浅浅议色谱仪对地层中水溶气的分析

-.z浅议色谱仪对水溶气的分析关键词：水溶气、烃类气体、溶蚀、色谱资料、互溶性这里所说的水溶气是指含水渗透层中水内溶解的烃类气体和非烃类气体。溶解气不仅可以综合利用，而且可以依据其*一些特性来预测含油气性。因此显得格外重要。我们知道，天然气易溶于石油和水。水内溶解气包括低压水溶气和高压水溶气。我们主要关心的是：利用水内溶解气的化学成分和变化规律怎样有助于寻找油气藏。如今，几乎每个勘探区域，在每一口探井上的每一台色谱仪都在连续实时监测着钻遇地层中烃类气体和非烃类气体的含量。在此，我们重点关注这些资料中水溶气的特性和相关地层特征。我们知道，原始有机质在陆地外表难以保存，大气中的氧气极易破坏有机质。当原始有机质在比较广阔的长期被水〔海水或湖水〕淹没的低洼区沉积下来，水体起着隔绝空气的作用，即使水体含有一定的氧气，一小局部有机质被氧化而消耗后，其余大量有机质仍然保存下来并向油气转化。只是这种有利于有机质堆积保存和转化的环境并不是到处都有。我们先回忆岩石的一些知识，这有助于我们分析。广义的说，地壳上的各类岩石都具有大小不等的孔隙和渗透性。但通常，就沉积岩而言，砂岩、砾岩、多空的石灰岩等为渗透性岩层，而泥岩、石膏、硬石膏、泥灰岩等为非渗透层。这些能够储存和渗滤流体的岩层，称储集层。本文针对的各类流体主要就在储集层中。对其它的渗透层也可以用类似的分析方法。在实践中和理论研究上证实，不同储集层中水和水溶气体的成分是有规律的。在碎屑岩储集层中，由于碎屑岩是成分复杂的矿物碎屑、岩石碎屑和一定数量的胶结物所组成。其储集流体的空间主要是碎屑颗粒间的孔隙，有原生的也有次生的，次生孔隙主要是以碳酸盐矿物为主溶解的产物。岩石组分的破裂和收缩也可以使砂岩产生重要的次生孔隙，不过，通常在数量上居于次要地位。有人研究认为，砂岩所有的孔隙至少三分之一是次生的。可见，溶蚀在自然界的普遍存在。多种互不混溶的或能溶的流体共存与岩石的空隙中。经众多的分析证实，这些物质的主要成分是：水、空气、烃类〔含烃类气体〕、二氧化碳、氮气、氢气等。地层被钻开后，各类流体进入钻井液中，并被携带至井口，经脱气采样后，进入仪器分析。那些小局部混容的，也值得我们认真思考。我们知道，对于石油而言，尽管存在水溶相与游离相运移之争，但越来越多的人成认游离相占主导地位。对天然气而言，一般认为，它可以呈水溶相和游离相存在。另外，在*些条件下，油可以溶于气体中，气可溶于油中。对于天然气而言，天然气在水中有较大的溶解度，例如，在7Mpa压力下，温度37.8摄氏度时，天然气在地下水中的溶解度可达1.55立方米/立方米。这些可以给我们足够的启示：高压水溶天然气资源可能在我们盆地很丰富。复议过去的地质资料容易证实这一点。流体中的水和二氧化碳，主要来自有机质热成熟作用产生的二氧化碳和水。粘土矿物转化生成的水。这些水中普遍含有了二氧化碳。这些溶蚀所需的大量酸性水介质中二氧化碳气体含量是随着温度、压力的增加而增加的。我们可以发现，在色谱资料中，全烃、组分气体的变化是明显的，是可以看出该类地层的烃类相对含量和组成成分。该类地层的水溶气色谱曲线特征是：总烃曲线明显变化，组分有时有明显变化。有时没有。对于含有重烃类组分C2---C5的分析，我们认为主要是天然气中溶解的重烃类组分被色谱柱别离后的组分含量，溶解在这里具有了特殊意义，反映了该层含油。我们也明白了，为什么在常温下是液态的C5能够被色谱别离、并测量出来的原因，那是烃类气体的互溶性造成的。是地层含油的显著特征之一。我们也不排除“雾化观点〞，即液态的C5是以及其微小的液态带电颗粒或分子或分子团形态存在于样品气〔指经脱气装置从钻井液中脱离出的地层内气体〕中。与液态水以水蒸气或云雾的形式存在与空气中类似。我们偏重于互溶观点，烃类气体所在的地层被钻开之前，已经互溶，经过一个迟到时间被钻井液携带至井口后，由于温度压力的变化，和脱气装置的影响，或许产生了微量的微小的C5是以雾化形式存在于样品气中，但绝大局部是以溶解的方式存在的。我们知道，氢火焰鉴定器的根本原理是对存在与其电场中的微弱带电离子流敏感，其实质是单位体积内的带电离子数决定了该时刻的微电流强弱。当被测样品由载气携带，与载气一起进入电离室。氢气经引燃后在空气的助燃下进展燃烧，即电离样品成带电离子。在氢火焰附近设有收集极〔负极〕和极化极〔正极〕，两极之间加有DC150V～DC300V的极化电压，形成一个直流电场。电离度与被测样品的性质和鉴定器都有关，在氢火焰鉴定器中电离效率较低，产生的微电流大小与被测样品浓度大小和样品性质等有关，浓度越大，样品中碳原子的含量愈多，产生的微电流就越大，它们之间存在一定的函学关系。产生的离子在收集极和极化极的外电场作用下定向运动形成电流。放大后可以得到信号。抛开一些细节，带电粒子流的强度即单位时间内带电离子的摩尔数决定了微弱信号的大小。组分可以测量单位体积内气体的几种成分。在全烃类氢火焰鉴定器中，由于单位体积的气体未经过色谱柱子的别离，呈混合态和混溶态进入鉴定器的，在燃烧中形成粒子流，其带电离子流通常是较大的带电微小颗粒或离子团，裂化反响不如组分的彻底。一段时间后，全烃鉴定器内的残留物要比组分鉴定器的多也或许可以证实这一点。组分的样品经过色谱柱子的别离，呈单一态逐次进入鉴定器，逐次在这里很有意义，逐次使重组分的裂化反响要比总烃鉴定器中的时间长，反响也更彻底，但带电粒子流的强度通常小于全烃类氢火焰鉴定器。这也是有时候同一个被测样品组分的绝对浓度之和比总烃浓度要低的原因之一。另外一个重要原因是单位时间内进入总烃鉴定器的烃类气体体积过大，即总烃类样品气毛细管阻尼过小，或与组分的一一对应关系有了新的变化〔数学模型变化〕。但这些并不影响我们的解释，我们更关心的是该层有没有烃类气体及其含量所代表的意义。以及它们变化的增量值大小。一些学者在论文中也详尽分析了全烃类气体与组分气体相比较的函数关系，并且比照了盆地内假设干口探井的资料。我们可以发现，在色谱资料中，非烃类气体，如二氧化碳的变化具有不确定性。有时明显变化，有时候没什么变化。其原因是地层里酸性水介质中二氧化碳的相对含量是不同的。通常情况下，非烃类气体二氧化碳的含量有时明显变化，增大或变小，这与该地层水中溶解的二氧化碳的量有关。非烃类气体中氢气含量的变化，与地层的异常压力有关。原因是局部水在高温高压下生成了氢气和氧气。热导色谱只敏感与氢气和二氧化碳。所以氧气无意义。并且微量的氧气也会被地层内的有机质消耗掉。含有氢气的层多数都是高压流体层。在高压下水蒸气生成氧气和氢气的可逆化学反响的平衡与常压下发生了明显的变化。导致了氢气含量的增加。我们知道，单位体积内的样品气仅仅可以溶解有限的混合烃类气体。以分子形态存在或者以雾化形式存在的碳5〔正戊烷、异戊烷〕也在样品气中含量及其微弱。组分含量的变化意味着地层的样品气变化了，即有新的烃类气体进入。意味着有可能有新的层被钻开。世界上既没有化学成分完全一样的两种石油，也没有成分完全不同的石油。经过对砂样〔地层岩石经钻头破碎并被钻井液携带出井口的碎屑〕的分析容易证实，是否有新的层被钻开。多种资料的互相验证有助于对地层正确的理解。需要注意的是，有时在色谱分析过程中的一小段时间内随着时间的增加，组分中的含量有规律的增加。但仍然是同一个层，原因可能是油气进入圈闭后天然气向圈闭上部聚集，把石油推向溢出点，石油不断被排出，但还没有全部被排出。导致了顶部烃类气体成分与底部烃类气体成分的不同。可能也有别的解释。在*些情况下，深层侵入带来的二氧化碳也能形成碳酸水。在碳酸盐储集层中，如藻灰岩在柴达木盆地跃**区第三系湖相地层中广泛分布,是该区碳酸盐岩储层中最重要的一类油气储层.该类储层储集性能优良,单井获高产工业油流,是跃**区近期一个新的勘探领域.但由于藻灰岩厚度薄,且与多种岩性互层沉积,加之藻灰岩本身具有多样性,导致了该类储层识别难度的加大和评价精度的降低.从藻灰岩色谱曲线特征入手,储集空间通常分为原生孔隙、溶洞和裂缝三类。我们知道，岩性是受沉积环境控制的，碳酸岩沉积物中，原生孔隙网络主要取决于沉积环境中动能的上下。孔隙发育的岩石，在沉积相带上都属于高能环境，如滨海、浅海大陆架、堤岛环境，还有坳陷边缘斜坡和局部隆起。礁石滩涂沉积在沉积旋回上属于海退阶段的沉积，因此，这类储集层是两次海进之间的海退层序。我们先分析碳酸盐岩溶蚀孔隙的形成与分布，这样有助于我们分析储集与其中的流体。溶蚀孔隙又叫溶孔，是碳酸盐矿物或伴生的其他易溶解矿物被地下水、地表水溶解后形成的孔隙。溶孔的特点是形状不规则，在溶孔的形成中，地下水的溶解作用具有重要意义。溶孔和溶洞穴的发育程度，主要取决与岩石本身的溶解度和地下水的溶解能力。地下水的溶解能力是由水的性质和运动状态决定的。地下水并不是纯水，其中经常含有二氧化碳、硫化氢、负一价碳酸根、负二价硫酸根、氧气、正二价钙离子、正二价镁离子等溶质。其中以二氧化碳成分最普遍且对碳酸盐岩的溶解性影响最大。当地下水中含有二氧化碳时，水溶液呈酸性；随着二氧化碳溶解量的增加，溶液的PH数值降低，当其降至3.2时，便成为较强的酸性水，对碳酸盐岩的溶解力大大增强。当这种地下水在碳酸盐岩地层水中流动时，便逐渐将岩石溶解，并形成重碳酸盐被地下水带走，反之，当水中缺乏二氧化碳时，则发生碳酸盐沉底作用，堵塞孔隙，胶结岩石。另外岩石的溶蚀程度还与地下水的温度和压力有密切关系。一般认为，地温每升高10摄氏度，溶蚀程度大约增加两倍。我们可以比照发现，在碳酸盐储集层的色谱资料中，全烃、组分气体的变化是明显的。该类地层的水溶气色谱曲线特征是：总烃曲线明显变化，组分有时有明显变化。有时没有。非烃类气体，如二氧化碳的变化具有确定性。即都含有一定浓度的二氧化碳，只是浓度的不同罢了。结论：经过上面对水溶气和它的存储介质的分析，我们得出结论：利用色谱分析出的二氧化碳含量在不同地层的变化。可以帮助我们建立这样的观念：二氧化碳