在线连续轻烃录井技术研究与应用

杜 鹏 陈志伟 周长民 张新新 李忠亮

(中国石油长城钻探工程有限公司录井公司)

0 引 言

随着各油田勘探开发的不断深入，勘探开发的目标油气储集层逐渐由渗透性较好的常规油气储集层向“低、深、海、非”等非常规及特种油气储集层转变，这类储集层具有厚度薄、渗透性差、非均质性强[1-2]、储集空间多样[3-4]、含油丰度低[5-6]、电阻率响应特征差[7]和油水关系复杂等特点[8]，同时随着空气钻井、油基钻井液钻井[9]、PDC钻井等钻井新工艺的普及应用，这些都给油气层的及时发现与准确解释评价带来了新的挑战[10]。因此，如何在高速钻井过程中快速识别并准确解释评价油气层，成为各大油田高效勘探开发过程中需要攻克的重点难题。

为解决勘探开发及钻井新工艺带来的各种问题[11]，结合录井工作实际，基于轻烃录井和气测录井两项成熟的录井技术，集成技术优势研发了GW-OLS在线连续轻烃录井技术[12]，能够在随钻过程中实时获得储集层C1-C8[13]中15种烃类组分含量数据并衍生出气指数、油指数、水指数等派生参数，通过对这些参数变化规律的研究建立新的评价方法，准确地识别储集层流体性质，为油田勘探开发提供技术支持。

1 在线连续轻烃录井技术

1.1 技术基础

在当前录井作业中，轻烃录井和气测录井两项录井技术的普及应用程度较高，在油气储集层解释评价中占有重要地位。虽然这两项技术都能够直接获取储集层中反映流体性质的各项参数，但其特点各不相同，且都存在一定程度的局限性。

轻烃录井技术是通过对含烃样品(岩屑、岩心、钻井液)中的混合烃类进行色谱分离、FID检测，获得石油天然气中C1-C9的103个烃类组分含量数据(质量浓度)[14]，通过各组分的分布特点对储集层流体性质进行判识[15]。由于轻烃录井获取的原始参数及派生参数较多，其具备较高的分辨率和准确性；该技术可以分析钻井液、岩屑、岩心及混合样品，进样量大，不受岩石骨架和钻井工艺影响，具有较强的抗干扰性；轻烃录井基本不受钻井液添加剂的影响，具备抗污染的能力。由于获得参数数量多，采用轻烃录井技术分析一个样品需要约30 min，且样品需要人工获取，取样过程人为干扰较大，及时性差。

气测录井技术是通过对钻井液中天然气的组成成分和含量进行测量分析[16]，进而判断地层流体性质，间接地对储集层进行评价。气测录井分析周期较短，仅为30 s，因此其数据连续性和及时性非常好，可以实时获取参数和评价储集层流体[17]。另一方面，气测录井技术受储集层性质、钻井液性能、钻井工程等多种因素影响[18]，数据稳定性差，归一化困难，且因分析周期短，获取参数量少，只能获得C1-C5的7个烃类组分含量数据，所反映的储集层流体信息有限，影响解释评价的准确性[19]。

由此发现，轻烃录井技术能够实现储集层流体性质的准确识别，但分析周期太长，连续性差，而气测录井技术则具有及时性好的特点，但获得参数太少，无法准确评价储集层流体性质，因此将两项技术的优势进行集成整合，研发了GW-OLS在线连续轻烃录井技术(以下简称“连续轻烃录井技术”)。

1.2 技术原理

连续轻烃录井技术是使用60 s的分析周期，连续检测钻井液C1-C8中15种烃组分含量，通过烃类组分中正构烷烃、异构烷烃、环烷烃、芳香烃的含量及其变化关系[20]，实现随钻过程中储集层含气性、含油性、含水性的实时有效分析，为认识和评价储集层流体性质提供可靠依据。

1.3 技术优势

连续轻烃录井技术是以检测出的C1-C8中15种烃组分含量为分析对象，同时集合了轻烃和气测录井技术的优点，主要具有4方面优势。

(1)连续性好：每隔60 s自动取样一次，且恒温恒流自动脱气控制，避免了实验室轻烃人工取样可能造成的取样深度不恰当、取样密度不够等问题的发生，确保不漏显示层、不漏峰值数据的采集。

(2)及时性高：脱出气体直接通过气管线进入热解色谱分析仪，每次分析周期仅为60 s，有效避免了人工取样、送样、存放等环节可能造成的轻组分挥发，进而导致C1-C3组分检测值过低甚至检测不到的问题。

(3)准确性好：除气测录井可以获取的C1-C5的7种烃组分含量之外，连续轻烃录井技术还能获得C6-C8的8种烃组分含量，刚好是反映油和水的敏感性参数[21]，通过这8种烃组分含量及其分布规律可以准确地判断储集层流体性质。

(4)分辨率高：连续轻烃录井技术分析样品的量要远大于其他录井技术，为大进样量分析，且在整个过程中始终保持恒温恒流负压环境，因此其数据稳定性和可重复性非常强，当储集层流体性质出现变化时特征参数反应灵敏、反馈及时。

2 解释评价方法研究

2.1 检测参数

连续轻烃录井技术能够检测C1、C2、C3、iC4、nC4、iC5、nC5、nC6、MCYC5、Bz、CYC6、nC7、MCYC6、Tol、nC8共15种烃组分含量信息，基于这些参数及其分布规律(图1)建立了谱图法和参数法两种解释评价方法。

图1 连续轻烃录井技术标准谱图

2.2 谱图法

利用C6-C8烃组分反映油、水特征敏感性较高的特点，建立了标准谱图法，用于储集层流体的定性解释评价。如图2所示，根据谱图形态以及C6-C8烃组分峰值的变化，可以对于储集层含油性、含水性进行直观、快速识别，但谱图法仅通过谱图形态及峰值对储集层流体性质进行初步定性判断，因此区分度有限，无法实现油层和油气同层、油水同层以及气层、气水同层、含油/气水层的准确区分。

油层、油气同层：C6-C8烃组分峰出峰较全，峰值高(图2a)。

油水同层：C6-C8烃组分峰出峰较全，峰值较油层有所降低，Bz、Tol、MCYC6组分峰值所占比重升高(图2b)。

气层、气水同层、含油/气水层：C6-C8烃组分峰出峰不全，峰值低(图2c)。

图2 标准谱图法

2.3 参数法

2.3.1 参数特征分析

对检测获得的15种烃组分参数特征进行分析，分别优选含气性、含油性、含水性的敏感性参数(表1)。当储集层含气性较好时，C1-C5的7种烃组分含量相对较高；当储集层含油性较好时，表征液态烃含量的nC6、nC7、nC8组分含量比重升高；当储集层含水性较好时，C6-C8组分中Bz、Tol在水中的溶解度最大，含量降低较快，而同碳数的MCYC5、CYC6、MCYC6的溶解度最小，含量降低相对较慢，通过含量降低的差异就能反映储集层含水程度。

表1 轻烃各类组分特征统计

2.3.2 建立新参数及评价方法

将优选出的含气性、含油性、含水性的敏感性参数进行组合，建立新参数。在表征含气性的C1-C5的7种组分中，C1为优势含气参数，其含量最大且随含气程度增加比重增大，将这7种组分进行组合形成气指数Lg(无量纲)，即：

式中：C1为甲烷相对含量，%；C2为乙烷相对含量，%；C3为丙烷相对含量，%；iC4为异丁烷相对含量，%；nC4为正丁烷相对含量，%；iC5为异戊烷相对含量，%；nC5为正戊烷相对含量，%。

将表征含油性的nC6、nC7、nC8组分进行组合形成油指数Lo(无量纲)，即：

式中：Tg为气测全烃值，%；nC6为正己烷相对含量，%；nC7为正庚烷相对含量，%；nC8为正辛烷相对含量，%。

将表征含水性的C6-C8中5种组分进行组合形成水指数Lw(无量纲)，即：

Lw=(MCYC5+CYC6+MCYC6)/(2×Bz+Tol)

式中：MCYC5为甲基环戊烷相对含量，%；CYC6为环己烷相对含量，%；MCYC6为甲基环己烷相对含量，%；Bz为苯相对含量，%；Tol为甲苯相对含量，%。

储集层为气层时，流体以气为主，气指数Lg值高，油指数Lo、水指数Lw值较低；储集层为油层时，流体以油为主，油指数Lo值高，气指数Lg、水指数Lw值较低；储集层为油气同层时，流体以油、气为主，油指数Lo、气指数Lg值较高，水指数Lw值较低；储集层为气水同层时，流体以气、水为主，气指数Lg、水指数Lw值较高，油指数Lo值较低；储集层为油水同层时，流体以油、水为主，油指数Lo、水指数Lw值较高，气指数Lg值较低；储集层为含油/气水层时，流体以水为主，油指数Lo、气指数Lg值较低，水指数Lw值高。

根据气指数Lg、油指数Lo、水指数Lw值的变化规律，可以在不同地区建立相对应的连续轻烃录井技术参数解释标准(表2)。

表2 LH油田连续轻烃录井技术参数解释标准

3 现场应用

连续轻烃录井技术已在辽河、冀东、长庆等油田的H 33、G 183X9、D 56、H 53共 46口重点井应用。经试油验证可知，试油83层，解释符合68层，符合率达81.9%，发挥了快速发现显示、及时解释油气层的作用，助力油田增储上产。

3.1 D 56井

D 56井是位于LH油田东部凹陷D 54北块的一口预探井，钻探目的为探明沙一下亚段的含油气情况，区块内相带发生变化，导致储集层物性变差，油气分布规律复杂，含油气性识别困难。为避免漏层，提高钻探效率，应用了连续轻烃录井技术。

如图3所示，在井段2 878.0～2 882.0m、2 894.0～2 906.0 m处，双侧向电阻率曲线异常不明显，异常幅度低，认为储集层具有一定含油性但含油性较差，但通过连续轻烃录井技术发现，井深2 902.0 m谱图中C6-C8烃组分峰出峰较全，峰值高(图4)，符合油层谱图特征(图2)；油指数Lo值较高，峰值为176.19，平均值为45.43，远高于油层下限值20，同时气指数Lg和水指数Lw值均较低，Lg峰值仅为11.71，Lw峰值仅为1.28，低于连续轻烃气层、含油/气水层标准(表2)，因此连续轻烃录井认为这两层的含油性较好，储集层流体以油为主，解释为油层。

对该井段进行常规试油，产油11.5 t/d，不含水，试油结论为油层，与连续轻烃录井解释结论一致。

3.2 W 130井

W 130井是位于LH油田中央凸起DW构造带的一口预探井，中生界砂砾岩储集层为主要目的储集层，虽然生储盖组合及圈闭条件良好，但区域断层系统复杂，邻井试油出水率高达80%，且油、气层均有发育，油气水关系复杂，难以准确识别。为了在随钻过程中及时、准确识别储集层流体性质，在目的层应用了连续轻烃录井技术。

图3 D 56井连续轻烃录井解释成果图

如图5所示，井段2 615.0～2 623.0 m处，双侧向电阻率曲线异常明显，认为储集层以含油为主，但通过连续轻烃录井技术发现，井深2 618.0 m谱图中C6-C8烃组分峰出峰不全，基本表现为一条直线(图6)，符合含油水层谱图特征(图2)；气指数Lg和油指数Lo值均较低，Lg峰值仅为3.15，Lo峰值仅为7.14，远低于连续轻烃油、气层标准(表2)，同时水指数Lw值较高，峰值为3.87，平均值为3.15，高于含油/气水层下限值2。因此，连续轻烃录井认为该层含水性好，流体以水为主、含少量油，解释为含油水层。

对该井段进行生产试油，产出为油花，产水4.7 m3/d，累产油0.4 t，累产水170.6 m3，试油结论为含油水层，与连续轻烃录井解释结论一致。

图4 D 56井井深2 902.0 m连续轻烃谱图

图5 W 130井连续轻烃录井解释成果图

图6 W 130井井深2 618.0 m连续轻烃谱图

4 结 论

通过对连续轻烃录井技术的理论研究与实践应用，得出如下结论：

(1)连续轻烃录井技术具有连续性好、及时性高、准确性好、分辨率高的特点，不受岩石骨架、钻井工艺等因素的干扰，能够在高速钻井条件下准确识别复杂油气藏的储集层流体性质。

(2)连续轻烃录井技术能够测得C1-C8的15种烃组分含量及其分布规律，有效地反映储集层的含气性、含油性和含水性，同时综合利用谱图特征可以实现储集层流体性质的快速、定性解释评价。

(3)建立了连续轻烃录井气指数Lg、油指数Lo、水指数Lw，能够分别表征储集层流体是以气、油、水哪种为主，直接反映储集层流体性质。

(4)连续轻烃录井技术能够在随钻过程中实时、准确地识别储集层流体性质，其应用效果良好，为施工决策提供了有力支持。

随着油气勘探开发事业的不断发展，非常规、复合型等复杂油气藏逐步成为勘探开发重点，连续轻烃录井技术以其连续、实时、准确等综合优势，有望成为解决随钻过程中储集层评价、流体性质辨别分析、地质导向等油气田勘探开发系列难题的关键技术，具有广泛的应用前景和推广价值。