摘要：碳酸鹽巖儲層是四川盆地油氣勘探的主要層位之一。一直以來，錄井過程中對碳酸鹽巖巖屑的鑒別主要依據(jù)人為經驗、化學分析和碳酸鹽巖分析儀。近年來，由于勘探的需要，鉆井大提速主要使用PDC鉆井、氣體鉆井新技術新工藝，四川盆地鉆速大幅度提高，給錄井工作中的巖屑鑒別增加了困難，影響了巖屑錄井剖面質量和碳酸鹽巖白云巖儲層的發(fā)現(xiàn)。傳統(tǒng)的碳酸鹽巖鑒別法滿足不了現(xiàn)代鉆井工藝條件下的錄井要求，為此研發(fā)了新型碳酸鹽巖分析技術，在現(xiàn)場能夠比較準確地分析出巖石的主要成分如白云石、方解石和酸不溶物的含量，用于巖性定名、地層對比和白云巖儲層的發(fā)現(xiàn)。該項新技術主要是采用質量分析法，和過去碳酸鹽巖儀的壓力法相比，具有數(shù)據(jù)準確、分析時間短的優(yōu)勢。通過在四川盆地的應用，取得了良好的效果。因此，對碳酸鹽巖定量分析新技術的原理、應用條件、定量解釋方法和應用效果進行了介紹，評價了該技術的應用前景。
關鍵詞：四川盆地；碳酸鹽巖；定量分析技術；巖屑鑒別；解釋方法；質量-化學分析法；應用
隨著近幾年PDC鉆頭鉆井、空氣鉆井等新型鉆井工藝與裝備的應用，巖屑細小或呈粉塵狀，巖屑描述的難度增大。在四川盆地復雜的三疊系、二疊系地層中，要準確的描述巖屑，碳酸鹽巖分析儀器是不可缺少的設備，其結果的可靠性影響對地層巖性的判斷。傳統(tǒng)的碳酸鹽巖鑒別方法滿足不了現(xiàn)代鉆井工藝條件下的錄井要求，為此研發(fā)了新型碳酸鹽巖分析技術。
1 碳酸鹽巖定量分析技術
1.1 基本原理
碳酸鹽巖主要由石灰?guī)r和白云巖組成。其主要化學成分為Ca0、Mg0及C02，其余氧化物還有Si02、Ti02、Al203、Fe0、Fe203、K20、Na20和H20等。純石灰?guī)r的理論化學成分為Ca0、C02；純白云巖(白云石)的理論化學成分為Ca0、Mg0、C02。此外，還有一些微量元素或痕跡元素，如Sr、Ba、Mn、Ni、C0、Pn、Zn、Cu、Cr、V、Ca、Ti等，可利用這些元素的種類、含量的比值來劃分和對比地層、判斷沉積環(huán)境和研究巖石成因。
鹽酸與方解石和白云石的反應方程如下：
CaC03+2HCl=CaCl2+H20+C02↑ (1)
MgCa(C03)2+4HCl=CaCl2+MgCl2+H2O+2C02↑ (2)
目前流行的碳酸鹽巖分析儀是將一定質量的巖屑和鹽酸放在密封的反應池中反應，碳酸鹽與鹽酸反應，不斷生成C02氣體，造成密封池壓力不斷變化，通過測量壓力的變化，從而確定碳酸鹽巖的含量。傳統(tǒng)的這一分析方法存在下述缺點：分析儀器可操作性差、使用不直觀、硬件的穩(wěn)定性不高、分析結果不能形成電子文檔，且需要人工去判讀。主要還因為分析精度不夠，影響了碳酸鹽巖巖性定名，從而影響碳酸鹽巖錄井剖面的質量。因此，急需研究新型的高精度碳酸鹽巖分析技術。
碳酸鹽巖定量分析技術是一種質量-化學分析法，其通過純石灰?guī)r、純白云巖的理論化學成分研究，確定每單位方解石與鹽酸完全反應后質量的減少量。每單位白云石與鹽酸完全反應質量的減少量。利用電子天平測量反應產生的質量減少，并據(jù)此判斷碳酸鹽巖含量的方法。其數(shù)學表達式如下：
Y=(Y2-Y1-1.28Yk)×(C-DY/I00) (3)
EHk=H-Y1+AYB (4)
式中Y為白云質含量；H為石灰質含量；A、B、C、D、E、K為實驗系數(shù)；Y2、Y1為實時分析數(shù)據(jù)。
解釋工作由計算機自動完成，并且可進行短周期分析(120s)、長周期分析(180s)、精確分析(分析時間超過1000s)3種選擇。分析周期越長，結果越準確。實驗表明，采用短周期分析模式，也能滿足現(xiàn)場需要。
1.2 不同取樣條件下的解釋方法
1.2.1誤差分析
1.2.1.1 稱量誤差
目前采用樣品量為1g以內，樣品越多，分析誤差越小。樣品稱量誤差為0.001g，該項誤差隨分析模式不同而異，分析時間越短，誤差越大。
1.2.1.2 樣品混合時間
分析開始后如果不迅速將樣品與鹽酸完全混合，將導致分析不準。通過要求在30s內完全混合，這樣誤差最小。在30～60s內混合均勻，對白云巖含量的影響為5%～10%(相對誤差)。
1.2.1.3 環(huán)境溫度
標定時如果室溫和分析時的室溫不一致，兩者的差別越大，分析誤差越大。應盡可能在與標定溫度相接近的條件下分析。
1.2.1.4 樣品研磨
成分不同，影響不一樣，應盡可能研細。通常而言，顆粒越大，誤差就越大。分析樣品顆粒大小最好與標準樣品一致。
1.2.2不同鉆井條件下的影響
1.2.2.1 橋塞鉆井液鉆井
由于橋塞鉆井液鉆進取樣時間短，巖樣少，巖性混雜，代表性差[1]，測量值中酸不溶物偏高，真巖屑少，解釋準確率影響程度大。
1.2.2.2 PDC鉆頭鉆井
PDC鉆頭產生的鉆屑細小，碳酸鹽巖鉆屑為復合研磨而成，很少見新鮮成型巖屑[1～2]，測定值有一定誤差。
1.2.2.3 空氣鉆井
空氣鉆井，巖屑基本成粉塵[3～4]，但不影響碳酸鹽巖定量分析，解釋符合率較高，影響較大的是取樣時間的準確性。
1.2.3定量分析解釋方法
本系統(tǒng)資料解釋智能化，石灰質含量、白云質含量、白云巖含量的確定不再需要人工參與，排除了人為的誤差。通過大量的實驗，建立了數(shù)學模型，解釋工作由計算機自動完成，碳酸鹽巖測定分析系統(tǒng)可進行短周期分析(120s)、長周期分析(180s)、精確分析(時間1000s以上)3種選擇。
分析過程如下：在燒杯中放入8mL濃度為10%的鹽酸后置于天平托盤，將“稱樣紙”放在燒杯上，待稱量穩(wěn)定后將天平置為零。將樣品放到稱量紙上(樣品重量介于0～1g，樣品越多，分析結果誤差越小)，點擊“倒計時準備”，分析程序進入5s倒計時，在倒計時結束時盡快將酸與樣品混合均勻，并放回到天平托盤上。一個分析周期后，窗口自動顯示分析結果，其結果存在數(shù)據(jù)庫中，可進行修改、轉儲、打印。
2 在四川盆地的應用情況及前景
2.1 應用情況
2.1.1龍崗地區(qū)飛仙關組鮞灘巖性識別
在四川盆地龍崗地區(qū)飛仙關組鉆進中，應用碳酸鹽巖定量分析技術對龍崗地區(qū)3口井進行了采樣分析。從其中一口井的分析可見(圖1)，在6750～6890m儲層段，酸不溶物、石灰質含量高，與上部泥灰?guī)r的自然伽馬高值、雙側向低值對應較好；在6890～6992m儲層段，白云質含量出現(xiàn)至高值，與鮞灘白云巖的自然伽馬低值、雙側向高值顯示吻合較好睜…，為判斷飛仙關組鮞灘儲層提供了可靠依據(jù)。但酸不溶物含量偏高，與鮞灘儲層物性相關性稍差。
2.1.2川中磨溪構造雷口坡組巖性識別
針對碳酸鹽巖地層，顯微識別定量分析巖性存在困難，應用碳酸鹽巖定量分析技術，對M030-H2井進行分析，在2961～3046m、3148～3164m、3208～3308m儲層段，顯示方解石含量低，白云石含量高，對應綜合錄井參數(shù)為低鉆時，高氣測值段。證實碳酸鹽巖定量分析獲得的方解石、白云石、酸不溶物含量與巖屑剖面、鉆時、氣測等資料對比吻合性較好，快速識別出白云巖儲層(圖2)。
2.1.3龍崗地區(qū)長興組生物礁巖性識別
在龍崗地區(qū)長興組生物礁鉆進中，應用碳酸鹽巖定量分析技術對對龍崗62井、龍崗63井和龍崗68井等進行采樣分析。從龍崗62井的分析可見(圖3)，在6300～6354m儲層段，石灰質含量極高，與純石灰?guī)r的自然伽馬低值、雙側向高值對應較好，在6354～6462m儲層段，白云質含量出現(xiàn)至高值，與生物礁白云巖的自然伽馬低值、雙側向高值顯示吻合較好[8]，為判斷長興組生物礁儲層提供了可靠依據(jù)。但酸不溶物含量偏高，與顯示對應的生物礁儲層物性相關性稍差。
2.2 應用前景
隨著鉆井技術的發(fā)展，鉆井速度的不斷提高，四川盆地各大油氣田廣泛采用PDC鉆井和空氣鉆井等先進鉆井工藝，巖屑細小或呈粉塵，巖屑描述的難度增大[9]。應用碳酸鹽巖定量分析技術研發(fā)的分析系統(tǒng)具有結構簡單，操作方便、快捷、準確，樣品分析成功率高，巖屑石灰質、白云質成分量化準確等特點，在提高檄鹽巖地區(qū)錄井剖面的質量和發(fā)現(xiàn)礁灘儲層方面具有的明顯優(yōu)勢，而且，分析系統(tǒng)具有較好的成本優(yōu)勢，市場前景廣泛。
3 結束語
碳酸鹽巖定量分析技術實現(xiàn)了碳酸鹽巖成分解釋定量化，操作方便、結果準確、分析速度快，為錄井工作者識別PDC鉆井、空氣鉆井等先進鉆井工藝過程中攜帶出的巖屑提供了一個輔助工具，提高了錄井剖面質量。該技術在四川盆地碳酸鹽巖重點探區(qū)的儲層巖性識別中取得了較好的效果。
參考文獻
[1] 韓永剛，劉德倫，李平，等，四川地區(qū)氣體鉆井配套錄井技術[J].天然氣工業(yè)，2007，27(11)：31-33.
[2] 晏凌，胡衛(wèi)東，陳懷高，等.LG地區(qū)X井快速鉆井配套工藝技術[J].天然氣工業(yè)，2009，29(10)：57-58.
[3] 唐家瓊，鄭永，熊馳原，等.氣體鉆井的錄井監(jiān)測方法[J].天然氣工業(yè)，2010，30(3)：12-15.
[4] 龐東豪，袁騏驥.空氣鉆井攜巖及防燃爆最小注氣量計算方法[J].天然氣工業(yè)，2009，29(3)：62-64.
[5] 張兵，鄭榮才，黨錄瑞，等，川東地區(qū)黃龍組碳酸鹽巖儲層測井響應特征及儲層發(fā)育主控因素[J].天然氣工業(yè)，2010，30(10)：13-17.
[6] 熊曉軍，王小品，賀振華.基于非線性能量分析的鮞灘儲層預測方法[J].西南石油大學學報：自然科學版，2010，32(4)：1-5.
[7] 劉微，曾云賢，楊雨.飛仙關組鮞灘儲層常規(guī)地震相識別技術探索[J].西南石油大學學報，2007，29(1)：30-33.
[8] 沈建波，高秀娥，石元會，等，川東褶皺帶海相碳酸鹽巖氣層產能預測[J].錄井工程，2010，21(4)：17-19.
[9] 粱寶安，王悅田，劉晶，等.水平井錄井技術研究與應用[J].錄井工程，2010，21(4)：1-4.
(本文作者：韓永剛1 趙容容2 李平1 陳述良1 濮瑞1 李永保1 1.川慶鉆探工程有限公司地質勘探開發(fā)研究院；2.中國石油西南油氣田公司勘探事業(yè)部)
贊 賞 分享
您可以選擇一種方式贊助本站
支付寶轉賬贊助
微信轉賬贊助
- 注解：本資料由會員及群友提供僅供閱讀交流學習，不得用于商業(yè)用途！
