探讨气测录井中全烃检测值与烃组分含量之关联.doc

气测录井技术(2012-03-06 09:59:10) 气测录井是直接测定钻井液中可燃气体含量的一种录井方法。气测录井是在钻进过程中进行的，利用气测资料能及时发现油、气显示，并能预报井喷，在探井中广泛采用。（一）气测录井的常见类型根据所用仪器不同，气测录井可分为两种，即半自动气测和色谱气测。 半自动气测是利用各种烃类气体的燃烧温度不同，将甲烷与重烃分开。这种方法只能得到甲烷及重烃或全烃的含量。 色谱气测是利用色谱原理制成的分析仪器，它是一个连续进行、自动记录体系。 样品由进样口进入后被载气带进色谱柱进行分离，分离后各组分分别进入鉴定器，产生的信号在记录器上自动记录下来。它可将天然气中各种组分（主要是甲烷至戊烷）分开，分析速度快，数据多而准确。目前后者已基本取代半自动气测。按气测录井方式可将气测录井分为两类，即随钻气测和循环气测。随钻气测是在钻井过程中测定由于岩屑破碎进入钻井液中的气体含量和组分。循环气测是在钻井液静止后再循环时，测定储集层在渗透和扩散的作用下进入钻井液中的气体含量和组分，故又称之为扩散气测。（二）半自动气测资料解释由于半自动气测只提供了全烃和重烃的数据，因此只能定性的识别储层中流体性质。主要根据油层气与气层气的不同特点，及烃类气体在石油中的溶解度不同进行解释。1区分油层和气层油层气体的重烃含量比气层高，而且包含了丙烷以上成分的烃类气体。气层的重烃含量不仅低，而且重烃成分中只有乙烷、丙烷等成分，没有大分子的烃类气体。所以油层在气测曲线上的反映是全烃和重烃曲线同时升高，两条曲线幅度差较小。而气层在气测曲线上的反映是全烃曲线幅度很高、重烃曲线幅度很低，两条曲线间的幅度差很大。2分轻质油层和重质油层由于烃类气体在石油中的溶解度随基本上是随分子量的增大而增加的，所以在不同性质的油层中重烃的含量是不一样的。轻质油的重烃含量要比重质油的重烃含量高。因此，轻质油的油层气测异常明显的，而重质油的油层气测异常显示远不如轻质油的油层显示明显。它们各自呈现完全不同的特征。烃类气体是难溶于水中的，所以一般纯水层中气测没有显示。若水层含少量溶解气，在气测曲线上也会有一定显示，反映在全烃、重烃时增高，或只是全烃增高，而重烃无异常。但是，水层比油层显示低。（二）色谱气测资料解释在探井中根据半自动气测成果可以发现油气显示，但是不能有效地判断油气性质，对于油质差别不很大的油层和凝析油、气层就更不易判断。而色谱气测则可以判断油、气层性质，划分油、气、水层，提高解释精度。1色谱气测解释图版的应用在已证实的油、气水层中，取钻井液样品或试油时的天然气作色谱分析。然后，在等间隔的横坐标上标出气体组分，以纵坐标代表各组分浓度百分数的对数值，将分析结果点在图上，把同一样品数据点用折线相连，即得色谱气测的标准图版。在使用色谱气测标准图版时，根据钻井过程中所得天然气组分的分析结果，按照同样方法作图，将其与标准图版相比较，即可判断所钻遇储层中所含流体的性质（油、气、水）。标准图版应分构造和层位编制。只有在勘探初期才使用统一编制的图版，或采用邻近构造的图版。2烃类气体比值图版从上述可知，油、气、水层中天然气的组分差别较大，烃类气体比值图版就是从烃气组分中，选择能够代表油、气、水特征的单一组分，利用两个或三个能清楚划分出油、气、水层界限的组分比值参数，构成坐标系，并依据试油结果划出油、气、水区间，即编制出图版。使用时，根据气测值求出烃类组分比值，在图版中进行图解，从而可以区分油、气、水层。三角形组分图版就是其中的一种方法。三角形组分图版是根据一个油田一定含油层的试油结果及相应天然气组分含量，选用三种参数（即C2C、C3/C、C4/C），（分别代表烷、丙烷、丁烷和全烃），按三角形坐标绘制的，并根据试油结果划分出油、气、水区间。进行解释时，根据测量结果计算烃类气体各组分含量之和（ZC），求出各烃类气体占全烃的百分数。然后根据计算结果确定上述各参数在图中的位置和形状。3烃类比值法利用色谱组分含量计算比值评价油气层。烃湿度比 （19）烃平衡比 （110）烃特征比 （111）具体评价标准见表15。 4钻井液全脱气估算显示层生产能力在气测显示层取钻井液样进行全脱气分析，计算钻井液中天然气浓度，估算生产能力。G （112）式中 G钻井液中天然气浓度，；b全脱气所用钻井液量， mL；a脱气量，mL；X色谱仪上分析出的天然气浓度，。（113）式中 C显示层天然气浓度（单位体积岩石中含气量），m3m；Q钻井液排量， m3min；t钻穿显示层所用时间，Min；d钻头直径，m；h显示层厚度，m。P A CKd24h （114）式中 P显示层生产能力，m3；A根据已知产层求得产能系数；K渗透率，103m2；孔隙度，小数。探讨气测录井中全烃检测值与烃组分含量之关联发布日期： 2014-01-15 发布： 摘 要：在现场气测录井过程中经常出现全烃值大于组分含量之和，全烃值小于组分含量之和，或者全烃值小于甲烷含量的现象，与很多人认为全烃值近似等于钻井液组分分析的C1，C2，C3，iC4，nC4，iC5，nC5含量之和这种观点相矛盾。本文通过氢焰鉴定器工作原理及机理分析，同时对出现此现象的客观原因分析，提出把全烃检测值理解为烃系数或烃密度，烃组分理解为相应的体积分数，两者本质上毫无关系，同时认为这种现象存在的合理性。 中国论文网 /2/view-4826294.htm关键词：气测录井 色谱仪 全烃 组分 一、引言 在现场气测录井过程中经常出现全烃值大于组分含量之和，全烃值小于组分含量之和，或者全烃值小于甲烷含量的现象，与很多人认为全烃值近似等于钻井液组分分析的C1，C2，C3，iC4，nC4，iC5，nC5含量之和这种观点相矛盾，这种异常现象的出现，会直接引起甲方管理人员、资料使用者以及某些经验不足的现场录井人员的疑问和困惑，认为气测资料可信度低。下面就上述问题，谈谈笔者的认识，供同行参考。 二、原理分析及实验成果 1.氢焰检测器工作原理 被测样品由载气携带，一路直接进入总烃FID氢火焰离子化鉴定器，另一路样品气经色谱柱分离后进入组分FID氢火焰离子化鉴定器，每一路样品与载气混合一起分别进入离子室，由毛细管喷嘴喷出。氢气经引燃后在空气的助燃下进行燃烧，以燃烧所产生的高温（约2100）火焰为能源，使被测烃组分电离成正负离子。在氢火焰附近设有收集极（负极）和极化极（正极），在此两极之间加有150-300 V的极化电压，形成一直流电场。产生的离子在收集极和极化极的外电场作用下定向运动而形成电流。产生的电流很微弱，需经放大器放大后，才能在记录仪上得到色谱峰。产生的微电流大小与进入离子室被测组分浓度大小和碳原子含量有关，浓度愈大，碳原子的含量愈多，产生的微电流就愈大。 2.氢焰检测器离子化的分析机理 当含有机物CnHm的载气由喷嘴喷出进入火焰后，发生裂解反应产生自由基：CnHmCH；产生的自由基在火焰中与外面扩散进来的激发态原子氧或分子氧发生如下反应：CH+OCHO+e-；生成的正离子CHO+与火焰中大量水分子碰撞而发生分子离子反应： CHO+H2OH30+CO；化学电离产生的正离子和电子在外加恒定直流电场的作用下分别向两极定向运动而产生微电流，经放大后，记录下色谱峰。 3.理论及实验成果 从上述的氢火焰检测器离子化分析机理中可以看出碳氢化合物有几个碳原子，检测器就转化、输出几个离子和电子1。所以理论上全烃应该等于各组分碳原子当量浓度之和。用P表示浓度，那么全烃检测值应符合公式（1）。 P全烃=PC1+2xPC2+3xPC3+4xPiC4+4xPnC4+5xPiC5+5xPnC5+nxPCn（1） 大庆油田地质录井公司杨占山等同志，2006年对上述全烃理论做了实验分析2。过程如下：用单一甲烷气标准样对SK-3Q02气相色谱仪的全烃检测体积分数进行0.003%100%的标定，然后用不同体积分数C1C4的混合气标准样对SK-3Q02气相色谱仪的组分检测体积分数进行标定。在标定好的23号和16号仪器上分别注人两种体积分数的C1C4混合标准气样。 一种混合标准气样体积分数值为0.100%，组分为C1： 0. 099%， C2：0.100%， C3：0.101%， iC4：0.104%，nC4：0.098%。 0.100%混合标样为等比混合气样，其比例基本符合C1：C2：C3：iC4：nC4=1：1：1：1：1；另一种混合标准气样体积分数值为10.000 %，组分为C1：7.510%， C2：1.060%， C3：1.004%， iC4：0.251%，nC4：0.256%。10.00%混合标样为非等比混合气样，其比例基本符合C1：C2：C3：iC4：nC4=75：10：10：2.5：2.5。两种混合标样的检测结果见表1。 从表1的检测结果来看，全烃检测值基本与公式（1）的计算结果相符，进一步验证此理论符合气测录井实际。） 三、其他客观原因分析 1. 工作曲线的回归 在标定工作曲线时，需要将事先注样的若干个点，得到相应点的数值，然后回归成工作曲线，以便录井中每一个电压值用该曲线都能读出相应的百分含量。甲烷饱和过早对曲线的线性有很大的影响。标定时甲烷饱和过早，工作曲线的斜率就会比正常时小（图1）。图1中直线a为理论上注入100%气样才饱和时所回归出的曲线；而直线b为过早饱和时所回归出的工作曲线。从该图可以看出，当电压值较高时（位于两条曲线交叉点以上），用b查出的百分含量比实际值要大。这就有可能造成甲烷含量大于全烃含量的现象。 表1两种混合标样在SK-3 Q02色谱仪上检测的实验数据 单位：% 图1 浓度%电压值mV对应关系图 2.气侧数据记录方式的影响 气测数据库中全烃值是一个记录间隔中的最大值，而组分分析受分析周期的影响只与反吹状态切换到分析状态那一瞬间的全烃值相对应。当组分不在全烃高值时采样分析，也会造成全烃大于组分之和的现象。钻时较小时，2-3m组分分析一次，造成几米的组分记录数据重复，更谈不上在全烃最高值时采样分析，经常出现组分采样分析在全烃的较低值。 3.色谱仪组分分析设计的局限性 目前，现场所使用的色谱分析仪只能检测有限的烃类气体，色谱仪设计上烃组分只能分析C1，C2，C3，iC4，nC4，iC5，nC5这七种成分，对于其它的烃类气体色谱柱无法吸附分离，色谱仪设计将其反吹放空出去。但从井口泵入的气体按一定的流量可以全部到全烃鉴定器进行分析，而钻井过程中使用的钻井液添加有很多种有机处理剂，如起下钻时使用的丝扣润滑油，普通的棕红色润滑油等等混人钻井液后，会使钻井液中的烃类成分复杂性远远不止组分所能分析的七种成分。当出现这种情况后，虽然组分不能分析C5以后的烃类成分变化，但这种变化仍然会通过全烃分析表现出来，结果就是全烃值大于测量到的各组分碳原子当量浓度之和。 4.载气、助燃气、样气等流量的参数匹配不当 氢焰离子化鉴定器使用氢气作为燃烧气，空气作为助燃气。助燃气流量相对偏低，使得高浓度样气进入全烃鉴定器后，不能够完全燃烧而达到饱和，未燃烧的烃气无效释放；连续高浓度样气与其它气体在鉴定器混合后，助燃气和氢气相对减少了，从而降低了灵敏度。这些原因会造成甲烷含量或烃组分之和远远大于全烃检测值。 若空气流量恒定，火焰随氢气流量的增加而增大，灵敏度也随氢气流量的增大而升高，当灵敏度达到最大值后，灵敏度随氢气流量的增加而逐渐降低，因此，存在一个使灵敏度最高的最佳氢气流量。空气在离子化过程中起到助燃作用，对样气是否燃烧完全尤为重要。空气流量的大小对灵敏度影响较大，随空气流量的增加，灵敏度也增大，而后逐渐稳定。所以，应该合理选择载气（氢气）、助燃气（空气）、样气等流量的参数。 四、结论与认识 1.通过氢焰鉴定器工作原理、机理分析及实验成果，氢火焰鉴定器是质量鉴定器，进入全烃鉴定器产生信号的样品气是混合烃类气体，在混合烃类气体的共同作用下全烃产生一个电压值，而标定仪器时用的是单一甲烷气样，因此应把全烃检测值理解为烃系数或烃密度。而鉴定器对组分分析是样品气被分离后，在特定的时间对单一组分的响应，可以理解为相应的体积分数，所以认为全烃检测值与烃组分含量本质上毫无关系。 2.通过氢火焰鉴定器工作原理及机理分析，出现这种不是全烃值近似等于钻井液组分分析的C1，C2，C3，iC4，nC4，iC5，nC5含量之和的普遍现象，主要是井下气体与校验用标准气样中的甲烷相对含量的差异引起的，与仪器毫无关系。 3.通过对出现这种不是全烃值近似等于钻井液组分分析的C1，C2，C3，iC4，nC4，iC5，nC5含量之和的普遍现象客观原因分析，这种现象是合理存在的，在其他正确前提下不值得怀疑。 4.在气测录井中，全烃资料用于监测井下气体的连续变化，发现气测异常，是一个定性分析的过程，只适合于单项资料单井上下对比，单纯把全烃检测值与组分分析值之和或甲烷值进行对比，本身没有实际意义。故此，在录井中出现上述现象对全烃和烃组分资料均无任何影响。 参考文献 1 吴烈钧.气相色谱检测方法.北京：化学工业出版社，1993. 2杨占山，里富强，孙文库.对气测录井技术全烃检测值的进一步认识.录井工程，2006，17（4）：2628 作者简介。陈柳茂，1986.12，男，助理工程师，江西，中石化华东石油工程公司录井分公司，212000，本科，录井技术。 气测全烃值小于烃组分值之和的剖析(2012-03-06 09:10:48) 标签： 石油气测录井全烃分组杂谈分类： 石油相关资料 气测录井过程中经常出现气测全烃值小于烃组分值之和的现象，常常引起业主的疑问和录井人员的不解。分析产生这种现象的原因，对消除业主的疑惑和提高录井人员的资料应用水平具有指导意义。气测录井过程中，气测全烃值与烃组分值之和的关系主要呈现下列三种情况：一是气测全烃值大于烃组分值之和；二是气测全烃值与烃组分值之和相当；三是气测全烃值小于烃组分值之和。通常人们认为第一种和第二种现象是正常的，第三种情况是不正常的。气测录井的业主通常认为，全烃值小于烃组分值之和是仪器性能引起的，怀疑全烃值和烃组分值或者某气测参数的准确性。笔着通过多年的气测录井的实践经验和对气测录井理论的深入研究，认为出现气测全烃值小于烃组分值之和的现象，绝大多数的情况下是由仪器的标定方式、分析方式、地下油气性质和某种气测操作参数选择不当引起的，对油气的解释评价基本上不产生影响。气测值的高低与多种因素有关，而且气测值的大小是相对的，而不是绝对的，气测解释时主要采用的方法是“全烃确定异常，烃组分值确定异常性质”，只要一口井采用一种气测操作模式，即使出现上述现象也不会对气测解释评价结果产生影响。气测的全烃标定主要采用两种方式，一种是利用单一烃组分甲烷的不同浓度标定全烃，一种是利用多种烃组分的不同浓度之和标定全烃。这两种标定方式第一种不易出现全烃值大于烃组分值之和的现象，而第二种方式在油气高浓度时容易出现全烃值大于烃组分值的现象。产生这种现象的原因是由油气的性质和烃组分的气测响应值不同共同作用引起的，通常情况下，烃组分主要以甲烷为主（一般情况下，甲烷的相对含量在70%左右），而且甲烷的气测响应值大于乙烷、丙烷、丁烷的响应值大，标定时全烃是五种烃组分相同浓度之和，这样气测测量出的全烃值比实际值要大，就不会出现全烃值小于烃组分值的现象。气层显示主要以甲烷为主（一般情况下，甲烷的相对含量大于85%），同样的道理，气层显示不管在高浓度和低浓度时都不会产生全烃值小于烃组分之和的现象。油显示时，甲烷的浓度变低，乙烷、丙烷、丁烷的相对浓度增加，乙烷、丙烷、丁浣的之和大于甲烷，甲烷对全烃测量值贡献变小，其它烃组分贡献增大而气测响应值降低，这样气测测量出的全烃值比实际值变小，就有可能出现全烃值小于烃组分值的现象。要避免出现这种现象，标定全烃时要尽可能选用与地下油气挥发组分相近的标准气样标定全烃。全烃的测量方式不同，选用的标定方式不符也有可能产生气测全烃值大于烃组分之和的现象。采用用氢火焰鉴定器（FID），不采用质量浓度标定，而采用体积浓度标定也会出现误差；采用热导鉴定器（TDC），不采用体积浓度标定，而采用质量浓度标定也会出现误差。因此，标定时必须采用与鉴定器相适应的标准气样种类，尽可能地减少出现全烃和烃组分误差的机会。在这里需要提醒的是一般标准气样是质量浓度，体积浓度是运用纯单一标准气样配制的。配制体积浓度时，应严格按照配制方法和配制标准，配制不同浓度的体积浓度即可。全烃氢火焰鉴定器（FID）特有的局限性也有可能造成高浓度时全烃值小于烃组份值之和的现象。氢火焰鉴定器（FID）低浓度时比较敏感，高浓度时敏感程度降低，浓度达到50%以上，甚至可能饱和。而此时样口气经色谱柱分离成单一的烃组分并没有发生饱和，就在可能发生全烃值小于烃组分值。特殊的油气层也有可能出现全烃值小于烃组分值之和，如组分残缺型，克拉玛依油田某些裂缝油气层，仅有乙烷以后的成分；甲烷的相对含量低于20%时，这两种类型的油气