一种利用轻烃技术估算原油密度的方法

姚忠东 阳祖河 纪 斌 唐菏江 韩巨磊 黄 琴

(中国石油渤海钻探第二录井公司)

0 引 言

二连盆地位于内蒙古自治区中部，是在海西期褶皱基底上发育起来的中生代陆相断陷盆地，其沉积主体为下白垩统阿尔善组、腾格尔组、侏罗系及古生界地层。盆地内凹陷受基底构造线、边界条件和受力不均一性等因素影响，油气藏的形成和油气分布差异性较大，不同地区、不同地层所产原油的密度也有较大的差别[1-2]，给录井综合评价储层含油性及预判储层产能增大了难度。为了解决这一难题，录井评价曾应用岩石热解资料来预测储层原油密度[3]，但由于该方法所受影响因素较多，预测结果误差较大，目前正淡出原油性质评价的应用范畴。随着轻烃分析技术的不断发展，研究人员充分认识到轻烃是石油、天然气的重要组成部分，轻烃分析技术是基于石油、天然气中轻烃化合物的浓度和分布、稳定性及其在水中溶解度等物理化学性质差异，应用轻烃组分推演出石油、天然气的成因类型、遭受热演化程度及次生演化强度的规律，并依此对含油性及原油性质进行评价[4]。众所周知，地层原油中的轻烃是由烷烃、环烷烃和芳香烃等组成[5]，经过反复研究证实，轻烃在中质原油中的含有量相对稳定，约占28%，因此轻烃参数可以较好地反映原油性质。本文通过对轻烃资料的油敏组分等进行分析总结，选用二连探区80余口探井试油井资料，建立轻烃录井参数与储层原油密度之间的关系；通过优选相关系数，分层位确定预测储层原油密度计算公式，并通过实验分析验证了该方法的适用性。

1 储层原油密度回归方程

1.1 理论依据

在同一区块、同一层位的原油可以简单认为其遭受的热演化程度和次生演化强度是相同的，原油性质基本相当，与其中轻烃组分的沸点、在水中的溶解度、化学稳定性密切相关[6]。利用轻烃基本的物理化学性质，找出不同原油性质条件下轻烃参数的变化规律是用轻烃参数评价储层含油性质的理论依据。

1.2 参数选定

轻烃分析录井资料中由于在轻烃取样和分析过程中极易失去低碳数化合物，所以通常选用C4以后的烃类组分作为储层油气相关性研究对象。

根据林壬子《轻烃分析技术在油气勘探中的应用》[7]所示，在轻烃分析录井参数中，iC4/nC4、iC5/nC5被称作有机质成熟度指标。在有机质成熟过程中，支链正构烷烃主要通过自由基断裂反应形成，而带支链的异构烷烃则主要是通过碳阳离子反应形成，并且低温下以碳阳离子断裂为主，而高温下以自由基断裂占优势。所以随着有机质成熟度增加，iC4/nC4、iC5/nC5值逐渐降低并趋于稳定；而且有机质成熟度越高，其值越稳定，即有机质成熟度的变化可间接反映原油性质的变化。

在生物降解条件下，由于正构烷烃消失，总烷烃对正构烷烃的比值会有所增加，单取代、双取代、三取代的烷烃相对浓度也会逐渐增加，其相应的比值减小，根据系列结构原则，2-甲基取代的戊烷自上而下在减少，而3-甲基取代的戊烷相对有所增加，在系列范围内2MC5/3MC5的值变化较为明显，生物降解程度与其比值相关，生物降解程度越大，其比值越小。

综合分析认为：轻烃分析录井中的各组分，是地层中轻烃在储层物性、原油性质、原油中轻烃的含量、钻井液密度等因素共同作用下的结果，其各项参数与原油密度密切相关[8-9]。通过以上分析认为：iC4/nC4、iC5/nC5、2MC5/3MC5值的大小与储层原油密度具有相关性，所以选择iC4/nC4、iC5/nC5、2MC5/3MC5为计算原油密度的基础数据。

1.3 储层原油密度回归方程

轻烃分析参数在油气层解释评价中的应用方法很多[10]，本文应用轻烃分析参数建立储层原油密度基础计算公式，并结合低孔低渗储层的实际情况，加入地区系数，再经反复试验，确定出适合本地区的各项参数指标，完善基础计算公式，其原油密度近似计算式为：

d=(iC4/nC4)P1+(iC5/nC5)P2-(2MC5/3MC5)P3+a

式中：d为计算的近似原油密度，g/cm3；P1为iC4/nC4损失校正因子，无量纲，一般取值为0.119 8～0.128 1；P2为iC5/nC5损失校正因子，无量纲，一般取值为0.001～0.009 3；P3为2MC5/3MC5损失校正因子，无量纲，一般取值为0.010 41～0.013 1；a为地区系数，g/cm3，一般取值为0.799 8～0.839 3 g/cm3。

1.4 实验结果

1.4.1 烃损失校正因子及地区系数的确定

轻烃分析录井采集的样品受到诸多方面因素的影响，样品中烃类损失来自三方面的原因：一是钻开油气层后，由于温度和压力的变化原油体积膨胀，造成烃类损失；二是井筒内钻井液冲刷作用造成烃类损失；三是在地表挥发逸散造成烃类损失[11]。所以在运用分析结果时首先要进行烃类损失恢复。经过地区选样分析，得到二连探区重点区带不同层位烃损失校正因子和地区系数。如表1所示，以二连探区重点区带乌兰花凹陷的不同层位烃损失校正因子和地区系数为例，其数值上略有差异。

表1 乌兰花凹陷烃损失校正因子及地区系数

1.4.2 乌兰花凹陷实验数据与实际原油密度对比

乌兰花凹陷位于内蒙古自治区乌兰察布盟境内，属温都尔庙隆起的中北部，自北向南发育有土牧尔构造、赛乌苏构造、红格尔构造和红井构造，目前已钻探井80多口，录井显示主要集中在土牧尔构造、赛乌苏构造、红格尔构造，分布于K1bt1、K1ba、Pz地层，已有40多口井在不同井层试油，获工业油流的井层占85%以上。查阅试油原油分析资料可知，乌兰花凹陷原油密度自上而下逐渐变小，其中K1bt1层原油密度为0.851 6～0.873 5 g/cm3，K1ba层为0.844 6～0.844 9 g/cm3，Pz层为0.834 1～0.848 3 g/cm3。如表2所示，最大误差值0.002 g/cm3，最小误差值为0.000 1 g/cm3，计算结果误差最小的为K1bt1层，适用性最好。

表2 乌兰花凹陷储层原油密度计算试验结果与实测原油密度对比

1.4.3 实验结论

(1)乌兰花凹陷储层原油密度计算选用多元参数直线方程，其计算结果与实测储层原油密度相关性较好，相关系数普遍大于90%。

(2)在解释层段中计算的原油密度选取平均值，其结果较为精准。

(3)选取参数时必须保证2MC5/3MC5值大于1。

2 实例分析

L 52X井是乌兰花凹陷土牧尔构造上的一口预探井，录井显示主要集中在井段1 010～1 030 m，岩性为灰色油迹含砾细砂岩，井壁取心共取出油斑含砾细砂岩和油迹含砾细砂岩各3颗，气测录井全烃曲线峰形较饱满，峰值普遍大于6.0%，烃组分齐全，C1相对含量80%～85%，烃总量普遍大于2.5%，C3/C2为0.9～1.2，为油层的显示特征；岩石热解分析6个样品，其中Pg普遍大于12 mg/g，TPI普遍为0.57～0.61，油质为中质；轻烃分析计算含油指数11.2～25.8，为油层的显示特征。该井段共解释油层10 m/3层，差油层3 m/2层(图1)。井段1 010.2～1 028.6 m试油，压裂抽汲，日抽36次，抽深1 900 m，动液面1 700 m，日产油4.43 t，试油结果为油层。

井段1 011～1 028 m轻烃分析5个样品，计算原油密度0.873 3～0.879 1 g/cm3，平均0.876 7 g/cm3，试油后原油密度分析为0.877 3 g/cm3，计算误差为0.06%，如表3所示。

图1 L 52X井录井解释图

表3 L 52X井K1ba层位原油密度计算结果(与实测原油密度数据对比)

3 结 论

轻烃分析录井是在罐顶气分析技术的基础上发展起来的新的色谱分析技术，轻烃分析参数与油气层的含油丰度、原油性质相关性好，在油气层评价方面具有独特的优势。本文利用轻烃分析录井资料估算原油密度，理论依据正确，参数选取合理，计算方法简单，特别是采用分地区、分层位进行烃类损失校正和分别选取地区系数，使计算结果更加精确。该方法已在二连探区重点区带推广应用，在中-重质油区块应用效果最佳，计算结果与实测原油密度误差小于0.1%，成为评价原油性质的一种较为精准的方法，为试油方案决策提供了依据。