引用本文
李仕芳, 贾浩, 盖文臣, 方铁园, 姚远, 张春朋. 离子色谱录井技术在气探井储层含水性识别中的应用[J]. 录井工程, 2023,34(2): 45-50.
LI Shifang, JIA Hao, GAI Wenchen, FANG Tieyuan, YAO Yuan, ZHANG Chunpeng. Application of ion chromatography logging technology in water bearing property identification of gas exploration well reservoirs[J]. Mud Logging Engineering, 2023,34(2): 45-50.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2023.02.008  
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离子色谱录井技术在气探井储层含水性识别中的应用
李仕芳①, 贾浩①, 盖文臣①, 方铁园②, 姚远②, 张春朋②
①中国石油长庆油田分公司第十采油厂
②盘锦中录油气技术服务有限公司

作者简介：李仕芳 工程师,1987年生,2010年毕业于中国石油大学（华东）资源勘查工程专业,现在中国石油长庆油田分公司第十采油厂从事产能建设工作。通信地址：745100 甘肃省庆阳市庆城县人民路凤城园3区第十采油厂产能建设项目组。电话：15095563162。E-mail：lsf100_cq@petrochina.com.cn

收稿日期: 2023-04-12
摘要

鄂尔多斯盆地气探井解释评价的主要难点是储层含水性识别,地层水成分主要由无机离子组成,因而利用离子色谱录井技术分析无机离子含量的变化,可对储层含水性进行识别。总结鄂尔多斯盆地20多口井离子色谱录井岩心数据,结合后期开采测试结果,利用离子色谱派生参数钠氯系数（Na+/Cl-）、Na+权重、（K++Ca2+）权重、氯镁系数（Cl-/Mg2+）、（K++Ca2+）/Cl-建立了储层含水性识别雷达图,气层、差气层呈现多边形面积饱满形态,水层呈现尖峰突兀形态,从而实现了储层含水性定量化解释评价。该方法适用于层间、井间对比,从后期应用效果看,气探井解释符合率从79.32%提高到了82.35%,改进效果显著。

关键词: 离子色谱; 含水性识别; 派生参数; 雷达图; 定量解释评价
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A
Application of ion chromatography logging technology in water bearing property identification of gas exploration well reservoirs
LI Shifang①, JIA Hao①, GAI Wenchen①, FANG Tieyuan②, YAO Yuan②, ZHANG Chunpeng②
①No.10 Oil Production Plant of PetroChina Changqing Oilfield Company, Qingyang, Gansu 745100,China
②Panjin Zhonglu Oil and Gas Technology Service Co., Ltd., Panjin, Liaoning 124000,China
Abstract

The main difficulty in interpreting and evaluating gas exploration wells in Ordos Basin is the water bearing property identification of the reservoirs. The composition of formation water is mainly composed of inorganic ions, and using ion chromatography logging technology to analyze the changes in inorganic ion content can identify the water bearing properties of the reservoirs. Based on summarizing the core data of more than 20 wells with ion chromatography logging in Ordos Basin, and combined with the results of later production tests, the derived parameters of ion chromatography, such as sodium-chlorine coefficient（Na+/Cl-）, Na+ weight,（K++Ca2+） weight,chlorine-magnesium coefficient（Cl-/Mg2+） and （K++Ca2+）/Cl- ratio, were used to establish the identification radar chart of reservoir water bearing properties. The gas layers and poor gas layers present a polygonal area in full shape, while the water layers present a sharp and abrupt shape, thus achieving quantitative interpretation and evaluation. This method is suitable for interlayer and interwell comparisons. From the later application results,the interpretation coincidence rate of gas exploration wells was increased from 79.32% to 82.35%. The improvement effect is remarkable.

Keyword: ion chromatography; water bearing identification; derived parameter; radar chart; quantitative interpretation and evaluation
0 引言

鄂尔多斯盆地气探井主要分布在青石峁-高沙窝、苏里格西部、盆地外围、陇东地区以及盆地东部神木-米脂等区块, 主力气层集中在上古生界、奥陶系中上组合等深部地层, 主要目的层为上古生界盒8段、山1段, 储层厚度、非均质性变化大, 界限层解释难度大, 气水关系复杂[1]; 从测试效果分析, 完试井中有不同程度的出水现象。近两年气探井在含水性识别方面应用的录井技术主要为核磁共振录井、离子色谱录井, 但与油探井流体性质识别方面应用的录井技术数量相比仍较少。核磁共振录井技术可以给出孔隙结构, 定量评价储层物性, 但在含水性识别方面统计近些年测试井, 部分高含束缚水储层随着后期储层改造措施过大, 储层仍产水, 制约了核磁共振录井技术对储层含水性的识别。为此, 笔者开展了离子色谱录井技术在含水性识别方面的研究, 并挖掘新的解释评价方法应用到实际生产中, 以弥补离子色谱录井技术单利用总矿化度值的高低来判断储层含水性识别的缺陷[2]。

1 离子色谱录井技术原理

离子色谱技术是一项高效液相色谱技术, 其应用领域十分广泛。离子在固定相和流动相之间有不同的分配系数, 当流动相将样品带到分离柱时, 由于各种离子对离子交换树脂的相对亲和力不同, 样品中的各种离子被分离, 继而进入抑制器。抑制器的作用是降低淋洗液的本底电导, 增加被测离子的电导响应值并除去样品中的离子, 再流经电导池, 经电导率检测后绘出各离子的色谱图, 以保留时间定性、峰高或峰面积定量的方式测出离子质量浓度, 即一般意义上的离子含量[3]。

2 地层水识别方法

大多数储集岩都在水中形成, 地层水的准确检测, 对后续地层水研究起着关键作用。鄂尔多斯盆地大气田属于地层-岩性复合圈闭的隐蔽气田[4, 5], 储层致密, 油气水关系复杂, 后期测试取产出的水进行分析, 水型大多以CaCl2水型为主[6], 反映储层保存条件较好, 进一步分析如果储层含水, 一般来自本层的概率较大。地层水的无机组成成分主要包括阳离子系列, 即钠离子（Na+）、钾离子（K+）、镁离子（Mg2+）、钙离子（Ca2+）; 阴离子系列, 即氯离子（Cl-）、硝酸氢根离子（HNO3-）、硫酸根离子（SO42-）。前人研究大多利用钠氯系数（Na+/Cl-）、脱硫系数（100× SO42-/Cl-）、碳酸盐平衡系数[（HCO3-+CO32-）/Ca2+]、镁钙系数（Mg2+/Ca2+）、钠钙系数（Na+/Ca2+）和氯镁系数（Cl– /Mg2+）等参数表征地层水化学特性[7, 8], 进行油气运聚和保存的成因分析, 这些参数同油气聚集成藏一般无直接关系, 但可以间接反映地层水的浓缩变质程度和储层水文地球化学环境变化, 后期根据地层水的各种化学参数变化和地球化学综合判识指标划分地层水水型, 进而判断储层是否有利于天然气的运聚与保存[8, 9, 10]。然而并未利用这些派生参数对储层是否含水进行深入研究。

2.1 岩心样品要求

离子色谱录井分析岩心数据相比分析钻井液数据影响因素较少, 主要是减少了钻井液的污染。在进行研究之前, 为确保采集数据的准确性, 更真实地反映地层信息, 科学地评价岩心离子色谱分析技术的适用性, 在实验室开展了5项离子色谱分析对比性实验：岩心样品不同放置时间、采样位置、样品前处理不同振荡时间、样品前处理和加水稀释不同操作步骤、块状（部分粉末状）与粉末状样品差异。最终的实验结果表明, 在影响岩心数据采集准确性的因素中, 人为操作、岩心样品状态影响最大, 相同样品在不同实验室人员操作情况下, 样品定容、过滤、操作手法不同, 对分析结果有影响（表1、表2、表3）。通过对比确定, 岩心样品要求粉末状分析, 样品前处理振荡时间为40 min, 其他方面无特殊要求。

表1 样品前处理不同振荡时间分析数据对比
表2 样品定容加水稀释分析数据对比
表3 岩心全粉末状与部分粉末状样品定容分析结果数据
2.2 评价参数的优选

离子色谱录井主要通过分析7种离子色谱之间的变化来识别储层含水特征。研究发现, 在分析储层含水性时离子色谱阴离子以Cl-占绝对优势, HNO3-和SO42-含量很低; 阳离子以Ca2+占优势, K+、Na+含量也较高, Mg2+含量低。因此利用离子色谱录井参数组合形成派生参数, 主要选取Cl-、Ca2+、K+、Na+、Mg2+进行组合。理论上储层含水, 总矿化度值较高, 阳离子Mg2+含量低, 而阴离子Cl– 与总矿化度的相关性较高, 如果利用阴离子Cl-与阳离子Mg2+相除, 比值结果大, 异常更明显; 反之储层不含水, 阴离子Cl-数值较小, 阳离子（K++Ca2+）与阴离子Cl-相除有偏大趋势。利用此规律, 可以派生出钠氯系数（Na+/Cl-）、Na+权重（权重为单离子或组合与总矿化度的比值）、（K++Ca2+）权重、氯镁系数（Cl-/Mg2+）、（K++Ca2+）/Cl-这5个敏感参数, 进一步对储层含水情况进行定量分析。

2.3 雷达图定量解释法

录井生产过程中, 岩心出筒后, 按照岩心样品要求进行离子色谱录井分析, 以保证采集数据的准确性, 整理测试井63块岩心样品数据进行分析, 根据上文优选出的5个敏感参数建立储层含水性识别雷达图。当储层含水时, 在雷达图上表现为尖峰突兀形态（图1）, 反之在雷达图上呈现多边形面积饱满形态（图2）。依据相应的规律建立了适用于鄂尔多斯盆地的一种新型含水性识别方法, 后期应用发现其符合率较高。

图1 储层含水雷达图

图2 储层不含水雷达图

3 应用效果

在长庆区域, 气探井存在储层岩性相对复杂、地层构造情况多变等问题, 含水性判识有难度。针对这一情况, 运用离子色谱录井技术开展了含水识别探索应用。从应用情况来看, 区域内完成了94层实际解释评价, 共有78层解释与测试结果一致, 解释符合率达到82.35%, 效果初显。应用已建立的离子色谱解释评价方法（总矿化度法、雷达图定量解释法）分别对L 52、L 89井进行综合解释, 其解释结论与试气验证结果基本一致, 提高了离子色谱录井解释评价精度。现场实践表明, 离子色谱录井技术在气探井的应用有效解决了储层含水识别难题, 进一步丰富了录井含水性识别手段。

3.1 L 52井

该井上古生界盒8段井段3 908.30~3 914.54 m, 厚度6.24 m, 岩性为浅灰色含气细砾岩、灰白色含气粗砂岩、浅灰色含气细砂岩, 岩心出筒无潮感, 浸水试验气泡呈断续状-串珠状冒出, 泡径约1.0 mm, 持续时间1~4 min。

电测解释井段3 908.60~3 912.60 m, 厚度4.00 m, 深侧向电阻率40.03 Ω · m, 声波时差229.16 μ s/m, 岩性密度2.55 g/cm3, 孔隙度7%, 渗透率0.39 mD, 含气饱和度43.59%, 测井解释为气水同层（图3）。

图3 L 52井盒8段测录井综合图

该段岩心样品分析离子色谱数据11个, Cl-含量平均值为927 mg/L, SO42-含量平均值为473 mg/L, Na+含量平均值为1 491 mg/L, Ca2+含量平均值为2 553 mg/L, K+含量平均值为952 mg/L, Mg2+含量平均值为1 018 mg/L, 总矿化度为7 580 mg/L。显示储层矿化度程度低, 含水的可能性小。（K++Ca2+）/Cl-比值有变大趋势, 在离子色谱定量解释雷达图（图4）上呈现多边形面积饱满形态（选取其中5个点参与图板分析）, 综合分析认为储层不含水。结合气测录井全烃值异常, 离子色谱录井最终综合解释结论为差气层, 试气结果产气34 866 m3/d, 不产水, 离子色谱录井解释结论与试气结果一致。

图4 L 52井离子色谱定量解释雷达图

3.2 L 89井

该井上古生界山1段井段4 237.56~4 241.70 m, 厚度4.14 m, 岩性为浅灰色含气粗砂岩、浅灰色含气中砂岩, 岩心出筒有潮感, 浸水试验气泡呈连续状冒出, 泡径约1.0 mm, 持续时间1~2 min。

电测解释井段4 239.6~4 240.8 m、4 240.8~4 242.0 m, 厚度2.40 m, 深侧向电阻率平均值87.43 Ω · m, 声波时差平均值204.39 μ s/m, 岩性密度2.57 g/cm3, 孔隙度4.06%, 渗透率0.14 mD, 含气饱和度40.10%, 测井解释为干层、差气层（图5）。

图5 L 89井山1段测录井综合图

该段岩心样品分析离子色谱数据12个, Cl-含量平均值为4 390 mg/L, SO42-含量平均值为3 171 mg/L, Na+含量平均值为4 201 mg/L, Ca2+含量平均值为1 651 mg/L, K+含量平均值为150 mg/L, Mg2+含量平均值为699 mg/L, 总矿化度为14 746 mg/L。依据气探井离子色谱录井储层流体性质定性解释标准, 显示储层矿化度程度高, 储层含水。阴离子Cl– 含量与总矿化度的相关性较高, 阳离子Mg2+含量低, Cl-/Mg2+比值结果大, 异常明显, 在离子色谱定量解释雷达图（图6）上表现为尖峰突兀形态（选取其中5个点参与图板分析）, 分析认为储层含水。依据离子色谱总矿化度数值法与离子色谱雷达图定量解释法综合分析, 结合气测录井全烃值异常幅度一般, 离子色谱录井最终综合解释结论为含气水层, 试气结果为气显示, 产水8.4 m3/d, 离子色谱录井解释结论与试气结果一致。

图6 L 89井离子色谱定量解释雷达图

4 结论

随着鄂尔多斯盆地油气勘探的不断深入, 勘探目标地质条件多变, 储层物性及气水关系更为复杂, 给井场录井油气显示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。在借鉴前人研究成果的基础上, 依据鄂尔多斯盆地古生界实际的地层流体化学组成资料及现今的地层水识别成果, 初步提出了鄂尔多斯盆地地层水识别的离子色谱雷达图定量解释法。该方法主要是根据地层水的各种化学参数变化趋势制定的, 结合勘探区块的实际情况与地层水识别早期研究成果来判别储层的含水情况, 能够更好地助力油气勘探开发, 增产提效。

（编辑 陈娟）

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