Question

致密砂岩气层随钻识别方法研究——以济阳坳陷为例

Answer 1

许小琼^1，2 王志战³ 慈兴华² 李云新² 刘彩霞² 牛 强²

（1.中国石油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 测录井研究所，北京 100101）

基金项目：国家自然科学基金 “构造应变与砂岩成岩的构造非均质性特征”（编号41002034）。

作者简介：许小琼，女，高级工程师，现从事录井技术研究，E-mail：slljxxq＠163.com。

摘 要：及时识别气层，是天然气勘探的首要任务之一。济阳坳陷致密砂岩气主要分布在东营凹陷、孤 北—渤南地区，主要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，随 钻识别的难度较常规砂岩气层要大得多。结合主要致密砂岩气产区的地质特征，分析研究了气相色谱录井和 罐顶气轻烃色谱录井资料在不同类型气层上的响应特征和识别方法。结果表明，气相色谱录井和罐顶气轻烃 色谱录井对致密砂岩气具有较好的响应，两者相互补充，是随钻过程中直接判识气层最有效的两种地球化学 录井方法。钻遇明显气层时，气相色谱的全烃含量表现为明显高于背景值，全烃对比系数一般大于3，罐顶 气轻烃组分丰富，C₁-C₄轻烃化合物的丰度一般都大于1000％。随着演化程度的升高，气体组分中的甲烷含 量逐渐升高而重烃含量逐渐降低，在皮克斯勒烃组分比值图上自上而下依次为干气区、湿气区和煤成气区、 凝析气区。煤型气多位于罐顶气轻烃C₅ -C₇脂烃族组成三角图的中上部，油型气则落在其下部，且横向分布 较宽，可用来鉴别油型气和煤型气。应用上述方法对济阳坳陷的致密砂岩气层进行识别，符合率达到了 91.6％，提高了随钻判识的准确率。

关键词：致密砂岩气；随钻识别；泥浆气；罐顶气；准确率

Recognition Method Of Tight Sandstone Gas While Drilling—A Case Study on Jiyang Depression

Xu Xiaoqiong^1，2 Wang Zhizhan³ Ci Xinghua² Liu Caixia² Niu Qiang²

（1.School of Geosciences，China University of Petroleum，Qingdao 266555，Shandong，China； 2.Geologging Company，Sheng Li Petroleum Administration Bureau，SINOPEC，Dongying 257064，Shandong，China；3.Well Logging Technology Department，Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering，Beijing 100101，China）

Abstract：Gas recognition while drilling is one of the primary tasks of natural gas exploration.The tight sandstone gas in Jiyang depression distribute in Dongying sag and Gubei-Bonan area，consists of oil-type gas and coal-type gas.Due to such characteristics as poor petrophysics，strong anisotropy and complex origin etc，it is more difficult to recognize tight sandstone gas layer than regular sandstone gas layer.Based on the Geological features of tight sandstone gas in Jiyang Depression，we deeply analyzed the logging response characteristics of mud gas and headspace gas on several different types tight sandstone gas，summing up the evaluation standard and recognition method while drilling.It is proposed that because of obvious response and mutual supplement，mud gas logging and headspace gas logging are two effective geochemical logging methods while drilling .While drilling typical gas layer，total gas content is much higher than background value and coefficient of contrast is greater than three.Usually the composition of light hydrocarbon is abundance and the content of C₁-C₄ light hydrocarbon is greater than one thousand percent .With the rise of evolution degree，the methane gas composition is increasing gradually and heavy hydrocarbons in gradually reduced.In chart of Pixler Hydrocarbon component ratio of natural gas in turn is dry gas top-down，moisture and the coal-derived area，condensate.In headspace gas C₅-C₇ aliphatic hydrocarbons group compositions triangle map，coal-type gas is in the upper，oil- type gas falls on the bottom，and transverse distribution of the wider，can be used to identify oil- type gas or coal-type gas.Using aforementioned methods to recognize tight sandstone gas reservoirs，the accuracy rate was achieved 91.6 percent，consequently improve the accuracy rate of tight sandstone gas recognition while drilling in Jiyang Depression.

Key words：tight sandstone gas；recognition while drilling；mud gas；headspace gas；accuracy rate

致密砂岩气是指孔隙度低（＜12％）、渗透率比较低（＜1×10^-3μm²）、含气饱和度低（＜60％）、 含水饱和度高（＞40％）、天然气在其中流动速度较为缓慢的砂岩层中的非常规天然气^［1～4］，是常规天 然气资源最重要的后备资源之一。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 陷密砂岩气类型丰富，按母质类型的不同有油型气和煤成气，按有机质的演化程度可分为热降解气和高 温裂解气，从测试结果来看，主要有干气、湿气、凝析气三种相态类型^［5～7］。由于埋藏深度较大（一 般在4000m以下），储层的成岩演化作用强、物性差、成藏机理复杂^［8～11］，岩屑荧光显示微弱或无荧 光显示，远不如含油岩屑容易检测，使得随钻识别的难度加大^{［12，13］}。本文主要是从济阳坳陷致密砂岩 气产区的地质特点出发，在气层录井资料响应特征分析的基础上，研究随钻过程中气层的有效识别 方法。

1 研究区地质特征

图1 济阳坳陷构造纲要图

济阳坳陷致密砂气主要分布在东营凹陷北带和渤南洼陷的沙四段、孤北地区的石炭系—二叠 系^{［7，8，15～17］}（图1）。东营凹陷和渤南洼陷沙四段为咸水湖—淡水湖相沉积，气源岩主要为暗色泥岩、 含膏泥岩，有机质类型好、丰度高，洼陷中心烃源岩均处于成熟—高成熟演化阶段。储集体主要为近岸 水下扇、扇三角洲前缘砂体及滨浅湖滩坝砂体，储集空间以粒间孔为主，地层压力为低压—常压。孤北 地区石炭系—二叠系则是—套煤系地层，发育黑色煤、碳质泥岩和深灰、灰黑色泥岩，有机质含量丰 富，以Ⅲ型母质为主，演化程度高，是本区主要的气源岩。储层为三角洲和河流相沉积砂岩，孔隙类型 以次生溶孔主，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 致密砂气产区综合柱状图

从储层物性来看，均属于非常规储层中的胶结为致密—很致密，储层物性评价为好—中等储 层^［18］。东营凹陷北带主要为油型气，孤北—渤南地区深层天然气地球化学特征成因类型呈规律性变 化，由西向东从油型气逐步过渡到煤成气^{［16，17］}。

2 致密砂岩气层录井资料响应特征

天然气录井的主要任务是钻井过程中及时识别气层。当地层被钻开，地层中的油气通过两种途径进 入井筒，一是由钻头机械破碎后的岩屑携带进入；二是已钻开地层中的油气在压差的作用下以渗滤或扩 散的形式直接进入。气相色谱录井主要检测以游离态（气泡）和溶解态（溶于水或油）的形式存在钻 井液中的气体（泥浆气），是随钻过程中直接判识油气层最有效的一种地球化学录井方法。罐顶气轻烃 色谱录井则是检测岩屑或岩心中自然脱附出的罐顶气—轻烃（分子碳数C₁ -C₇的化合物^{［19，20］}），而轻 烃的形成和演化与天然气息息相关，是天然气成因判识、气源对比的重要指标^{［16，19～23］}。两者相互补 充，可以较全面对地下气层进行随钻检测。

2.1 气相色谱资料特征

研究区致密砂岩气在气相色谱资料上具有较强的响应，钻遇明显气层时，全烃含量（Tgas/％）明 显高于背景值，据此可进行随钻气层显示的检测。无论是油型气还是煤型气，气体组成中烃类气体均以 甲烷占有绝对优势，含量在64.0％～96.0％，重烃气 含量中乙烷和丙烷最为常见，碳数大于4 的烃类含量较低（表2）。油型气中甲烷分布范围较大，总体上由凝析气—湿气—干气随着演化阶段的 升高，甲烷相对含量（C₁/％）逐渐升高，干燥系数η 逐渐变大。对于相同类型的气体，由 于地质条件的差异，气体组分特征上也有所不同。煤型气气测组分较为齐全，与油型气中的湿气和干气 具有相似的显示特征，仅依据气体组分含量难以识别气层类型。

表2 济阳坳陷典型致密砂岩气烃组分特征

2.2 罐顶气轻烃色谱资料特征

从表3中可看出，致密砂岩气具有丰富的轻烃组成，除干气甲烷占绝对优势且贫C₆-C₇轻烃化合 物外，其他类型气体的轻烃分布范围均较宽，C₁-C₄轻烃化合物的丰度一般都大于1000，组分个数在 6～27，但在异戊烷/正戊烷（iC₅/nC₅）、C₆-C₇轻烃含量上存在较明显不同，可以用于气层类型的 识别。

表3 济阳坳陷典型致密砂岩气轻烃组成

3 致密砂岩气层录井识别方法

3.1 气层的定性识别

研究区地层压力较为一致，在相近的钻井条件下，地层含油气量越高、物性越好，钻穿单位体积油 气层进入钻井液的油气量就越多，气相色谱的全烃含量表现为明显高于背景值，常用全烃对比系数（异常值/背景值）来衡量异常显示的幅度；相对应地罐顶气轻烃的丰度就越高。相同层位，气层的显 示幅度要高于含气水层、干层。据气体组分、轻烃的丰度和组成特征就可以定性进行气层的快速识别（表4）。

表4 济阳坳陷致密砂岩气层录井参数评价标准

3.2 气层类型的识别

图3 济阳坳陷天然气皮克斯勒烃组分比值图

由于气体组分、轻烃组成特征随有机母质类型、成烃演化程度的不同而变化，可以用于划分天然气 成因类型、进行气源对比和评价其成熟度^{［15～17］}。随着演化程度的升高，气体组分中的甲烷含量逐渐升 高而重烃含量逐渐降低^{［16，19，20］}，组分比值C₁/C₂、C₁/C₃、C₁/C₄、C₁/C₅依次升高，皮克斯勒烃组分 比值图（图3）自上而下依次为干气区、湿气区、凝析气区、油层区。煤成气落在湿气和凝析气区交汇 区，但折线的趋势与油型气存在明显不同，C₁/C₃、 C₁/C₄、C₁/C₅比值逐渐降低，可以较好地区分。

不同结构的轻烃（正构烷烃、异构烷烃、环烷 烃）在不同类型的母质中含量不同，腐泥型母质的轻 烃中富含正构烷烃、环烷烃，腐殖型母质的轻烃中则 富含异构烷烃^{［15～17］}。济阳坳陷致密砂岩气中C₅、C₆ 和C₇脂烃族组成较明显地表现出上述特征（图4），煤型气多位于三角图的中上部，油型气则落在下部，且横向分布较宽，可用来鉴别油型气和煤型气。

应用上述方法对济阳坳陷16口探井54个气显示 层进行识别，经测试验证，符合率达到了91.6％，证 实了方法的可行性。

图4 济阳坳陷天然气C₅-C₇脂烃族组成三角图

4 结论

气相色谱录井和罐顶气轻烃色谱录井技术是随钻录井过程中快速检测致密砂岩气层的有效分析手 段，依据天然气的气体组分和轻烃丰度和分布特征可以定性识别气层，区分气层类型。但任何一项分析 手段难免会到复杂的钻井条件和地质条件的影响，使得识别方法总存在着某些方面的不足，在实际应用 过程中，应在充分了解地质特征的前提下，综合运用多种方法，互相参考和印证，以提高识别精度。

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