北部湾区域原油关键参数预测方法研究与应用
摘要： 南海西部北部湾区域油藏具有纵向含油层系多、断块多、油品多、储量规模小等特点，受海上诸多条件制约，地层流体取样少或无取样，而地层原油体积系数和地层原油黏度是影响储量评估及油田开发效果预测的关键原油参数，在原油性质变化较大的北部湾区域采用简单类比周边油田原油性质存在较大不确定性。本文提出了一种基于大数据分析的原油关键参数评估方法：以北部湾区域流体资料库为基础，分析地层原油体积系数和地层原油黏度主控影响因素，运用数理统计学原理，建立了地层原油体积系数与气测组分、地层溶解气油比、地层原油密度以及地层原油黏度与地面流体性质之间的一系列经验公式，形成区域预测图版。经验证，3口取样井实验分析结果及图版法预测地层原油体积系数平均误差小于5%，乌石油田群15个样本点实测值与图版计算地层原油黏度平均绝对误差在0.5mPa·s左右，满足储量研究精度要求。本文方法可在勘探早期充分利用录井气测、随钻测压、试油测试资料评估原油关键参数，优化取样层位及取样数量，为储量评估及油藏开发方案编制提供较为科学可靠的地层原油参数。
关键词： 北部湾区域；地层原油体积系数；地层原油黏度；主控因素；区域预测图版
1 引言
南海西部北部湾盆地油藏类型以复杂断块油藏为主，断裂系统复杂 [1] 。具有纵向含油层系多、断块多、油品多、储量规模小等特点，使得获取各油藏地层条件下的高压物性资料难度很大，同时受投资成本控制、开发井井斜角大，取样仪器无法下入等因素制约，多数油藏单元取样少甚至无取样，区域上油藏流体性质变化较大，地面脱气原油黏度4.82～1735.00mPa·s，地层原油黏度0.21～181.47mPa·s，地层原油体积系数1.0～2.2，采用类比借用相邻油田流体性质的方法不确定性大，而地层原油体积系数及地层原油黏度是影响储量评估及油田开发初期产能评价、油田开发效果预测的关键参数 [2] ，从而影响储量评估、开发方案编制和采收率预测。
本文通过收集北部湾盆地涠西南凹陷已发现油藏地面及地层流体性质资料，建立区域流体资料库，结合原油关键参数理论公式推导，回归分析了地层原油体积系数和地层原油黏度主控影响因素，通过大数据挖掘，运用数理统计学原理，建立了地层原油体积系数与气测组分、地层溶解气油比、地层原油密度以及地层原油黏度与地面流体性质之间的一系列经验公式，实现了对区域原油关键参数的科学预测。
2 地层原油体积系数预测方法研究
地层原油体积系数是储量计算的关键油藏参数，通过对地层原油体积系数的实验流程、影响因素进行分析，确定主控因素，在此基础上运用大数据分析录井（气测）资料、测压资料与原油体积系数主控因素之间的相关性，建立了南海西部北部湾区域原油体积系数预测图版，实现不取样条件下的原油体积系数精准评估。
2.1 原油体积系数影响因素研究
原油地下体积系数是原油在地下的体积（地层油体积）与其在地面脱气后的体积之比，一般情况下，地下原油的体积受3个因素影响：溶解气、热膨胀和压缩性，其本质上是溶解气油比、温度和压力的不同导致的差异。结合区域流体资料库，应用灰色关联方法对溶解气油比、温度、压力、原油性质参数进行关联度分析，从结果看，气油比和地层原油密度关联度达到0.8以上，而地面原油密度、地层温度、地层压力关联度在0.2～0.3，说明溶解气油比和地层原油密度是影响原油体积系数的关键因素（表1）。进一步利用区域实际样本点回归发现溶解气油比与原油体积系数呈现明显的正相关关系（图1），地层原油密度与原油体积系数在不同区间内呈现较好负相关关系（图2），而地层压力、地层温度与原油体积系数无明显的相关关系。从图中分析可以得到，当气油比小于50m 3 /m 3 ，地层原油密度大于0.80g/cm 3 时，地层原油体积系数变化较小；当气油比为50～150m 3 /m 3 ，地层原油密度为0.65～0.80g/cm 3 时，地层原油体积系数成线性变化；当气油比大于150m 3 /m 3 ，地层原油密度小于0.65g/cm 3 时，地层原油体积系数急剧变化。
表1 地层原油体积系数影响参数权重
图1 溶解气油比与地层原油体积系数关系
图2 地层原油密度和地层原油体积系数关系
2.2 原油体积系数预测方法
2.2.1 气油比图版法
在缺乏高压物性资料的情况下，求取地层原油体积系数的方法主要有经验公式法和类比法。常用经验公式有Standing和Vazques-Beggs公式 [3-4] 用于计算油藏不同地层压力下的地层原油体积系数，关系式以溶解气油比为主要参数，而在国内经验公式探索中，原油体积系数的求解也主要围绕溶解气油比展开 [5] 。鉴于北部湾区域原油体积系数与溶解气油比有较好的相关关系，基于区域流体资料库回归了两者之间的关系，分析发现北部湾区域各主力油组地层原油体积系数与溶解气油比均成明显的线性关系，如公式1所示，相关系数均在0.90以上（图3）。该图版适用于通过试油资料或生产测试获取准确气油比的井，同时可根据生产动态中气油比变化监测地下原油体积系数的变化。
图3 各主力油组溶解气油比与地层原油体积系数图版
式中： B o 为地层原油体积系数，m 3 /m 3 ； R S 为溶解气油比，m 3 /m 3 ； a 、 b 为经验系数。
2.2.2 地层原油密度图版法
结合理论公式（2）和建立的气油比图版预测公式（1），对公式（2）推导得到地层原油体积系数与地层原油密度简化公式（3），可以看出地层原油体积系数与地层原油密度间为线性关系，结合流体资料库，通过对北部湾区域主力油组的地层原油密度和地层原油体积系数回归，建立了主力油组原油体积系数与地层原油密度经验公式图版，以涠三段油藏为例（图4），回归经验公式的相关系数达到0.95。目前勘探阶段生产井大多进行随钻测压测试，根据测试点压力和深度关系可求取地层原油密度，根据图版即可在勘探初期计算地层原油体积系数，但对低渗油藏或测压深度点较为集中的油井，测压数据质量不高，由回归得到的地层原油密度计算地层原油体积系数误差较大。
图4 涠三段原油体积系数与地层原油密度预测图版
式中： ρ o 为地层原油密度，g/cm 3 ； ρ os 为地面原油密度，g/cm 3 ； γ g 为天然气密度，g/cm 3 ； R s 为溶解气油比，m 3 /m 3 ； B o 为地层原油体积系数，m 3 /m 3 ； c 、 d 为经验系数。
2.2.3 气测图版法
从原油组成看，对同一类型原油，碳原子数越少，原油中轻质组分越多，则原油密度越小，溶解气油比越大，地层原油体积系数越大。基于石油组分理论，以C 3 /C 1 反映原油中的重组分含量，C 2 /C 1 反映原油中的轻组分含量，建立了北部湾区域主力油组原油体积系数气测定性预测图版（图5），从图版中可以得出，重组分含量越高，地层原油体积系数越小，轻组分含量越高，地层原油体积系数越大，据此图版可进一步划分为3个识别区，Ⅰ区地层原油体积系数分布在1.10～1.20；Ⅱ区地层原油体积系数分布在1.20～1.40；Ⅲ区地层原油体积系数分布在1.40～2.20。可在钻井期间利用录井气测数据定性预测原油体积系数，以此优化精减取样层位及数量。由于北部湾区域已开发油藏以轻质原油为主，故受流体资料库样本点影响，气测组分定性预测图版对中质和稠油油藏预测的地层原油体积系数误差较大。
图5 地层原油体积系数与气测组分定性预测图版
应用本文建立的3种预测方法对3口取样井进行原油体积系数评估，并与实验分析结果进行对比发现（图6），图版法评估与实测值平均误差小于5%，满足储量研究的精度要求。
图6 原油体积系数评估方法误差分析
3 地层原油黏度预测方法研究
3.1 原油黏度影响因素研究
石油是由烃类和非烃类等组成的混合物，地层条件下的原油黏度分布范围很广，化学组成是决定原油黏度高低的内在因素，主要受非烃组分中胶质、沥青质、硫含量等以及溶解气油比的影响 [6] ，同时外界条件也对地层原油黏度影响较大。
3.1.1 原油化学组成对原油黏度的影响
通过回归北部湾区域233个地面样本点地面脱气原油黏度与非烃组分关系发现，胶质、沥青质、含硫量与地面脱气原油黏度相关性较好，呈现较好的指数式关系，是影响原油黏度的主控因素，而含蜡量与地面脱气原油黏度相关性较差，是影响地面原油黏度的次要因素（图7）。溶解气油比与地层原油黏度有一定相关性，随气油比增加，地层原油黏度降低。进一步对主控因素进行组合评价：胶质+沥青质、胶质+沥青质+硫、胶质+沥青质+蜡、胶质+沥青质+蜡+硫，回归结果表明胶质含量+沥青质含量+含硫量组合因素对原油性质影响最显著（图8）。
图7 原油黏度单因素分析
图8 原油黏度组合因素分析
3.1.2 外界条件（温度、压力）对原油黏度的影响
原油黏度对温度较为敏感，胜利油田通过实验曾得出温度每升高10℃，原油黏度下降一半的结论 [7] 。压力对地层原油黏度的影响，以饱和压力为界，在不同区间段压力对黏度的影响不同。当压力高于饱和压力时，压力的增加引起地层油的弹性压缩，原油密度增大，液层间摩擦阻力也增大，原油黏度相应增大；当地层压力小于饱和压力时，随着地层压力的降低，原油中溶解气不断析出，地层原油黏度急剧增加 [8] 。
北部湾区域地层原油黏度对温度较为敏感，两者呈现较好的指数关系，温度每升高10℃，地层原油黏度约下降40%（图9）；北部湾区域已开发油藏以未饱和油藏为主，地饱压差大，且天然能量不充足的油藏开发过程采取注水保压开发方式，原始地层压力均保持较高水平。从122个地下样本点地层压力下原油黏度和饱和压力下原油黏度回归关系看，两者基本处于45゜线上（图10），因此，原油脱气前，地层压力对地下原油黏度影响是可以忽略的。
图9 温度对原油黏度影响分析
图10 压力对原油黏度影响分析
3.2 地层原油黏度预测方法
国内外常用的经验预测公式受回归样本影响，公式中经验系数对北部湾区域适用性差，如利用Beggs-Robinson公式 [9] 对区域58个样本点计算结果表明公式计算结果偏小，且样本点原油黏度越大偏差越大。本文地层原油黏度预测方法的研究思路是利用地面已有参数建立起与地层未知参数之间的关系，从而求得地层流体参数 [10-13] 。
3.2.1 地面原油参数团与地层原油黏度关系方程
根据原油黏度影响因素分析结果，原油黏度受胶质含量、沥青质含量和含硫量，溶解气以及温度影响较大，基于此，本文筛选出胶质、沥青质、含硫量、气油比、温度、地面原油密度、地面脱气原油黏度共计7个参数，利用有井下PVT样同时在相应井段有地面原油分析样品的58个样本点资料用于经验公式回归，结果表明，地层原油黏度与地面参数团有较好的线性关系，相关系数达到0.98（图11），公式可适用于0.27～130mPa·s范围内的地下原油黏度预测。
图11 地层原油黏度与地面原油参数团回归关系曲线
式中： μ o 为地层原油黏度，mPa·s； μ o a 为地面脱气原油黏度，mPa·s； ρ o a 为地面原油密度，g/cm 3 ； Ψ 为胶沥含量，%； s 为含硫量，%； T 为地层温度，℃； R si 为原始溶解气油比，m 3 /m 3 。
3.2.2 原油密度与地层原油黏度关系方程
通过对北部湾区域油田的地层/地面原油密度与地层原油黏度的数据进行分析，两者有较好的指数关系（图12、图13），回归公式相关系数均达到0.7以上。北部湾区域原油以低黏度为主，利用公式推出地层原油黏度5mPa·s对应地面原油密度0.88g/cm 3 、对应地层原油密度0.81g/cm 3 ，计算结果与区域常规认识较为一致。
图12 地层原油黏度与地面原油密度回归关系曲线
图13 地层原油黏度与地层原油密度回归关系曲线
式中： μ o 为地层原油黏度，mPa·s； ρ oa 为地面原油密度，g/cm 3 。
式中： μ o 为地层原油黏度，mPa·s； ρ o 为地层原油密度，g/cm 3 。
3.2.3 地面脱气原油黏度与地层原油黏度关系方程
通过对北部湾区域油田的地面脱气原油黏度与地层原油黏度的数据进行分析，两者有较好的指数关系（图14），回归公式相关系数达到0.75。北部湾区域原油以低粘油为主，地层原油黏度多为1～5mPa·s，对应地面脱气原油黏度2.6～31.7mPa·s，计算结果与区域常规认识较为一致。
图14 地层原油黏度与地面脱气原油黏度回归关系曲线
式中： μ o 为地层原油黏度，mPa·s； μ oa 为地面脱气原油黏度，mPa·s。
利用同属北部湾盆地乌石凹陷的15个样本点对本次建立的3种预测方法进行检验，结果表明在公式适用范围内，预测地层原油黏度平均绝对误差在0.5mPa·s左右（图15）。
图15 原油黏度预测方法检验
4 应用实例
WZ6-13N-2D井钻遇20m油层，该井在L 1 Ⅱ油组取样成功。利用本次建立的气测组分定性预测图版基本确定L 1 Ⅱ油组地层原油体积系数在1.4～1.6，根据随钻测压数据回归得到的地层原油密度计算地层原油体积系数为1.397，取样后PVT实验分析值为1.376，误差仅为1.5%，预测精度较高。
涠洲A油田12d井区探明储量近400万m 3 ，钻探初期因井斜角大未取到地下流体样品。其相邻油田地层原油黏度0.29～4.18mPa·s，数模研究表明，地层原油黏度在0.5～5.0mPa·s范围内采收率变化8%，地层原油黏度取值对该井区开发指标影响较大。利用该井区随钻测压回归的地层原油密度，按原油密度与地层原油黏度关系方程预测12d井区地层原油黏度为1.79mPa·s左右，该井区低部位20d井钻后取样实测地层原油黏度为1.35mPa·s，两者相差0.44mPa·s。
5 结论与认识
①北部湾区域影响原油黏度的内在因素从主到次依次是含硫量、胶质含量、沥青质含量、含蜡量，其中胶质含量、沥青质含量和含硫量组合因素对原油黏度影响最为显著，溶解气油比和地层原油密度是影响地层原油体积系数的关键因素。
②以区域流体资料库为基础，运用数理统计学原理，建立了地层原油体积系数与气测组分、地层溶解气油比、地层原油密度以及地层原油黏度与地面流体性质之间的一系列经验公式，形成区域预测图版。经验证，3口取样井实验分析结果及图版法预测地层原油体积系数平均误差小于5%、乌石油田群15个样本点实测值与图版计算地层原油黏度平均绝对误差在0.5mPa·s左右。
③预测方法可在勘探早期充分利用录井气测、随钻测压、试油测试资料评估原油关键参数，优化取样层位及取样数量，为储量评估及油藏开发方案编制提供较为科学可靠的地层原油参数。
参考文献
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