水下分流河道砂體連通性的定量分析方法*

于喜艷，肖麗華，李 帆，宋 鑫，呂 鵬

（中海石油(中國(guó))有限公司 天津分公司，天津 300452）

油藏地球化學(xué)研究成果表明，儲(chǔ)層在多因素作用下可能存在有機(jī)隔層（如焦油席），造成油藏內(nèi)部出現(xiàn)“儲(chǔ)層連通，油層分隔”的現(xiàn)象，即砂層連通體不一定等同于流體連通[1,2]。開發(fā)初期依靠三維地震資料無法直接確定砂層內(nèi)部流體連通程度，進(jìn)而影響開發(fā)方案的決策部署。受測(cè)試條件等因素的影響，注示蹤劑、不穩(wěn)定試井等傳統(tǒng)的用于連通性識(shí)別方法[3,4]得到的連通性認(rèn)識(shí)不能有效指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)際。因無需關(guān)井、取樣易操作等優(yōu)點(diǎn)，油藏地球化學(xué)這一連通性識(shí)別方法被逐漸認(rèn)可，已在國(guó)內(nèi)外油田逐步得到應(yīng)用[5-7]。

Z油田S砂體為沿南西-北東向展布的河道型含油砂體，屬明化鎮(zhèn)組下段淺水三角洲體系下的分流河道沉積（見圖1）。S砂體投產(chǎn)初期部署2口油井S1、S2井，該砂體天然能量不發(fā)育，衰竭開發(fā)只持續(xù)1年時(shí)間，地層壓降達(dá)12MPa，2口油井的產(chǎn)量及井底流壓也呈持續(xù)下降趨勢(shì)，急需研究轉(zhuǎn)注補(bǔ)充地層能量的可行性。而2口油井間的儲(chǔ)層流體連通認(rèn)識(shí)將影響S1井的轉(zhuǎn)注方案決策。本文通過油藏化學(xué)方法研究了Z油田S砂體的井間流體連通性，為轉(zhuǎn)注的決策提供理論指導(dǎo)。

圖1 明下段S砂體構(gòu)造圖Fig.1 Tectonic map of the lower S sand body

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料及儀器

地化分析實(shí)驗(yàn)所用試劑正己烷、二氯甲烷、CS2，均為分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；材料層析硅膠（0.149～0.075mm）、中性氧化鋁（0.149～0.075mm），國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

原油分析所用試劑 苯、石油醚60～90℃、無水乙醇、丙酮，均為分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

材料5mL注射器、吸油棉。實(shí)驗(yàn)用油為渤海Z油田S砂體S1井、S2井脫氣、脫水原油。

SVM3001運(yùn)動(dòng)粘度/密度計(jì)（82075309奧地利安東帕（中國(guó)）有限公司）；SYP1008-V石油產(chǎn)品凝點(diǎn)測(cè)定儀（1201503上海神開石油儀器有限公司）；Sindie7039XR含硫測(cè)定儀（BT-110107001美國(guó)XOS公司）；Agilent 7890B氣相色譜儀（安捷倫科技（中國(guó)）有限公司）；Agilent7890B-5977A氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（CN15013089/US1450L431安捷倫科技（中國(guó)）有限公司）。

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

利用指紋色譜的方法可以直接研究油藏內(nèi)部流體的非均質(zhì)性，有效判斷油藏的分隔性和連通性，解決斷層是否連通以及層間分布的問題，為油田開發(fā)奠定基礎(chǔ)。對(duì)于連續(xù)油藏的石油表現(xiàn)出一致的色譜特征，而來源于不同油藏或不連通的石油則具有明顯不同的色譜指紋。因此，可以應(yīng)用石油色譜指紋的對(duì)比判斷油藏的連通性。按一定的原則從氣相色譜圖上選擇一批配對(duì)的相關(guān)烴類，計(jì)算每對(duì)化合物的相對(duì)組成(計(jì)算峰高比率)；采用極坐標(biāo)方式，繪成表征氣相色譜指紋分布的星狀圖，用來區(qū)分原油族群，辨別油藏流體的連通性[8-13]。

引入“相關(guān)系數(shù)”量化指標(biāo)判定標(biāo)準(zhǔn)，見表1。該標(biāo)準(zhǔn)用于研究油藏流體連通性/油源示蹤，輔助判斷指紋星狀圖連通性判定。相關(guān)系數(shù)r計(jì)算方法見公式（1）。

表1 相關(guān)系數(shù)r判定標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Criteria of correlation coefficient r

2 結(jié)果與討論

2.1 原油物性研究

色譜指紋用于判斷連通性的主要實(shí)驗(yàn)流程步驟如下：原油樣品的選取；原油物性分析包括原油API、含硫，粘度等參數(shù)測(cè)定；柱層析法分析原油中的飽和烴，芳香烴，極性組分和瀝青質(zhì)含量；飽和烴色譜分析；原油飽和烴、芳香烴組分GC/MS分析，對(duì)生物標(biāo)志化合物進(jìn)行分析，再確認(rèn)原油中生物標(biāo)志化合物組成。

原油物性分析，主要進(jìn)行原油密度、粘度、硫含量、凝固點(diǎn)、蠟含量、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等基礎(chǔ)物性分析。

（1）原油密度、粘度 使用SVM3001運(yùn)動(dòng)粘度/密度計(jì)，將試樣注入精確控溫（樣品檢測(cè)所需溫度）的測(cè)量池中，測(cè)量池由一對(duì)同心旋轉(zhuǎn)的圓筒和一個(gè)U型振動(dòng)管組成。通過測(cè)定試樣在剪切應(yīng)力下內(nèi)圓筒的平衡旋轉(zhuǎn)速度和渦流制動(dòng)（與校準(zhǔn)數(shù)據(jù)相關(guān)）得到動(dòng)力黏度，通過測(cè)定U型管的振動(dòng)頻率（與校準(zhǔn)數(shù)據(jù)相關(guān)）得到密度。運(yùn)動(dòng)黏度由動(dòng)力黏度與密度的比值計(jì)算得到。

（2）凝固點(diǎn) 潤(rùn)滑油、深色石油產(chǎn)品及原油在試驗(yàn)條件下冷卻到液面不移動(dòng)時(shí)的最高溫度，稱為凝點(diǎn)。使用SYP1008-V石油產(chǎn)品凝點(diǎn)測(cè)定儀（1201503），將試樣裝在規(guī)定的試管中，并冷卻到預(yù)期的溫度時(shí)，將試管傾斜45°經(jīng)過1min，觀察液面是否移動(dòng)。

（3）含硫量 采用Sindie7039XR含硫測(cè)定儀（BT-110107001），將樣品置于從X射線源發(fā)射出來的射線束中，測(cè)定0.5373nm波長(zhǎng)下硫Kα譜線強(qiáng)度。將最高強(qiáng)度減去在0.5190nm（對(duì)于銠靶X射線管為0.5437nm）的推薦下測(cè)得的背景強(qiáng)度，作為凈計(jì)數(shù)率與預(yù)先制定的校準(zhǔn)曲線進(jìn)行比較，從而獲得質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）或毫克每千克（mg·kg-1）表示的硫含量。

通過原油物性分析可以看出，S砂體2口油井原油物性，包括密度、粘度等參數(shù)，差異都很小。數(shù)據(jù)結(jié)果見表2。

表2 S砂體2口井原油物性數(shù)據(jù)表Tab.2 Crude oil physical properties data table for 2 Wells with S sand body

2.2 生標(biāo)參數(shù)研究

利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，對(duì)族組分分離得到的飽和烴組分進(jìn)行分析，檢測(cè)原油飽和烴中各類生物標(biāo)志物的色譜峰，通過比較不同類型生標(biāo)物質(zhì)的峰高或峰面積，得到原油的有機(jī)質(zhì)來源、沉積環(huán)境以及成熟度等信息。

主要儀器參數(shù) 色譜載氣:99.999%He；進(jìn)樣口：300℃；傳輸線：250℃；色譜柱:HP-5MS彈性石英毛細(xì)柱（60m×0.25mm×0.25m）；柱溫：初溫50℃1min;15℃·min-1升溫至100℃,以2℃·min-1升溫至200℃,再以1℃·min-1升至315℃，保持20min；載氣流速：1mL·min-1；質(zhì)譜EI源，70eV；燈絲電流：100A；倍增器電壓：1200V；sim模式。

各井飽和烴色質(zhì)分析結(jié)果（見圖2）通過生物標(biāo)志物分析，正構(gòu)烷烴均保存完整，姥/植比均為1.3，正構(gòu)烷烴的分布特征也略有差異，主峰碳位置略有不同。C27-C28-C29甾烷呈“V”型分布，4-甲基甾烷含量較高，中等C19/C23三環(huán)萜烷，T s/T m大于1，低伽馬蠟烷/藿烷值。綜合上述特征，推測(cè)上述原油為混源成熟原油。選取常用的油源參數(shù)進(jìn)行比較（圖3），其計(jì)算結(jié)果基本一致，生標(biāo)參數(shù)區(qū)分度不大，推斷2口井為同一油源。

圖2 各井生標(biāo)特征對(duì)比圖Fig.2 Comparison of the characteristics of each well

圖3 各井油源參數(shù)對(duì)比圖Fig.3 Comparison of the characteristics of each well

2.3 色譜指紋分析

利用氣相色譜儀，對(duì)原油樣品進(jìn)行色譜分析，得到其中碳?xì)漕惢衔锏男畔ⅰ?/p>

主要儀器參數(shù) 載氣:99.999%N2；進(jìn)樣口：310℃；檢測(cè)器FID：320℃；色譜柱:HP-1彈性石英毛細(xì)柱（50m×200m×0.5m）；柱溫:初溫40℃保持10min，4℃·min-1升溫至50℃,4℃·min-1升溫至315℃保持67min；載氣流速：恒流60mL·min-1，分流60∶1。

對(duì)2口井原油樣品進(jìn)行了原油全烴分析，選取合適的指紋峰對(duì)，進(jìn)行指紋比對(duì)，結(jié)果見圖4。指紋結(jié)果一致性很好，結(jié)果見圖5，相關(guān)系數(shù)0.97。

圖4 2口井樣品全烴色譜比較Fig.4 Total hydrocarbon chromatographic comparisons of samples from 2 Wells

圖5 全烴色譜指紋峰比較Fig.5 Total hydrocarbon chromatographic fingerprint peak comparison

2.4 飽和烴、芳烴色質(zhì)指紋峰研究

利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，對(duì)族組分分離得到的飽和烴、芳烴組分進(jìn)行分析。

芳烴色質(zhì)儀器參數(shù)如下：色譜載氣:99.999%He；進(jìn)樣口：300℃；傳輸線：250℃；色譜柱:HP-5MS彈性石英毛細(xì)柱（60m×0.25mm×0.25m）；升溫程序：50℃保持1min；再以15℃·min-1升至120℃，以3℃·min-1升至300℃，保持25min；載氣流速：1mL·min-1。質(zhì)譜EI源，絕對(duì)電壓1023V；全掃描。

對(duì)2個(gè)原油樣品進(jìn)行族組分分離，對(duì)分離得到的飽和烴組分和芳烴組分進(jìn)行了色譜質(zhì)譜分析，選取色譜圖上豐度較高的色譜峰對(duì)進(jìn)行指紋比較，比較結(jié)果見圖6、7。

圖6 2口井飽和烴色質(zhì)指紋峰比較Fig.6 Comparison of saturated hydrocarbon chromatographic fingerprint peaks in 2 Wells

各項(xiàng)分析結(jié)果指紋峰對(duì)的相關(guān)系數(shù)的結(jié)果見表3，相關(guān)系數(shù)均較好，證明兩口井之間的連通性較好。

圖7 2口井芳烴色質(zhì)指紋峰比較Fig.7 Comparison of color fingerprint peaks of aromatics in 2 Wells

表3 2口油井相關(guān)系數(shù)表Tab.3 Correlation data of 2 Oil Wells

2.5 色譜指紋判斷連通性評(píng)價(jià)

通過原油物性、生標(biāo)參數(shù)的比較，初步判定Z油田的2口井原油物性較為相似，生標(biāo)特征一致，為相同來源的原油。通過進(jìn)一步的指紋比較，初步判定明下段S砂體S1、S2兩口井指紋特征一致，推測(cè)其原油連通，因此，可以確定S砂體S1、S2兩口井儲(chǔ)層流體處于連通狀態(tài)。

靜態(tài)資料分析 地震資料分析S砂體井震匹配較好，河道方向儲(chǔ)層連續(xù)、發(fā)育穩(wěn)定；主河道方向地震資料連續(xù)性較好。

動(dòng)態(tài)資料分析 S1、S2井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)參數(shù)變化趨勢(shì)相似，產(chǎn)氣量同一時(shí)間段突升，2口油井產(chǎn)油、產(chǎn)氣量基本相同。數(shù)模擬合S2井地層壓力變化趨勢(shì)（見圖8），用物質(zhì)平衡法反算S2井地質(zhì)儲(chǔ)量，如按S1、S2井井間儲(chǔ)層不連通，2019年11月S2井地層壓力即降為0MPa，與該井在低壓力系數(shù)下（0.35）穩(wěn)定自噴生產(chǎn)動(dòng)態(tài)矛盾，表明2口井儲(chǔ)層應(yīng)為連通狀態(tài)。

圖8 S2井地層壓力預(yù)測(cè)對(duì)比圖Fig.8 Formation pressure prediction correlation diagram of Well S2

3 結(jié)論

（1）通過對(duì)生標(biāo)參數(shù)、色譜指紋峰的測(cè)試分析，對(duì)Z油田S砂體井間流體連通性進(jìn)行了定量識(shí)別。所測(cè)試兩口井的全烴相關(guān)系數(shù)為0.97、飽和烴色質(zhì)相關(guān)系數(shù)為0.97、芳烴色質(zhì)相關(guān)系數(shù)為0.98，可判定S砂體內(nèi)部井間儲(chǔ)層流體處于連通狀態(tài)。

（2）分析表明，該指紋色譜分析認(rèn)識(shí)與地震及油井生產(chǎn)參數(shù)分析結(jié)果相一致。指紋色譜分析方法可以有效判斷水下分流河道砂體的分隔性和井間連通性。該方法與傳統(tǒng)方法相比具有時(shí)效快、成本低、易操作等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于油田開發(fā)初期的油井轉(zhuǎn)注及中后期注采方案調(diào)整決策，提高油田開發(fā)效率。