碳酸鹽巖快速定量分析儀在塔中奧陶系中的應(yīng)用

陳 軍劉明德尹 宏 邢會(huì)民 蔡萬春 肖高棉林 波

（1.塔里木油田分公司，塔里木 841000；2.川慶鉆探工程公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院，成都 610051）

碳酸鹽巖快速定量分析儀在塔中奧陶系中的應(yīng)用

陳 軍1劉明德2尹 宏1邢會(huì)民2蔡萬春1肖高棉2林 波2

（1.塔里木油田分公司，塔里木 841000；2.川慶鉆探工程公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院，成都 610051）

塔中奧陶系儲(chǔ)層巖性主要為碳酸鹽巖，研究基于化學(xué)-質(zhì)量原理的碳酸鹽巖快速定量分析儀，并成功應(yīng)用于塔中奧陶系。該設(shè)備具有方法先進(jìn)、分析速度快、精度高、數(shù)據(jù)定量化和安全性高等優(yōu)勢；能夠在2～3min內(nèi)，快速準(zhǔn)確地確定云質(zhì)、灰質(zhì)和酸不溶物的含量；建立的該區(qū)域碳酸鹽巖巖性識(shí)別、地質(zhì)卡層和儲(chǔ)層預(yù)測的模型，使得錄井剖面符合率、地質(zhì)卡層的準(zhǔn)確率和儲(chǔ)層的發(fā)現(xiàn)率大幅提升。

奧陶系；碳酸鹽巖；化學(xué)-質(zhì)量法；快速定量分析儀；地質(zhì)卡層；錄井

塔中奧陶系儲(chǔ)層以內(nèi)碎屑沉積為主，形成于水下中高能環(huán)境，構(gòu)成儲(chǔ)層的主要物質(zhì)是碳酸鹽，含有30%左右的泥質(zhì)和不溶物，地質(zhì)條件較為復(fù)雜，準(zhǔn)確判別地層巖性與剖面難度較大。準(zhǔn)確判別塔中奧陶系碳酸鹽儲(chǔ)層中碳酸鹽的含量在塔里木油田的開發(fā)與開采中至關(guān)重要，而目前在塔中奧陶系碳酸鹽巖錄井中主要利用常規(guī)技術(shù)進(jìn)行巖性鑒定，依靠地質(zhì)師的經(jīng)驗(yàn)，利用放大鏡、顯微鏡和化學(xué)藥品等輔助手段，對巖屑進(jìn)行鑒別、定名，由于地層復(fù)雜，碳酸鹽反應(yīng)影響因素又較多，從而導(dǎo)致碳酸鹽含量可靠程度較低，引發(fā)巖性識(shí)別準(zhǔn)確度低，剖面符合率誤差大，儲(chǔ)層預(yù)測不準(zhǔn)（漏掉儲(chǔ)層）等問題。

常規(guī)方法鑒別巖性的準(zhǔn)確與否，完全取決于現(xiàn)場地質(zhì)師的經(jīng)驗(yàn)與水平。為了擺脫碳酸鹽巖含量分析中人為因素的影響，國內(nèi)外廣泛應(yīng)用了碳酸鹽巖儀分析巖屑中白云石和方解石的百分含量。目前多數(shù)碳酸鹽巖分析儀的技術(shù)原理是采用化學(xué)-壓力法，利用鹽酸和碳酸鹽巖粉末發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生CO2氣體對容器的壓力，依靠壓力曲線的形態(tài)定性地判斷巖性。但這種化學(xué)-壓力碳酸鹽巖分析儀具有分析準(zhǔn)確度低、分析周期長（一個(gè)樣標(biāo)準(zhǔn)分析需20min）、對巖屑中灰質(zhì)和云質(zhì)成分不能量化或不能很好的量化、存在安全隱患等缺點(diǎn)。

隨著勘探開發(fā)節(jié)奏的加快和深入，對碳酸鹽巖錄井提出了更高的要求，研發(fā)快速定量智能化的碳酸鹽巖分析儀勢在必行。筆者自主研發(fā)的碳酸鹽巖快速定量分析儀采用化學(xué)-質(zhì)量法，測量化學(xué)反應(yīng)后質(zhì)量減少數(shù)來計(jì)算巖石中方解石、白云石的百分含量，具有方法先進(jìn)、分析周期短、分析精度高、數(shù)據(jù)定量、操作簡單等優(yōu)勢，已在100余支綜合錄井隊(duì)推廣應(yīng)用，受到甲方及小隊(duì)人員的高度贊賞［1］。碳酸鹽巖快速定量分析儀在川渝地區(qū)應(yīng)用效果較好［3］，現(xiàn)逐步推廣應(yīng)用到塔中奧陶系，并開展該區(qū)域的設(shè)備客戶化研究，以及提高該區(qū)域的錄井剖面符合率、地質(zhì)卡層準(zhǔn)確率和儲(chǔ)層預(yù)測率的應(yīng)用研究。

1 碳酸鹽巖快速定量分析儀的研發(fā)

1.1 方法原理

碳酸鹽巖快速定量分析儀采用化學(xué)-質(zhì)量法來分析巖屑的成分?；瘜W(xué)-質(zhì)量法的技術(shù)原理是測量每單位方解石與鹽酸完全反應(yīng)后的質(zhì)量減少數(shù)，從而分析巖石成分中的方解石和白云石的百分含量［2-3］。

碳酸鹽巖巖石的主要成分是方解石和白云石，其主要化學(xué)成分為CaO、MgO及CO2。從化學(xué)知識(shí)中知道鹽酸與方解石和白云石的反應(yīng)方程如下：

根據(jù)反應(yīng)方程可知，每1g方解石與鹽酸完全反應(yīng)后質(zhì)量將減少0.44g。每1g白云石與鹽酸完全反應(yīng)后質(zhì)量將減少0.480 9g。利用電子天平實(shí)時(shí)測量反應(yīng)產(chǎn)生質(zhì)量的減少，據(jù)此判斷碳酸鹽巖成分含量。通過大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立了數(shù)學(xué)模型，數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

式中：Y—云巖含量；H—灰?guī)r含量；A、B、C、D、E、K—實(shí)驗(yàn)系數(shù)；y1、y2—實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)。

根據(jù)以上數(shù)學(xué)模型，編制軟件，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成解釋工作。

1.2 硬件系統(tǒng)

研發(fā)的碳酸鹽巖快速定量分析儀硬件系統(tǒng)包括帶串口輸出的電子天平、燒杯和計(jì)算機(jī)等(見圖1）。其中帶串口輸出的電子天平負(fù)責(zé)燒杯及其內(nèi)部物質(zhì)質(zhì)量的實(shí)時(shí)測量，燒杯為云巖、灰?guī)r與鹽酸反應(yīng)器。

圖1 碳酸鹽巖快速定量分析儀

1.3 軟件系統(tǒng)

碳酸鹽巖快速定量分析儀系統(tǒng)軟件安裝在計(jì)算機(jī)上，負(fù)責(zé)質(zhì)量采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)讀取、存儲(chǔ)、計(jì)算處理、顯示、曲線繪制和智能化得出結(jié)論的功能，碳酸鹽巖快速定量分析儀軟件界面如圖2所示。

圖2 碳酸鹽巖快速定量分析儀軟件界面

在樣品分析界面上錄入分析時(shí)間、井號(hào)、樣品編號(hào)、層位、溫度等基本參數(shù)。通過120個(gè)樣品的重復(fù)性試驗(yàn)表明，重復(fù)性誤差＜1.9%，分析精度可以滿足錄井現(xiàn)場的要求。

2 設(shè)備在塔中奧陶系中的應(yīng)用

2.1 提高錄井剖面符合率

利用碳酸鹽巖快速定量分析儀可以準(zhǔn)確分析出碳酸鹽巖成分，從而精確進(jìn)行巖性鑒別和定名，提高錄井剖面的準(zhǔn)確度。

在塔里木盆地塔中隆起有針對性地選取有代表性且?guī)r性分析困難的5口井，利用碳酸鹽巖快速定量分析儀分析樣品3 606個(gè)，利用其他廠家基于壓力監(jiān)測的碳酸鹽巖分析儀分析樣品1 321個(gè)。通過分析數(shù)據(jù)繪圖對比發(fā)現(xiàn)，碳酸鹽巖快速定量分析儀可以準(zhǔn)確分析出碳酸鈣、碳酸鎂鈣和酸不溶物3種成分；其他設(shè)備僅能分析碳酸鈣、泥質(zhì)兩種成分。如果沒有該技術(shù)與設(shè)備，靠人工經(jīng)驗(yàn)鑒別，或采用其他分析儀，在含泥質(zhì)灰?guī)r與泥質(zhì)灰?guī)r、含灰質(zhì)泥巖與灰質(zhì)泥巖、含云質(zhì)灰?guī)r與云質(zhì)灰?guī)r之間時(shí)就很難區(qū)分。

根據(jù)確定的碳酸鹽巖成分含量，建立該區(qū)域巖性識(shí)別模型。巖性定名原則和碳酸鹽巖命名原則一致：含量在10%～25%，定名為含；含量在25%～50%之間，定名為質(zhì)。利用巖性識(shí)別模型對研究區(qū)域的5口井繪制錄井剖面，并與測井曲線逐層對比，其錄井剖面符合率達(dá)到95%以上，一致性較好。

2.2 提高地質(zhì)卡層的準(zhǔn)確性

根據(jù)建立的研究區(qū)域的多口井高質(zhì)量錄井剖面，進(jìn)行總結(jié)分析，建立地質(zhì)卡層模型：首先根據(jù)碳酸鹽巖分析中的碳酸鈣、碳酸鎂鈣、酸不溶物含量的變化進(jìn)行小層對比，接著跟蹤鉆頭所在位置，然后結(jié)合鄰井資料可以對下部地層和巖性進(jìn)行預(yù)測，從而卡準(zhǔn)層位界面。

利用建立的地質(zhì)卡層模型，對于研究區(qū)域的多口井進(jìn)行卡層試驗(yàn)。其中桑塔木組底地質(zhì)卡層4口，巖屑分層與測井分層最大誤差8.00m，平均誤差為2.25m；在良里塔格組底地質(zhì)卡層4口，巖屑分層與測井分層最大誤差8.00m，平均誤差為3.75m。應(yīng)用效果證明利用碳酸鹽巖快速定量分析儀對塔中奧陶系碳酸鹽巖成分定量化建立的錄井剖面模型和地質(zhì)卡層模型較準(zhǔn)確，對分層卡層起到關(guān)鍵作用。在實(shí)際的鉆井現(xiàn)場，受到了錄井隊(duì)的歡迎，為安全、快速鉆進(jìn)提供了有力保障。

2.3 提高儲(chǔ)層發(fā)現(xiàn)率

碳酸鹽巖分析儀能夠及時(shí)、準(zhǔn)確分析出碳酸鹽巖巖屑的化學(xué)成分，由此建立起巖性剖面，根據(jù)不同構(gòu)造、不同區(qū)塊儲(chǔ)層巖性特征來判定、發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)層，從而建立該區(qū)域的儲(chǔ)層預(yù)測模型：在塔里木盆地塔中隆起奧陶系風(fēng)化殼溶孔、溶洞儲(chǔ)層中，其儲(chǔ)層空間里大多數(shù)充填有泥質(zhì)、有機(jī)質(zhì)等酸不溶物，在碳酸鹽巖分析數(shù)據(jù)里表現(xiàn)為酸不溶物增加或云質(zhì)增加，根據(jù)這一特點(diǎn)，結(jié)合錄井的其他資料，能夠準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)和判斷儲(chǔ)層。

利用建立的儲(chǔ)層預(yù)測模型，在塔里木盆地塔中隆起進(jìn)行了5口井的試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，利用碳酸鹽巖分析數(shù)據(jù)并結(jié)合區(qū)域儲(chǔ)層巖性特征來初步判定儲(chǔ)層是有效的，儲(chǔ)層發(fā)現(xiàn)率達(dá)到80%以上，為測井提供了準(zhǔn)確參考層段。如在XX52井，井段4 536.00～4 668.00m（良里塔格組）碳酸鹽巖分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，酸不溶物含量增加，最大67.72%，平均19.98%，根據(jù)本區(qū)域儲(chǔ)層空間為溶孔、溶洞，而且大數(shù)孔、洞里又被泥質(zhì)、有機(jī)質(zhì)充填，這在碳酸鹽巖分析數(shù)據(jù)里表現(xiàn)為酸不溶物增加，由此分析認(rèn)為井段4 536.00～4 668.00m為儲(chǔ)層。完鉆測井解釋井段4 520.00～4 600.00m、4 620.00～4 634.00m、4 649.00～4 675.00m為儲(chǔ)層，與現(xiàn)場分析數(shù)據(jù)吻合，說明碳酸鹽巖分析數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)和判別儲(chǔ)層，提高儲(chǔ)層的發(fā)現(xiàn)率，而且比測井更及時(shí)。

3 結(jié) 語

（1）研制的碳酸鹽巖快速定量分析儀采用化學(xué)-質(zhì)量先進(jìn)原理，國內(nèi)首創(chuàng)，具有以下特點(diǎn)：分析周期短，僅需 2～3min；分析精度高（小于 2%）；數(shù)據(jù)定量準(zhǔn)確，達(dá)到95%以上；項(xiàng)目齊全，可分析碳酸鈣、碳酸鎂鈣、酸不溶物含量；操作簡單且安全性高，不需反應(yīng)池，不產(chǎn)生壓力。

（2）基于碳酸鹽巖快速定量分析儀在塔中奧陶系準(zhǔn)確定量識(shí)別碳酸鹽巖成分的含量；建立了巖性識(shí)別、地質(zhì)卡層和儲(chǔ)層預(yù)測模型；使得碳酸鹽巖錄井剖面符合率達(dá)95%以上，地質(zhì)卡層準(zhǔn)確率100%，與測井解釋對比儲(chǔ)層發(fā)現(xiàn)率達(dá)80%以上。是提高地質(zhì)錄井質(zhì)量和發(fā)現(xiàn)碳酸鹽巖白云巖儲(chǔ)層的強(qiáng)有力技術(shù)。

（3）該儀器在塔中奧陶系碳酸鹽巖地區(qū)多口井的應(yīng)用表明，對巖性識(shí)別、地層卡層、儲(chǔ)層預(yù)測均有較好的效果。

[1]韓永剛，唐龍遜，熊馳愿，等.化學(xué)-質(zhì)量法碳酸鹽巖定量分析技術(shù)及應(yīng)用[J].錄井工程，2010,22(4):16-19.

[2]韓永剛，趙容容，李平，等.碳酸鹽巖定量分析技術(shù)及其在四川盆地錄井工作中的應(yīng)用[J].天然氣工業(yè)，2011,31(8)：48-51.

Application of Quantitative Carbonate Analyzer for Ordovician Reservoir in Middle Tarim Basin

CHEN Jun1LIU Mingde2YIN Hong1XING Huimin2CAI Wanchun1XIAO Gaomian2 LIN Bo2
(1.Tarim Oilfield Company,Tarim 841000；2.Geological Exploration&Development Research Institute of Chuanqing Drilling Engineering Company Limited，Chengdu 610051)

The main component of Ordovician reservoir in middle Tarim Basin is carbonatite.This paper presents a creative carbonate analyzer based on measuring chemical mass balance,which is successfully applied in the analysis of Ordovician reservoir in middle Tarim Basin.This device has advantages such as shorter time of results obtaining,higher analysis precision,easier data quantification and safer performance.This analyzer can accurately determine the contents of dolomite matter,limestone matter and acid-insoluble matter in two to three minutes,build models in lithology identification,geologic stratification and the predictability of reservoir in this region.By enhancing the coincidence rate of logging profile,the precision of geologic stratification and the discovery rate of reservoir,this carbonate analyzer made significant improvement in the exploration and development of Ordovician reservoir in middle Tarim Basin.

Ordovician；carbonatite；chemical mass balance；quantitative analyzer；geologic stratification；mud logging

TE135

A

1673-1980(2012)05-0106-03

2012-06-05

中國石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司課題（201011030116）

陳軍（1973-），男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)槭涂碧脚c開發(fā)。