利用測井資料識別氣藏中CO2

羅 智 張恒山

(中海油伊拉克有限公司)

近年來，各國均大力開發和尋找清潔能源，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，經常鉆遇非烴氣，尤其以CO2極為常見，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發價值的關鍵因素。為了識別氣藏中CO2氣體，通常采取措施進行地層測試，獲得氣體樣品進行分析，但是周期長、成本高。有學者嘗試利用視孔隙度差異識別CO2和烴類氣[1]，但是，針對南海西部油田的許多低孔低滲儲層，這種單孔隙度差異法并不有效。除此之外，地層測壓取樣技術是近年來發展比較成熟而又經濟的手段，然而，在特殊情況下，比如井況不好無法進行地層測壓取樣。為了降低勘探成本，怎么才能識別那些高CO2含量的氣層？通過分析和總結南海西部鉆遇的一些氣層的測錄井資料，找到比較有效的方法，識別氣藏中的CO2。

1 基本原理

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

1.1 氣體的含氫指數

為了尋求地層含氫量與地層孔隙度之間的關系，在中子孔隙度測井中引進了含氫指數的概念[1，2]。在相同中子源強度和源距的情況下，中子儀器對熱中子或超熱中子的計數率取決于地層對中子的減速能力，而地層減速能力又主要決定于地層含氫量。因此，對于相同體積的CO2與烴類氣來說，CO2分子不含氫，非烴氣體儲層的含氫量主要取決于其它物質，從而導致含CO2氣體儲層的中子視孔隙度比充滿烴類氣的相同儲層要小。

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。在標準狀態下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。實際高含CO2氣藏中往往含有其它氣體，地層條件下仍為氣態，但富含CO2氣的密度高于富含CH4氣的密度。因此，飽含CO2氣體的儲層由密度測井得到的視孔隙度相比飽含甲烷氣的相同儲層要偏小。

1.3 氣體的聲波傳播速度

通過實驗分析，聲波在CO2氣體中的傳播速度相比甲烷要慢，聲波時差增大。前人在常溫常壓條件下已測定CH4、CO2氣體的聲速，如0℃時CO2速度為259m/s，0℃時CH4速度為430m/s。因此，對于相同儲層而言，充滿CO2比充滿甲烷所計算的視孔隙度要偏大。

2 CO2氣的識別方法

由于烴類氣與CO2氣的物理性質差異，CO2含量越高，中子、密度的視孔隙度越小，而聲波時差的視孔隙度越大。因此，對于CO2含量高的氣層來說，中子與密度交會計算的孔隙度(φCNL-DEN)要偏小，而聲波時差計算的孔隙度(φAC)要偏大，當然，在計算聲波時差孔隙度時要進行壓實校正，以水層作為標準。

圖1中左圖1號氣層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號水層處基本重疊，但是在1號氣層處ФAC相比ФCNL-DEN要大很多。

圖1 兩個不同CO2含量的氣層測井圖

圖2是利用南海地區一些井的氣層計算的兩種視孔隙度繪制的交會圖，從圖中可以看出，不含CO2或者含量極低的氣層，計算的兩個視孔隙度基本相等，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，而且隨著地層孔隙度越大，相同CO2含量的數據點偏離中間線越遠。從表1中可以看出，除DF1-B井氣測錄井未反映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94.3%，得到了充分驗證。根據兩種不同方法計算的孔隙度建立地區的經驗圖版，可以估算CO2氣的含量。

圖2 聲波與中子—密度交會計算孔隙度相關子圖

3 實例分析

X19-2-A井3927m～3939m井段平均氣測錄井的CO2為0.5%，總烴為4%。利用中子密度測井資料交會計算的孔隙度為13%，而利用聲波時差計算的孔隙度為17%，明顯比前者偏大，在圖3中偏離斜對角線右下方。通過圖版判斷該層CO2含量較高，而且含量應該在10%～30%之間。在3934.5m處進行電纜式地層測壓取樣，分析結果顯示CO2含量為19%。

Y29-1-2井1890m～1896m井段利用中子-密度測井資料交會計算的孔隙度為24.8%，而利用聲波時差計算的視孔隙度為59.2%，通過交會圖版落在圖2中右側90%的CO2含量線附近。完井對1890m～1893m進行DST測試，38.1mm油嘴工作制度獲得日產氣25.3×104m3，分析化驗氣體成分為C18.5%, CO289%，充分驗證了該圖版的可靠性與適用性。

4 結論

通過對CO2氣體與烴類氣的各類物理性質的分析，結合實際資料的驗證，總結了烴類氣藏與高含CO2氣藏的測井響應特征差別，從而為尋找現有條件下具有經濟效益的天然氣藏打下基礎，可以大大地降低勘探成本，進而提高油公司的勘探效益。當然，隨著鉆井數量的增加，獲取更多的資料，該圖版可以更加完善，可以進一步精細定量化判別氣藏中CO2含量。

表1 測井與錄井資料CO2分析統計表

1 孟祥水，張晉言，孫波.利用測井視孔隙度差異識別CO2和烴類氣，測井技術，2003,27(2):132-135.

2 洪有密.測井原理與綜合解釋[M].東營：石油大學出版社，1993.

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