气测录井“能量系数”解释法的创立及其应用拓展

2022-02-12方锡贤

录井工程 2022年4期

方锡贤

（中石化经纬有限公司华北测控公司）

0 引言

气测录井是一种直接测量地层中天然气含量和组成的地球化学录井方法[1]，由于油气水层的烃类物质含量不同，轻质组分、溶解气含量不同，气测曲线形态、全烃异常值、气测组分不同，应用气测资料能够快速发现油气显示，判断储层流体性质。

作为目前唯一用于井口实时连续检测钻井液中可燃气体总含量和组分的一种录井技术，气测录井可在钻井过程中检测多项参数，具有简单、快捷、灵敏、连续、在线等优势，该技术问世以来就备受各方的重视，现已成为石油勘探开发领域内的一项基本录井技术，广泛应用于石油钻井油气解释评价过程中。

为充分发挥气测录井在发现与评价油气显示层中的功能，实现快速准确发现油气层的目的，国内外对气测资料解释评价进行了大量的研究，形成一系列解释评价方法。目前国内外应用最为广泛的是烃三角形图板法、皮克斯勒图板法、轻质烷烃比值法（3H图解法）等[1]，但这些方法均建立在气测组分比值的基础上[2-3]，一方面连续检测的全烃曲线蕴含的地质信息没有得到有效利用，另一方面当组分不全或不符合地球化学规律时，这些解释图板、解释方法就不能用于解释评价。为弥补传统解释评价的不足，提出了“能量系数”解释法这一全新解释评价方法。

1 “能量系数”解释法简介

1.1 “能量系数”解释法的创立

与传统气测解释方法从国外引进或引进后加以改进不同，“能量系数”解释法完全为国内本土独创，其解释方法、解释原理与传统气测解释方法完全不同，作为一种创新性的气测解释方法，属于本土研发成果。该方法最早于2001 年由原河南录井基层专业技术人员提出，他们在开展“低孔低渗油气层录井识别与评价技术”项目研究时，尝试将传统的气测解释图板及改进的解释图板应用于低孔低渗油气层录井识别与评价，但解释效果均较差，不能满足解释评价需要。

通过比较不同性质储层流体与气测组分及其比值发现各参数组合缺乏规律性，为解决这一问题，经过不断探索，决定从储层能否产出油气的内因——储层能量的角度出发，分析各气测参数对储层能量的响应程度。经过多次筛选淘汰，选择灌满系数和全烃异常相对幅度进行综合归纳，提出“能量系数”的概念及相关解释评价方法，该方法的应用效果良好，满足了油气层解释评价需要。其后，反映相关成果的《安棚地区低孔低渗地层气测解释方法探讨》[4]一文在科技期刊发表，“能量系数”解释法这一气测录井解释方法得以公开。

1.2 “能量系数”解释法原理

与依赖气测组分比值参数的解释方法不同，“能量系数”解释法是建立在气测全烃曲线形态及储层厚度基础上的气测解释方法。“能量系数”（Q）是综合全烃异常相对幅度（全烃异常值与全烃基值的比值）、烃类灌满系数（全烃异常显示厚度与储层厚度的比值）的一个参数[4]，相对更能反映储层能量。

式中：Tg异为全烃异常最高值，%；Tg基为全烃基值，%；h为全烃异常显示厚度，m；H为储层厚度，m。

在实际应用中，计算“能量系数”值的全烃异常最高值、全烃基值和全烃显示厚度时，按行业标准规定进行选值，但要注意消除“单根气”与“后效气”对全烃异常最高值的影响。储层厚度通过岩屑录井资料、钻时资料或者测井曲线获得，但要注意消除夹层及小薄层的影响。“能量系数”可以独立使用也可以结合其他参数建立新的解释图板。

1.3 “能量系数”解释法的优势与不足

由于“能量系数”解释法所使用参数只包括全烃异常值、全烃基值、全烃异常显示厚度、储层厚度等参数，因此其分析值不受气测组分值的影响，这使其具有独特的优势：一方面能够适应石油地质条件复杂，气测组分不全储层（如稠油、凝析油气层）以及组分不符合地球化学规律储层（如仅有C3的储层或C3＞C2的储层）等复杂地层气测资料的解释评价；另一方面也能够满足快速钻井、气测分析周期高于钻时条件下气测资料的解释评价以及录井条件较为简单、气测组分分析不足时气测资料的解释评价。

储层厚度、全烃异常段厚度为人工确定，因此解释数据一定程度上受到解释人员对区域资料掌握程度、解释经验丰富与否的影响，不能完全智能化解释。为解决这一问题，应在加强数据标准化处理的基础上，确定不同地区全烃异常显示划分依据，全烃异常段厚度及储层厚度确定依据，并实现智能化确定。

2 “能量系数”解释法的地质依据

2.1 灌满系数反映排替程度

2.1.1 岩石孔隙原生流体为地层水

母岩经过风化、搬运、沉淀形成的沉积物，随着时间的推移，上覆沉积物逐渐增厚，压力也不断增大，附着在沉积物中的水分逐渐排出，颗粒间的孔隙减少，体积缩小，颗粒之间的联系力增强，进而使沉积物固结变硬。随着压力的增大，温度将升高，在温度和压力共同作用下，沉积物颗粒之间的附着水被排出，许多含水胶体和含水矿物也会因失水作用进而形成新矿物，填充在沉积物孔隙中的矿物质将分散的颗粒粘结在一起形成岩石，如砾和砂胶结后形成砾岩和砂岩。也就是说，在沉积成岩过程中，岩石孔隙充填的原生流体为地层水[5-8]。

2.1.2 排替程度决定灌满系数

对于储层而言，其孔隙间被流体所充填，在同一储层中，可以认为孔隙间非油（气）即水。烃源岩生成的油气运移到储集岩中储集的过程，就是烃类物质排替孔隙中蕴藏水的过程。当排替彻底时，则油气等烃类物质充满岩石孔隙，形成油（气）层；当排替不彻底时，油（气）与水共存于同一岩石孔隙中，经过纵向分异后形成油（气）水同层。在具备圈闭条件的情况下，排替程度一方面取决于储层的物性，物性好，排替压力低，同样压力下，烃类物质更容易排替储层中的水；物性差，排替压力高，同样压力下，烃类物质排替储层中的水量少。另一方面取决于运移到储层的烃类物质量及能量，烃类物质量多、能量大，油气等烃类物质对储层中的水排替就彻底，反之则排替不彻底。

由于全烃曲线的连续性，当地层被钻开后，流体的特性可通过全烃曲线的形态特征表现出来，全烃曲线形态特征反映地层烃类信息。含有油、气等烃类物质的地层气测全烃曲线呈高值（即气测全烃异常），不含油气等烃类物质地层则呈低值，这导致全烃异常显示厚度与储层厚度不一致，全烃异常显示厚度与储层厚度的比值就是灌满系数。因此，灌满系数也在一定程度上反映地层的能量及含油（气）水性。

2.2 全烃异常相对幅度反映地层孔隙流体压力

钻头破碎岩石后，岩石孔隙中蕴藏的油气等烃类物质会进入钻井液，如果地层中烃类物质含量高、地层孔隙流体压力高，那么进入钻井液中的烃类物质多，气测录井检测到的烃类物质就多，气测全烃绝对值越高，“气测全烃增加值”（气测全烃异常值与基值的差值）就越大，因此全烃增加值能够判断地层孔隙流体压力相对高低。但是影响气测录井因素除地层含烃量、油气性质、岩石特性、储层物性等地层因素外，还与钻头直径、钻头类型、钻压、钻时、钻井液性质等多种外因相关。因此，相同性质的油气层，在不同钻井条件下，会产生不同强度的气测异常。由于同一井不同地层或同一地区不同井所用的钻头、钻井液及工程参数不一致，同样条件下油层气测全烃绝对值、气测全烃增加值不可能一致。为减少这些外在因素的影响，气测录井油气层通常采用比值进行解释，在使用全烃值进行解释评价时往往使用全烃异常相对幅度，通常认为：全烃异常相对幅度高，地层孔隙流体压力高，地层能量高，获得工业油气流的可能性高；反之，全烃异常相对幅度低，地层孔隙流体压力低，地层能量低，获得工业油气流的可能性低。

2.3 油层水淹程度的影响

油田在水驱开发过程中，随着注水周期的延长、采出程度的增加、剩余油饱和度的降低、油层水淹程度的提高，烃类物质逐渐减少，相应的全烃异常相对幅度逐渐下降，并且随着水驱强度的增强、注水时间的增加、水淹程度的提高，全烃异常相对幅度下降增大。与此同时，全烃曲线由箱形逐渐转变为多种形态，在全烃曲线上表现为异常厚度减少，全烃异常层段与储层厚度的比值明显逐渐降低，灌满系数相应降低[9]。

2.4 灌满系数与全烃异常相对幅度的互补关系

通常油层灌满系数高，全烃异常相对幅度低；气层灌满系数较低，全烃异常相对幅度较高。“能量系数”将烃类灌满系数和全烃异常相对幅度这两个参数加以综合，可在一定程度上弥补烃类灌满系数与全烃异常相对幅度的不足，有利于划分产层与非产层。AP 区块中浅层储层孔渗性好，原油为黑油，而深层为特低孔、低渗储层，油层为油气混合层、挥发性油层、凝析油气层。对比该区块中、浅、深层油气储层数据，虽然油质各异，但其“能量系数”下限均很接近。

3 “能量系数”解释法的应用拓展

由于“能量系数”这一解释方法的提出者为现场录井技术人员，缺乏推广的权威性和必然性，以致“能量系数”解释法在提出之初并没有得到普遍响应。但随着时间的推移，部分科研技术人员在试探性的应用中取得了良好效果，对其进行改进并将应用成果在科技期刊及专业会议上进行公开发表和交流，使这一方法应用范围得以不断扩大。

3.1 从低孔低渗储层应用延伸到高孔高渗储层

“能量系数”解释法在低孔低渗油气藏解释评价中应用取得良好效果后，相关技术人员并没有止步，而是将其应用到其他地区。南襄盆地泌阳凹陷的孙岗地区作为一个勘探高难地区，石油地质条件和油气层性质十分复杂，气测录井在油层响应特征多种多样：有的是C1、C2齐全，C1＞C2；有的则是组分不全，但是有C3组分，且有C3＞C2、C3＞C1现象。研究人员将“能量系数”解释法应用于该区气测解释评价，并建立相应的解释图板，取得了较为满意的成果[4]。这说明“能量系数”解释法不仅适用于低孔低渗储层，也适用于地质条件复杂、气测组分响应特征多样的高孔高渗储层。

3.2 应用范围拓展到不同类型盆地

除“能量系数”解释法这一解释方法提出者将其应用于南襄盆地外，参照会议以及科技刊物发表的论文分析可知，其他录井技术人员已将“能量系数”解释法应用于苏北盆地、焉耆盆地、鄂尔多斯盆地等不同类型、不同地层的气测资料解释评价中[10-13]。目前“能量系数”解释法为苏北盆地气测定量解释方法中最为重要的方法之一，是该盆地内金湖凹陷应用效果最好的气测解释方法[11]。

3.3 从录井专业人员应用扩展到高校研究人员

西南石油大学资源与环境学院吴思仪与司马立强等[12]引入“能量系数”解释法用于建立定量解释图板，通过分析研究区11 口井101 个储层段的数据资料，确定研究区产层“能量系数”的下限值，并结合其他数据建立解释图板，其在实际应用中已取得良好效果。这说明“能量系数”解释法已走出由现场录井技术人员提出与应用阶段，逐渐为高校研究人员所接受，借助高校的权威性与传播力，这一解释方法有望得到进一步推广应用。

3.4 从传统气测录井拓展到光谱录井

与传统气测录井利用氢火焰离子化鉴定器（FID）对地层流体中所含烃类化合物的总量进行实时检测不同，红外光谱录井主要依据不同烃分子对不同波长（或波数）红外辐射选频吸收的原理，记录红外光的透射比与波数或波长的关系曲线，得到相应的气体红外光谱[13]。红外光谱录井技术具有分析速度快、检测参数丰富、延迟时间短、稳定性好、抗污染能力强、自动化与智能化程度高的特点，具有较好的应用空间。

何为等[13]基于10多年红外光谱的应用实践，总结了油气水层的红外光谱资料响应特征，建立了气体比率曲线结合全烃曲线的剖面图定性解释方法，在此基础上，引入“能量系数”解释法建立了能量系数与重烃指数（CHS）交会解释图板[13]，该图板具有良好分异性，能够满足解释评价需要。这充分说明“能量系数”解释法不仅适用于传统气测录井资料的解释评价，也适用光谱录井资料的解释评价，进一步拓展了其应用空间。