储油岩热解参数预测油层产能方法探讨摘要：假设油层流体的渗流符合达西定律，通过引入综合产能指数 R，推导出由油层热解参数预测油层产能 Q 的计算公式。计算统计了一百多个已知试油产能的油层的综合产能指数 R，发现可以用地质条件最接近的已知层 R 值或地区 R 平均值进行油层产能预测计算。胜利油区的应用实践证明，预测产能与实际试油结果符合程度较高。关键词：储油岩；热解参数；油层产能；近似公式；综合产能指数引言储油岩热解是模拟石油蒸馏原理，在热解装置中把储油岩中的原油按不同的温度范围蒸发或热裂解为天然气馏分（温度90） 、汽油馏分（温度 90200） 、煤油和柴油馏分（温度 200350） 、蜡和重油馏分（温度 350450） 、胶质和沥青质热解烃组分（温度450600） ，分别测定各部分的含量，并将残余碳氧化处理（温度 600） ，相应可得到含气量 S0 (mg/g 岩石)、含汽油量 S11（mg/g 岩石） 、含煤油和柴油量 S21（mg/g 岩石） 、含蜡和重油量 S22（mg/g 岩石） 、胶质和沥青质热解烃量 S23（mg/g 岩石） 、残余有机碳量RC（% ）六个分析参数。以这六个基本分析参数为基础，还可得出其他十几个计算参数。应用这些参数，不仅可以有效地确定含油级别，计算含油饱和度，测定储集层孔隙度，判断原油性质等，而且在预测油层单井产能方面也展现出较好的应用前景 1。本文在前人研究的基础上，从讨论影响油层产能的机理和储油岩热解参数与油层产能的内在关系出发，通过对胜利油区不同地区探井储油岩热解和试油资料的统计分析，对应用储油岩热解资料估算油层产能的方法进行探讨。1 公式推导要实现利用储油岩热解资料预测油层产能的目的，必须查清油层产能与储油岩热解参数的内在关系。根据渗流力学理论，在利用储油岩热解分析参数计算油层产能时，不妨首先假设油层流体为单向渗流，其渗流规律符合达西定律 ，公式为(1)LPAKQ式中 Q油层产能，t/d；K渗透率，m；A油层截面积，m； P地层与井底压差，Pa； 原油粘度，mPa.s； L油层供给半径，m;油层截面积 ，则有DHA (2)LPDQHK一般情形下，井眼大小统一， 可近似地看作常数，油层渗透率 K 随含油饱和度So的增加而增加，且由油层单位长度的压降 代替 ，则近似有pL(3)HSQo式中 Q油层产能，t/d；So含油饱和度，%；H油层有效厚度，m； p油层单位长度的压降，Pa； 原油粘度，mPa.s。根据储油岩热解参数计算含油饱和度和判断原油性质的原理，含油饱和度与储油岩含油气量 St成正比，其中 St为储油岩热解基本分析参数 S0、S 11、S 21、S 22、S 23与 11.11RC 之和；原油粘度与原油性质系数 Ps成反比，其中 Ps为 S11、S 21之和与 S22、S 23之和的比值 1。那么（3）式可写为(4)StpHQ地层单位长度的压降 p 的影响因素很多，理论上，最主要的影响因素应该是地层压力、井眼液柱压力及地层渗透率等，很难求得这一参数。但是，在地下地质特征相似的同一地区， p 对产能 Q 的影响应该是一致的。中原油区大量的实测资料统计表明 1，压力系数小于 1, p 为 1；压力系数为 11.5, p 为 1.2；压力系数大于 1.5, p 为 1.5。因此，在相同的压力系数区间内， p 的影响就可以不考虑，式（4）则可以进一步近似为（5） StPHR式（5）中的系数 R 定义为综合产能指数。这样便从理论上建立了由储油岩热解参数计算油层产能的近似公式。2 产能预测如果要计算油层产能 Q，储油岩含油气量 St与原油性质系数 Ps能够通过储油岩热解基本分析参数求得，关键是如何确定综合产能指数 R。为了能够找出综合产能指数的变化规律，我们首先对既有试油产能数据又有储油岩热解分析参数的探井，用已知试油产能的油层的有效厚度、产能数据、储油岩含油气量、原油性质系数，代入产能近似公式（5） ，计算出综合产能指数。例如，假设 M 地区 W 构造ZH97 井沙三段中部第砂层组 1 油层，井段 2361.542372.00m，电测油层有效厚度为8.5m，由储集层热解分析参数计算储油岩含油气量为 12.5mg/g、原油性质系数为 1.38，试油产能为 20.3t/d，由（5）式可得综合产能指数为 0.138。然后，以地区、构造、井号、层位、砂层组（油层组） 、井段、有效厚度、储油岩含油气量、原油性质系数、试油产能等作为基本参数，建立各井已知试油产能的油层参数数据库，统计分析综合产能指数的变化规律，选择用于产能预测的最优综合产能指数。通过对胜利油区一百多层已知试油产能的油层的计算、统计分析，发现综合产能指数的变化存在如下规律：同一构造相同层位或砂层组（油层组）的油层，R 值最为接近；同一构造不同层位的油层，R 值也比较接近；同一地区不同构造的油层，R 值只是在一个较小范围内波动，相差不大；不同地区探井的油气层，R 值相差则较大。因此，在预测探井的油层产能时，综合产能指数的确定应遵循以下原则：首选与预测井油层处于同一构造相同层位或砂层组（油层组）的油层计算 R 值作为预测井的替代值；如层位或砂层组（油层组）不同，也应尽量选择同一构造上的油层计算 R 值作为预测井的替代值；如前两个条件都不满足，应以预测井所在地区的综合产能指数平均值（见表 1）作替代值。表 1 胜利油区部分地区综合产能指数平均值表地 区 利津 胜坨 现河庄 大王庄 垦利 车镇 桩西统计层数 9 23 18 11 14 6 20综合产能指数平均值 0.086 0.049 0.048 0.033 0.061 0.028 0.232按上述原则求出预测油层的综合产能指数后，由热解分析参数计算出储油岩含油气量和原油性质系数，由电测或录井资料查出油层有效厚度，代入产能预测公式（5） ，即可计算出油层的产能。3 效果分析如果应用已知层 R 值计算预测层产能，预测层的地质条件必须与已知层相近。因此，在油层产能预测时，首先分析预测油层的各种地质条件，在已知层的数据库中找出与预测层条件最为接近的油层，然后用该已知层的综合产能指数来计算预测层的产能。从胜利油区内的几个应用实例（见表 2）来看，产能预测效果还是比较好的。表 2 用已知层综合产能指数预测产能与试油结果对比表类别 井号层位井 段/m储油岩含油气量/mg/g有效厚 度/m原油性质系数综合产能指数预测产能/ t/d试油产 能/t/d已知 坨 73 Es4 3371.03398.3 30.3 8.5 1.72 0.042 18.60预测 坨 76 Es4 3341.33461.0 8.82 20.7 2.90 22.23 25.70已知 义 139 Es4 2047.82061.0 35.3 13.2 0.55 0.027 6.96预测 义 17 Es4 3661.03664.6 24.5 3.6 2.04 4.86 5.55已知 车 251 Es3 3447.03472.1 17.3 21.5 2.44 0.018 16.40预测 车 252 Es2 2628.02632.4 21.6 4.4 4.54 7.76 7.84如果预测井周围没有地质条件相似的邻井，已知层数据库中也找不到与预测层地质条件相近的井，可采用表 1 中的地区综合产能指数平均值来计算预测层的产能 (表 3)。实践证明，产能预测结果与试油产能的符合程度也比较高。表 3 用地区综合产能指数平均值预测产能与试油结果对比表井 号 井 段/m 储油岩含油气量/ mg/g 有效厚度/ m 原油性质系数 地区 R平均值 预测产能/ t/d 试油产能/ t/d桩 395 3278.83283.8 7.57 5.0 1.00 0.232 8.78 9.40桩 423 3193.03196.0 2.65 3.0 2.17 0.232 4.00 2.71桩 893 3190.33195.6 15.60 5.3 1.43 0.232 27.43 27.50车 274 2591.02597.5 18.50 6.5 2.78 0.028 9.36 9.80垦东 18 1085.71091.8 74.50 6.1 0.60 0.061 16.63 20.00坨 140 3414.73426.1 8.85 11.4 0.78 0.049 3.86 4.00坨 135 2263.02270.4 17.40 7.4 0.86 0.049 5.43 7.00利 98 2302.92311.4 10.80 8.5 2.75 0.086 21.71 15.90河 130 2777.02782.9 45.10 5.9 1.06 0.048 13.54 10.10河 130 2875.22877.6 63.00 2.4 0.75 0.048 5.44 2.30河 157 2860.22862.1 49.15 1.9 1.79 0.048 8.02 6.80王斜 99 2385.02392.0 18.50 7.0 1.27 0.033 5.43 4.20车 271 2698.62703.0 21.30 4.4 2.57 0.028 6.74 5.80车 271 2732.42747.4 10.60 15.0 1.96 0.028 8.73 11.70如果对表 2 中的坨 76 井和车 252 井（由于义和庄地区无 R 平均值，义 17 井不参与比较）的油层再分别采用地区 R 平均值计算产能（表 4） ，比较采用两种不同 R 值的预测产能与实际试油产能的符合程度，不难看出，由于胜坨地区的 R 平均值是 23 个已知层的平均值，统计层数量较多，因而坨 76 井采用两种 R 值计算的产能与试油结论都比较接近；车镇地区的 R 平均值的计算只有 6 个已知层，统计层数量较少，因而车 252 井采用已知层 R值预测的产能与试油结论十分接近，而采用 R 平均值预测的产能与试油结论相差则比较大。因此，当一个地区参与计算 R 平均值的已知层较少时，采用已知层 R 值计算的产能应该比采用地区 R 平均值计算的产能更接近实际，并且已知层和预测层的地质条件越接近，预测产能越接近实际；而当一个地区参与计算 R 平均值的已知层越来越多时，采用地区 R 平均值计算的产能也会越来越接近实际。表 4 用已知层综合产能指数和地区综合产能指数平均值预测产能效果对比表综合产能指数 预测产能/ t/d井号储油岩含油气量/mg/g有效厚度/m原油性质系数 已知层地区平均值采用已知层 R 值采用地区 R 平均值试油产能/t/d坨 76 8.82 20.7 2.90 0.042 0.049 22.23 25.94 25.7车252 21.6 4.4 4.54 0.018 0.028 7.76 12.08 7.844 结语勘探过程中的产能预测，虽然由于影响因素多，实现起来比较困难，但由于对指导勘探意义重大，测井、录井等有关勘探技术都在致力于这方面的研究，且取得了一些突破。从统计、分析储油岩的热解参数入手，找到了一种应用储油岩热解参数直接计算油层产能的近似方法，并取得了明显的实际应用效果。另外，在应用储油岩热解参数预测产能方面，胜利油区经常使用的还有经验公式法 2，其他油区的地球化学录井工作者根据各自油区的实践，也提出了一些其他行之有效的产能预测方法。但是，由于影响产能的因素不仅有地下地质条件、钻井条件和试油条件，应用储油岩热解参数资料进行预测时还存在着热解分析条件等的影响，因而产能的预测也只能是近似计算。尽管如此，这种方法的预测结果