离子色谱录井解释方法在长庆区域气探井的应用

0 引 言

鄂尔多斯盆地天然气勘探程度已进入成熟期,勘探作业也开始向更深更复杂地层和边缘区域发展,井深增加、地层年代更古老、储集层与气水关系更加复杂^[1],增大了录井油气储集层识别与评价的难度^[2],如何更加及时准确发现、评价油气层,已成为亟待解决的技术难题^[3]。长庆区域针对勘探区块地质特征与勘探工作中存在的录井技术问题及难题,积极探索油气勘探的新思路、新技术^[1],如离子色谱录井,2015年开始,先后购进了2台离子色谱录井仪,应用在长庆区域气探井,主要解决储集层含水识别难题,取得了初步成果。

离子色谱技术近年来被用于钻井液、岩心样品分析^[4],同时也开展了多个实验性工作,如对相同样品采用不同处理方法(样品砸成块状、研磨粉末)进行分析,取心段储集层同时分析钻井液及岩心样品(考虑钻井液影响因素较多)等,主要目的是提高分析数据精度,更真实反映地层信息,便于后期建立更加准确的解释方法。离子色谱录井采集检测项目为常用的7种离子,其中阳离子系列包括钠离子(Na⁺)、钾离子(K⁺)、镁离子(Mg²⁺)、钙离子(Ca²⁺),阴离子系列包括氯离子(Cl^-)、硝酸氢根离子(HN O3-)、硫酸根离子(S O42-)^[4]。笔者统计了L 40、E 100等20多口井共465个基础数据,与测试结果相结合,建立了离子色谱解释评价标准。方法一:较为常用,利用离子色谱仪测得的样品的阴阳离子含量总和,即总矿化度值的高低直接判别是否钻遇水层。方法二:首先应用钻遇水层离子色谱总矿化度值变化来进行定性判别;因为钠氯系数(Na⁺/Cl^-)可以反映地层封闭性好坏、油田水变质程度、地层水活动性^[4],所以进一步应用总矿化度与钠氯系数建立含水性定量解释图板,可切实提高了气探井储集层流体识别能力。经过多年的试验应用,目前录井解释符合率有明显提高,效果显著,有望大规模推广应用。

1 区域地质概况

鄂尔多斯盆地油气资源丰富,具有“低渗、低压、低产”的特点,自下而上发育元古界、古生界、中生界和新生界地层,纵向上具有“上油下气”的分布格局。古生界发育上古生界砂岩、下古生界碳酸盐岩两套含气层系^[6,7]:上古生界气藏以砂岩岩性气藏为主,具有低孔隙度、低渗透率、低含气饱和度的特性^[8],气层与水层、有效储集层与非储集层的岩电响应差异小,天然气的聚集成藏主要受储集砂体分布和物性的控制,故气水关系复杂、有效气层识别难度大^[9,10];下古生界气藏主要分布在奥陶系顶部碳酸盐岩风化壳中,为碳酸盐岩储集层,流体识别难^[11,12]。

2 离子色谱录井分析原理及样品处理

离子色谱法是高效液相色谱法的一种,主要是利用离子交换基团之间的交换,即利用离子之间对离子交换树脂的亲和力差异性,实现阴、阳离子的分离及定量检测。离子色谱录井具有检测精度高、分析速度快、选择性好、可同时分析多种离子等优势,近年来国内外地质学家和录井专业人员利用离子色谱技术对油田地层水进行研究,其理论内涵也得到了极大丰富 ^[13]。

在长庆区域气探井引入离子色谱录井技术,进行油田地层水分析时,主要用于对储集层段钻井液样品进行检测。

在生产实践中,考虑钻井液滤液在提取、稀释、分析、检测过程中,受地层流体进入井筒、人为稀释和设备差异等复杂因素叠加影响,钻井液离子色谱分析的各种离子含量有时不能反映地层流体真实状况,从而影响地层流体识别。为此,笔者采取了同一口井同一井段岩心分析(影响因素小)与钻井液离子色谱分析技术结合,实验人员严格按照离子色谱录井操作规范对现场采集和实验室样品前处理这两个过程严格管控,现场完成3口井不同层位(表1)样品采集,进行对比分析(Z 108井山1段3 355.0~3 369.0 m、Z 110井盒8段3 236.0~3 247.0 m、S 103井马四段2 833.0~2 835.0 m),发现这3个层中钻井液与岩心数据分析总矿化度值均接近,利用离子色谱总矿化度数值法解释结论与测试结果相同。分析结果表明,目前样品前处理操作规范能够满足现场生产需求,钻井液离子色谱分析数据能够真实反映地层信息。

3 储集层流体识别方法

离子色谱实时在线检测技术的研究与试验在长庆区域气探井已逐步展开,从目前应用效果来看,在现场生产实践中可为油气勘探开发提供更及时、丰富的地层水信息,应用效果较好。随着试验数据的增多,建立适用于长庆区域气探井的离子色谱解释方法,可用于指导后期储集层评价。

3.1 离子色谱总矿化度数值法

离子色谱总矿化度数值法是利用离子色谱仪测得的离子含量总和直接判别储集层是否钻遇水层。当储集层钻遇水层时,离子色谱总矿化度值呈变大趋势(图1),据此实现对储集层定性判别。

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图1   离子色谱总矿化度数值法识别储集层流体性质

   

3.2 钠氯系数与总矿化度定量解释图板

钠氯系数(Na⁺/Cl^-)是反映地层封闭性好坏、油田水变质程度、地层水活动性的重要参数,该值越小油气保存条件越好。结合离子色谱总矿化度钻遇水层变大趋势,统计长庆区域气探井L 40、E 100等20多口井共42个储集层,利用其中35个测试符合层、465个数据点,建立了气探井离子色谱解释评价图板(图2),并根据图板的变化趋势,建立了长庆区域气探井离子色谱录井储集层流体性质解释标准(表2)。

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图2   钠氯系数与总矿化度解释图板

   

4 应用分析

应用离子色谱录井技术在长庆区域气探井复杂碎屑岩、碳酸盐岩储集层开展了含水识别探索。从分析效果看,统计L 40、E 100等20多口井完成测试的42个储集层中,有35个储集层与测试结果相吻合,解释符合率达83.33%,效果初显。现场生产实践中,应用已建立的离子色谱解释评价方法对长庆区域L 135、T 93等3口井进行解释评价,经试气验证,3个层与测试结果相同,提高了离子色谱录井解释评价精度。离子色谱录井技术在气探井的应用有效解决了储集层含水识别难题,进一步丰富了录井含水识别手段。

4.1 L 135井下古生界马五₇亚段气层

L 135井下古生界马五₇亚段井段4 115~4 118 m,厚度3 m,岩性为灰褐色含气粉晶云岩、灰褐色含气溶孔状粉晶云岩,岩心出筒断面干燥,无咸味,浸水试验气泡呈串珠状冒出,直径1 mm,持续时间1~2 min。

电测解释(井段4 115.6~4 118.3 m),平均电阻率486.52 Ω·m,平均孔隙度4.54%,平均渗透率0.25 mD,平均声波时差156.28 μs/m。测井显示该井段电阻率较高、物性一般,测井解释为气层(图3)。

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图3   L 135井马五₇亚段测录井综合图

   

该井段岩心样品分析离子色谱数据23个,特征显示为:Na⁺678 mg/L、K⁺556 mg/L、Mg²⁺678 mg/L、Ca²⁺1 531 mg/L、Cl^-1 911 mg/L、HN O3-886 mg/L、S O42-1 582 mg/L,总矿化度为7 822 mg/L,钠氯系数0.35,储集层保存条件好。依据气探井离子色谱录井储集层流体性质解释标准,储集层总矿化度低,不含水。数据点落在解释图板的不含水区(图2),储集层具有不含水特征。

依据离子色谱总矿化度数值法与离子色谱解释评价标准综合分析,结合气体录井全烃值异常明显,离子色谱录井最终解释结论为气层。试油结果产气2 417 m³/d,不产水。离子色谱录井解释结论与试气结果相符,能较准确判断储集层流体性质。

4.2 T 93井上古生界本溪组气水同层

T 93井上古生界本溪组井段2 834~2 839 m,厚度5 m,岩性为浅灰色含气细砂岩,钻时2~3 min/m,全烃峰值12.547 3%,基值2.078 9%,钻井液密度1.16 g/cm³,粘度59 s,槽面无气泡,现场定级为含气层。电测解释(井段2 834.0~2 836.8 m),平均电阻率为70.01 Ω·m,平均孔隙度7.95%,平均渗透率0.13 mD,平均声波时差215.72 μs/m。测井显示该井段电阻率一般、物性一般,测井解释为气水同层(图4)。

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图4   T 93井本溪组测录井综合图

   

该井段钻井液样品分析离子色谱数据9个,特征显示为:Na⁺6 969 mg/L、K⁺3 802 mg/L、Mg²⁺58 mg/L、Ca²⁺698 mg/L、Cl^-9 492 mg/L、HN O3-703 mg/L、S O42-3 180 mg/L,总矿化度24 902 mg/L,钠氯系数0.73,储集层保存条件一般。依据气探井离子色谱录井储集层流体性质解释标准,储集层矿化度高,含水特征明显,解释点落在图板上的含水区(图2),储集层含水。

依据离子色谱总矿化度数值法与离子色谱解释评价图板综合分析,结合气体录井全烃值异常明显,离子色谱录井最终解释结论为气水同层,试油结果产气41 835 m³/d,产水14.4 m³/d,离子色谱录井解释结论与试气结果相符。

4.3 L 40井上古生界山1段含气水层

L 40井上古生界山1段井段4 122.2~4 125.5 m,厚度3.3 m,岩性为浅灰色含气中砂岩,岩心出筒有潮感,浸水试验气泡呈断续状冒出,直径1 mm,持续时间1~2 min。井段4 130.0~4 133.8 m,厚度3.8 m,岩性为浅灰色含气中砂岩,岩心出筒有潮感,浸水试验气泡呈断续状冒出,直径1 mm,持续时间1~2 min。

电测解释(井段4 123.3~4 125.5 m),平均电阻率为62.65 Ω·m,平均孔隙度3.75%,平均渗透率0.04 mD,平均声波时差200.96 μs/m;测井显示该井段电阻率一般、物性较差,测井解释为差气层(图5)。电测解释(井段4 132.0~4 133.8 m),平均电阻率为64.25 Ω·m,平均孔隙度5.16%,平均渗透率0.29 mD,平均声波时差215.35 μs/m;测井显示该井段电阻率一般、物性较差,测井解释为差气层(图5)。

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图5   L 40井山1段测录井综合图

   

井段4 122.2~4 125.5 m岩心样品分析离子色谱数据5个,特征显示为:Na⁺5 724 mg/L、K⁺7 304 mg/L、Mg²⁺1 127 mg/L、Ca²⁺348 mg/L、Cl^-3 456 mg/L、HN O3-1 018 mg/L、S O42-2 907 mg/L,总矿化度21 884 mg/L,钠氯系数1.66,储集层保存条件较差。依据气探井离子色谱录井储集层流体性质解释标准,储集层矿化度高,含水特征明显,解释点落在图板上的含水区(图2),储集层含水。井段4 130.0~4 133.8 m岩心样品分析离子色谱数据7个,特征显示为:Na⁺7 142 mg/L、K⁺9 786 mg/L、Mg²⁺284 mg/L、Ca²⁺168 mg/L、Cl^-2 198 mg/L、HN O3-1 082 mg/L、S O42-1 713 mg/L,总矿化度22 373 mg/L,钠氯系数3.25,储集层保存条件差。依据气探井离子色谱录井储集层流体性质解释标准,储集层矿化度高,含水特征明显,解释点落在图板上的含水区(图2),储集层含水。

依据离子色谱总矿化度数值法与离子色谱定量解释评价图板综合分析,结合气体录井全烃值异常幅度一般,离子色谱录井两段最终解释结论为含气水层,试油结果产气1 306 m³/d,产水19.2 m³/d,离子色谱录井解释结论与试气结果相符。

5 结 论

随着长庆区域油气勘探的不断深入,勘探目标地质条件多变、储集层物性及油气水关系更为复杂,给现场录井油气准确识别以及后续油气水综合解释工作提出了更高的要求与挑战。引入离子色谱录井技术对储集层含水性评价的模式,从应用效果来看,可行性及可靠性较好,离子色谱总矿化度数值法与总矿化度-钠氯系数(Na⁺/Cl^-)交会图板法相结合,能更准确地判断储集层流体性质,为后期储集层改造提供重要依据,在长庆区域气探井具有良好的推广应用前景。

(编辑 王丙寅)

参考文献

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