基本原理和技术

1.理论基础

在许多油田的开发中，为了节约成本和优化产量，生产井大多是几个油层的混合开采。因此，产出的油来自不同的油层。明确各单油层对合采的贡献，监测产量随时间的变化，监测油井生产动态，分层管理油藏，识别是否存在油井窜槽或边水突进等，对油田具有重要意义。长期以来，气相色谱一直被用来分析和解决油气勘探中的问题。20世纪80年代，雪佛龙石油公司成功开创了油田开发生产的应用领域，利用色谱指纹对比技术确定生产剖面，确定单一油层的产能贡献，取得了显著的效果。

图6-1原油色谱指纹峰高与化合物含量的关系

不同蒽标准含量的同一油样的指纹图谱比较

使用色谱指纹图谱计算产量贡献基于以下两个基本原则。第一，原油的色谱峰(指纹)是添加剂(化学原理)。所谓加和性，是指在实验条件一致的情况下，原油中某一指纹峰所代表的化合物含量与其指纹峰高成正比(图6-1)。假设某一特定指纹化合物在不同单层原油中的含量不同，且含有该指纹化合物的不同单层原油混合，则混合原油中该指纹峰的峰高应与其在各单层原油中的含量及单层原油的混合比例呈线性关系(图6-2)。二是单层原油色谱指纹的异同(地质条件)。同时生成的同一套烃源岩的原油具有相同的运移、聚集过程和成藏演化，其物性和色谱指纹特征相似。但是，由于油气来自不同的烃源岩，或者是同一烃源岩在不同时期的产物，或者油气的运聚过程不同，或者不同储层中油、水、岩之间的相互作用不同，或者油藏受到水洗氧化、生物降解等不同的蚀变作用，色谱指纹可能会发生变化。

图6-2混合原油和单层原油色谱指纹特征的比例关系

因此，在一个生产区块中，归类为同一单层的原油在不同井区的色谱指纹比不同单层的原油更相似，而不同单层的原油在不同井区的色谱指纹比相同单层的原油更不同。这也是我们后面要确定的“单层特征图”。虽然相似和不同的程度可能很小，但在实际地质条件下总是客观存在的。

根据物理化学模型(图6-3)，对于m个单层油混合物，每个单层油样取n个特征指纹参数，那么混合油样中的参数bi就是由n个已知化合物的特征指纹参数组成的指纹体系，因此对应每个特征参数αji存在:

南林凹陷储层地球化学研究

其中:I代表第I个特征参数；εi代表混合样本中第I个特征参数的统计误差；αji是第J层的第I个标准特征参数，是非奇异系数矩阵。Xj是混合样本中J层的贡献率(%)。

上面的矩阵表达式是AX=b，即a = [α Ji]是n×m矩阵，b = [Bi]是n阶数组。通过参考这两个矩阵数据库，即特征指纹参数数据库A和混合样本指纹数据库B，建立单层产量分析的数学模型。

与机械测量、生产测井等传统方法相比，色谱指纹技术在确定单层产能贡献方面具有成本低、周转快、重现性好、可靠性高等优点，且无需关井停产，在油井生产动态监测中应用前景广阔。

2.基本方法和技术步骤

在分析比较不同原油的指纹图谱差异时，一般选择一系列强度不同的相邻色谱峰之间的比值来反映原油组分的含量差异。为了直观地用图形表示峰高比的数据，采用极坐标法作图，每个极轴代表一组特定的峰高比数据，将数据点连接起来形成一个星图，可以清晰地反映原油之间的组成差异或相关性。具体方法、思路和技术步骤如下:

图6-3原油合采指纹变化图

1)采集单个单层油样进行合采，通常是从完井后被封隔器隔离的单个油层中，或者从RFT(重复地层测试)、DST(钻柱测试)和分层试油中采集；

2)用气相色谱法分析单层油样的饱和烃馏分(或总烃组成)，选择并计算反映不同原油差异的特征指纹参数。这些特征指纹化合物应分布稳定，特征明显，在同一层油样中重现性强，在不同层油样中差异显著；

3)用不同比例的单层油制备混合油样品，进行色谱指纹分析，建立混合油中各单层油的产能分布标准图，测定合采油的色谱指纹参数，从图上可以确定各单层油的产能贡献；

4)建立数学模型和对应图版的原油混合比分析程序，分析来自油藏的混合油，确定各油层的相对贡献；

5)如果可以获得生产数据，根据这些数据对原油混合分析程序进行评价，并对建立的图表进行检查和修正。

二、实验条件和技术

1.实验条件

所用仪器为岛津GC-17A色谱仪，色谱柱为BP-5毛细管柱(25m×0.25mm)，载气为N2，分流比为1: 9，柱内流速为1mL/min。程序升温，初始温度45℃，恒温65438±0min，然后以4℃/min的速度升至300℃，再恒温30min。检测器/进样器温度为300℃。

2.色谱重复性试验

色谱仪运行的稳定性对实验结果的可靠性至关重要，进而影响单层容量比研究的准确性。同一油样的重复性分析是检验色谱仪稳定性的有效手段。我们对采集的油样进行了反复测试。图6-4为夏32-704井两次原油色谱分析对比结果，样品重现性大于98%，证实了该方法的可行性和色谱分析结果的可靠性。

图6-4夏32-704井原油重复色谱检测