實時同位素錄井在預測油氣藏中的應用

倪朋勃，毛 敏，黃小剛，袁勝斌

中法渤海地質服務有限公司，天津

實時同位素錄井在預測油氣藏中的應用

倪朋勃，毛 敏，黃小剛，袁勝斌

中法渤海地質服務有限公司，天津

斯倫貝謝公司實時同位素錄井技術可以實時檢測甲烷氣體中的碳同位素(δ13C1)，該技術具有實時、快速、測量精度高、適于現場作業(yè)等優(yōu)點，已經在中海油湛江和深圳分公司大面積推廣使用。通過分析δ13C1及氣體組分數據，可以對全井的天然氣成因進行分析；利用δ13C1結合δ13C1-Ro回歸方程式，判斷儲集層內的天然氣類型。LW3X2井和BY16X1井同處于白云凹陷邊緣帶，通過對比BY16X1井和LW3X2井δ13C1，可以預測下伏油氣藏，拓展了同位素在勘探中的應用。實時同位素錄井開辟了錄井技術的新領域，同位素為天然氣的研究和勘探提供了大量的信息，該技術將會在未來油氣勘探過程中發(fā)揮更加重要的作用。

實時同位素錄井，碳同位素，天然氣成因，油氣藏預測

Copyright ? 2017 by authors, Yangtze University and Hans Publishers Inc.

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).

http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Received: Aug.15th, 2017; accepted: Sep.13th, 2017; published: Oct.15th, 2017

AbstractThe real-time isotope logging technology from Schlumberger could be used for a real-time detection ofδ13C1in methane gas, it was characterized by real-time and quick usage, high precision and suitable for field application, it was widely applied in Zhanjiang and Shenzhen Companies of CNOOC.The natural gas genesis of the whole well was studied by analyzingδ13C1and gas composition data, the gas type in the reservoir was identified by usingδ13C1data and in combination withδ13C1-Roregression equation.Well LW3X2 and Well BY16X1 are located on the margin of Baiyun Depression, by comparingδ13C1in the 2 wells the underlying hydrocarbon could be predicted to expand the application of the isotope logging in exploration.The real-time isotope logging cultivates a new area of logging technology, and large number of data are provided by isotope for natural gas study, it is of great significance for future oil and gas exploration.

KeywordsReal-time Isotope Logging, Carbonate Isotope, Gas Genesis, Reservoir Prediction

1.引言

實時同位素錄井技術自2014年底引入國內以來，已經為中海油及其合作的國外油公司服務近30口井，且多為重點井。目前，實時同位素錄井技術處于實時檢測甲烷碳同位素階段，乙烷碳同位素、丙烷碳同位素、氫同位素仍處于現場測試階段[1]。實時甲烷碳同位素錄井(以下簡稱“實時同位素錄井”)在現場實時測量分析甲烷的穩(wěn)定碳同位素13C (6質子，7中子)，一般用符號δ13C1或者δ13C1-CH4表示。

同位素分析應用于油氣勘探領域已經很久，早期的同位素質譜儀只能分析甲烷或者全烴的碳同位素數值，因此，對δ13C1研究最多，實時同位素錄井可以借鑒使用該研究成果。實時同位素錄井可以發(fā)現隱藏在烴類氣體內，常規(guī)色譜儀無法發(fā)現的碳同位素信息，對碳同位素、天然氣研究和勘探提供大量信息。在實際應用中，δ13C1結合烴類氣體，可以對全井天然氣成因進行分析，判斷儲集層內天然氣類型。同一構造位置相鄰井之間，碳同位素具有較強的可比性，當其明顯增加時，則可能預示下伏油氣藏的存在。以LW3X2井為例，介紹實時同位素錄井技術的應用。

2.甲烷碳同位素錄井介紹

2.1. 工作原理

實時同位素錄井系統(tǒng)對同位素測量采用的近紅外光吸收原理：不同質量的原子(或同位素)對紅外光的吸收是有選擇性的，即對特定同位素，當已知強度的激光波通過充滿烴類氣體的光腔后，其強度變化滿足公式：

式中：I為通過光腔后激光強度，cd；Io為原始激光強度，cd；l為光腔長度，m；c為對應組分濃度，1；λ為對應吸收光波波長，m；k為削光系數，1。

2.2. 技術特點

1)實時檢測：δ13C1實時同位素錄井分析周期短(最短10 s測量一個周期)。實時同位素錄井可以根據深度間隔保存成果數據，現場一般根據作業(yè)者要求提供1 m結果數據。實時同位素錄井所獲取連續(xù)數據相對于實驗室分析散點數據來說，可以獲得取樣點以外的δ13C1資料信息，極大豐富了δ13C1數據；數據隨鉆實時分析，其結果快速應用于現場，及時指導油氣勘探。

2)測量精度高：實時同位素錄井，甲烷體積分數不同，δ13C1測量誤差也不同。甲烷體積分數為0.05%～1.0%，測量誤差為±1‰；甲烷體積分數為0.02%～0.05%，測量誤差為±3‰；甲烷體積分數為低于0.02%，測量值不可用。從目前所鉆井情況來看，數據精度可以滿足勘探研究需求。當甲烷體積分數高于1.0%時，系統(tǒng)會自動稀釋氣體至1.0%以下進行測量，保證其精度。從實時和實驗室所測δ13C1對比(圖1)可以看出，相對誤差較小，基本在5%之內，數據差別較大的2個點，是由于甲烷體積分數低于0.05%造成的。在目的層，甲烷體積分數變化范圍在1.3%～4.5%之間，錄井數據和實驗室數據符合。

Figure 1.The contrast ofδ13C1data between real-time and laboratory test in Well YCX圖1.YCX井實時和實驗室甲烷碳同位素數據對比

3)適合現場工作：實時同位素錄井設備采用抽屜式結構，體積小，便于現場安裝。根據作業(yè)需求，設備分為2種作業(yè)模式，即單獨工作間和與GN4智能錄井系統(tǒng)整合在一起。目前，海上作業(yè)使用的是與GN4智能錄井系統(tǒng)整合在一起的作業(yè)模式。其優(yōu)勢是節(jié)約了海上平臺放置設備的空間，聯機工程師負責保養(yǎng)設備和整理數據，節(jié)約人員。

3.甲烷碳同位素解釋

3.1. 數值解釋

天然氣根據形成機理可以劃分為有機成因氣和無機成因氣兩大類，有機成因氣按有機質類型和演化階段又可以分為生物成因氣、熱成因氣(油型氣和煤型氣)和混合成因氣[2]。自然界中，烴類氣體中δ13C1

變化范圍較大，從目前測得數據來看，大多在-10‰～-90‰，但以-35‰～-25‰區(qū)間最普遍，例如陸生植物平均為-25‰。在天然氣成因分析中，一般將δ13C1= -20‰作為無機成因氣和有機成因氣的分界點。如δ13C1大于-20‰，可以認為是無機成因氣——深源氣；δ13C1小于-60‰作為生物成因氣分類依據，考慮到生物作用會增加13C，學者[3][4]多將-55‰或者-58‰作為分界點(表1)。

Table 1.The range of methaneδ13C1in the gas with different geneses (modified based on Wang Guojiang,et al., 2008)表1.不同成因天然氣甲烷碳同位素范圍(據文獻[3]，修改)

3.2. 圖版解釋

天然氣具有極大的活動性，氣藏中的天然氣可能來自附近的原地氣，也可能是通過各種方式運移過來的異地氣(深部或者側向)，或者是2種氣源的混合氣。氣藏形成后，還可能受到氧化、生物降解作用，使得天然氣的同位素和組分都發(fā)生某種程度變化。所以將氣體組分數據和碳同位素組合起來研究天然氣成因更科學。法國地質服務公司根據前人研究成果結合作業(yè)實際數據，進一步完善了伯納德圖版(圖2)。

Figure 2.The Bernard chard board of well LW3X2圖2.LW3X2井伯納德圖版

伯納德圖版，使用參數為δ13C1和C1/(C2+ C3)。圖版將氣體成因分為生物成因、熱成因和兩者相互作用的混合成因。在生物成因中，當C1/(C2+ C3)比值大于10,000時，如果δ13C1較小，生物成因氣以二氧化碳還原作用為主；如果δ13C1較大，生物成因氣以甲基型烴類發(fā)酵為主。紅色彎曲箭頭指示Ⅱ型干酪根成熟度增加方向，藍色彎曲箭頭指示Ⅲ型干酪根成熟度增加方向。

3.3. 成熟度分析

Stahl根據西北歐和北美大量天然氣樣測定的δ13C1及其烴源巖Ro發(fā)現，兩者具有良好的相關性，該相關性不受具體的盆地和地質年代限制，僅與有機質類型有關，并分別建立了煤型氣和油型氣回歸方程：

國內外學者對于δ13C1-Ro關系研究成果較多，并且還建立了一些針對某個特定區(qū)域的回歸方程。戴金星在研究我國許多煤型氣和油型氣Ro與天然氣δ13C1之間的相關性后[5]，提出如下δ13C1-Ro回歸方程：

由上述方程式看以看出，取得δ13C1以后，可以對勘探區(qū)的烴源巖的成熟度進行推斷，從而可以確定所鉆井的天然氣類型，判斷儲集層天然氣的性質。

4.LW3X2井分析

實時所測得的δ13C1與色譜儀所測烴組分結合起來，對全井的數據進行分析，使用伯納德圖版可分析整口井的天然氣成因；利用δ13C1結合δ13C1-Ro回歸方程式，判斷儲集層內的天然氣類型。

4.1. 全井分析

如圖2所示，由投點分布可以得出，LW3X2井天然氣成因主要分為2個，即混合成因和熱成因，隨深度的增加，天然氣由混合成因逐漸向熱成因轉化。

圖3為LW3X2井錄井綜合圖。井段2809～3140 m，δ13C1變化范圍為-66.1‰～-40.5‰，屬于天然氣混合成因；井段3140～3700 m，屬于熱成因。2個井段的δ13C1變化分界線在井深3320 m附近，處于第1套氣體異常明顯的儲集層上部，反映了氣體運移活動主要集中于3320 m以下，分界線上部氣體運移活動相對不活躍。

4.2. 顯示層分析

儲集層3500～3519 m，巖性為淺灰色熒光細砂巖，全烴體積分數最大值為15.49%，峰基比為12.3，C1相對體積分數為91.10%，該區(qū)域解釋標準為氣層。δ13C1在-38.5‰～-36.3‰之間，平均為-37.8‰，按表1分析，氣體成因為油型凝析氣。根據戴金星提出δ13C1-Ro回歸方程中的油型氣方程，將該儲集層δ13C1平均值-37.8‰帶入，計算求得Ro為1.90，屬于高成熟帶。通過以上分析得出，該儲集層天然氣類型為高成熟油型凝析氣。

5.預測油氣藏

天然氣中氣體組成主要受其形成過程的控制，不同成熟階段形成了不同類型的天然氣。各種類型的天然氣在碳、氫同位素組成上有一定的范圍，因此，可以利用同位素組成對天然氣進行成因分類。油氣藏預測就是利用天然氣成因或同位素與對應井深的關系，根據天然氣的同位素數變化，分析、推測油氣藏的存在。該預測在鉆井過程中極為有用，通過對比分析所鉆井和鄰井的同位素數據變化，能快速有效地判識下伏油藏的存在，為在鉆井過程中及時采取相應的技術措施提供依據[6][7]。

Figure 3.The integrated logging plot of Well LW3X2圖3.LW3X2井錄井綜合圖

LW3X2井和BY16X1井都處于白云凹陷白云主凹的邊緣帶上，兩者沉積環(huán)境相同。2口井均為深水井，LW3X2井水深1368.00 m，BY16X1井水深1375.60 m，僅相差7.6 m，故兩口井井深對應淺層的同位素應該具有一致性。

BY16X1井鉆井時間較LW3X2井晚，自2808 m開始同位素錄井，鉆進至2825 m做地漏試驗。該井段δ13C1變化范圍為-50.6‰～-54.0‰，屬于混合成因氣，現場工程師發(fā)現和LW3X3井δ13C1數據相差較大，經過注樣檢查同位素儀器，排除了儀器問題，認為數據可靠。解釋人員通過對2口井的同位素進行對比分析認為，只有活躍的油氣運移才能使2口井同位素數據產生如此大的差距，從而導致氣體成因的變化，解釋認為下部應有油氣藏。地漏試驗結束后，恢復鉆進至2889 m，氣體開始升高，全烴體積分數最大值為14.34%，峰基比為43.8，解釋結論為氣層。后MDT取樣獲得氣體折合常壓下36,630 mL，氣體分析甲烷相對體積分數70.5%，重烴相對體積分數9.7%，CO2相對體積分數19.8% (圖4)。證實了利用同位素預測下伏油氣藏的可行性和準確性。

Figure 4.The comparison of isotope between Well LW3X2 and Well BY16X1圖4.LW3X2井和BY16X1井同位素對比圖

6.結論

1)同位素錄井所測得數據可以對全井天然氣成因進行分析，了解整口井的天然氣成因變化規(guī)律；對異常顯示明顯的儲層進行分析，可以準確判斷天然氣類型。

2)通過多井對比，根據同位素變化的情況，推測下伏油氣藏是否存在，為鉆井過程中及時采取相應的技術措施提供依據。

3)同位素錄井作為一項新的錄井技術，進一步豐富了錄井技術，讓錄井人員在氣體成因上了解油氣藏，從而可以更加準確評價油氣藏。

References)

[1]孫恒君, 黃小剛.實時同位素錄井技術[J].錄井工程, 2012, 21(3): 1-4.

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[6]Schoell, M.(1993)Isotope Analysis of Gas in Gas Field and Gas Storage Operations.SPE Production Engineering, 8,337-344.

[7]廖永勝.罐裝巖屑輕烴和碳同位素在油氣勘探中的應用[J].試油技術, 1989, 11(5): 35-53.

[編輯]鄧磊

The Application of Real-Time Isotope Logging in Reservoir Prediction

Pengbo Ni, Min Mao, Xiaogang Huang, Shengbin Yuan
Sino-France Geological Service Co.Ltd., Tianjing

2017年8月15日；錄用日期：2017年9月13日；發(fā)布日期：2017年10月15日

倪朋勃(1979-)，男，工程師，現從事技術管理工作。

文章引用: 倪朋勃, 毛敏, 黃小剛, 袁勝斌.實時同位素錄井在預測油氣藏中的應用[J].石油天然氣學報, 2017, 39(5):32-38.

10.12677/jogt.2017.395064