利用测井资料识别气藏中CO2

2012-01-12张恒山

天然气勘探与开发 2012年4期

罗智张恒山

(中海油伊拉克有限公司)

近年来，各国均大力开发和寻找清洁能源，而天然气是最好的洁净能源之一。在南海西部油田石油天然气勘探中，经常钻遇非烃气，尤其以CO2极为常见，而且有些气藏中其含量极高。因此，CO2含量高低成为决定气田是否有勘探和开发价值的关键因素。为了识别气藏中CO2气体，通常采取措施进行地层测试，获得气体样品进行分析，但是周期长、成本高。有学者尝试利用视孔隙度差异识别CO2和烃类气[1]，但是，针对南海西部油田的许多低孔低渗储层，这种单孔隙度差异法并不有效。除此之外，地层测压取样技术是近年来发展比较成熟而又经济的手段，然而，在特殊情况下，比如井况不好无法进行地层测压取样。为了降低勘探成本，怎么才能识别那些高CO2含量的气层？通过分析和总结南海西部钻遇的一些气层的测录井资料，找到比较有效的方法，识别气藏中的CO2。

1 基本原理

为了能有效区分烃类气与CO2气，首先需要了解二者各自的特性。从分子来说，CO2的原子组成是碳和氧，而烃类气主要成分是甲烷，其原子组成是碳和氢。

1.1 气体的含氢指数

为了寻求地层含氢量与地层孔隙度之间的关系，在中子孔隙度测井中引进了含氢指数的概念[1，2]。在相同中子源强度和源距的情况下，中子仪器对热中子或超热中子的计数率取决于地层对中子的减速能力，而地层减速能力又主要决定于地层含氢量。因此，对于相同体积的CO2与烃类气来说，CO2分子不含氢，非烃气体储层的含氢量主要取决于其它物质，从而导致含CO2气体储层的中子视孔隙度比充满烃类气的相同储层要小。

1.2 气体的密度

CO2的总分子量是48，比甲烷的分子量16要大得多。在标准状态下CO2气的比重为1.5195，CH4气的比重为0.5539， CO2气的密度是CH4气密度的2.74倍。在气层条件下CO2是超临界气体[3](临界温度31℃、临界压力7387(kPa)，流体密度近似于液体的密度。实际高含CO2气藏中往往含有其它气体，地层条件下仍为气态，但富含CO2气的密度高于富含CH4气的密度。因此，饱含CO2气体的储层由密度测井得到的视孔隙度相比饱含甲烷气的相同储层要偏小。

1.3 气体的声波传播速度

通过实验分析，声波在CO2气体中的传播速度相比甲烷要慢，声波时差增大。前人在常温常压条件下已测定CH4、CO2气体的声速，如0℃时CO2速度为259m/s，0℃时CH4速度为430m/s。因此，对于相同储层而言，充满CO2比充满甲烷所计算的视孔隙度要偏大。

2 CO2气的识别方法

由于烃类气与CO2气的物理性质差异，CO2含量越高，中子、密度的视孔隙度越小，而声波时差的视孔隙度越大。因此，对于CO2含量高的气层来说，中子与密度交会计算的孔隙度(φCNL-DEN)要偏小，而声波时差计算的孔隙度(φAC)要偏大，当然，在计算声波时差孔隙度时要进行压实校正，以水层作为标准。

图1中左图1号气层CO2含量低于1%，ФCNL-DEN与ФAC在气层和水层处均重叠，右图中分析CO2含量为31%，φCNL-DEN与φAC在2号水层处基本重叠，但是在1号气层处ФAC相比ФCNL-DEN要大很多。

图1 两个不同CO2含量的气层测井图

图2是利用南海地区一些井的气层计算的两种视孔隙度绘制的交会图，从图中可以看出，不含CO2或者含量极低的气层，计算的两个视孔隙度基本相等，而在高CO2含量的气层中ФφAC相比ФCNL-DEN要偏大，两者的交汇偏离中间线，而且随着地层孔隙度越大，相同CO2含量的数据点偏离中间线越远。从表1中可以看出，除DF1-B井气测录井未反映CO2浓度外，其它各井资料均具有相同特征，即孔隙度差异大的气层取样分析CO2含量较高，最高达94.3%，得到了充分验证。根据两种不同方法计算的孔隙度建立地区的经验图版，可以估算CO2气的含量。

图2 声波与中子—密度交会计算孔隙度相关子图

3 实例分析

X19-2-A井3927m～3939m井段平均气测录井的CO2为0.5%，总烃为4%。利用中子密度测井资料交会计算的孔隙度为13%，而利用声波时差计算的孔隙度为17%，明显比前者偏大，在图3中偏离斜对角线右下方。通过图版判断该层CO2含量较高，而且含量应该在10%～30%之间。在3934.5m处进行电缆式地层测压取样，分析结果显示CO2含量为19%。

Y29-1-2井1890m～1896m井段利用中子-密度测井资料交会计算的孔隙度为24.8%，而利用声波时差计算的视孔隙度为59.2%，通过交会图版落在图2中右侧90%的CO2含量线附近。完井对1890m～1893m进行DST测试，38.1mm油嘴工作制度获得日产气25.3×104m3，分析化验气体成分为C18.5%, CO289%，充分验证了该图版的可靠性与适用性。

4 结论

通过对CO2气体与烃类气的各类物理性质的分析，结合实际资料的验证，总结了烃类气藏与高含CO2气藏的测井响应特征差别，从而为寻找现有条件下具有经济效益的天然气藏打下基础，可以大大地降低勘探成本，进而提高油公司的勘探效益。当然，随着钻井数量的增加，获取更多的资料，该图版可以更加完善，可以进一步精细定量化判别气藏中CO2含量。