致密砂岩气藏随钻识别方法研究——以济阳坳陷为例
(1.中国尤氏大学地球科学与技术学院，山东青岛266555；2.中国石化胜利石油管理局地质录井公司，山东东营257064；3.中国石化石油工程技术研究院测井研究所，北京100101)
基金项目:国家自然科学基金“砂岩成岩作用的结构应变与结构非均质性”(No.41002034)。
作者简介:徐，女，高级工程师，现从事测井技术研究，邮箱:slljxxq @ 163.com
摘要:及时识别气藏是天然气勘探的主要任务之一。济阳坳陷致密砂岩气主要分布在东营凹陷和孤北-渤南地区，有油型气和煤型气两种类型。由于储层具有物性差、非均质性强、成因复杂等特点，钻井识别难度比常规砂岩气藏大得多。基于主要致密砂岩气产区的地质特征，分析研究了气相色谱测井和罐顶气轻烃色谱测井资料在不同类型气藏中的响应特征和识别方法。结果表明，气相色谱测井和罐顶气轻烃色谱测井对致密砂岩气有很好的响应，两者相辅相成，是随钻直接识别气层的两种最有效的地球化学测井方法。钻遇明显气层时，气相色谱总烃含量明显高于背景值，总烃对比系数一般大于3，罐顶气中轻烃组分丰富，C1-C4轻烃化合物丰度一般大于1000%。随着演化程度的增加，气体组分中甲烷含量逐渐增加，重烃含量逐渐减少。在Pixler烃组分比图上，自上而下有干气区、湿气区、煤成气区和凝析气区。煤型气多位于罐顶轻烃C5 -C7脂肪烃组三角图的中上部，油型气位于其下部，横向分布较宽，可用于区分油型气和煤型气。利用上述方法对济阳坳陷致密砂岩气藏进行识别，符合率达到91.6%，提高了随钻识别的准确性。
关键词:致密砂岩气；随钻识别；泥浆气体；罐顶气体；准确率
致密砂岩气随钻识别方法——以济阳坳陷为例
徐晓琼1，2王志展3慈兴华2刘彩霞2牛强2
(1.中国石油大学地球科学学院，山东青岛266555；2.中国石化李晟石油管理局地质录井公司，山东东营257064；3.中国石化石油工程研究院测井技术部，北京100101，中国)
文摘:随钻气识别是天然气勘探的主要任务之一。济阳坳陷致密砂岩气分布在东营凹陷和孤北-渤南地区，包括油型气和煤型气。由于储层物性差、各向异性强、成因复杂等特点，致密砂岩气层比普通砂岩气层更难识别。根据济阳坳陷致密砂岩气的地质特征，深入分析了几种不同类型致密砂岩气的泥浆气和顶部气测井响应特征，总结了随钻评价标准和识别方法。认为泥浆气测录井和顶空气测录井具有明显的响应性和互补性，是两种有效的随钻地球化学录井方法。钻典型气层时，总瓦斯含量远高于背景值，反差系数大于3。通常轻烃的组成很丰富，C1-C4轻烃的含量大于1000%。随着演化程度的提高，甲烷气体成分逐渐增加，重烃逐渐减少。在Pixler图中，天然气的烃组分比例从上到下依次是干气、湿气和煤成气、凝析油。在顶空气C5-C7脂肪烃族组成三角图上，煤型气在上部，油型气落在底部，且横向分布较宽，可用来鉴别油型气或煤型气。利用上述方法识别致密砂岩气层，准确率达到965438±0.6%，从而提高了济阳坳陷致密砂岩气随钻识别的准确率。
关键词:致密砂岩气；随钻识别；泥浆气体；顶空气体；准确率
致密砂岩气是指低孔隙度(< 12%)、低渗透率(< 1× 10-3 μ m2)、低含气饱和度(< 60%)、高含水饱和度(> 40%)和天然气流动缓慢[65438]的砂岩层中的非常规天然气，由于埋藏深度一般较大，习惯上也称为深层致密砂岩气[2]。济阳坳陷致密砂岩气类型丰富，根据母质类型不同可分为油型气和煤成气，根据有机质演化程度可分为热降解气和高温裂解气。根据测试结果，主要有干气、湿气和凝析气三种相态类型[5 ~ 7]。由于埋藏深(一般在4000米以下)，储层成岩演化强，物性差，成藏机理复杂[8 ~ 11]，岩屑荧光显示弱或无荧光显示，远不如含油岩屑容易检测，根据济阳坳陷致密砂岩气产区地质特征和响应特征分析，随钻识别难度较大[12，18]
1研究区地质特征
图1济阳坳陷构造轮廓
济阳坳陷致密砂岩气主要分布在东营凹陷北带、渤南洼陷沙四段和孤北地区石炭-二叠系[7，8，15 ~ 17](图1)。东营凹陷和渤南凹陷沙四段为盐湖-淡水湖相沉积，气源岩以暗色泥岩和含膏泥岩为主，有机质类型好，丰度高。凹陷中部烃源岩处于成熟-高成熟演化阶段。储层主要为近岸水下扇、扇三角洲前缘砂体和滨浅湖滩坝砂体。储集空间主要为粒间孔隙，地层压力为低-正压力。孤北地区石炭-二叠系为一套煤系地层，发育黑色煤、碳质泥岩和深灰色、灰黑色泥岩，有机质含量丰富，以ⅲ型母质为主，演化程度高，是该区主要的气源岩。储层为三角洲和河流沉积砂岩，孔隙类型主要为次生溶孔，地层压力为低压-弱高压(表1，图2)。
表1济阳坳陷致密砂岩气主要产区地质特征
图2致密砂岩气产区综合直方图
从储层物性来看，所有非常规储层胶结均为致密-非常致密，储层物性评价为良好-中等储层[18]。东营凹陷北部带以油型气为主，孤北-渤南地区深层天然气地球化学特征有规律变化，自西向东逐渐由油型气向煤成气转变[16，17]。
2致密砂岩气藏测井资料的响应特征
天然气测井的主要任务是在钻井过程中及时识别气层。钻开地层时，地层中的油气通过两种途径进入井筒:一种是被钻头机械破碎的岩屑带入；二是钻遇地层中的油气在压差的作用下，以渗流或扩散的形式直接进入。气相色谱测井主要检测钻井液中以游离态(气泡)和溶解态(溶于水或油)存在的气体(泥浆气)，是随钻直接识别油气层最有效的地化录井方法。罐顶气轻烃色谱测井是检测岩屑或岩心自然解吸的轻烃(分子碳数为C1 -C7 [19，20]的化合物)，轻烃的形成和演化与天然气密切相关，是气源识别和气源对比的重要指标[16，65438+]。两者相辅相成，可以随钻综合探测地下气藏。
2.1气相色谱数据特征
研究区致密砂岩气对气相色谱数据有强烈的响应。钻遇明显气层时，总烃含量(TGAS/%)明显高于背景值，因此可以检测到随钻气层显示。无论是油型气还是煤型气，甲烷在气体组成中占绝对优势，含量为64.0% ~ 96.0%。在重烃气体中，乙烷和丙烷是最常见的，碳数大于4的烃含量较低(表2)。油型气中甲烷的分布范围较大，一般从凝析气-湿气-干气。随着演化阶段的增加，甲烷相对含量(C1/%)逐渐增加，干燥系数η逐渐增大。对于同一类型的气体，由于地质条件的差异，气体成分特征也不同。煤型气的气体成分较为完整，与油型气中的水分和干气具有相似的显示特征，仅根据气体成分含量难以识别气层类型。
表2济阳坳陷典型致密砂岩气体和烃类组分特征
2.2罐顶气轻烃色谱数据特征
从表3可以看出，致密砂岩气富含轻烃成分。除干气甲烷占绝对优势且C6-C7轻烃化合物贫乏外，其他类型气轻烃分布范围较广。C1-C4轻烃化合物丰度一般大于1000，组分数量在6-27之间，但在异戊烷/正戊烷(iC5/nC5)中。
表3济阳坳陷典型致密砂岩气轻烃组成
3致密砂岩气层测井识别方法
3.1气藏的定性识别
研究区地层压力相对一致。在类似钻井条件下，含油气量越高，地层物性越好，通过单位体积油气层钻入钻井液的油气就越多，气相色谱总烃含量明显高于背景值。总烃对比度系数(异常值/背景值)常用来衡量异常显示的幅度。相应地，罐顶气中轻烃的丰度更高。在同一层位，气层的视振幅高于含气水层和干层。根据气体成分、轻烃的丰度和组成特征，可以快速定性识别气层(表4)。
表4济阳坳陷致密砂岩气藏测井参数评价标准
3.2气藏类型的识别
图3济阳坳陷天然气Pixler烃组成比图
由于气体组成和轻烃组成特征随有机母质类型和生烃演化程度的不同而不同，因此可用于天然气成因类型划分、气源对比和成熟度评价[15 ~ 17]。随着演化程度的增加，气体组分中甲烷含量逐渐增加，重烃含量逐渐减少[16，19，20]，组分比分别为C1/C2、C1/C3、C1/C4和C1/C5。煤成气落在湿气带和凝析气带的交汇处，但折线走向与油型气明显不同。C1/C3、C1/C4和C1/C5的比值逐渐降低，可以很好的区分。
不同结构的轻烃(正构烷烃、异构烷烃和环烷烃)在不同类型的母质中含量不同。腐泥型母质中轻烃富含正构烷烃和环烷烃，腐殖型母质中轻烃富含异链烷烃[15 ~ 17]。济阳坳陷致密砂岩气中C5、C6和C7脂肪烃族组成明显表现出上述特征(图4)。煤型气多位于三角形的中上部，油型气位于下部，其横向分布较宽，可用于区分油型气和煤型气。
应用上述方法对济阳坳陷16口探井的54个含气层进行了识别，符合率达到91.6%，证明了该方法的可行性。
图4济阳坳陷天然气C5-C7脂肪烃族组成三角图
4结论
气相色谱测井和罐顶气轻烃色谱测井技术是随钻测井快速检测致密砂岩气层的有效分析手段。根据天然气的气体组成和轻烃的丰度及分布特征，可以定性识别气藏，区分气藏类型。然而，任何分析方法都不可避免地会受到复杂的钻井条件和地质条件的影响，因此识别方法总是存在一些缺点。在实际应用过程中，要在充分认识地质特征的前提下，综合运用各种方法，相互借鉴、相互验证，提高识别精度。
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