南海西部海域非烴類氣層測(cè)井識(shí)別及解釋評(píng)價(jià)方法＊

吳洪深 高 華 林德明 高楚橋 陳 嶸

（1.中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司； 2.長(zhǎng)江大學(xué)）

南海西部海域非烴類氣層測(cè)井識(shí)別及解釋評(píng)價(jià)方法＊

吳洪深1高 華1林德明1高楚橋2陳 嶸2

（1.中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司； 2.長(zhǎng)江大學(xué)）

針對(duì)南海西部海域鶯瓊盆地復(fù)雜氣田勘探實(shí)踐所遇到的實(shí)際問題，開展了非烴類氣層測(cè)井識(shí)別及解釋評(píng)價(jià)方法研究。將三孔隙度氣層識(shí)別方法發(fā)展和完善為四孔隙度氣層識(shí)別方法，基于烴類氣和非烴類氣的密度與溫壓條件關(guān)系分析，建立了非烴類氣層定量解釋評(píng)價(jià)模型和方法，并在鶯瓊盆地取得了良好的實(shí)際應(yīng)用效果。

南海西部 非烴類氣 測(cè)井識(shí)別 四孔隙度

經(jīng)過多年的勘探實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)鶯瓊盆地東方、樂東、臨高、崖城等多個(gè)構(gòu)造帶上普遍存在地質(zhì)背景和成藏機(jī)制極其復(fù)雜的高溫超壓儲(chǔ)層、低電阻率氣層及高含CO2氣層，這給該地區(qū)的天然氣勘探及測(cè)井資料解釋評(píng)價(jià)帶來了重重困難。本文針對(duì)該區(qū)實(shí)際地質(zhì)條件和狀況，以流體及巖石物理實(shí)驗(yàn)為基本切入點(diǎn)，深入研究孔隙流體的各類物理參數(shù)隨地層溫度壓力條件改變而變化的規(guī)律，進(jìn)而建立相應(yīng)的測(cè)井解釋模型和方法，采用本文提出的四孔隙度差、比值法和聯(lián)立方程組最優(yōu)化算法進(jìn)行了鶯瓊盆地氣層識(shí)別和烴類及非烴類氣的定量解釋評(píng)價(jià)。

1 天然氣層四孔隙度差、比值識(shí)別方法

在天然氣層三孔隙度識(shí)別方法[1]的基礎(chǔ)上，充分考慮地層完全含水的影響因素，將四孔隙度差值C4和四孔隙度比值B4分別定義為

式（1）、（2）中，φda、φsa、φna和φw分別是泥質(zhì)砂巖體積模型中的視密度孔隙度、視聲波孔隙度、視中子孔隙度和含水孔隙度。

由三孔隙度氣層識(shí)別法發(fā)展起來的四孔隙度氣層識(shí)別法，關(guān)鍵在于對(duì)φda、φsa、φna和φw求解時(shí)應(yīng)作巖性和泥質(zhì)校正，保存不同孔隙流體對(duì)四孔隙度的影響，使得天然氣層在用C4或B4表示時(shí)其四孔隙度差值或比值能夠得到進(jìn)一步放大。

顯然，若儲(chǔ)層為水層或油層時(shí)，C4≈0，B4≈0；若儲(chǔ)層為氣層，則C4＞0，B4＞0。在實(shí)際應(yīng)用中，通常用C4和B4的反向交會(huì)法來識(shí)別天然氣層。

2 烴類氣和非烴類氣的密度與溫壓條件的關(guān)系分析

在鶯瓊盆地，天然氣儲(chǔ)層中除了以甲烷為主的烴類氣外，還存在大量的CO2氣體。研究表明，在不同溫度壓力條件下甲烷與CO2的測(cè)井響應(yīng)值有很大差別。由文獻(xiàn)[2]提供的甲烷氣實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表，可作出圖1和圖2。本文對(duì)圖1、2作了進(jìn)一步的數(shù)值模擬及回歸分析，得到了甲烷密度ρCH4與溫度t、壓力p具有以下關(guān)系：

圖1 甲烷密度等壓關(guān)系圖（p＜15 MPa）

圖2 甲烷密度等壓關(guān)系圖（p＞15 MPa）

地層條件下甲烷的視體積密度值為

圖3為周倫先等人[3]通過實(shí)際氣樣實(shí)驗(yàn)得到的CO2密度與溫度、壓力的關(guān)系。由圖3可知，CO2密度隨溫度降低、壓力增高而逐漸增大。本文對(duì)圖3中溫度為50～91℃，壓力大于15 MPa的實(shí)驗(yàn)曲線作了進(jìn)一步的數(shù)值模擬及回歸分析，得到了CO2密度ρCO2與p/t的函數(shù)關(guān)系（圖4），其關(guān)系式為

地層條件下CO2的視體積密度數(shù)學(xué)表達(dá)式為

地層溫壓條件下甲烷與CO2的測(cè)井響應(yīng)機(jī)理，無論是理論還是實(shí)際計(jì)算公式推導(dǎo)都比較復(fù)雜，筆者在測(cè)井專題研究報(bào)告1）中對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)闡述，在此不再贅述。

3 非烴類氣層定量解釋評(píng)價(jià)模型和方法

本文提出的區(qū)分烴類氣與非烴類氣的基本方法是通過地層組份分析模型定量計(jì)算地層條件下甲烷和CO2的含量，并且最終換算為地面條件下各自的含量。對(duì)含油氣的儲(chǔ)集層來說，儲(chǔ)集層可以看成是由具有不同性質(zhì)的組分組成的，這些組份包括不同狀態(tài)下的油、氣、水、泥質(zhì)及巖石的各種骨架礦物。單位體積條件下假定各組分在地層中的相對(duì)百分含量，建立雙水多礦物地層組分分析物理模型1）和帶約束的測(cè)井超定線性方程組，進(jìn)而運(yùn)用線性最小二乘原理，將其轉(zhuǎn)換為求解極值問題的數(shù)學(xué)目標(biāo)函數(shù)，最終采用最優(yōu)化算法得到地面條件下烴類氣的相對(duì)含量。

由氣體狀態(tài)方程推導(dǎo)可得，地層溫壓條件下烴類氣體積Vgf折算為地面條件下的體積Vgs的表達(dá)式為

地層溫壓條件下非烴類氣體積Vco2f折算為地面條件下的體積Vco2s的表達(dá)式為

式（8）、（9）中：Tf為地層溫度，°K；pgf為地層壓力，MPa；Zf為烴類氣在地層溫壓條件下的壓縮因子，無因次；Zfco2為非烴類氣在地層溫壓條件下的壓縮因子，無因次；Ts為地面溫度，°K；pgs為地面壓力，MPa。

地面條件下烴類氣相對(duì)含量Rch則表示為

整理得

式（11）中：xgas為烴類氣在地層中的相對(duì)含量，小數(shù)；xco2為非烴類氣在地層中的相對(duì)含量，小數(shù)。

地層流體密度則進(jìn)一步表示為

式（12）中：ρgas、ρco2、ρw、xfw分別為地層條件下烴類氣、非烴類氣和地層水的密度，以及地層水的相對(duì)含量，小數(shù)。

當(dāng)?shù)貙訜N類氣含量超過50%時(shí)，判定為烴類氣層；當(dāng)?shù)貙訜N類氣含量小于50%時(shí)，則認(rèn)為是以CO2等非烴類氣為主。

非烴類氣層定量解釋評(píng)價(jià)模型和方法所使用的常規(guī)測(cè)井信息，既可以由鉆后電纜測(cè)井獲得，也可以由隨鉆測(cè)井及時(shí)獲取。實(shí)踐證明，隨鉆測(cè)井技術(shù)與實(shí)時(shí)決策系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，可以迅速提高探井和評(píng)價(jià)井測(cè)井解釋評(píng)價(jià)時(shí)效，為管理層決定是否進(jìn)行DST測(cè)試等后續(xù)作業(yè)提供及時(shí)有效的決策依據(jù)。

4 應(yīng)用效果

鶯瓊盆地13口井的模型及方法檢驗(yàn)結(jié)果（表1）表明，單層烴類氣含量絕對(duì)誤差在10%以內(nèi)（共19層）的解釋符合率為63%，而絕對(duì)誤差在20%以內(nèi)的解釋符合率可達(dá)79%，達(dá)到了利用常規(guī)測(cè)井資料定量區(qū)分烴類氣與非烴類氣的預(yù)期。圖5為東方地區(qū)XX－3井的非烴類氣測(cè)井解釋評(píng)價(jià)實(shí)例，圖中1333.5～1372.5 m井段用常規(guī)資料定量計(jì)算得到的烴類氣含量約為30%，而該井段DST1測(cè)試結(jié)果是烴類氣含量24.1%、非烴類氣含量75.7%。

表1 鶯瓊盆地?zé)N類氣含量測(cè)井計(jì)算結(jié)果與分析結(jié)果對(duì)比表

圖5 XX－3井非烴類氣層測(cè)井綜合解釋評(píng)價(jià)成果圖

在后期實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用過程中，又處理了鶯瓊盆地7口井（39層）的測(cè)井資料，天然氣層識(shí)別解釋符合率高達(dá)89.7%；近期鉆探的LOTUS、BD13－X和BD14－Y井的解釋結(jié)果為，單層烴類氣含量絕對(duì)誤差在20%以內(nèi)（11層）的解釋符合率高達(dá)100%，而絕對(duì)誤差在10%以內(nèi)的解釋符合率為82%。圖6為寶島地區(qū)BD13－X井的烴類氣測(cè)井解釋評(píng)價(jià)實(shí)例，圖中1573～1580 m測(cè)試井段用常規(guī)資料定量計(jì)算得到的烴類氣含量約為77%，而該井段清噴后的烴類氣含量為78%。這說明，本文提出的非烴類氣層測(cè)井識(shí)別與解釋評(píng)價(jià)方法是有效可行的。

圖6 BD13－X井烴類氣層測(cè)井綜合解釋評(píng)價(jià)成果圖

5 結(jié)論

（1）常規(guī)測(cè)井資料定性識(shí)別天然氣層四孔隙度差值及比值方法的拓展性研究，使得改進(jìn)型四孔隙度差值C4和四孔隙度比值B4曲線交會(huì)顯示法能夠更有效地識(shí)別天然氣層。

（2）運(yùn)用最優(yōu)化理論建立了地層組分分析模型和定量計(jì)算烴類氣與非烴類氣含量方法，達(dá)到了區(qū)分烴類氣和非烴類氣的探索性研究目的，拓展了常規(guī)測(cè)井資料定量評(píng)價(jià)非烴類天然氣層新領(lǐng)域。

（3）23口井的實(shí)際資料處理結(jié)果表明，常規(guī)測(cè)井非烴類氣層定量解釋評(píng)價(jià)模型及方法在南海西部海域天然氣勘探實(shí)踐中也取得了良好的定量分析應(yīng)用效果。

[1] 吳洪深.鶯歌海盆地底辟構(gòu)造帶低電阻率氣層測(cè)井解釋方法研究[J].中國(guó)海上油氣（地質(zhì)），2002，16（1）：45－53.

[2] VARGAFTIK N B.Tables on the thermophysical properties of liquids and gases[M].Washington：Hemisphere Pub.Corp.，1975：156－166.

[3] 周倫先，褚小兵.CO2氣井相態(tài)特征[J].油氣井測(cè)試，2006，15（5）：35－37.

A methodology on logging identification and interpretation of non－h(huán)ydrocarbon gas zones in the western South China Sea

Wu Hongshen1Gao Hua1Lin Deming1Gao Chuqiao2Chen Rong2
（1.Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd.，Guangdong，524057；2.Yangtze University，Hubei，434023）

In order to resolve some actual problems encountered in exploration of complex gasfields in Ying－Qiong basin，the western South China Sea，a methodology on logging identification and interpretation of non－h(huán)ydrocarbon gas zones is researched.A three－porosity method of gas zone identification was develop ped and improved into a four－porosity method，and based on the relationship between density and temperature and pressure for hydrocarbon and non－h(huán)ydrocarbon gases，a model and a method were established for quantitative interpretation and evaluation of non－h(huán)ydrocarbon gas zones.The methodology has resulted in good effects in practical applications in Ying－Qiong basin.

the western South China Sea；non－h(huán)ydrocarbon gas；logging identification；four porosity

＊國(guó)家科技重大專項(xiàng)“鶯瓊盆地大中型氣田勘探理論、方法與實(shí)踐”（編號(hào)：2008ZX0523－004）部分研究成果，已獲中華人民共和國(guó)國(guó)家版權(quán)局計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)登記證書（登記號(hào)：2011SR007729）。

吳洪深，男，高級(jí)工程師，1982年畢業(yè)于原華東石油學(xué)院礦場(chǎng)地球物理測(cè)井專業(yè)，長(zhǎng)期從事地球物理測(cè)井方面的研究工作。地址：廣東省湛江市坡頭區(qū)22號(hào)信箱（郵編：524057）。電話：0759－3901865。E－mail：wuhsh＠cnooc.com.cn。

1）吳洪深.南海西部海域復(fù)雜油氣層測(cè)井解釋評(píng)價(jià)方法研究報(bào)告.2009.

2011－05－30改回日期：2011－09－27

（編輯：周雯雯）