實(shí)時(shí)甲烷碳同位素錄井在實(shí)鉆中的應(yīng)用與認(rèn)識

耿 恒，胡益濤，姜 波

中法渤海地質(zhì)服務(wù)有限公司 天津

實(shí)時(shí)甲烷碳同位素錄井在實(shí)鉆中的應(yīng)用與認(rèn)識

耿 恒，胡益濤，姜 波

中法渤海地質(zhì)服務(wù)有限公司 天津

實(shí)時(shí)甲烷碳同位素錄井是一種現(xiàn)場連續(xù)、實(shí)時(shí)檢測鉆井液中甲烷碳同位素含量的錄井技術(shù)。根據(jù)現(xiàn)場甲烷碳同位素的測定分析，可快速提供有關(guān)天然氣成因、類型、烴源巖成熟度等多方面信息，并為氣、油源對比、多井對比、斷層封閉性研究提供重要依據(jù)。結(jié)合甲烷碳同位素?cái)?shù)據(jù)，在快速得出儲層天然氣的成因、類型、烴源巖成熟度的基礎(chǔ)上，還對斷層封閉研究和油氣運(yùn)移做出分析驗(yàn)證。

實(shí)時(shí)甲烷碳同位素錄井，天然氣成因，烴源巖成熟度，斷層封閉，油氣運(yùn)移

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

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

Received: Aug.8th, 2017; accepted: Sep.12th, 2017; published: Oct.15th, 2017

AbstractThe real-time methane carbon isotope logging was a technology for continuous and real-time detecting the methane carbon isotope in drilling fluid.Based on the field methane carbon isotope detection and analysis, the data including the gas genesis, its type and the source rock maturity and etc could be quickly supplied, also an important basis could be provided for gas and oil source contrast, multi-layer contrast and fault sealing ability study.Combined with the data of methane carbon isotope, on the basis of quickly obtaining the data of natural gas genesis, its type, the source rock maturity, also the study of fault sealing ability and hydrocarbon migration are analyzed and proven.

KeywordsReal-time Methane Carbon Isotope Logging, Natural Gas Genesis, Hydrocarbon Maturity,Fault Sealing, Oil and Gas Migration

1.引言

在石油和天然氣勘探開發(fā)中，對甲烷碳同位素資料的應(yīng)用越來越廣泛。對于元素組成相對單一的烴類天然氣，通常把甲烷碳同位素組成作為氣態(tài)烴的示蹤劑。以往海上同位素分析采取現(xiàn)場取樣送回陸地實(shí)驗(yàn)室分析的模式，耗時(shí)長且延誤了同位素資料在油氣勘探中的應(yīng)用。斯倫貝謝子公司法國地質(zhì)服務(wù)公司根據(jù)石油勘探技術(shù)發(fā)展的需要，研究、開發(fā)了一種現(xiàn)場連續(xù)、實(shí)時(shí)檢測鉆井液中甲烷碳同位素含量的錄井技術(shù)。

2.實(shí)時(shí)甲烷碳同位素錄井

2.1. 技術(shù)原理

實(shí)時(shí)同位素錄井技術(shù)的工作原理分同位素測量和組分濃度測量2部分。

實(shí)時(shí)甲烷碳同位素測量原理：采用近紅外光吸收原理，不同質(zhì)量的原子(或同位素)對紅外光的吸收是有選擇性的。12C和13C質(zhì)量不同，故吸收不同波長的近紅外光。實(shí)時(shí)組分濃度測量原理：采用的是光腔衰蕩光譜(CRDS)原理，固定波長的激光脈沖波在充滿烴類氣體的光腔內(nèi)會發(fā)生衰蕩效應(yīng)[1]-[6]。

2.2. 設(shè)備流程與技術(shù)特點(diǎn)

在作業(yè)現(xiàn)場，實(shí)時(shí)同位素設(shè)備可以直接與現(xiàn)場錄井氣體設(shè)備配套使用，無需單獨(dú)脫氣器。充分利用現(xiàn)場已有錄井資源，節(jié)省成本(圖1)[7]。

Figure 1.The procedure for connection of isotope apparatus圖1.同位素設(shè)備連接流程圖

傳統(tǒng)同位素測定，采取現(xiàn)場取樣，送回陸地實(shí)驗(yàn)室分析的模式，該模式耗時(shí)較長，存在運(yùn)送問題，散點(diǎn)分析不連續(xù)，樣品質(zhì)量受取樣人員和漏氣、凝析的影響。而實(shí)時(shí)同位素錄井技術(shù)可以有效解決上述問題，技術(shù)特點(diǎn)如下：① 抽屜式結(jié)構(gòu)，體積小，便于現(xiàn)場安裝、搬運(yùn)；② 能直接與錄井氣體設(shè)備配套使用，無需單獨(dú)脫氣器；③ 連續(xù)、實(shí)時(shí)進(jìn)行樣品分析(圖2)；④ 設(shè)備穩(wěn)定，重復(fù)性好，測量精度高；⑤ 高質(zhì)量控制[1]。

Figure 2.The comparison of between the continuous real-time isotope and the laboratory analysis of isotope in scattered points in Well STX-1圖2.STX-1井連續(xù)的實(shí)時(shí)同位素與散點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)室同位素分析對比圖

3.實(shí)時(shí)甲烷碳同位素錄井在實(shí)鉆中的應(yīng)用與認(rèn)識

為落實(shí)松濤X構(gòu)造三亞組、陵水組及前古近系基底地層的含油氣性并發(fā)現(xiàn)一定規(guī)模的儲量，中海石油(中國)有限公司湛江分公司與科佩克(中國)有限公司一致同意鉆探STX-1井、STX-1Sa井。從地震剖面圖(圖3)可以看出，領(lǐng)眼井與側(cè)鉆井間存在縱向斷層，斷層的封堵性和油氣運(yùn)移一直是作業(yè)者關(guān)注的問題。筆者結(jié)合2口井的實(shí)時(shí)甲烷碳同位素錄井，針對上述問題得出以下幾點(diǎn)認(rèn)識。

Figure 3.The seismic sectional view through well STX-1圖3.過STX-1井地震剖面圖

3.1. 同位素變化趨勢對鉆井作業(yè)的支持

STX-1井同位素井段2150.00～2753.00 m，甲烷碳同位素變化范圍為-57.7‰～-34.8‰，同位素?cái)?shù)值在2702.00 m出現(xiàn)突降現(xiàn)象(圖4)。一般來說，隨著埋深增加或近儲層時(shí)同位素呈遞增趨勢[5]，而進(jìn)入設(shè)計(jì)主要目的層前古近系基底同位素?cái)?shù)據(jù)降低。在排除非設(shè)備原因外，分析下部可能不存在油氣層，后續(xù)加深至2753.00 m 仍無油氣發(fā)現(xiàn)，提前完鉆。通過分析同位素的變化趨勢，對鉆井作業(yè)有很好指導(dǎo)和參考作用。

Figure 4.The trend of whole well isotopic variation in well STX-1圖4.STX-1井全井同位素變化趨勢圖

LD16-X井毗鄰樂東22-1底辟，容易受到底辟流體的影響。該井采用實(shí)時(shí)甲烷碳同位素錄井，得出地層流體信息，對判斷流體連通性具有巨大幫助。上部樂東組和鶯歌海組同位素變化異常(圖5)，變化范圍在-65‰～-35‰。同位素反映出氣源類型為油田氣和凝析氣，和該地層生物成因的氣源類型不太相符，結(jié)合區(qū)域特征判斷，是有深層流體進(jìn)入到該井段的滲透性地層，但當(dāng)時(shí)無法判斷流體是從LD22-1底辟帶向上運(yùn)移到鶯歌海組后側(cè)向運(yùn)移到區(qū)塊內(nèi)的還是區(qū)塊內(nèi)直接存在垂向通道。如果有微裂縫破裂帶存在，那下部地層就存在較大的防漏風(fēng)險(xiǎn)。及時(shí)匯報(bào)給作業(yè)者，做好相關(guān)預(yù)案。不過當(dāng)進(jìn)入鶯歌海組二段后，同位素恢復(fù)正常變化值，并未受深層流體影響，主要受LD22-1底辟構(gòu)造帶向上運(yùn)移所致，并及時(shí)匯報(bào)給作業(yè)者。

Figure 5.The trend of whole well isotopic variation in well LD16-X圖5.LD16-X井全井同位素變化趨勢圖

3.2. 油氣層天然氣成因、氣源類型、烴源巖成熟度

STX-1井主要?dú)怏w異常段 2259.00～2279.00 m，甲烷同位素變化范圍為-47.8‰～-44.1‰，平均為-46.2‰。結(jié)合目的層段同位素?cái)?shù)據(jù)在伯納德圖版(圖6)落點(diǎn)，可以得出天然氣成因?yàn)闊岢梢颉?/p>

Figure 6.The Bernard chard board圖6.伯納德圖版

從甲烷同位素?cái)?shù)值可以看出，參照氣源類型標(biāo)準(zhǔn)(表1)該層為油型氣。將2259.00～2279.00 m甲烷同位素?cái)?shù)據(jù)結(jié)合Reserval氣體組分?jǐn)?shù)據(jù)在戴金星圖版(圖7)上投點(diǎn)，落在原油伴生氣的區(qū)域。進(jìn)一步可解釋為原油伴生氣(油田氣)。

Figure 7.Dai Jinxing chard board圖7.戴金星圖版

Table 1.The criterion of gas source types (according to Wang Jianguo)表1.氣源類型標(biāo)準(zhǔn)

鏡質(zhì)體是一種煤素質(zhì)，但看不到植物的組織，主要是由芳香稠環(huán)化合物組成，隨著煤化程度的增大，芳香結(jié)構(gòu)的縮合程度也加大，使得鏡質(zhì)體的反射率(Ro)增大。生油母質(zhì)的熱裂解過程與鏡質(zhì)體的演化過程密切相關(guān)，所以Ro是一個良好的有機(jī)質(zhì)成熟度指標(biāo)，有機(jī)質(zhì)熱變質(zhì)作用愈深，Ro愈大。一般認(rèn)為Ro在0.5%～1.35%之間為石油成熟帶。

甲烷碳同位素值和其烴源巖成熟度相關(guān)，國內(nèi)外很多學(xué)者針對不同的區(qū)塊提出回歸方程。國內(nèi)常用δ13C1-Ro方程：

計(jì)算出Ro為0.56%，已進(jìn)入石油成熟帶。

3.3. 領(lǐng)眼井與側(cè)鉆井?dāng)鄬臃忾]研究，油氣運(yùn)移分析驗(yàn)證

根據(jù)STX-1井和STX-1Sa井垂深對比圖(圖8)，可以對2口井氣組進(jìn)行分類對比。STX-1井的I氣組在側(cè)鉆井明顯變厚。STX-1Sa井的III下和VI氣組發(fā)現(xiàn)了新的氣組，并且相對STX-1井同位素的數(shù)值明顯偏高。

Figure 8.The contrast of vertical depth between well STX-1 and well STX-1Sa圖8.STX-1井和STX-1Sa井垂深對比圖

結(jié)合STX-1Sa井目的層段2590.00～2660.00 m同位素?cái)?shù)據(jù)和Reserval氣體組分?jǐn)?shù)據(jù)，在圖版上投點(diǎn)(圖9)，氣體類型為凝析氣，部分裂解氣，與STX-1井的成因有所不同。STX-1Sa井下部氣組從同位素分析來看，應(yīng)該是受到了深層油氣的2次充注。參考2口井相同層組同位素的差異，表明2口井的縱向斷層封堵良好。從STX-1Sa井垂深圖來看蓋層封閉性良好，上、下氣組之間同位素明顯不同。

同時(shí)作STX-1井和STX-1Sa井FLAIR錄井段鉆遇顯示層流體相十字交匯圖和流體相星型圖。結(jié)合FLAIR氣體組分特征，將井流體分成1個大的流體相家族，進(jìn)一步細(xì)分為3個小流體相(圖10)。從FLAIR氣測組分分析STX-1Sa井III下和IV氣組的氣體組分特征，其完全不同于上部氣組氣體組分。上述研究也是對同位素分析存在深層油氣2次充注觀點(diǎn)的驗(yàn)證。

Figure 9.The genesis contrast between well STX-1 and well STX-1Sa圖9.STX-1井和STX-1Sa井成因?qū)Ρ?/p>

Figure 10.The star chart and the percentage chart of components圖10.星型圖和組分百分比圖

4.結(jié)語

實(shí)時(shí)甲烷碳同位素是一個“新”的項(xiàng)目，有較大的發(fā)展空間，尤其是在氣藏性質(zhì)及成因、氣體成因研究、油藏內(nèi)生物降解研究、生油巖成熟度分析、氣油源對比、多井對比、斷層封閉性質(zhì)等方面的研究。在如何利用好實(shí)時(shí)甲烷碳同位素上，需不斷總結(jié)學(xué)習(xí)，豐富與優(yōu)化解釋圖版。隨著分析技術(shù)的發(fā)展提高，重?zé)N(乙烷、丙烷、丁烷等)碳同位素錄井技術(shù)的相繼研發(fā)應(yīng)用，同位素錄井在油氣成因、油氣對比、混合油氣判識和油氣追蹤等方面將會發(fā)揮巨大作用，為油氣勘探開發(fā)做出突出貢獻(xiàn)。

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[編輯]鄧?yán)?/p>

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The Application and Recognition of Real-time Methane Carbon Isotope Logging in Oilfield

Heng Geng, Yitao Hu, Bo Jiang
Sino-France Geologic Service Co.Ltd., Tianjin

2017年8月8日；錄用日期：2017年9月12日；發(fā)布日期：2017年10月15日

耿恒(1985-)，男，工程師，現(xiàn)從事錄井綜合解釋工作。

文章引用: 耿恒, 胡益濤, 姜波.實(shí)時(shí)甲烷碳同位素錄井在實(shí)鉆中的應(yīng)用與認(rèn)識[J].石油天然氣學(xué)報(bào), 2017, 39(5):138-146.

10.12677/jogt.2017.395076