高含硫化氫生物礁氣層錄井識別研究

榮延善，黃 強，劉喬平，石元會

(1.中石化江漢石油管理局，湖北 潛江 433123;2.中石化江漢油田分公司，重慶 萬州 404020)

引 言

四川盆地海相碳酸鹽巖沉積厚度大、氣層分布范圍廣。在天然氣勘探過程中，擁有巨大規(guī)模儲量的二疊系生物礁相氣層具有高含硫化氫特征［1－4］。實鉆中傳統(tǒng)錄井工藝對硫化氫的檢測，主要是使用硫化氫傳感器或報警儀對鉆井過程中被鉆井液攜帶出的氣相硫化氫進行監(jiān)測，只有當井下發(fā)生較嚴重氣侵并有硫化氫氣體從井口逸散的情況下，才可能被地面?zhèn)鞲衅靼l(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)率較低。根據(jù)硫離子增大率可以定性判斷地層是否含有硫化氫，同時結合其他錄井數(shù)據(jù)進行識別，能有效提高長興組高硫化氫氣層的實鉆發(fā)現(xiàn)率。

1 高含硫化氫氣層識別

四川盆地長興組高含硫化氫生物礁氣層的錄井識別主要包含3個方面:①長興組生物礁預測，根據(jù)長興組上覆飛1段地層沉積厚度規(guī)律預測長興組是否有生物礁沉積;②鉆井液硫離子含量檢測，通過離子色譜測量儀等井深間距測量鉆井液中硫離子含量，發(fā)現(xiàn)硫化氫的存在;③通過巖樣鑒別，確定是否鉆遇生物礁儲層，此類儲層白云化程度高，具有明顯巖性變化特征。

1.1 生物礁實鉆預測

四川盆地長興組生物礁錄井預測主要是利用生物礁的正性隆起特征。由于礁體的存在和向上隆起，其頂部在繼續(xù)接受早三疊紀沉積過程中，披覆的飛仙觀組飛1段會出現(xiàn)“填平補齊”性質的差異性厚度減?。?］。

以四川盆地川中元壩工區(qū)為例，飛仙關組飛1段以下如無長興生物礁發(fā)育，其普遍正常沉積厚度為100～120 m，為1套以含泥灰?guī)r為主夾泥巖、頁巖、泥灰?guī)r的沉積組合，區(qū)域厚度穩(wěn)定;如果有生物礁發(fā)育，該套地層沉積厚度將大幅減薄。錄井生物礁預測是以上覆飛1段厚度變化為依據(jù)。當工區(qū)飛1段厚度高于100 m，預測下伏長興組生物礁發(fā)育程度較低，礁存在的可能性小;當飛1段厚度低于100 m，預示著下伏長興組生物礁發(fā)育的概率增高。以地區(qū)正常無生物礁飛仙關組飛1段沉積厚度與實鉆井飛1段沉積厚度之比定義為地層減薄指數(shù)I，當I＞1.50后(表1)，預測長興組沉積一般發(fā)育有礁。

表1 四川地區(qū)部分井長興組地層減薄指數(shù)統(tǒng)計

1.2 離子色譜測量方法

離子色譜技術的核心是離子交換分離。離子交換色譜主要用于無機、有機陰離子和陽離子的分離，實現(xiàn)了陰離子和陽離子的精度檢測，已被應用于環(huán)保、化工、油氣勘探等領域中［6－9］。

鉆井液硫離子測定:按照鉆井過程中每鉆進10 m為1組取樣時間點，在鉆井液高架槽返出口取鉆井液500 mL，將采集的鉆井液經(jīng)中壓濾失儀過濾，去除固體大顆粒物后，取得濾液，并將濾液稀釋適當?shù)谋稊?shù)，經(jīng)過碳18柱和0.22 μm濾膜過濾出5 mL上機測定液，進入專業(yè)的硫離子色譜儀進行離子含量測定，1組樣品的分析周期在4 min以內(nèi)。

連續(xù)測量鉆井液中二價硫離子含量的意義在于反映出鉆井液是否被氣層中的硫化氫侵入。即由于氣層所含硫化氫氣體向鉆井液侵入后，形成了氫硫酸(硫化氫水溶液)，并發(fā)生電解，生成S2－及水合氫離子(H3O+)。

通過對比鉆遇氣層和鉆遇氣層前的鉆井液硫離子含量，能定性判別氣層是否含有硫化氫。根據(jù)實鉆數(shù)據(jù)統(tǒng)計，四川盆地鉆遇長興組高硫化氫氣層后，鉆井液中硫離子含量明顯上升，上升幅度超過30%(表2)。

表2 四川盆地部分含硫化氫氣井實鉆測量鉆井液硫離子變化情況

1.3 巖樣鑒別

巖樣鑒別包括錄井碳酸鹽巖含量分析和鏡下薄片鑒定等，高含硫化氫生物礁氣層在沉積過程中經(jīng)歷了較強的TSR后期溶蝕和白云化作用，通常情況下，一般用以下方程式來表示TSR作用，這也是生物礁氣藏高含硫化氫的主因［10－11］。

礁白云巖的孔隙發(fā)育，白云巖含量相對較高［12］。對典型井巖屑的碳酸鹽巖分析數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，絕大多數(shù)長興組高含硫化氫氣層巖屑中白云巖含量值大于75%，鏡下薄片鑒別，典型氣層巖石白云巖晶型粗大，溶蝕孔發(fā)育，孔隙度高，呈“砂糖狀”。錄井巖樣鑒別可以確定是否鉆遇生物礁儲層。

2 實例分析

基于交會圖技術和統(tǒng)計學理論，可利用2種或2種以上的錄井數(shù)據(jù)制作交會圖圖版，用于長興組高含硫化氫氣層識別效果較好。

如川中元壩YB－XXX井，實鉆過程中，該井的飛仙關組飛4、飛3、飛2段地層沉積厚度均正常，鉆至井段6399～6431 m為飛1段，整體厚度僅為32 m，較正常沉積厚度(100 m左右)呈異常性減薄，該井地層減薄指數(shù)I值為3.1，錄井預測下伏長興組生物礁發(fā)育。

鉆至井深6448 m后，于長興組發(fā)現(xiàn)明顯氣測顯示(全烴由基值0.03%最大升至1.84%)，同時應用離子色譜儀測量鉆井液中硫離子含量明顯上升(圖1)，將顯示層鉆井液中硫離子最大含量與非顯示段鉆井液硫離子含量之比定義為硫離子增大指數(shù)n，該井長興組氣層n=1.37，在硫離子增大指數(shù)—地層減薄指數(shù)交會圖版上(圖2)，投點在高含硫化氫氣層區(qū)。

同時，氣顯示段巖性較上覆地層發(fā)生明顯變化，巖屑碳酸鹽巖分析白云巖含量增加(最大82.5%)，晶型變粗，孔隙發(fā)育，具有明顯的長興生物礁氣層巖性特征，解釋該段顯示為高含硫化氫生物礁氣層。

YB－XXX井完井后對6445.0～6500.0 m井段試氣，日產(chǎn)氣為112.2×104m3/d，氣樣中硫化氫含量為5.96%，錄井識別結論獲得證實。

圖1 YB－XXX井高含硫化氫氣層錄井綜合解釋

圖2 硫離子增大指數(shù)－地層減薄指數(shù)交會圖版

3 應用效果

四川盆地是中石化近期推進增儲上產(chǎn)的五大重點區(qū)塊之一，區(qū)內(nèi)長興生物礁氣藏分布廣，儲量大，硫化氫含量高，傳統(tǒng)錄井工藝難以快速準確識別、解釋。本研究通過對川東、川中工區(qū)19口井的長興組錄井數(shù)據(jù)進行解釋，已成功識別高含硫化氫含氣層12層，與完井后試氣結果相比，綜合解釋符合率達到85.7%。

4 結論與建議

(1)二疊系長興組高含硫化氫氣層錄井識別是基于傳統(tǒng)的錄井方法之上，增加了鉆井液硫離子色譜測定工藝，現(xiàn)場應用簡單可靠，樣品檢測周期短，實現(xiàn)了實鉆過程中通過測定鉆井液中硫離子變化判別地層是否含有硫化氫的目的。

(2)在錄井過程中通過錄取諸如地層分層、碳酸鹽巖含量分析及硫離子色譜測量等原始數(shù)據(jù)，可以在井口無氣相硫化氫的前提下，精確解釋出長興組高含硫化氫生物礁氣層，為勘探開發(fā)、安全鉆井提供有效的地質依據(jù)和保障。

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