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探讨延长气田中快速色谱录井技术的应用及推广

2020-07-07 295 上传者：管理员

摘要：文章从快速色谱技术原理出发,分析比较了快速色谱技术和常规色谱技术之间的差异。快速色谱技术具有分析周期短、灵敏度高、获得油气层信息丰富的特点,能够有效解决快速钻井过程中岩屑描述难度高、薄层发现难,水平井录井信息量少等制约天然气勘探开发的难题,在延长气田鄂尔多斯盆地天然气勘探开发过程中具有明显优势。结合地层天然气识别实际需求,得到了更适合延长气田的色谱选用标准。为延长气田在鄂尔多斯盆地天然气高效勘探开发奠定了基础。

关键词：
应用
应用化学
延长气田
录井
快速色谱
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气测录井作为一项重要的录井技术，在发现和评价油气层以及监控钻井方面起着不可替代的重要作用，同时它也是试气选段时的一项重要依据，但由于气测录井从钻井过程中的气体，从采集到分析受诸多方面因素的制约，影响了气层录井资料的准确性。随着油气开发难度的增加和钻井技术的发展，对气测录井技术的要求也随之增加，特别是水平井钻井施工，随水平段的增加，由于水平段的沉降，导致钻遇地层可被携带至地面的信息量急剧减少；PDC钻头的使用，返出岩屑粒度远远小于牙轮钻头，对地质师的要求增加，对气测的依赖性更强；薄油气层的开发，对气测的反应速度也提出了更高的要求。为了提高解释符合率，进而对录井气测仪器的响应速度、检测灵敏度、维护时间等提出了更高要求。

1、快速色谱录井技术简介

1.1快速色谱分析的基本原理

快速色谱技术的工作原理就是通过把钻井液携带的储层含油气其信息进行脱离和采集，将采集到的烃类混合气体送入色谱柱进行快速、高精度分离，进而完成单组分的分离过程。分离后的单组分以此通过焰氢燃烧形成离子流，经过电流放大后，形成脉冲信号，再通过计算机转换为单组分浓度值（ppm），从而完成单组分浓度检测过程。

图1快速色谱分析原理图

表1几种色谱仪技术参数

1.2快速色谱与常规色谱差异分析

录井气测仪器的核心是在线气相色谱仪。快速色谱仪与常规色谱仪有许多不同之处，主要表现如下：

快速色谱仪色谱柱更加精细，体积缩小为常规的1/3，气体分析周期因此而大幅度缩短，从3～4min缩短到30s，分析速度比原来快了6倍。

分析灵敏度有所提高，常规色谱最小气体检测体积分数为10×10-6，而快速色谱仪则为1×10-6，相互之间差了一个数量级。

石油行业标准SY/T5190-2016《石油综合录井仪技术条件》对全烃测量要求是测量范围1×10-5～1，甲烷最小检测浓度1×10-5；对烃组分测量的要求是测量范围1×10-5～1，最小检测浓度（甲烷）1×10-5；烃组分分析周期分为快速色谱（30s）、普通色谱（90s）。

1.3快速色谱分析的技术优势

快速色谱技术与常规色谱技术相比较，除了快速色谱分析速度快，灵敏度高以外，再具体应用上还具有以下优势。

1.3.1有利于薄油气层的发现和评价

快速色谱技术相较于常规色谱技术更适用于发现和评价薄油气藏。在薄油气层地区，普通色谱仪可通过全烃曲线出现梯形峰来观察发现油气藏，但分析周期要3～4min，当钻时小于3min/m时，就会出现只采集到气层段上的某一个点，甚至采集不到的情况。这样导致的结果就是，气测录井资料只能得到一个只有全烃的可疑薄油气层，而不能真实反映该薄层的组分情况。快速色谱分析技术最短分析周期仅为30s，有的甚至可编辑，这样厚度不小于0.2m的超薄油气层都可能被检测和识别出来。

1.3.2有利于快速钻进条件下发现油气层

在钻进速度极快（<1min/m）的情况下，分析周期为3min的常规色谱仪极有可能漏失正钻穿油气层的色谱组分检测分析，但定量快速色谱仪在这种情况下，却至少能够采集到一个样品，来实现对所钻穿油气层的气体组分分析。快速色谱分析所得到的数据的实时曲线，每一个台阶的变化即表明其检测分析了一次，也就是说在8min内能检测分析11次，而常规色谱仪则只能检测分析2～3次。在PDC钻头快速钻探和浅层钻探时，快速色谱技术是有效发现油气显示和预防浅层气事故的最佳手段。

图2Y21M井测井图

2、快速色谱仪对比性分析

目前延长气田在用色谱仪主要是ACE2智能色谱仪、SK-3Q02G和SK-3Q04色谱仪，占比为43%。通过对录井资料统计，使用SK-3Q04色谱仪的气测资料准确率为98%，而使用SK-3Q02色谱仪的气测资料准确率为91%。分析原因主要有两点，其一，是SK-3Q02色谱仪分析周期长（180秒），而以目前复合钻进的特点（钻进速度快，钻时低），造成了薄层资料的漏取，同时组分采样间隔长，采集的数据少，影响气测资料的准确性。其二，是气测全烃值虽为全井段连续测量，但其受泥浆性能的影响（泥浆液中也含有气体），组分值的精确度直接影响了全井气测资料的准确性。几种色谱仪主要技术参数见表1。

从表1可知，目前延长油田部分在用色谱仪无论在分析时间，还是在分析灵敏度上均达不到行业标准要求，自然也影响到气测解释准确率。

Y21M井使用的是SK-3Q04型快速色谱录井仪，其对天然气组分的分析时间短，能够每30秒进行一次分析，在正常钻进过程中能够识别出3450.9m-3451.6m（0.7米）、3475.9-3476.5（0.5米）、3476.4-3477.0（0.6米）等小于1米的薄气层，有助于准确认识地层含气分布情况和对射孔选段（如图2）。

P2M1200井是一口水平井，钻进初期使用的是SK-3Q02G智能色谱仪，但在水平段钻进过程中由于设备灵敏度不够高且稳定性表现不好，使得不能有效指导水平井导向，最后出现多次钻出目的层。随后更换了SF-3000型快速色谱仪，其分析快，精度高，性能稳定的特点满足了现场要求，最终该井按照实际要求成功完钻。

除此之外，在实际使用过程中还发现，快速色谱技术在准确发现和评价地层含油气性、克服常规色谱中甲烷含量大于全烃的问题和浅层钻进过程中钻井液混入油后扰乱油气层发现等都有明显的效果。综合分析认为快速色谱技术能够保证天然气勘探过程中录井气测的准确性。

3、快速色谱仪的推广及应用

为满足复合条件下钻井的需要，以石油行业标准为参考，选用快速色谱仪是提高气测解释准确度的关键手段，目前国内外高性能色谱仪从技术参数看必然能达到这个要求。利用快速色谱录井技术来提升录井气测准确性的可行性上是有先例的，目前在石油行业，中石油、中石化、中海油已基本淘汰SK-3Q02G，全面推广快速色谱技术。快速色谱在分析周期缩短为1/6、灵敏度提升一个数量级的情况下价格相较于常规色谱只增加了4-7.4万，性价比很高。基于延长气田录井技术服务由民营企业承担的特点，选用色谱仪既要满足必须的性能参数，又不至于为企业增加太大的经济压力。综合认为快速色谱技术能够保证天然气勘探过程中对录井气测准确性的要求，建议在延长气田全面推广应用。

4、结束语

（1）通过分析对比，快速色谱技术和常规色谱技术在分析周期、灵敏度和稳定性等方面有明显差异。

（2）快速色谱技术相较于常规色谱技术分析周期更短，灵敏度更高，有利于发现和评价薄油气层、有利于快速钻进条件下发现油气层。

（3）分析认为快速色谱技术能够保证天然气勘探过程中对录井气测准确性的要求。建议在延长气田全面推广应用。

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