滕飛啟 傅 鵬 朱更更 吳明松 張春陽 王嘉鑫 張文強(qiáng)

(①中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院；②中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院；③低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室；④中國石油長慶油田分公司第四采氣廠)

0 引 言

氣體錄井是發(fā)現(xiàn)油氣層，特別是氣層最直接、最有效的錄井方法，廣泛應(yīng)用于石油天然氣勘探開發(fā)過程中。錄井中全烴概念易給人造成一種誤解——全烴就是所檢測到的烴類氣體總和。在氣體錄井過程中經(jīng)常出現(xiàn)全烴值大于組分之和或者全烴值小于甲烷含量的現(xiàn)象，已有學(xué)者對此現(xiàn)象進(jìn)行過分析探討[1-4]。為了避免這種現(xiàn)象出現(xiàn)，長慶地區(qū)全烴值均采用各烴類組分之和，但會(huì)出現(xiàn)數(shù)值偏小的現(xiàn)象。

基于上述狀況，本文從氣相色譜工作原理入手，分別介紹全烴和組分的測量方法。由氣相色譜的測量原理可知，全烴是連續(xù)測量，組分是周期分析，至于兩者是何種關(guān)系一直存在爭論。一種觀點(diǎn)認(rèn)為全烴近似等于組分之和，另一種觀點(diǎn)認(rèn)為應(yīng)根據(jù)氫火焰離子化檢測結(jié)果(FID)對烴類碳效應(yīng)計(jì)算全烴值。天然氣中烴類氣體主要用途是燃料，不論各種烷烴比例多少，最終是通過燃燒釋放熱量被利用。因此，提出根據(jù)組分完全燃燒所放出的熱量，找出各組分與全烴值的關(guān)系，建立氣測全烴與組分的計(jì)算公式，為后期解釋評價(jià)提供依據(jù)。

1 氣相色譜儀工作原理

在鉆井過程中，油、氣層中的油和氣經(jīng)滲濾和擴(kuò)散后進(jìn)入鉆井液，再由鉆井液攜帶到地面，通過脫氣器對鉆井液開始脫氣，將脫出的氣體經(jīng)過去水，干燥筒處理后，由樣品泵抽進(jìn)色譜儀進(jìn)行分析。樣品氣分兩路，一路直接進(jìn)入FID氫火焰離子化檢測器分析(圖1)，輸出結(jié)果為樣品氣中全部烴類含量，稱為全烴(Tg)。測量方式為連續(xù)測量，檢測的是樣品氣中氣體的總含量，經(jīng)過多年的摸索和實(shí)踐，采用甲烷純樣進(jìn)行標(biāo)定。

圖1 全烴測量流程圖

另一路樣品氣經(jīng)過預(yù)處理柱，由于天然氣中所含C1-C5各化合物在色譜柱的氣相和固定相中分配能力的不同，隨著載氣不斷通入，天然氣各組分被固定相吸附和脫附，產(chǎn)生分配系數(shù)的微小差異，并不斷擴(kuò)大這一差異，最終各化合物在色譜柱達(dá)到分離。柱分離后進(jìn)入FID氫火焰離子化檢測器分別分析甲烷(C1)、乙烷(C2)、丙烷(C3)、異丁烷(iC4)、正丁烷(nC4)、異戊烷(iC5)、正戊烷(nC5)單一組分體積分?jǐn)?shù)值(圖2)。測量方式為周期分析，采用標(biāo)準(zhǔn)混樣進(jìn)行標(biāo)定。

圖2 烴組分檢測流程圖

2 全烴與組分關(guān)系分析

由氣相色譜的測量原理可知，全烴是連續(xù)測量，它受到的影響因素較多，主要作為一個(gè)參考數(shù)據(jù)，目的在于連續(xù)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)油氣異常層，以防止漏測油氣井段。組分是周期分析，通過定量管每次以0.3 mL進(jìn)入檢測器進(jìn)行定量分析，干擾因素較少。組分檢測主要用于在全烴錄井過程中出現(xiàn)的氣測異常顯示，進(jìn)行烴組分和非烴組分的含量分析，作業(yè)人員根據(jù)不同組分的出現(xiàn), 定性分析氣測異常顯示，判別是氣層、油層、氣水同層、油水同層，還是水層或非烴氣層的顯示。

在錄井解釋過程中經(jīng)常會(huì)用到全烴這個(gè)參數(shù)，由于全烴屬于定性參數(shù)，主要用于單井縱向變化趨勢分析，而用于解釋評價(jià)過程中誤差較大。因此需要一個(gè)相對準(zhǔn)確的全烴值，提高單井解釋符合率。全烴檢測值和所檢測樣品氣成分是何種關(guān)系，一直沒有達(dá)成共識(shí)。據(jù)吳烈鈞《氣相色譜檢測方法》介紹[5]，F(xiàn)ID氫火焰離子化檢測器對烴類具有等碳效應(yīng)，全烴(Tg)檢測值近似符合公式：

Tg=∑nCn

(1)

式中：Tg為全烴，%；n為組分分子式碳當(dāng)量；Cn為樣品氣組分體積含量，%。

長慶地區(qū)天然氣主要成分是甲烷，其他組分含量相對較少，在解釋評價(jià)過程中常采用組分之和代替全烴值，即：

Tg=∑Cn

(2)

由于初步判斷油氣性質(zhì)和預(yù)測產(chǎn)能趨勢時(shí)，利用公式(1)結(jié)果會(huì)偏大，利用公式(2)又會(huì)偏小，導(dǎo)致氣測資料可信度降低，不利于錄井解釋評價(jià)。因此，在勘探和開發(fā)過程中迫切需要一種新的計(jì)算方法。

3 烴組分燃燒熱值法

天然氣主要成分是烷烴，其中甲烷占絕大多數(shù)，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷。在25℃、100 kPa時(shí)，1 mol純物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定的化合物時(shí)所釋放出的熱量，叫做該物質(zhì)的燃燒熱，單位為kJ/mol[6]。

目前市場上常規(guī)氣相色譜儀能檢測甲烷(C1)、乙烷(C2)、丙烷(C3)、異丁烷(iC4)、正丁烷(nC4)、異戊烷(iC5)、正戊烷(nC5)七種組分。根據(jù)這七種組分完全燃燒所釋放出的熱量(表1)[7]，換算成甲烷當(dāng)量燃燒熱，可以進(jìn)一步求出組分與全烴的函數(shù)關(guān)系。如1 mol甲烷完全燃燒釋放出890.4 kJ熱量，1 mol乙烷完全燃燒釋放出1 559.9 kJ熱量，則1 mol乙烷完全燃燒所釋放的熱量相當(dāng)于1.75倍的甲烷。同理，其他組分的燃燒熱換算為甲烷的燃燒熱值，可得到全烴值與組分函數(shù)關(guān)系符合公式：

Tg=C1+1.75C2+2.49C3+3.21iC4+2.98nC4+

3.97iC5+3.64nC5

(3)

分別利用上述三個(gè)公式計(jì)算X井部分井段全烴值(圖3)可以看出，等碳效應(yīng)法計(jì)算全烴值偏大，組分之和法計(jì)算全烴值偏小，兩種方法都具有一定局限性。燃燒熱值法計(jì)算結(jié)果介于等碳效應(yīng)法與組分之和法之間，尤其是天然氣中重組分比例越大，越能體現(xiàn)其準(zhǔn)確性。這表明，基于組分燃燒熱值計(jì)算全烴值法為錄井解釋評價(jià)提供一個(gè)新的方法，當(dāng)然其應(yīng)用效果有待進(jìn)一步發(fā)掘驗(yàn)證。

表1 部分烴類氣體燃燒熱

圖3 X井全烴計(jì)算方法對比

4 結(jié)論與建議

影響氣測顯示的因素很多，包括油氣水本身性能、儲(chǔ)集層物性、鉆井液性能、脫氣器類型及脫氣方式、氣路及儀器本身性能、作業(yè)人員的操作等。故在錄井作業(yè)過程中，必須盡量減少人為因素對色譜檢測的影響，保證各個(gè)參數(shù)的一致性。在解釋評價(jià)過程中應(yīng)對一些參數(shù)統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

(1)全烴不是組分之和，氣測錄井過程中出現(xiàn)組分含量大于全烴含量現(xiàn)象是合理的。

(2)根據(jù)全烴和組分的測量原理，全烴是定性參數(shù)，組分是半定量參數(shù)，在錄井解釋評價(jià)中不宜直接采用原始的全烴測量值。

(3)全烴值與組分的關(guān)系不是簡單的體積分?jǐn)?shù)之和，在解釋評價(jià)中全烴值采用根據(jù)組分的燃燒熱建立的函數(shù)值相對更加準(zhǔn)確，其應(yīng)用效果有待進(jìn)一步驗(yàn)證。