微球聚焦电阻率；CNL为补偿中子；DT为声波时差；DEN为补偿密度图2 K1井测井曲线Fig.2 Logging curve of well K1

K1井2 860～2 880 m测试层段岩性主要为灰岩(图2)，在2 869～2 873 m段，电阻率曲线明显增大，且出现了深电阻率大于浅电阻率的低侵特征；同时孔隙度曲线出现了密度曲线变小，中子曲线也变小的挖掘效应，在图2中显示为黄色交互。试油资料显示该层段日产油为314.47 m3，日产气为50.504 1×104m3，原油密度为0.763 g/cm3，气油比为1 606.02 m3/m3，综合解释该层段为轻质油层。因为油的存在，导致了电阻率的增大，同时由于轻质油的挥发性，挥发气体导致了挖掘效应的产生。

图3 测井解释识别图版Fig.3 Logging interpretation recognition plate

对测试层段的中子、密度测井响应进行归一化，将测井曲线上面的交会特征以比值形式进行数量转换，归一化后的中子/密度很好地反映了轻质油的挥发性，称为挥发指数G。流体的挥发性越强，挥发指数越大。建立挥发指数与深电阻率交会图(图3)，轻质油层段的数据点主要集中在挥发指数大于1的区域，中质油和重质油层段的数据点主要集中在挥发指数小于1的区域。通过分析挥发指数的大小，可以反映流体的挥发性，从而对具有强挥发特性的轻质油流体进行识别。但是同时可以看到，中质油和重质油部分数据的挥发指数也出现了大于1的情况。分析中重质油层段的试油资料，发现中质油和重质油层段由于综合地质条件的影响，也会出现少量挥发气的存在，从而对挥发指数的计算产生影响。因此，只通过测井资料不能完全对油质进行准确的识别。

3 轻质油的气测录井识别方法

钻探开发过程中遇到的流体类型丰富，不同流体类型条件下，所测得的气测录井烃组分含量不同，烃比值特征也不同，说明气测资料受储集层流体性质影响，为利用气测资料对储集层流体性质的识别奠定了理论基础。经过多年的发展，国内外学者提出了诸多解释评价方法，其中应用最广泛的气测录井图版有皮克斯勒图版、3H比值法、烃三角形图版法等[14-16]。

皮克斯勒图版法是根据C1/C2、C1/C3、C1/C4、C1/C5四个烃比值建立半对数交会图，根据烃比值的位置及烃比值连线的斜率对流体性质进行解释[17]。该方法主要是根据轻烃组分C1含量的相对大小，对油层和气层流体进行识别，且该方法的建立需要统计大量的数据为基础，对轻质油的识别意义不大。3H比值法是利用气测组分，组合计算可以反映不同烃特征的三个参数，分别为烃湿度比、烃平衡比和烃特征比，根据三个参数的比值范围，对流体性质进行识别[18]。通过试油资料所证实的轻质油层，在3H图版上的分布范围较大，与中质油和重质油大部分重合，因此该图版也不能对轻质油进行识别。经过对多种气测录井解释图版的应用，最终发现轻质油在三角形图版上面呈现出一定的规律性。

3.1 气测录井三角形图版法

烃组分三角形图版法是由内外三角形组成，外三角形是坐标采用极坐标形式，极角为60°，三个极边都为17个单位的等边三角形，三角形的顶点为坐标系的零点。三角形图版只需要根据内三角形的大小、方向、形状就可以对储集层的流体性质进行识别，解释过程简单直观，具有很强的操作性[19]。

但是该方法只局限于对一个深度点的分析，分析结果很片面。储集层往往是成段出现的，因此需要对井段大量的点进行三角形绘图，工作烦琐，效率低，并且三角形图版只有在C1～C4组分齐全的情况下才可以绘制，对组分缺失或者C4以上的组分没有充分的利用，在实际的解释应用过程中存在很大的局限性。

3.2 优化三角形图版指数

由于气测录井三角形图版绘制烦琐，将三角形图版以数学公式的形式呈现，可以极大地缩减工作量。对三角形图版中的内三角形进行分析，发现内三角形的形状和大小由位于外三角形三边的极点坐标决定。当某一深度点的烃组分在外三角形三条边上的刻度值之和大于外三角形边长时，内三角形为倒三角形，反之，内三角形为正三角形。根据这一规律，何宏等[20]利用数学解析式计算了反映内三角形的正倒和大小的三角图版指数Q，三角图版指数计算公式如式(1)所示：

(1)

式(1)中：Q为三角形图版指数；C1为甲烷组分含量；C2为乙烷组分含量；C3为丙烷组分含量；C4为丁烷组分含量；iC4代表正丁烷；nC4代表异丁烷。

由于气测录井受地质条件、油气藏类型以及测量仪器的影响，烃组分检测往往出现组分缺失或者组分多于四种的情况，此时三角图版法就不能进行解释，三角形图版指数Q的计算也会受到限制[21-22]。因此，针对不同地区、不同类型油气藏条件下的烃组分成分，在原有三角形图版指数的基础上提出适合多种烃组分成分的三角形图版指数的计算公式，如式(2)所示：

(2)

式(2)中：Li代表烃组分为i种时的三角形图版指数；Ci代表碳含量为i的烃组分含量。

由式(2)可知，气测烃组分中只含有甲烷时，三角形图版指数为固定值1；气测烃组分中不含甲烷时，三角形图版指数为固定值-4；气测烃组分成分中含甲烷，且含其他烃组分时，三角形图版指数的变化范围-4～1。常见的气测烃组分中一般都包含甲烷、乙烷等几种烃组分，当储层流体中油质越重时，气测烃组分中，甲烷、乙烷等轻烃组分越少，丁烷、戊烷及以上的重烃组分越多，三角形图版指数越小；油质越轻时，气测烃组分中，甲烷、乙烷等轻烃组分含量越多，重烃组分含量越少，三角形图版指数越大。

图4 轻质油三角形图版指数识别图版Fig.4 Recognition plate of light oil triangle plate index

收集K区块已试油的6口井(K1～K6)的气测录井数据，气体烃组分齐全，包含C1、C2、C3、C4、C5(C5由正戊烷和异戊烷组成)五种烃组分。三角形图版指数的计算公式如式(3)所示：

(3)

式(3)中：L5为烃组分为5种时的三角形图版指数；C5为戊烷组分含量。

全烃含量大小是对储集层产出能力的直观反映，建立三角形图版指数和全烃含量的交会图(图4)。由图4可以看出，轻质油的三角形图版指数分布为-0.4～0.1，中质油的三角形图版指数分布为-0.6～-0.3，重质油的三角形图版指数主要集中在小于0.7的区域。重质油由于重烃组分多，轻烃组分少，与中质油和轻质油区分效果明显，而轻质油和中质油由于烃组分差别不明显，分布区间存在部分重合。

4 测录井综合识别图版的建立及解释标准的提出

通过对轻质油的测井、录井特征的分析，轻质油在测井响应中表现为密度、中子曲线值同时变小，以此测井响应特征为基础，计算可以表征流体挥发性强弱的挥发指数G，很好地反映了轻质油的强挥发性特征；同时由于轻质油的油质轻、挥发性强、气油比极高，导致气测录井烃组分以甲烷、乙烷等轻烃组分为主，根据这个特性，计算可反映不同烃组分占比的三角形图版指数Li。挥发指数和三角形图版指数对轻质油都有较好的指示作用。但是部分中质油和重质油在油藏的形成过程中，受生物降解作用，裂解作用的影响，也会生成一定量的轻烃组分，导致烃组分复杂，对油质的识别造成一定影响。

因此，为了对油质进行更准确的识别，从而达到识别轻质油的目的。采用测井、录井结合的方法，建立以三角形图版指数L5为横坐标，挥发指数G为纵坐标的交会图(图5)，对两个敏感参数同时进行分析。由图5可以看出，轻质油、中质油和重质油在图版上区分效果良好。轻质油的分布为-0.41；中质油的分布为-0.6

图5 轻质油测录井综合识别图版Fig.5 Comprehensive recognition plate for light oil logging

表2 油质测录井解释评价标准Table 2 Interpretation and evaluation criteria for oil quality logging

5 应用实例

K8井是K区块一口试油井，测井、录井资料齐全(图6)。该井2 857～2 863 m井段岩性主要为灰岩,孔隙度在15%左右，储集性能良好，计算挥发指数与三角形图版指数，并与井深对应成图分析该层段的测井资料，电阻率曲线有明显的增大，深电阻率为53.5 Ω·m，浅电阻率值为45.2 Ω·m，存在明显的低侵现象，为典型的油层特征。结合密度、中子曲线计算的挥发指数大于1，说明该油层有较好的挥发性。气测录井烃组分为C1～C5，气体组分齐全，峰形饱满，烃组分含量平均值分别为C1占13.2%、C2占1.8%、C3占0.09%、C4占0.03%、C5占0.01%，计算三角形图版指数L5为0.13。通过计算该层段的挥发指数G>1，三角形图版指数L5>-0.4，在测录井综合解释图版(图5)上，落在轻质油区域，测录井综合解释结论为轻质油层。

该井段试油资料显示，日产油为302.38 m3，日产气为47.770 8×104m3，油密度为0.763 g/cm3，气油比为1 579.8 m3/m3，试油结论证实为典型的轻质油层。

通过将挥发指数和三角形图版指数随深度连续成图，刻度轻质油在两个参数上的取值范围，可以在测井曲线图上对轻质油进行直观、有效的识别，为油田整口井的轻质油流体识别提供了技术基础。但是该识别方法由于挥发指数容易受气体的影响，因此该轻质油的识别方法主要针对以产油为主的油藏。

图6 K8井测录井综合曲线Fig.6 Comprehensive logging curve of well K8

6 结论

(1)通过对中东哈法亚油田K区块的轻质油层测井、录井资料进行大量的整理分析，提取对轻质油敏感的测录井参数，并通过计算挥发指数和三角形图版指数，建立了轻质油的测录井综合识别图版，并建立本区块的轻质油解释标准。测录井综合图版综合运用了测井、录井对不同油质的识别优势，将轻质油、中质油和重质油进行有效区分。

(2)烃组分三角形图版法对流体性质识别有很强的操作性，但是图版的绘制极为烦琐，而且只能单点分析。通过将三角形图版数值化，解决了三角形图版绘制繁琐的问题，并且通过对三角形图版指数计算模型进行优化，提高了该方法对气测录井数据的适用性。

(3)测井和录井资料的结合，对流体的挥发性和烃组分特征参数进行了综合利用，提高了轻质油的解释精度。该识别方法在中东哈法亚油田K区块的轻质油解释评价中得到验证，并取得了良好的效果。