应用石油包裹体和油质沥青对古今油层进行二维判识的方法

摘要

本发明公开了一种应用石油包裹体和油质沥青对古今油层进行二维判识的方法，包括将已知油层和已知水层岩心，或岩屑样品的GOI

说明书

技术领域

本发明属于油气勘探开发中的一项新技术，尤其是石油包裹体和油质沥青含量的统计、处理和解释方法。

技术背景

石油的勘探与开发均需要钻井，其费用十分昂贵。在钻井过程中，油层的识别是十分重要的环节。目前采用的方法有岩屑分析(例如罐顶气)、泥浆中的烃类或泥浆荧光测试和油污、气味和油侵(加溶剂)等测试。这些技术大多是定性的，有时因为不能区分污染，而得出错误的结论。此外，比重较大的泥浆也含有烃类物质，这些物质可以循环到地面，给解释工作造成较大的困难。

上个世纪九十年代以来，澳大利亚联邦科学和工业研究机构(Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation)的Eadington等研究人员在这一领域进行了探索，并在美国申请了两项专利技术。第一项专利称为油井位置的判识(Identifying oil well sites)，美国专利号为5,543,616，这里称为GOI技术。该技术通过碎屑岩颗粒中的石油包裹体来确定井中最大含油饱和带和可能的油层。首先，统计碎屑岩薄片样品中的颗粒总数和含有石油包裹体的颗粒的数目，通过下式计算出GOI值(Grains containing Oil Inclusions)：

$\mathrm{GOI}(\%)=\frac{\mathrm{NGO}}{\mathrm{TGN}}\times 100\%---\left(1\right)$

GOI是样品中含有石油包裹体的颗粒的百分数；NGO等于含有石油的颗粒数目，TGN为统计的总颗粒数目。

然后，将未知样品的GOI值与标准岩石样品进行对比，确定其最大含油饱和度。具体的做法是：(a)在能够形成石油包裹体的地质位置上采集样品，并测试其GOI值；(b)在距离第一次采样的地质位置较远的，可形成石油包裹体的地质位置上采集多个样品，测试GOI值；(c)通过GOI值的对比分析，来确定第二次采集样品的位置是否与第一次采样的位置具有相同的属性，如含油层或无油层。

Eadington等研究人员的第二项发明的名称是油层判识(Identifying oil columns)，美国专利号为6,097,027，这里称为FOI技术。这项专利在GOI技术的基础上，又提出了新的石油包裹体定量估计的方法。它不仅可应用于碎屑岩，更重要的是可对非碎屑岩(如碳酸盐岩)中的石油包裹体进行定量估计。其测试结果的解释方法与第一项基本专利相同。该技术定量估计样品中石油包裹体出现的频率，称作“FOI”(Frequency of Oil Inclusions)。首先把岩石薄片放在荧光显微镜下，该显微镜目镜中的网格可以把样品分成已知数目的小区域(其大小为0.0625mm×0.0625mm)，移动样品，在已知小区域数目的或给定小区域数目的区域内统计含有石油包裹体的小区域数目。然后，计算含有石油包裹体的小区域数与给定小区域数目的比值，用百分数表示，这就是FOI值。为方便计算，给定小区域的数目一般设为100。

第一项专利将GOI值5％作为油层和残余油层(以前是油层，后来油气又运移到其它的地方)的判识下限值。该专利发明人认为，不含石油或没有石油聚集的地带的GOI值小于1％。但是我们发现在GOI值小于5％的地带竟然还存在大量的工业油气藏！进一步研究发现，这里存在两个方面的原因：第一，由于开发技术的进步，过去认为没有工业价值的油层，现在可能具有了工业价值；第二，原油价格也以类似的方式影响工业油层的界定。因此，以5％作为阀值会漏掉相当的油层或油藏。同样地，第二项专利将10％的FOI值作为油层和残余油层(以前含油)的下限，也是有问题的。值得注意的是，GOI和FOI值只能指示原油是否运移到某目的层，不能说明原油在目的层是否聚集成藏或成藏后是否散失。

针对上述问题，我们曾经申请一项专利技术(专利号：ZL200610057514.6)，增加了能够指示某目的层段现今是否含油的指标，综合应用石油包裹体和油质沥青判识古、今油层。但是，其技术方案的可操作性较差。为快速、准确判识古、今油层，这里提出应用GOI/FOI与油质沥青含量进行古、今油层二维判识的方法。

发明内容

本发明的目的是，通过GOI_t或FOI_t值与油质沥青含量，在二维空间中直接判识油层和石油运移通道(或古油层)，从而提高油气勘探的预测成功率。

一种应用石油包裹体和油质沥青对古今油层进行二维判识的方法，将已知油层和已知水层岩心或岩屑样品的FOI_t或GOI_t值与有效油质沥青含量值投在双对数坐标图，或算术坐标图中，将待判层段样品的FOI_t或GOI_t值与有效油质沥青含量值数据也投在相同的双对数坐标图，或算术坐标图中，根据已知油层和水层样品的分布情况，将二维指标空间划分为油层+主要运移通道(今油层)、油层+非主要运移通道(今油层)、水层+主要运移通道(即古油层)、水层+非主要运移通道四个区域，以此直接判识单井井段是否为今油层、古油层、水层和非通道及其组合特征；

有效油质沥青含量的测试：采集已知油层和已知水层的岩心或岩屑样品(已知油层和已知水层分别指测井、其它录井、试油和开发资料均证明为油层和水层的井段)，以及需要判识井段的样品，样品密度控制在每层3-20个；然后制作铸体薄片、荧光薄片和包裹体薄片；对铸体薄片进行偏光显微镜观察，统计面孔率，点数在100点-1000点；对荧光薄片进行荧光显微镜(配备显微图象分析仪)观察，通过沥青的结构、荧光颜色和荧光光谱初步区分岩石中储存的油质沥青与钻井污染；再将荧光铸体薄片孔隙中的荧光物质与石油包裹体的荧光颜色及邻区采出的原油的荧光颜色进行对比，进一步确认是否为油质沥青的显示，从而确认某种荧光是否反映油质沥青；

对油质沥青的显示强度进行微束荧光测试；将已知油层和已知水层的有效油质沥青含量和荧光显示强度进行对比分析，确定有效的荧光显示强度，统计荧光薄片中的油质沥青的含量和含油率(油质沥青在孔隙中的百分比)；计算出铸体薄片中有效油质沥青的含量(有效油质沥青含量＝铸体薄片面孔率×荧光薄片中的含油率)；

将已知油层、已知水层的岩心(或岩屑)样品的有效油质沥青含量与荧光强度投在双对数坐标图，或算术坐标图中，根据这些已知样品的分布情况确定有效油质沥青的荧光强度阀值并重新核定其含量；

对碎屑岩样品测试GOI_t值；对碳酸盐岩、火成岩和变质岩等非碎屑岩样品测试FOI_t值；

将上述四个区域的划分值，在地理空间中做有效油质沥青含量和GOI_t(或FOI_t)的等值图或其它形势的分布图，油层+主要运移通道的分布区为最有利的勘探目标区；油层+非主要运移通道的分布区也是有利勘探目标区；至于水层+主要运移通道的分布区，结合其它地质资料，应用已有专利技术(专利号：ZL 200610057514.6)推测油气运移方向，进一步搜索有利勘探区；水层+非主要运移通道的分布区没有勘探潜力。

本发明的优点是，综合应用GOI_t(或FOI_t)与有效油质沥青含量数据，提高了油层判识的准确性，并进一步将今油层分为主要运移通道的油层和非主要运移通道上的油层两种情况，更能有效的把握石油的分布规律，从而提高勘探效率和成功率，取得了较好的效果。

具体实施方式

一种应用石油包裹体和油质沥青对古今油层进行二维判识的方法，将已知油层和已知水层岩心或岩屑样品的GOI_t或FOI_t值与有效油质沥青含量值投在双对数坐标图，或算术坐标图中，将待判层段样品的FOI_t或GOI_t值与有效油质沥青含量值数据也投在相同双对数坐标图，或算术坐标图中，根据已知油层和水层样品的分布情况，将二维指标空间划分为油层+主要运移通道(今油层)、油层+非主要运移通道(今油层)、水层+主要运移通道(即古油层)、水层+非主要运移通道四个区域，以此直接判识单井井段是否为今油层、古油层、水层和非通道及其组合特征。

先对有效油质沥青测试，将采集已知油层和已知水层的岩心或岩屑样品，以及需判识井段的样品，样品密度控制在每层3-20个；然后制作铸体薄片、荧光薄片和包裹体薄片；对铸体薄片进行偏光显微镜观察，统计面孔率，点数在100点-1000点；对荧光薄片进行荧光显微镜观察，通过沥青的结构、荧光颜色和荧光光谱初步区分岩石中储存的油质沥青与钻井污染；再将荧光薄片孔隙中的荧光物质与石油包裹体的荧光颜色及邻区采出的原油的荧光颜色进行对比，进一步确认是否为油质沥青的显示。

对油质沥青的显示强度进行测试；将已知油层和已知水层的有效油质沥青含量和荧光显示强度进行对比分析，确定有效的荧光显示强度，以此统计荧光薄片中的油质沥青的含量和含油率(油质沥青在孔隙中的百分比)；计算出铸体薄片中有效油质沥青的含量，有效油质沥青含量＝铸体薄片面孔率×荧光薄片中的含油率；将已知油层、已知水层的岩心或岩屑样品的有效油质沥青含量与荧光强度投在双对数坐标图，或算术坐标图中，根据这些已知样品的分布情况确定有效油质沥青的荧光强度阀值并重新核定其含量。

葡萄花油层组是大庆油田的重要产油层段，但是在古龙地区为低孔低渗储层，常规测井和录井解释的难度较大。为此，应用本技术进行了重新解释。选择已知油层、水层及一些油水同层样品，开展了微束荧光、油质沥青含量和GOI_t测试，结果列于表1。黄白色荧光强度差别较大，T30井已知油层中油质沥青的荧光强度为1.14；Y83井已知水层的荧光显示强度仅0.073。水层中的孔隙往往充填大量的水。具有荧光显示的物质是很薄的油质沥青膜。因此，即使有些已知水层的样品具有荧光显示，但其强度很弱。油、水层在判识指标空间中的分布特征绘于微束荧光强度与油质沥青含量的关系图。采用双对数坐标或算术坐标。将表1中单种沥青含量小于0.1％的，赋予0.01％。在古龙地区葡萄花油层组，已知油层中油质沥青的荧光强度均大于0.2。将强度大于0.2的具有黄色、黄绿色、篮绿色、篮白色、蓝色荧光的沥青物质确定为油质沥青，其含量为有效油质沥青含量。油质沥青的含量能够较好地区分油层和水层，油层的油质沥青含量均大于0.2％。尽管水层中偶尔发现一些荧光强度较大的油质沥青，但其含量低于0.2％。因此，可将油质沥青含量0.2％作为油层判识的下限。在油水层内部，有些样品含油，另一些样品含水。因此，油水层样品可分布在已知油层和/或已知水层样品分布的区域内。

表1 古龙地区葡萄花油层组已知油层、水层和油水层样品的微束荧光、油质沥青和GOIt的测试数据表

  L38  1761.57  油层  505  0.982  黄色  2.6  1.5  4.1  ＜0.2  油层  505  1.043  黄色  2.6  1.5  4.1  ＜0.2  G12  1913.4  油层  505  0.656  黄色  0.8  1.0  1.8  ＜0.2  G57  1909.92  油层  506  0.96  黄色  7.1  1.4  8.5  ＜0.2  Y93  1951  油层  442  0.266  蓝绿  1.5  9.0  10.5  ＜0.2  Y64  1587.05  油层  505  1.113  黄色  15.3  2.4  2.4  20.1  6.54  油层  505  0.483  黄色  15.3  2.4  2.4  20.1  6.54

  L38  1761.57  油层  505  0.982  黄色  2.6  1.5  4.1  ＜0.2  G83  2080.56  油层  470  0.229  蓝绿  5.9  2.0  7.9  ＜0.2  Y34  1881.05  油层  505  0.776  黄色  11.3  1.7  13  ＜0.2  Y34  1873.85  油层  505  0.555  黄色  3.6  4.4  8  3.23  Y34  1870  油层  505  0.832  黄色  0.3  1  1.3  4.95  G471  1869.64  油层  505  1.816  黄色  15.1  0.8  15.9  1.36  G471  1869.64  油层  442  0.334  蓝白  15.1  0.8  15.9  1.36  T36  1814.17  油层  505  0.882  黄色  2.2  8.7  10.9  ＜0.2  G147  1977.01  油层  505  1.29  蓝绿  6.0  2.0  8  0.61  Y80  1852.81  油层  470  0.953  黄色  1  1  1.24  G36  1839.69  油层  505  0.81  黄色  7.0  7  ＜0.2  G641  1896.11  油层  505  0.432  黄色  0.1  0.1  0.2  0.85  油层  470  0.25  蓝绿  0.1  0.1  0.2  0.85  G533  1865.22  油层  505  0.746  黄色  12.4  4.1  16.5  0.41  T30  1643.77  油层  506  1.14  黄色  19.8  6.0  25.8  21.00  油层  442  0.556  蓝色  19.8  6.0  25.8  21.00  G88  1988.9  水层  442  0.338  蓝绿  ＜0.1  ＜0.1  ＜0.1  ＜0.2  G844  2046.66  水层  471  0.378  蓝绿  ＜0.1  ＜0.1  ＜0.2  L38  1781.59  水层  470  0.118  蓝绿  ＜0.1  ＜0.1  ＜0.2

在进行这个实例的GOI统计测试时，统计了500个颗粒。GOI_t大于0.2％，说明已发现含油包裹体；小于0.2％，则未发现含油包裹体。油层中仍然有相当的样品没有发现含油包裹体，即GOI_t＜0.2％(表1)。此外，绝大多数已知油层的GOI_t均小于5％。因此，古龙地区的测试数据再次表明，Eadington等人(1996)的观点不符合客观实际。为绘制油层与主要运移通道的关系图，将GOI_t小于0.2％的，赋予0.02％。采用双对数坐标或算术坐标。用有效油质沥青含量和GOI_t均等于0.2％的直线，可将指标空间分为四个区域。在第一个区域，油质沥青的含量大于0.2％，但GOI_t值小于0.2％。落入该区域的储层，没有经历频繁的油气交替过程，因而未形成可观测的含油包裹体。该区域内的储层不位于油气运移的主要通道，很可能位于通道的末端或分支通道。在第二个区域内，有效油质沥青含量和GOI_t值均大于0.2％。此区域内的储层是油气运移的主要通道上的油层。在这个区域内的储层可形成规模较大的油藏。因此，有效油质沥青含量和GOI_t值均大于0.2％的样品在地理空间中的分布区是有利的勘探目标区。第三个区域，油质沥青含量小于0.2％，但GOI_t大于0.2％。这个区域的储层曾经发生过油气运移，但是没有形成油层。即便曾经有过油气聚集，也已散失，即古油层。第四个区域，油质沥青含量和GOI_t值均小于0.2％，不是油气运移的主要通道，也没有形成油层，是没有勘探前景的区域。

对古龙地区17口探井的含油性进行了评价。共计评价了25个井段，其结果列于表2。表中被解释为油层的有效油质沥青含量，均大于0.2％；油水层在＜0.2％～百分之几或十几(即有含油的，也有含水的)之间；水层均＜0.2％。关于油气运移通道的判识，GOI_t取值也与此相同。通过重新判识，发现有6口探井中的油水层应当是油层。根据样品的有效油质沥青含量和GOI_t的纵向分布情况，估算了古、今油柱高度。

G147井1972.6～1977.2m井段，以往解释为油层。尽管该井段顶部有一样品的油质沥青含量＜0.2％，但其它样品的油质沥青含量均大于0.2％。因此，有效油质沥青含量均大于0.2％的井段，我们也解释为油层。该井段绝对大多数样品的GOI_t＞0.2％，说明其位于油气运移的主要通道，油源条件好。

Y83井1838.8～1842.2m井段，只有底部一个样品的有效油质沥青含量＞0.2％，其它样品均小于0.2％，故为水层，与以往的解释结果相吻合。该井段多数GOI_t值大于0.2％，油源条件非常好，位于油气运移的主要通道，储层物性较好，但保存条件差，油气已向高部位运移。1830.6～1834.2m井段，储层物性更好，GOI_t也有高值出现，但有效油质沥青含量均小于0.2％，因此也为水层。保存条件差，是这两个井段均为水层的主要原因。向上倾方向搜索，可能会发现油层。

以上实例均表明，仅仅应用GOI/FOI技术很难判断油层，只有同时应用有效油质沥青含量和GOIt进行评价，才能获得可靠的解释结果，并且可进一步解释形成油层或水层的原因。这些是以往的技术所不能做到的。

在单井评价过程中，还发现了新的油层。例如，T36井1811.01～1815.84m井段，以往解释为油水层。但有效油质沥青的含量不仅大于0.2％，甚至均大于10％，最高值达15.2％。该井段多数样品的GOIt值也大于0.2％，油源条件好。因此，该井段为油层，油柱高度至少为3.5m。其储层物性较好，可获得较高的原油产量。以往1819.0～1825.2m井段解释为水层。根据有效油质沥青的含量，应当为油水层。

表2古龙地区葡萄花油层组单井含油性评价表

  井号  顶深(m)  底深(m)  砂层厚  度(m)  已有解  释  油质沥青  (％)  沥青含  量均值  (％)  GOIt(％)  古油  柱高  度(m)  今油  柱高  度(m)  现解释  G88  1987.4  1991.4  4  油水层  ＜0.2～3.5  1.22  ＜0.2～0.3  -  -  油水层、通  道  G88  2005.8  2011.4  5.6  油水层  ＜0.2～8.4  3.35  ＜0.2～0.38  -  -  油水层、通  道  Y86  1956.4  1957.99  1.59  油层  6.1～14.4  10.25  2.28～3.93  2  2  油层、通道  Y86  1965  1968  3  ＜0.2  ＜0.2～2.5  0.99  ＜0.2～4.82  1.6  3  油层、通道  Y83  1830.6  1834.2  3.6  水层  ＜0.2  ＜0.2  ＜0.2～0.20  -  -  水层、非通  道  Y83  1838.8  1842.2  3.4  水层  ＜0.2  ＜0.2  6.84～7.55  -  -  水层、通道  Y80  1851.98  1855  3.02  差油层  ＜0.2～10  2.83  0.89～1.24  -  -  差油层、通  道  Y64  1601  1619.4  18.4  水层  ＜0.2  ＜0.2  ＜0.2  -  -  水层、非通  道  Y64  1620.2  1626.6  6.4  水层  ＜0.2  ＜0.2  ＜0.2～0.41  -  -  水层、通道  T36  1811.01  1815.84  4.83  油水层  8.4～14.2  11.59  0～2.39  3.1  3.5  油层、通道  T36  1819  1825.2  6.2  水层  ＜0.2～19.8  4.83  ＜0.2  -  油水层、非  通道  T30  1640.4  1644.8  4.4  含油水  层  12.1～25.8  18.86  0.42～  21.00  4  4  油层、通道  L38  1761.31  1764.56  3.25  油水层  4.1～8.9  6.5  ＜0.2  -  -  油层、非通  道  L38  1787  1789.2  2.2  水层  ＜0.2  ＜0.2  ＜0.2  -  -  水层、非通  道  G844  2037.8  2042.6  4.8  油水层  6.4～9.6  7.84  ＜0.2～0.86  4.1  4.1  油层、通道  G844  2064  2068.8  4.8  油水层  2.3～14.4  8.45  ＜0.2～0.86  ＞2  ＞2  油层、通道

  井号  顶深(m)  底深(m)  砂层厚  度(m)  已有解  释  油质沥青  (％)  沥青含  量均值  (％)  GOIt(％)  古油  柱高  度(m)  今油  柱高  度(m)  现解释  G822  2040.67  2044.48  3.81  油水层  ＜0.2～11.2  3.74  ＜0.2  -  -  油水层、非  通道  G471  1865.2  1871  5.8  油水层  3.1～15.9  10.25  0.37～4.35  5.8  5.8  油层、通道  G147  1972.6  1977.2  4.6  油层  ＜0.2～11  5.70  ＜0.2～0.61  2.8  4.8  油层、通道  G87  1931.6  1936.4  4.8  含油水  层  3～15  8.67  ＜0.2  0  3.6  油层、非通  道  G83  2080.4  2084.8  4.4  油水层  ＜0.2～1.7  0.58  ＜0.2～1.01  -  -  油水层、通  道  G80  2022.4  2032.4  10  水层  ＜0.2～1.3  0.29  ＜0.2  -  -  水层、非通  道  G80  2052.7  2059  6.3  水层  ＜0.2  ＜0.2  ＜0.2  -  -  水层、非通  道  G51  1940.4  1942.8  2.4  油水层  ＜0.2～8  4.00  ＜0.2  -  -  油水层、非  通道  G12  1894.03  1898.9  4.87  差油层  9～13.7  11.35  ＜0.2  0  ＞3.2  油层、非通  道