宋義民 王燦丹婷 姜 勇 孫紅華 徐 婕 喬德民 郭素杰 劉 玥

(中國石油渤海鉆探第二錄井公司)

0 引 言

楊武寨構(gòu)造帶存在多油源且斷層非常發(fā)育，縱向含油段長、油藏類型復雜，運用傳統(tǒng)的解釋方法對該區(qū)儲集層流體性質(zhì)進行評價符合率較低。本文針對上述問題開展系統(tǒng)研究，嘗試從油源角度入手，應用巖石熱解氣相色譜技術(shù)劃分原油類型，建立適應不同類型油氣層的評價標準。這種淡化地層，注重油層類型的評價模式在實際應用中收到了很好的效果，解釋符合率得到明顯提升。

1 地質(zhì)概況

楊武寨構(gòu)造帶地理位置在河北省饒陽縣、武強縣境內(nèi)，位于冀中坳陷饒陽凹陷南部，屬饒南地區(qū)的局部構(gòu)造，是饒陽凹陷油氣富集區(qū)之一。構(gòu)造帶內(nèi)油藏主要受構(gòu)造控制，南臨孫虎斷裂構(gòu)造帶，北臨元昌樓構(gòu)造帶，東臨武強斷裂構(gòu)造帶，西以皇甫村斷層為界，是饒陽凹陷內(nèi)二級構(gòu)造單元，勘探面積約300 km2。

楊武寨構(gòu)造帶自東向西可分為楊武寨東洼槽、中央背斜、西部單斜三部分。構(gòu)造帶斷裂極其發(fā)育，斷層期次多樣、方向多變，構(gòu)造嚴重破碎。區(qū)內(nèi)發(fā)育三條邊界斷層，即獻縣斷層、虎北斷層及劉村東斷層；發(fā)育三條NE走向的二級斷層，即武強斷層、皇甫村斷層及大王莊東斷層，這些斷層對本區(qū)的構(gòu)造發(fā)育及地層沉積起著主導作用，同時為油氣運移提供有利通道。

楊武寨構(gòu)造帶是一復式油氣聚集帶，經(jīng)過四十余年的勘探開發(fā)，發(fā)現(xiàn)了館陶組、東三段、沙一下亞段、沙二段、沙三上亞段及沙三下亞段六套含油層系。楊武寨構(gòu)造帶緊鄰楊武寨東洼槽和虎北洼槽兩大生油洼槽，該區(qū)具有三套生油層，即Es1下(沙一下亞段)、Es2+3(沙二三段)、Es4+Ek(沙四段和孔店組)。其中Es1下、Es3為該區(qū)的主力生油層，最厚達2 100 m，有效烴源巖分布面積廣、厚度大，有機質(zhì)豐度高，母質(zhì)類型好，且已經(jīng)成熟。楊武寨構(gòu)造帶儲集層發(fā)育，且位于油氣運移指向區(qū)，整體資源背景好。

2 楊武寨構(gòu)造帶油氣層解釋難點

楊武寨構(gòu)造帶具有Es1下、Es3兩套主力烴源巖，其中Es1下以油頁巖、泥巖和白云巖等“特殊巖性”為烴源巖，Es3以暗色泥巖為烴源巖。

本文采用秦建中等[1]提出的我國海相泥質(zhì)烴源巖有機質(zhì)豐度評價標準(表1)，對楊武寨地區(qū)兩套烴源巖進行有機質(zhì)豐度評價。Es1下有機碳平均值為0.92%，范圍0.04%～2.0%；氯仿瀝青“A”平均值為0.104 8%，范圍0.046 4%～0.162 5%；總烴平均值為0.040 1%，范圍0.013 3%～0.074 5%；生烴潛量平均值為3.18 kg/t，范圍0.30～10.29 kg/t。根據(jù)有機質(zhì)豐度劃分標準，Es1下為一套中等-好的烴源巖。Es3有機質(zhì)豐度高于Es1下，有機碳平均值為1.05%，范圍0.05%～8.48%；氯仿瀝青“A”平均值為0.124 2%，范圍0.007 1%～0.686 3%；總烴平均值為0.051 4%，范圍0.003 1%～0.277 5%；生烴潛量平均值為2.84 kg/t，范圍0.01～26.46 kg/t。根據(jù)有機質(zhì)豐度劃分標準，Es3暗色泥巖為一套好烴源巖。

兩套烴源巖有機質(zhì)豐度級別均較高，但由于其生油母質(zhì)類型、埋藏深度不同，所生成的原油物理性質(zhì)差別較大；該區(qū)發(fā)育的斷層，對原油的運移提供了舒暢的通道，造成在縱向上含油段長且不同類型原油交叉成藏，甚至出現(xiàn)混源油藏，這給油氣層評價工作帶來了較大困難。油氣層評價標準一般以層位或井深為單元建立，這種評價方法對單一油源形成的不同性質(zhì)的流體效果顯著，但對于多油源地區(qū)則不適用，筆者曾嘗試應用三角形圖板和皮克斯勒圖板進行標定，發(fā)現(xiàn)油層、水層點線疊置、交叉現(xiàn)象嚴重，油水分異效果很差。2018年以前對該區(qū)的井進行評價時采用的仍然是傳統(tǒng)方法，解釋符合率一直不高，徘徊在65%～70%之間，不能滿足生產(chǎn)需求，故迫切需要建立楊武寨構(gòu)造帶復雜成藏條件下的油氣層解釋評價標準。

表1 我國海相泥質(zhì)烴源巖有機質(zhì)豐度評價標準[1]

筆者應用巖石熱解氣相色譜技術(shù)，對楊武寨地區(qū)原油類型進行了劃分，淡化地層而從油源角度入手，建立不同類型油層解釋標準，這種全新的評價模式在實際應用中取得了良好的效果。

3 三種類型原油識別

巖石熱解氣相色譜在油氣水識別方面發(fā)揮著重要作用，且該技術(shù)的應用已相對成熟。熱解氣相色譜儀將儲集巖樣品加熱到一定的溫度，使其所含烴類蒸發(fā)，樣品中的烴類物質(zhì)汽化后被載氣帶入色譜柱中運行；由于樣品中不同組分在色譜柱中的氣相、固相間的分配系數(shù)不同，各組分將在其中的兩相間反復進行多次的分配；由于固相對各組分的吸附能力不同，各組分在色譜柱中的運行速度就不同，經(jīng)過一定的柱長后便彼此分離，順序離開色譜柱進入FID(氫火焰離子化檢測器)進行檢測，將FID檢測到的相應電信號輸入微機處理，可得到所檢測的烴類物質(zhì)的組成譜圖及相關(guān)數(shù)據(jù)，據(jù)此可進行油氣水層評價[2]。

巖石熱解氣相色譜資料中的Pr(姥姣烷)、Ph(植烷)等生物標志化合物作為重要參數(shù)被廣泛使用。生物標志化合物是指原油和沉積有機質(zhì)中源于生物體，具有特征穩(wěn)定的碳骨架，在成巖和深成熱解作用過程中沒有或很少發(fā)生變化，而基本保持能被識別和追蹤其原始先質(zhì)的碳骨架的化合物[3]。其中以Pr和Ph為代表的類異戊二烯烷烴是光合生物中葉綠素的植醇側(cè)鏈的成巖產(chǎn)物[4]。植醇在還原條件下脫水成植烯，加氫還原形成植烷；在氧化環(huán)境下則先形成植烷酸，進而脫羧基形成姥姣烷。饒陽凹陷沙一段沉積早期的淺湖-較深湖水呈咸化-半咸化強還原環(huán)境，造成巖石熱解氣相色譜譜峰中Ph很高；而沙三段沉積期為正常淡水湖相沉積，屬于相對弱還原環(huán)境，巖石熱解氣相色譜譜峰中Ph較低[5]。由于姥姣烷和植烷的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較強，同時含量相對較高，成為最常用的標志化合物。在常規(guī)色譜條件下，nC17和nC18分別在姥姣烷和植烷之前毗鄰出峰，特征性極強[6]。

3.1 楊武寨地區(qū)原油類型劃分及識別

Pr、Ph與生油母質(zhì)關(guān)系密切，并且不易遭受水洗、生物降解等破壞，故常用于油源追蹤，Ph、nC18成對出現(xiàn)，也常將Ph/nC18作為油源判別參數(shù)。楊武寨地區(qū)原油類型較為復雜，中質(zhì)油、中質(zhì)偏重油和重質(zhì)油均普遍存在，它們與巖石熱解氣相色譜資料中的Ph/nC18、Pr/Ph參數(shù)有很好的對應關(guān)系。

為找出Pr、Ph與儲集層之間的對應關(guān)系，更好地識別不同類型油層，收集了楊武寨地區(qū)35口試油井錄井資料，將其巖石熱解氣相色譜資料與試油結(jié)果及原油密度進行比對，統(tǒng)計并歸類(表2)。

從表2中可以明確地看出，Pr/Ph、Ph/nC18與原油類型存在較強的相關(guān)性，其中Ph/nC18表現(xiàn)尤其突出。因此，以巖石熱解氣相色譜資料為依據(jù)，將楊武寨地區(qū)原油劃分為低植烷型、植烷優(yōu)勢型和高植烷型三種。當Ph/nC18小于1.00，Pr/Ph大于0.50時，劃分為低植烷型原油；當Ph/nC18在1.00～3.00之間，Pr/Ph在0.30～0.50之間時，劃分為植烷優(yōu)勢型原油；當Ph/nC18大于3.00，且Pr/Ph小于0.50時，劃分為高植烷型原油。具體劃分標準見表3。

依據(jù)敏感因子Ph/nC18、Pr/Ph構(gòu)建油層類型識別圖板(圖1)。Ph/nC18與Pr/Ph之間具有極強的負相關(guān)性，Pr/Ph隨著Ph/nC18的升高而降低。

3.2 楊武寨地區(qū)原油類型特征及分布

從巖石熱解氣相色譜譜圖中可以清晰看出，低植烷型、植烷優(yōu)勢型和高植烷型原油具有各自不同的譜圖形態(tài)特征(圖2)。Connan[6]指出，Pr/Ph隨成熟度的增加而增加，Ph/nC18則隨成熟度增加而降低。該地區(qū)Pr/Ph、Ph/nC18變化規(guī)律與此完全一致。

低植烷型原油譜圖中，其色譜烷烴峰型飽滿，烷烴峰齊全，基線平直，一般呈單峰型，碳數(shù)分布較寬，主峰碳較為模糊，在C21-C23之間，奇偶碳優(yōu)勢不明顯，表征該類原油母質(zhì)的藻類、浮游生物等水生生物輸入和較高的熱演化程度[7]，植烷優(yōu)勢不明顯。植烷優(yōu)勢型原油的譜圖較低植烷型譜圖欠飽滿，烷烴峰齊全，基線略有隆起，以單峰型為主，碳數(shù)分布較寬，主峰碳一般為C22，并往往伴隨著Ph對Pr的優(yōu)勢。高植烷型原油譜圖中Pr與Ph占主導地位，譜圖欠飽滿，烷烴峰齊全，基線尾部隆起明顯，碳數(shù)分布較寬，Ph峰異常突起，熱演化程度較低，成熟度亦相對較低。

從表2可以看出，低植烷型油層主要集中在Es3段，埋藏相對較深，成熟度較高，油質(zhì)較好，以Es3段暗色泥巖油源為主；高植烷型油層主要集中在Es1段，埋藏相對較淺，地溫梯度低，成熟度較低，油質(zhì)較差，以Es1下“特殊巖性”為油源。植烷優(yōu)勢型油層主要分布在Es2、Es1段，處于兩種油源運移的交界處，其成熟度與油質(zhì)均處于相對中等水平。

表2 楊武寨地區(qū)原油性質(zhì)統(tǒng)計

從各類油層的區(qū)域分布情況來看，低植烷型和植烷優(yōu)勢型油層多分布在楊武寨構(gòu)造西部，埋藏相對較深，成熟度較高，油質(zhì)較好，以中質(zhì)油、中質(zhì)偏重油為主；高植烷型油層多分布在楊武寨構(gòu)造的邊部，埋藏較淺，成熟度較低，油質(zhì)較差，幾乎均為重質(zhì)油。

表3 楊武寨地區(qū)原油類型劃分標準

圖1 油層類型識別圖板

圖2 楊武寨構(gòu)造帶三種類型原油巖石熱解氣相色譜譜圖

4 三種類型油水層評價標準建立

楊武寨構(gòu)造帶在勘探開發(fā)前期，錄井油氣層解釋人員由于沒有充分重視兩種不同油源儲集層在氣測參數(shù)、熱解色譜參數(shù)特征上的差異性，采用傳統(tǒng)的解釋評價方法和圖板進行解釋評價，在一定程度上影響了解釋符合率。在油層類型有效區(qū)分的情況下，根據(jù)試油結(jié)果總結(jié)了低植烷型、植烷優(yōu)勢型、高植烷型油層的氣測全烴、C1相對百分含量、C3/C2、巖石熱解地化TPI、氣相色譜圖譜形態(tài)等資料響應特征，分類整合，分別建立油氣水解釋標準和評價圖板。

4.1 低植烷型油水層評價標準建立

為使評價標準和解釋圖板更具客觀性、準確性，收集了15口井共計98層的低植烷型錄井資料，建立低植烷型油水層錄井評價標準(表4)。根據(jù)氣測全烴、C1相對百分含量構(gòu)建單對數(shù)坐標系統(tǒng)，橫坐標為全烴顯示值，縱坐標為C1相對百分含量，建立低植烷型油水層解釋圖板(圖3)。

表4 低植烷型油水層錄井評價標準

圖3 低植烷型油水層解釋圖板

低植烷型油水層油質(zhì)好，錄井油氣顯示活躍，從圖板和各項資料響應特征來看，規(guī)律性很強。

4.2 植烷優(yōu)勢型油水層評價標準建立

在研究區(qū)共收集了17口井共計73層的植烷優(yōu)勢型錄井資料，建立植烷優(yōu)勢型油水層錄井評價標準(表5)。

根據(jù)氣測全烴、C1相對百分含量構(gòu)建單對數(shù)坐標系統(tǒng)，橫坐標為全烴顯示值，縱坐標為C1相對百分含量，建立植烷優(yōu)勢型油水層解釋圖板(圖4)。

植烷優(yōu)勢型油水層油質(zhì)中質(zhì)、中質(zhì)偏重，錄井油氣顯示較活躍，規(guī)律性也較好。

表5 植烷優(yōu)勢型油水層錄井評價標準

圖4 植烷優(yōu)勢型油水層解釋圖板

4.3 高植烷型油水層評價標準建立

收集了10口井共計42層的高植烷型錄井資料，建立高植烷型油水層錄井評價標準(表6)。根據(jù)氣測全烴、C1相對百分含量構(gòu)建單對數(shù)坐標系統(tǒng)，橫坐標為全烴顯示值，縱坐標為C1相對百分含量，建立高植烷型油水層解釋圖板(圖5)。

高植烷型油水層油質(zhì)偏重，多為重質(zhì)油，從圖板和各項資料響應特征來看，沒有低植烷型和植烷優(yōu)勢型規(guī)律性好。針對高植烷型油層二維平面圖板識別效果略差問題，筆者開發(fā)出含油指數(shù)、物性指數(shù)和原油品質(zhì)指數(shù)模型構(gòu)建三維立體圖板，圖板顯示油水在空間上具有很好的分異性。

表6 高植烷型油水層錄井評價標準

圖5 高植烷型油水層解釋圖板

5 應用效果

本文成果自2018年開始已在15口探井、開發(fā)井中實際應用，通過對12口井32個試油層進行統(tǒng)計，錄井解釋符合率達到81.25%，取得了顯著效果。

5.1 Q 19-42X井

Q 19-42X井是部署在冀中坳陷饒陽凹陷楊武寨構(gòu)造帶Q 19斷塊上的一口開發(fā)井，錄井在Es3見到較好油氣顯示(圖6)。錄井解釋33-35號層表現(xiàn)突出，巖性為淺灰色油跡、油斑細砂巖，井壁取心6顆均為油浸顯示，全烴曲線峰型較為飽滿，全烴顯示值最高為7.8%，烴組分齊全，C1為71%～75%。

圖6 Q 19-42X井綜合錄井圖

從熱解色譜資料來看，錄井解釋33-35號層，井壁取心巖石熱解氣相色譜譜圖峰型均飽滿且烷烴峰齊全(圖2a為Q 19-42X井3 682.0 m井壁取心氣相色譜譜圖)，Ph/nC18為0.165～0.182、Pr/Ph為1.219～1.805，為典型低植烷型特征。其中錄井解釋34號層在低植烷型解釋圖板中投點落于油層區(qū)域(圖3)。綜合評價34號層為油層。經(jīng)對井段3 680～3 683.8 m進行試油(錄井34號層)，采用抽汲工藝，產(chǎn)油12.1 t/d，原油密度0.858 7 g/cm3，粘度12 mPa·s。錄井解釋與試油結(jié)果吻合。

5.2 Q 164X井

Q 164X井是部署在冀中坳陷饒陽凹陷楊武寨構(gòu)造帶Q 163X井北斷塊上的一口預探井，主要鉆探目的是預探Q 163X井斷塊圈閉Es1含油氣情況,兼探Ed含油氣情況。錄井在Es1上見到較好油氣顯示(圖7)。錄井解釋2號層顯示較好，巖性為淺灰色熒光細砂巖，井壁取心2顆均為油斑顯示，全烴曲線峰型較為飽滿，全烴顯示值為3.2%，烴組分齊全，其中C1為88.62%。

井壁取心巖石熱解氣相色譜譜圖峰型較為飽滿且烷烴峰齊全(圖2b為Q 164X井2 490.0 m井壁取心氣相色譜譜圖)，Ph/nC18為1.12，Pr/Ph為0.53，呈植烷優(yōu)勢型特征。在植烷優(yōu)勢型解釋圖板中投點落于油層區(qū)域(圖4)。綜合評價2號層為油層。經(jīng)對井段2 468.2～2 490.4 m進行試油(錄井1號、2號層)，采用射流泵排液工藝，產(chǎn)油45.74 t/d，原油密度0.868 9 g/cm3，粘度14.03 mPa·s。錄井解釋與試油結(jié)果相符。

圖7 Q 164X井綜合錄井圖

5.3 Q 166X井

Q 166X井是部署在冀中坳陷饒陽凹陷楊武寨構(gòu)造帶西斷階Q 161X東構(gòu)造巖性圈閉上的一口預探井，主要鉆探目的是預探Q 161X東圈閉Es1、Es2含油氣情況。錄井在Es2下見到較好油氣顯示(圖8)。錄井解釋23號層顯示較好，巖性為淺灰色油跡細砂巖，井壁取心2顆均為油浸顯示，全烴曲線峰型較為飽滿，全烴顯示值為3.3%，烴組分較為齊全，C1為95.75%。

井壁取心巖石熱解氣相色譜烷烴峰齊全，譜圖峰型不飽滿且基線尾部隆起(圖2c為Q 166X井3 516.0 m井壁取心氣相色譜譜圖)，Ph/nC18為6.56，Pr/Ph為0.29，為典型高植烷型特征。在高植烷型解釋圖板中投點落于油層區(qū)域(圖5)，錄井綜合評價23號層為油層。對井段3 514.8～3 521.6 m進行試油(23號層)，采用射流泵排液工藝，產(chǎn)油13.56 t/d，原油密度0.916 7 g/cm3，粘度170.2 mPa·s。錄井解釋與試油結(jié)果相吻合。

圖8 Q 166X井綜合錄井圖

6 結(jié) 論

(1)在單一油源地區(qū)采用傳統(tǒng)解釋評價方法具有理想的效果，但在多油源地區(qū)則效果較差，故在多油源地區(qū)淡化地層，從油源角度入手的評價模式是一種新的嘗試。這種嘗試在冀中坳陷饒陽凹陷楊武寨構(gòu)造帶應用取得理想效果，解釋評價符合率達到了81.25%。具有類似情況的探區(qū)可借鑒此解釋方法。

(2)依靠巖石熱解氣相色譜技術(shù)，將楊武寨構(gòu)造帶原油劃分為低植烷型、植烷優(yōu)勢型和高植烷型三種類型。低植烷型油源來自Es3暗色泥巖，高植烷型油源來自Es1下“特殊巖性”，這已是共識；對植烷優(yōu)勢型油源尚存爭議，有人認為是混源型，即Es1下、Es3烴源巖生成的原油在運移過程中相遇而成，但這種概率不會太高，而通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計得知，植烷優(yōu)勢型約占30%，故混源之說似乎欠妥。筆者更傾向于來自深層Es1下“特殊巖性”，如虎北洼槽埋藏深，Es1下“特殊巖性”成熟度較高，油質(zhì)好，不同于邊部淺層同層位生成的油。同屬饒陽凹陷二級構(gòu)造單元的肅寧、大王莊地區(qū)因靠近凹陷主體，Es1下埋藏深，其原油譜圖特征及錄井響應特征與植烷優(yōu)勢型非常相似，由此可以佐證植烷優(yōu)勢型原油來自深層Es1下“特殊巖性”的可能性較大。

(3)分油源對油氣層進行評價不僅可以有效提高解釋符合率，還對勘探開發(fā)具有一定的指導意義。通過原油類型信息，可追蹤油源、油氣運移方向，提高勘探成功率和開發(fā)效益。