羅 智 張恒山

(中海油伊拉克有限公司)

近年來(lái)，各國(guó)均大力開(kāi)發(fā)和尋找清潔能源，而天然氣是最好的潔凈能源之一。在南海西部油田石油天然氣勘探中，經(jīng)常鉆遇非烴氣，尤其以CO2極為常見(jiàn)，而且有些氣藏中其含量極高。因此，CO2含量高低成為決定氣田是否有勘探和開(kāi)發(fā)價(jià)值的關(guān)鍵因素。為了識(shí)別氣藏中CO2氣體，通常采取措施進(jìn)行地層測(cè)試，獲得氣體樣品進(jìn)行分析，但是周期長(zhǎng)、成本高。有學(xué)者嘗試?yán)靡暱紫抖炔町愖R(shí)別CO2和烴類(lèi)氣[1]，但是，針對(duì)南海西部油田的許多低孔低滲儲(chǔ)層，這種單孔隙度差異法并不有效。除此之外，地層測(cè)壓取樣技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展比較成熟而又經(jīng)濟(jì)的手段，然而，在特殊情況下，比如井況不好無(wú)法進(jìn)行地層測(cè)壓取樣。為了降低勘探成本，怎么才能識(shí)別那些高CO2含量的氣層？通過(guò)分析和總結(jié)南海西部鉆遇的一些氣層的測(cè)錄井資料，找到比較有效的方法，識(shí)別氣藏中的CO2。

1 基本原理

為了能有效區(qū)分烴類(lèi)氣與CO2氣，首先需要了解二者各自的特性。從分子來(lái)說(shuō)，CO2的原子組成是碳和氧，而烴類(lèi)氣主要成分是甲烷，其原子組成是碳和氫。

1.1 氣體的含氫指數(shù)

為了尋求地層含氫量與地層孔隙度之間的關(guān)系，在中子孔隙度測(cè)井中引進(jìn)了含氫指數(shù)的概念[1，2]。在相同中子源強(qiáng)度和源距的情況下，中子儀器對(duì)熱中子或超熱中子的計(jì)數(shù)率取決于地層對(duì)中子的減速能力，而地層減速能力又主要決定于地層含氫量。因此，對(duì)于相同體積的CO2與烴類(lèi)氣來(lái)說(shuō)，CO2分子不含氫，非烴氣體儲(chǔ)層的含氫量主要取決于其它物質(zhì)，從而導(dǎo)致含CO2氣體儲(chǔ)層的中子視孔隙度比充滿(mǎn)烴類(lèi)氣的相同儲(chǔ)層要小。

1.2 氣體的密度

CO2的總分子量是48，比甲烷的分子量16要大得多。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下CO2氣的比重為1.5195，CH4氣的比重為0.5539， CO2氣的密度是CH4氣密度的2.74倍。在氣層條件下CO2是超臨界氣體[3](臨界溫度31℃、臨界壓力7387(kPa)，流體密度近似于液體的密度。實(shí)際高含CO2氣藏中往往含有其它氣體，地層條件下仍為氣態(tài)，但富含CO2氣的密度高于富含CH4氣的密度。因此，飽含CO2氣體的儲(chǔ)層由密度測(cè)井得到的視孔隙度相比飽含甲烷氣的相同儲(chǔ)層要偏小。

1.3 氣體的聲波傳播速度

通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析，聲波在CO2氣體中的傳播速度相比甲烷要慢，聲波時(shí)差增大。前人在常溫常壓條件下已測(cè)定CH4、CO2氣體的聲速，如0℃時(shí)CO2速度為259m/s，0℃時(shí)CH4速度為430m/s。因此，對(duì)于相同儲(chǔ)層而言，充滿(mǎn)CO2比充滿(mǎn)甲烷所計(jì)算的視孔隙度要偏大。

2 CO2氣的識(shí)別方法

由于烴類(lèi)氣與CO2氣的物理性質(zhì)差異，CO2含量越高，中子、密度的視孔隙度越小，而聲波時(shí)差的視孔隙度越大。因此，對(duì)于CO2含量高的氣層來(lái)說(shuō)，中子與密度交會(huì)計(jì)算的孔隙度(φCNL-DEN)要偏小，而聲波時(shí)差計(jì)算的孔隙度(φAC)要偏大，當(dāng)然，在計(jì)算聲波時(shí)差孔隙度時(shí)要進(jìn)行壓實(shí)校正，以水層作為標(biāo)準(zhǔn)。

圖1中左圖1號(hào)氣層CO2含量低于1%，ФCNL-DEN與ФAC在氣層和水層處均重疊，右圖中分析CO2含量為31%，φCNL-DEN與φAC在2號(hào)水層處基本重疊，但是在1號(hào)氣層處ФAC相比ФCNL-DEN要大很多。

圖1 兩個(gè)不同CO2含量的氣層測(cè)井圖

圖2是利用南海地區(qū)一些井的氣層計(jì)算的兩種視孔隙度繪制的交會(huì)圖，從圖中可以看出，不含CO2或者含量極低的氣層，計(jì)算的兩個(gè)視孔隙度基本相等，而在高CO2含量的氣層中ФφAC相比ФCNL-DEN要偏大，兩者的交匯偏離中間線(xiàn)，而且隨著地層孔隙度越大，相同CO2含量的數(shù)據(jù)點(diǎn)偏離中間線(xiàn)越遠(yuǎn)。從表1中可以看出，除DF1-B井氣測(cè)錄井未反映CO2濃度外，其它各井資料均具有相同特征，即孔隙度差異大的氣層取樣分析CO2含量較高，最高達(dá)94.3%，得到了充分驗(yàn)證。根據(jù)兩種不同方法計(jì)算的孔隙度建立地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)圖版，可以估算CO2氣的含量。

圖2 聲波與中子—密度交會(huì)計(jì)算孔隙度相關(guān)子圖

3 實(shí)例分析

X19-2-A井3927m～3939m井段平均氣測(cè)錄井的CO2為0.5%，總烴為4%。利用中子密度測(cè)井資料交會(huì)計(jì)算的孔隙度為13%，而利用聲波時(shí)差計(jì)算的孔隙度為17%，明顯比前者偏大，在圖3中偏離斜對(duì)角線(xiàn)右下方。通過(guò)圖版判斷該層CO2含量較高，而且含量應(yīng)該在10%～30%之間。在3934.5m處進(jìn)行電纜式地層測(cè)壓取樣，分析結(jié)果顯示CO2含量為19%。

Y29-1-2井1890m～1896m井段利用中子-密度測(cè)井資料交會(huì)計(jì)算的孔隙度為24.8%，而利用聲波時(shí)差計(jì)算的視孔隙度為59.2%，通過(guò)交會(huì)圖版落在圖2中右側(cè)90%的CO2含量線(xiàn)附近。完井對(duì)1890m～1893m進(jìn)行DST測(cè)試，38.1mm油嘴工作制度獲得日產(chǎn)氣25.3×104m3，分析化驗(yàn)氣體成分為C18.5%, CO289%，充分驗(yàn)證了該圖版的可靠性與適用性。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)CO2氣體與烴類(lèi)氣的各類(lèi)物理性質(zhì)的分析，結(jié)合實(shí)際資料的驗(yàn)證，總結(jié)了烴類(lèi)氣藏與高含CO2氣藏的測(cè)井響應(yīng)特征差別，從而為尋找現(xiàn)有條件下具有經(jīng)濟(jì)效益的天然氣藏打下基礎(chǔ)，可以大大地降低勘探成本，進(jìn)而提高油公司的勘探效益。當(dāng)然，隨著鉆井?dāng)?shù)量的增加，獲取更多的資料，該圖版可以更加完善，可以進(jìn)一步精細(xì)定量化判別氣藏中CO2含量。

表1 測(cè)井與錄井資料CO2分析統(tǒng)計(jì)表

1 孟祥水，張晉言，孫波.利用測(cè)井視孔隙度差異識(shí)別CO2和烴類(lèi)氣，測(cè)井技術(shù)，2003,27(2):132-135.

2 洪有密.測(cè)井原理與綜合解釋[M].東營(yíng)：石油大學(xué)出版社，1993.

3 劉景旺，顧炳鴻.超臨界CO2流體[J].化學(xué)教學(xué)，2001,23(6):45-48.