单位孔隙体积烃总量计算方法在肃宁-大王庄构造带的应用

张建山 于海军 陈京原 张玉新 张豫东 孔维韬

(中国石油渤海钻探第二录井公司)

0 引 言

20世纪70年代，岩石热解分析技术开始进入现场，广泛应用于评价烃源岩品质和储集层含油性[1]。该方法作为其他录井技术的重要补充，可以在现场及实验室快速、有效地对储集层含油性进行定量化评价，在石油勘探与开发中发挥了重要的支撑作用[2-9]。

岩石热解分析技术获得的一项重要参数是热解烃总量。目前，对于该参数的应用还处于初始阶段，仅仅是比较其数值的高低。在实际应用过程中发现，热解烃总量参数受多种地质因素的影响，比如储集层物性、含油性等，往往相近的热解烃总量数值却反映不同的地质因素，多解性较为明显，难以判别真实的储集层流体性质，应用效果受到一定限制。因此，本文将从岩石热解录井技术的基本原理出发，综合利用储集层物性参数及含油性参数，提出单位孔隙体积烃总量的计算方法，以期得到更好的应用效果。

1 岩石热解分析技术原理

从地下获取岩石样品后，将其置于特定的热解炉中进行升温操作，样品中的烃类和干酪根就会发生挥发和裂解。之后，通过使用载气进行吹洗将其带入氢火焰离子化检测器，烃类的量就会转化成为相应的电流信号，可以测定出各组分含量以及峰顶温度，由此实现对含油性的定量化评价[10-11]。

岩石热解分析技术测得的原生参数主要包括：

(1)S0：在90℃温度下测得的单位质量样品的烃总量，即气态烃，mg/g。

(2)S1：在90～300℃温度下测得的单位质量样品的烃总量，即液态烃，mg/g。

(3)S2：在300～600℃温度下测得的单位质量样品的烃总量，即重质组分、胶质、沥青质等重烃，mg/g。

(4)Tmax：S2峰峰顶温度，℃。

利用这些原生参数，可以计算一系列岩石热解派生参数[12-13]。其中，最常用的派生参数为热解烃总量(Pg)，其计算公式为：

Pg=S0+S1+S2

(1)

式中：Pg为热解烃总量，mg/g。

热解烃总量可以对储集层含油性进行有效评价。但是，储集层含油气丰度的决定因素不仅是含油性，还包括储集层物性，因此该参数并不能准确反映储集层流体性质，必须采取一定的计算方法，综合考虑储集层物性、含油性的影响，由此得出新的参数，来准确评价储集层流体性质。

2 单位孔隙体积烃总量计算方法

热解分析样品由岩石骨架、烃类、地层水组成。热解烃总量主要受储集层物性、含油性的双重影响：储集层物性越好，有效孔隙度越大，所能储存的烃类就越多，热解烃总量越大，反之则越小；含油性越好，含油饱和度就越高，热解烃总量越大，反之则越小，如图1所示。然而，传统的热解烃总量并未将这两种影响因素综合考虑。例如，Pg值较低时，可能是由于储集层物性较差造成，此时呈差油层或干层特征；也有可能是由于含油性较差造成，此时呈油水同层或含油水层特征。由此可见，相近的Pg值能代表不同的储集层流体性质，存在多解性，仅仅通过Pg值的高低难以进行有效判别。

图1 储集层物性、含油性对热解烃总量影响示意

储集层流体储存在岩石孔隙中，储集层所含流体的总量主要取决于有效孔隙度的大小，必须通过热解烃总量、储集层有效孔隙度综合计算来还原真实的含油气丰度。为此，提出“单位孔隙体积烃总量”的概念，即：样品中烃类的含量与样品有效孔隙体积的比值，其计算公式为：

(2)

式中：Ko为单位孔隙体积烃总量，mg/cm3；mo为样品中烃类的质量，g；Vp为样品的有效孔隙体积，cm3。

公式(2)中，mo、Vp均是未知数，必须通过其他参数进行计算获得。

mo可根据热解参数计算。热解烃总量的大小为岩石样品中烃类的质量与样品总质量的比值，样品总质量为岩石骨架、烃类、地层水的质量之和。由于地层水的挥发性较好，样品从收集、运输、取样到分析，经历的时间较长，已基本挥发完毕，地层水质量可忽略不计，实际的样品总质量为岩石骨架和烃类的质量之和。因此，热解烃总量的计算公式为：

(3)

式中：ms为样品中岩石骨架质量，g。

由公式(3)可求得mo：

(4)

Vp可根据岩石物性参数计算。样品有效孔隙体积为岩石总体积与岩石有效孔隙度的乘积，即：

Vp=Vsφ

(5)

式中：Vs为岩石样品总体积，cm3；φ为有效孔隙度，无量纲，由测井参数或岩心物性分析参数查得。

(6)

将公式(4)、公式(6)代入公式(2)中，可求得Ko：

(7)

以大王庄构造带LX-101x井3 511.0～3 513.4 m显示层为例进行计算说明。该段热解烃总量(Pg)为10.19 mg/g，有效孔隙度(φ)为0.151，岩石密度(ρs)为2.41 g/cm3。

计算结果为：

3 建立解释图板

由上文分析可知，单位孔隙体积烃总量综合利用了储集层物性参数及含油性参数，该参数与物性参数结合，根据两者配置关系，可以有效判别储集层流体性质。为了取得更好的应用效果，将该方法在饶阳凹陷肃宁-大王庄构造带LX-10x等29口井共计65层试油数据展开应用。以有效孔隙度为横坐标，单位孔隙体积烃总量为纵坐标，建立解释图板(图2)。该图板显示，不同流体性质分区较为明显，效果良好。

图2 单位孔隙体积烃总量与有效孔隙度解释图板

根据试油数据及解释图板，分析总结典型油层、油水同层、差油层、含油水层、水层、干层的储集层物性、含油性特征及其配置关系。

(1)油层：储集层物性、含油性均较好，储集层有效孔隙度普遍大于0.14，单位孔隙体积烃总量普遍大于160 mg/cm3。

(2)油水同层：储集层物性较好，有效孔隙度普遍大于0.16；含油性中等，单位孔隙体积烃总量介于90～160 mg/cm3之间。

(3)差油层：储集层物性、含油性均中等，有效孔隙度介于0.09～0.16之间，单位孔隙体积烃总量介于100～240 mg/cm3之间。

(4)含油水层、水层：储集层物性跨度范围较大，有效孔隙度介于0.13～0.25之间；含油性较差，单位孔隙体积烃总量普遍低于100 mg/cm3。

(5)干层：储集层物性、含油性均较差，有效孔隙度普遍低于0.12，单位孔隙体积烃总量普遍低于150 mg/cm3。

4 应用效果分析

以饶阳凹陷肃宁-大王庄构造带NG-X井等14口井共计22层试油层位为依据对该方法进行验证，其中共有17层试油结论与解释结论相吻合，符合率为77.3%，能够满足生产需求。下面以其中4口井为实例对应用效果进行分析说明。

4.1 NG-X井

NG-X井是部署在饶阳凹陷肃宁构造带的一口预探井，井段3 271.8～3 277.0 m见良好油气显示(图3)，进行井壁取心2颗。该井段有效孔隙度为0.143，岩石密度为2.36 g/cm3。

井深3 274.0、3 275.2 m的2颗井壁取心热解烃总量分别为16.20、14.91 mg/g。经计算，单位孔隙体积烃总量分别为271.8、249.8 mg/cm3，数值较高，同时物性较好，符合油层特征，解释图板均位于油层区域(图2中1、2号解释层)，综合解释为油层。

相应井段以射流泵方式进行试油，产油7.11 m3/d，累产油19.23 m3，试油结论为油层。

4.2 LX-59x井

LX-59x井是部署在饶阳凹陷大王庄构造带的一口开发井，井段3 693.0～3 713.4 m见良好油气显示(图4)，进行井壁取心2颗。该井段有效孔隙度为0.138，岩石密度为2.40 g/cm3。

井深3 708.4、3 710.0 m的2颗井壁取心热解烃总量分别为9.40、7.13 mg/g，该数值符合差油层或油水同层的特征，仅依据该参数难以对储集层流体性质进行有效判别。经计算，单位孔隙体积烃总量分别为165.0、124.9 mg/cm3，数值中等，同时物性中等，综合来看符合差油层特征，解释图板均位于差油层区域(图2中3、4号解释层)，因此综合解释为差油层，并建议对该井段进行压裂改造。

图3 NG-X井录井综合图

图4 LX-59x井录井综合图

相应井段进行试油，压裂前以抽汲方式试油，产油2.07 m3/d，试油结论为差油层。采用压裂改造措施后试油，产油8.14 m3/d，获工业油流。

4.3 NX-8x井

NX-8x井是部署在饶阳凹陷肃宁构造带的一口预探井，井段3 443.4～3 448.0 m见良好油气显示(图5)，进行井壁取心1颗。该井段的有效孔隙度为0.189，岩石密度为2.28 g/cm3。

井深3 446.0 m井壁取心的热解烃总量为11.02 mg/g，该数值符合差油层或油水同层特征，仅靠该参数难以进行有效判别。经计算，单位孔隙体积烃总量为134.4 mg/cm3，数值中等，同时物性较好，综合来看符合油水同层特征，解释图板位于油水同层区域(图2中5号解释层)，综合解释为油水同层。

相应井段以抽汲方式进行试油，产油18.74 m3/d，产水4.86 t/d，试油结论为油水同层。

4.4 LX-9x1井

LX-9x1井是部署在饶阳凹陷大王庄构造带的一口预探井，井段3 072.0～3 073.0 m见气测异常(图6)，进行井壁取心1颗。该井段的有效孔隙度为0.200，岩石密度为2.40 g/cm3。

井深3 072.0 m井壁取心测定的热解烃总量为6.13 mg/g，从该数值来看，介于油水同层与水层之间，难以区分。经计算，单位孔隙体积烃总量为74.0 mg/cm3，数值较低，同时有效孔隙度较大，说明含油饱和度低，符合水层、含油水层特征，解释图板位于水层、含油水层区域(图2中6号解释层)，综合解释为水层。

相应井段以抽汲方式进行试油，产水6.95 t/d，试油结论为水层。

图5 NX-8x井录井综合图

图6 LX-9x1井录井综合图

5 结束语

(1) 岩石热解分析技术是评价储集层含油性的有效手段，但是热解烃总量受储集层多种因素影响，多解性较为明显，应用效果受到一定限制。

(2) 从热解烃总量的影响因素出发，综合利用储集层物性参数及含油性参数，提出单位孔隙体积热解烃总量的计算方法，消除了多解性的影响。

(3) 以该方法为基础，综合物性参数、含油性参数及其配置关系，建立综合解释图板，发现不同流体性质之间区分效果较好。

(4) 对该方法在饶阳凹陷肃宁-大王庄构造带进行试油验证，吻合率为77.3%，可以满足现场需求，证实了该方法的有效性。