地化錄井技術簡述及其在水平井鉆井施工中的應用

郭超群

（大慶鉆探工程公司地質錄井二公司錄井分公司，黑龍江 大慶 138000）

1 地化錄井技術簡述

地化錄井技術是指采用地化錄井儀對隨鉆鉆屑、鉆井巖芯、井壁取芯的樣品等進行熱解色譜分析,通過分析數據和臨井的相關資料，在鉆井施工現場定量評價所鉆目的層位中的有機烴類含量的一種錄井方法。但是因為熱解色譜分析方法得到的9項地化錄井參數不能完全滿足目的層位評價的需求,所以必須與有機碳分析儀相結合,兩者的參數共同分析比對才能滿足目的層評價的需求。通過地球化學錄井在現場取得的地層參數及對其進行的分析,還可以對目的層中的原油氣水物性進行分析與鑒別，指導油氣資源的勘探開發。此外，隨著油氣資源的深入開采，中國大部分油氣田開采已經邁入中后期,由于地球化學錄井的特點，其可應用于老油田剩余油分布狀況、儲層水洗程度及水淹狀況和儲層驅動效率等的研究中,為老油田的開發提供重要依據。

1.1 地化錄井的發展歷程

地球化學錄井技術又被稱為熱解色譜錄井技術，屬于近幾十年來新興的一門錄井技術，由于作用愈發重要，在油氣勘探開發中得到了迅速的發展。它是將室內巖石熱解色譜分析方法，應用于鉆井施工現場。通過鉆井施工中巖芯、巖（鉆）屑樣品進行分析，對生、儲油地層進行快速、準確、定量的評價與分析，從而快速描述儲層狀況，決策下部施工的一種方法。地化錄井技術是20世紀70年代新興的一門錄井技術，我國最初的地化錄井儀只是應用于各大研究院，直到20 世紀90年代，地化錄井儀器成功國產化后，才在現場應用并推廣。我國第一臺地化錄井儀器，由勝利油田丁蓮花等人，為滿足我國油氣田勘探開發的需要，結合鉆井現場實際情況，設計制造出DH-910地化錄井儀，目前該儀器已在全國十幾個油田推廣使用，并取得明顯的經濟效益。隨著技術的發展與現場需要的不斷增加，地化錄井儀器的功能與應用范圍得到了拓展，北京石油勘探開發研究院和大慶油田勘探開發研究院先后對地化錄井儀器及評價方法進行了改進，取得了較大的進步，其中五峰分析法在現場得到較大應用并獲得了國家發明專利的金獎。目前，我國的巖石熱解技術目前已達到世界領先的水平。

1.2 地化錄井技術原理

地球化學錄井技術的原理是在石油烴裂解爐中將地層巖石樣品做程序性的升溫，在升溫的過程中，待分析樣品中的有機烴類物質在不同溫度條件下揮發和裂解，使用載氣（通常為氫氣）吹掃使其與待分析樣品分離開來，并通過載氣將其攜帶至氫焰離子化分析檢測器，在氫焰的灼燒作用下，待分析烴類被分解后，通過檢測傳感器，將烴類的組分含量轉換為不同的電信號，經計算機分析處理后，分析記錄樣品烴類各組分的不同含量和樣品組分中有機烴類物質的裂解烴峰頂溫度（Tmax），從而用來評價生、儲油巖層的物性。根據烴類和干酪根揮發或裂解的溫度差異，采取溫度區間積分法，分別測定氣態烴、液態烴及裂解烴的含量。通過各種烴類的含量測定，用來及時指導現場下一步的施工，判斷層位變化、判別儲層油氣種類、進行地層分層等。

1.3 地化錄井參數及其影響因素

地化錄井參數在生油層和儲油層中所代表的地化意義是有區別的，油氣勘探施工中以發現儲油氣層為主，因此，重點介紹儲油層的地化參數。

（1）儲油層的地化參數。在油氣田開發地質學中，主要包含六種地化錄井參數，分別是：儲層中氣的產率指數（GPI），儲層中油的產率指數（OPI），儲層中油氣的總產率指數（TPT），單位巖石中所儲藏的氣態烴量（S0），單位巖石中所儲藏的液態烴量（S1），單位巖石中所含重烴、膠質、瀝青質等裂解烴量（S2）。這六種地化參數可以表征所鉆地層中含油氣的儲量及其油氣的產率，是用來評價目的層油氣顯示的重要指標，在勘探開發中具有重要的意義。

（2）地化錄井參數的影響因素。由于鉆井施工中井下不確定因素較多，因此地化錄井參數受諸多因素的影響，這些影響因素將會導致地化錄井分析結果偏差，造成對地下真實狀況的誤判，影響現場施工決策，造成重大經濟損失，并給解釋評價帶來困難和偏差，因此正確發現和研究這些影響因素，排除誤差的影響，并尋找校正方法對正確認識儲層油氣性質至關重要，也影響了油氣田的高效開發。

由于受到外界因素的干擾，每一種地化錄井參數均有其局限性，下面簡單介紹一下各種錄井參數的局限性，并簡單闡述一下如何規避和排除。首先，S0（單位巖石中所儲藏的氣態烴量）受限于取樣、制樣時的外界環境，樣品的放置時間，外界溫度、壓力變化等的影響較大。當油氣儲層被鉆開后，經過鉆井液沖刷、侵蝕、污染等，巖屑在高壓水流的沖擊下，有鉆井液浸泡并攜帶返至地面，由于壓力及溫度發生了較大的變化，儲存在巖石中的氣態烴很快散發消失，因此S0參數值只能在濕樣品分析中得到，干樣品分析一般為零或接近零。對于氣層巖屑，受壓力影響更大，氣態烴散失快，S0參數受限更大。地化錄井參數S1（單位巖石中所儲藏的液態烴量）同S0一樣，它也受諸多外界因素的影響與制約，包括溫度、時間、壓力、外界存儲環境等，因此S1只是受限后的殘余量，無法代表地層中原始的液態烴總量和形態，所以，只能在消除了外界各種影響因素后，方能定量判定儲層中液態烴的含量。要想排除外界因素的干擾，準確得到S0與S1參數值，目前對目的層進行密閉取芯和保壓取芯是比較好的方法，尤其是保壓取芯施工，能夠保持地層原有的壓力狀態，是地層的流體保存原樣，對分析評價地層油氣資源非常重要。而與S0和S1不同的是，S2（單位巖石中所含重烴、膠質、瀝青質等裂解烴量）表示在300℃～600℃溫度范圍熱裂解產生的烴，因此一般所受影響因素較少。下面介紹幾種減少影響樣品參數的方法：

①同一儲層中，為降低不同儲層細碎巖屑的影響，所取的樣品應進行多次分析，并取分析平均值，具有較好的代表性。

②必須將所取的巖屑樣品清洗干凈，尤其是盡量降低鉆井液藥品對其的污染性干擾。實驗證明經過晾曬、烘烤，會導致巖樣輕烴組分大量損失，不利于分析。

③地化錄井所分析的樣品包括鉆井巖芯、井壁取芯及鉆屑，即便是同一儲層，由于錄取方式的不同，上述3中樣品地化分析數據（S1、S2）差別很大。

④數據處理對樣品參數的影響。通過大量的實踐工作，總結出了不同錄井方式下，影響待分析樣品數據的恢復系數的因素，一般來說含油氣級別越高，地層巖石膠結越疏松，改造后恢復系數大，反之則越小。

1.4 儲層地化錄井信息評價解釋

通過地化錄井信息資料可將儲層劃分油、氣、水層，并確定儲層含油氣級別和評價油氣性質，還可進行儲層儲量、產能的粗略估算。

（1）儲層含油氣級別的判別。現場確定含油級別時，由于輕質油因芳烴、膠質、瀝青質含量少，輕質油易揮發，正構烷烴又無熒光顯示，識別較難，導致儲層含油級別判別過低，嚴重時甚至會漏掉油氣顯示層。使用地化錄井技術能夠避免上述情況的發生，由于地化錄井儀靈敏度高，樣品分析及時，輕烴組分丟失較少，分析數據能夠真實地反映儲層樣品的含油氣量，因此劃分的含油氣級別能夠貼合評價的實際情況。

（2）儲層含油氣性質的判別。油氣的密度是表征油氣的重要物性之一，利用地化分析數據能判別油氣的密度。油氣的密度取決于它的化學組成成分，通常情況下，油氣成分中輕質組分含量高，則油氣密度低；若膠質類、瀝青質類等重質組分含量高，則原油密度高。

（3）儲層的儲量、產能的估算。容積法是計算儲層油氣儲量的基本方法之一。用地化錄井分析數據來計算儲量的公式，其公式如下，此公式是由容積法的儲量公式演變而來的：

式中：N——單層地質儲量，104t；

A0——單層含油面積，m2；

h——單層有效厚度，m；

dr——儲層的巖石密度，g/cm3；

k——烴類損失系數；

Pg——儲層熱解的含油量，kg/t。

上述公式是計算單層的地層儲量公式。在地質剖面中含有多個油氣層的，計算總儲量時將單層的儲量相加即可得到總地質儲量。

儲層的產能受許多因素控制，因而儲層產能估算公式必須建立在大量統計數據基礎之上，有待于在實踐中進一步探索并逐步加以完善。

2 地化錄井技術在水平井中的應用

隨著油氣勘探開發的深入，非常規油氣、劣質油氣領域的開發越來越多，而地化錄井技術在地層含油氣解釋方面具有其獨特的優點，對油氣層的發現、儲層含油氣的定量分析，都有較強應用。下面簡單介紹一下地化錄井技術在QA18區塊儲層捕捉、含油性評價等方面的應用。

2.1 區塊儲層特征值的確定

由于QA18 區塊油藏已開發近30 年，絕大部分儲層出現了水淹情況，鉆井施工采用油基鉆井液，柴油含量達到70%以上，為保證體系的穩定使用了十多種油溶性的鉆井液添加劑，儲層的巖屑（樣品）被浸泡在鉆井液中，改變了樣品原有地化參數，通過巖屑清洗、井壁取芯、巖芯分析、數值比對等方法確定了該區塊儲層特征值。

（1）油氣儲層：地化熱解分析值：S1＞2.1mg/g；S2＞1.6mg/g；Tmax370℃～415℃

（2）油水同層：地化熱解值：S10.6～2.1mg/g；S20.6～1.6mg/g；Tmax370℃～415℃

（3）水淹層：地化熱解值：S10.6～3.5mg/g；S20.8～3.7mg/g；Tmax415℃～445℃

（4）純水層：地化熱解分析值：S1＜0.6mg/g；S2＜0.8mg/g；Tmax＜380℃

2.2 精準判別油水界面

在油氣田的油水過渡帶中，由于油氣與水在一定溫度和壓力下長期混相作用，儲層中油氣組分、性質都會發生不同程度的改化，這些變化在地化分析數據中均有相應的體現，因此根據這些油氣特征值的改變能夠準確判斷儲層的油水界面分層，從而指導鉆井施工目的層的導向。QA18 區塊是邊底水油藏，在油水混合層段地化錄井資料的特征包含以下幾點：①地化錄井數據參數含油氣豐度的熱解值Pg會發生明顯的降低，色譜圖顯示油水同層的特征性；②S1值逐步降低，S2值基本不變。現場施工時，及時準確錄取相關的資料，比對以上特征值，指導目的層導向施工，避免鉆穿底界水層，保證儲層鉆遇率，為后期壓裂開采提供數據支撐。

3 結論

（1）地化錄井技術是一種新興的錄井技術，目前國內應用較為成熟。

（2）地化錄井技術是一種熱解色譜技術，可以對儲層油氣含量進行定量評價與解釋，指導油氣藏的開發。

（3）應用地化錄井技術，能夠發現油氣顯示、評價顯示級別、識別鉆井液污染、判斷油水界面，輔助水平井導向，為二次開發提供依據。