地化录井技术简述及其在水平井钻井施工中的应用

2023-03-04郭超群

西部探矿工程 2023年7期

郭超群

（大庆钻探工程公司地质录井二公司录井分公司，黑龙江大庆 138000）

1 地化录井技术简述

地化录井技术是指采用地化录井仪对随钻钻屑、钻井岩芯、井壁取芯的样品等进行热解色谱分析,通过分析数据和临井的相关资料，在钻井施工现场定量评价所钻目的层位中的有机烃类含量的一种录井方法。但是因为热解色谱分析方法得到的9项地化录井参数不能完全满足目的层位评价的需求,所以必须与有机碳分析仪相结合,两者的参数共同分析比对才能满足目的层评价的需求。通过地球化学录井在现场取得的地层参数及对其进行的分析,还可以对目的层中的原油气水物性进行分析与鉴别，指导油气资源的勘探开发。此外，随着油气资源的深入开采，中国大部分油气田开采已经迈入中后期,由于地球化学录井的特点，其可应用于老油田剩余油分布状况、储层水洗程度及水淹状况和储层驱动效率等的研究中,为老油田的开发提供重要依据。

1.1 地化录井的发展历程

地球化学录井技术又被称为热解色谱录井技术，属于近几十年来新兴的一门录井技术，由于作用愈发重要，在油气勘探开发中得到了迅速的发展。它是将室内岩石热解色谱分析方法，应用于钻井施工现场。通过钻井施工中岩芯、岩（钻）屑样品进行分析，对生、储油地层进行快速、准确、定量的评价与分析，从而快速描述储层状况，决策下部施工的一种方法。地化录井技术是20世纪70年代新兴的一门录井技术，我国最初的地化录井仪只是应用于各大研究院，直到20 世纪90年代，地化录井仪器成功国产化后，才在现场应用并推广。我国第一台地化录井仪器，由胜利油田丁莲花等人，为满足我国油气田勘探开发的需要，结合钻井现场实际情况，设计制造出DH-910地化录井仪，目前该仪器已在全国十几个油田推广使用，并取得明显的经济效益。随着技术的发展与现场需要的不断增加，地化录井仪器的功能与应用范围得到了拓展，北京石油勘探开发研究院和大庆油田勘探开发研究院先后对地化录井仪器及评价方法进行了改进，取得了较大的进步，其中五峰分析法在现场得到较大应用并获得了国家发明专利的金奖。目前，我国的岩石热解技术目前已达到世界领先的水平。

1.2 地化录井技术原理

地球化学录井技术的原理是在石油烃裂解炉中将地层岩石样品做程序性的升温，在升温的过程中，待分析样品中的有机烃类物质在不同温度条件下挥发和裂解，使用载气（通常为氢气）吹扫使其与待分析样品分离开来，并通过载气将其携带至氢焰离子化分析检测器，在氢焰的灼烧作用下，待分析烃类被分解后，通过检测传感器，将烃类的组分含量转换为不同的电信号，经计算机分析处理后，分析记录样品烃类各组分的不同含量和样品组分中有机烃类物质的裂解烃峰顶温度（Tmax），从而用来评价生、储油岩层的物性。根据烃类和干酪根挥发或裂解的温度差异，采取温度区间积分法，分别测定气态烃、液态烃及裂解烃的含量。通过各种烃类的含量测定，用来及时指导现场下一步的施工，判断层位变化、判别储层油气种类、进行地层分层等。

1.3 地化录井参数及其影响因素

地化录井参数在生油层和储油层中所代表的地化意义是有区别的，油气勘探施工中以发现储油气层为主，因此，重点介绍储油层的地化参数。

（1）储油层的地化参数。在油气田开发地质学中，主要包含六种地化录井参数，分别是：储层中气的产率指数（GPI），储层中油的产率指数（OPI），储层中油气的总产率指数（TPT），单位岩石中所储藏的气态烃量（S0），单位岩石中所储藏的液态烃量（S1），单位岩石中所含重烃、胶质、沥青质等裂解烃量（S2）。这六种地化参数可以表征所钻地层中含油气的储量及其油气的产率，是用来评价目的层油气显示的重要指标，在勘探开发中具有重要的意义。

（2）地化录井参数的影响因素。由于钻井施工中井下不确定因素较多，因此地化录井参数受诸多因素的影响，这些影响因素将会导致地化录井分析结果偏差，造成对地下真实状况的误判，影响现场施工决策，造成重大经济损失，并给解释评价带来困难和偏差，因此正确发现和研究这些影响因素，排除误差的影响，并寻找校正方法对正确认识储层油气性质至关重要，也影响了油气田的高效开发。

由于受到外界因素的干扰，每一种地化录井参数均有其局限性，下面简单介绍一下各种录井参数的局限性，并简单阐述一下如何规避和排除。首先，S0（单位岩石中所储藏的气态烃量）受限于取样、制样时的外界环境，样品的放置时间，外界温度、压力变化等的影响较大。当油气储层被钻开后，经过钻井液冲刷、侵蚀、污染等，岩屑在高压水流的冲击下，有钻井液浸泡并携带返至地面，由于压力及温度发生了较大的变化，储存在岩石中的气态烃很快散发消失，因此S0参数值只能在湿样品分析中得到，干样品分析一般为零或接近零。对于气层岩屑，受压力影响更大，气态烃散失快，S0参数受限更大。地化录井参数S1（单位岩石中所储藏的液态烃量）同S0一样，它也受诸多外界因素的影响与制约，包括温度、时间、压力、外界存储环境等，因此S1只是受限后的残余量，无法代表地层中原始的液态烃总量和形态，所以，只能在消除了外界各种影响因素后，方能定量判定储层中液态烃的含量。要想排除外界因素的干扰，准确得到S0与S1参数值，目前对目的层进行密闭取芯和保压取芯是比较好的方法，尤其是保压取芯施工，能够保持地层原有的压力状态，是地层的流体保存原样，对分析评价地层油气资源非常重要。而与S0和S1不同的是，S2（单位岩石中所含重烃、胶质、沥青质等裂解烃量）表示在300℃～600℃温度范围热裂解产生的烃，因此一般所受影响因素较少。下面介绍几种减少影响样品参数的方法：

①同一储层中，为降低不同储层细碎岩屑的影响，所取的样品应进行多次分析，并取分析平均值，具有较好的代表性。

②必须将所取的岩屑样品清洗干净，尤其是尽量降低钻井液药品对其的污染性干扰。实验证明经过晾晒、烘烤，会导致岩样轻烃组分大量损失，不利于分析。

③地化录井所分析的样品包括钻井岩芯、井壁取芯及钻屑，即便是同一储层，由于录取方式的不同，上述3中样品地化分析数据（S1、S2）差别很大。

④数据处理对样品参数的影响。通过大量的实践工作，总结出了不同录井方式下，影响待分析样品数据的恢复系数的因素，一般来说含油气级别越高，地层岩石胶结越疏松，改造后恢复系数大，反之则越小。

1.4 储层地化录井信息评价解释

通过地化录井信息资料可将储层划分油、气、水层，并确定储层含油气级别和评价油气性质，还可进行储层储量、产能的粗略估算。

（1）储层含油气级别的判别。现场确定含油级别时，由于轻质油因芳烃、胶质、沥青质含量少，轻质油易挥发，正构烷烃又无荧光显示，识别较难，导致储层含油级别判别过低，严重时甚至会漏掉油气显示层。使用地化录井技术能够避免上述情况的发生，由于地化录井仪灵敏度高，样品分析及时，轻烃组分丢失较少，分析数据能够真实地反映储层样品的含油气量，因此划分的含油气级别能够贴合评价的实际情况。

（2）储层含油气性质的判别。油气的密度是表征油气的重要物性之一，利用地化分析数据能判别油气的密度。油气的密度取决于它的化学组成成分，通常情况下，油气成分中轻质组分含量高，则油气密度低；若胶质类、沥青质类等重质组分含量高，则原油密度高。

（3）储层的储量、产能的估算。容积法是计算储层油气储量的基本方法之一。用地化录井分析数据来计算储量的公式，其公式如下，此公式是由容积法的储量公式演变而来的：

式中：N——单层地质储量，104t；

A0——单层含油面积，m2；

h——单层有效厚度，m；

dr——储层的岩石密度，g/cm3；

k——烃类损失系数；

Pg——储层热解的含油量，kg/t。

上述公式是计算单层的地层储量公式。在地质剖面中含有多个油气层的，计算总储量时将单层的储量相加即可得到总地质储量。

储层的产能受许多因素控制，因而储层产能估算公式必须建立在大量统计数据基础之上，有待于在实践中进一步探索并逐步加以完善。

2 地化录井技术在水平井中的应用

随着油气勘探开发的深入，非常规油气、劣质油气领域的开发越来越多，而地化录井技术在地层含油气解释方面具有其独特的优点，对油气层的发现、储层含油气的定量分析，都有较强应用。下面简单介绍一下地化录井技术在QA18区块储层捕捉、含油性评价等方面的应用。

2.1 区块储层特征值的确定

由于QA18 区块油藏已开发近30 年，绝大部分储层出现了水淹情况，钻井施工采用油基钻井液，柴油含量达到70%以上，为保证体系的稳定使用了十多种油溶性的钻井液添加剂，储层的岩屑（样品）被浸泡在钻井液中，改变了样品原有地化参数，通过岩屑清洗、井壁取芯、岩芯分析、数值比对等方法确定了该区块储层特征值。

（1）油气储层：地化热解分析值：S1＞2.1mg/g；S2＞1.6mg/g；Tmax370℃～415℃

（2）油水同层：地化热解值：S10.6～2.1mg/g；S20.6～1.6mg/g；Tmax370℃～415℃

（3）水淹层：地化热解值：S10.6～3.5mg/g；S20.8～3.7mg/g；Tmax415℃～445℃

（4）纯水层：地化热解分析值：S1＜0.6mg/g；S2＜0.8mg/g；Tmax＜380℃

2.2 精准判别油水界面

在油气田的油水过渡带中，由于油气与水在一定温度和压力下长期混相作用，储层中油气组分、性质都会发生不同程度的改化，这些变化在地化分析数据中均有相应的体现，因此根据这些油气特征值的改变能够准确判断储层的油水界面分层，从而指导钻井施工目的层的导向。QA18 区块是边底水油藏，在油水混合层段地化录井资料的特征包含以下几点：①地化录井数据参数含油气丰度的热解值Pg会发生明显的降低，色谱图显示油水同层的特征性；②S1值逐步降低，S2值基本不变。现场施工时，及时准确录取相关的资料，比对以上特征值，指导目的层导向施工，避免钻穿底界水层，保证储层钻遇率，为后期压裂开采提供数据支撑。