用差分色谱法消除气测背景气及外源气干扰的可行性探讨
4页1、用差分色谱法消除气测背景气及外源气干扰的可行性探讨作者:李志强 一、问题的提出众所周知,气相色谱分析技术以其自动、直观、连续、有效和经济等特点,长期以来在现场钻井地质录井过程中一直扮演着一个举足轻重的角色。它在快速发现、捕捉和评价油气水显示方面具有其它录井技术和方法无法取代的地位和作用。传统的现场色谱分析系统是通过连续采集出口钻井液中的脱出气体进行分析的,而出口钻井液中所包含的碳氢化合物气体成分的来源是多种多样的:即可能产生于被钻头破碎的含油气地层本身(也就是通常所说的“破碎气”和“产出气” ) ,也可能是由于起下钻或油气水浸所产生的二次循环气,还可能来自人为混入的各种钻井液有机添加剂(如原油、磺化沥青等)所产生的外源气等等。前者是钻井地质录井所重点关注的目标和对象,而后两者因会产生背景气或常常与地层破碎气混合在一起产生迭加作用,往往会掩盖地层真实的油气水显示,也给现场油气水层的评价和解释带来了更多的不确定因素。因此,如何从出口钻井液所测得的气体含量中消除气测背景值和钻井液添加剂的影响,以便较真实地反映地层“破碎气”和“产出气”的含量,这已成为传统气体检测手段提高数据源可靠性的一个急需
2、解决的问题。围绕提高地面录井采集数据源可靠性和可用性的问题,多年来国内外录井界做出了不懈的努力,采用了诸如定量脱气器、热真空蒸馏脱气(VMS) 、地化油显示分析及定量荧光分析等许多方法来消除对采集和分析数据的干扰因素,尽量间接反映地层真实的含气量。但是这些方法要么无法排除背景气或外源气(来自除地层气以外的其它污染气体)的干扰,要么受其分析方法的局限,无法做到象色谱分析那样具有连续、快速、直接、方便的特点。因此,寻求一种既能尽量消除背景气或外源气的干扰、而又可保留色谱分析特点的新方法就显得十分必要且具有重要的现实意义。二、差分色谱的概念及其实现方法在钻井液从入口处(上水罐)被泵入井眼到返回至出口脱气器的整个过程中,如果不考虑钻井液中有机添加剂的物理化学变化、气体散失、气体上串、出入口钻井液性能和温度等因素的影响,理论上在正常情况下(地层中不含油气水的情况下) ,入口钻井液中的气体含量背景值应该与出口钻井液中所测得的气体含量相同。也就是说,任一时刻出口处钻井液中的气体含量减去一个循环周期之前被泵入的钻井液中的气体背景值-我们称之为“差分”的结果应该接近为零。这样当地层中有油气进入钻井液中并
3、被地面色谱分析检测到时,通过“差分”处理得到的色谱分析结果就应该是消除了钻井液中背景气的干扰、来自地层的真实油气显示。因此我们把某一时刻出口钻井液色谱分析结果与推算到一个循环周期之前入口钻井液色谱分析结果相减所得到的差值称为“差分色谱” 。为实现差分色谱的目的,硬件上要求在钻井液上水罐处安装一套与出口脱气器脱气量和脱气效率相近的脱气装置,同样在录井仪器房内也必须有两套性能基本相同的色谱分析系统。在正常钻进过程中,两套色谱仪分别分析来自出口脱气器与入口脱气器所脱出的钻井液中的可燃气体。如果把当前某一时刻从出口钻井液脱出的气体色谱分析结果看作实时数据,那么这股钻井液在被泵入井眼之前-即相对于当前出口这一时刻的一个循环周期之前从入口钻井液脱出的气体色谱分析结果应该被称作迟到数据。这样实时色谱差分数据就是用当前出口色谱的每一组组分的浓度值减去距一个循环周期时间之前最近的一组入口色谱组分的浓度值(严格说来,此处的“循环一周”概念是指钻井液从入口脱气器处开始,经地面循环管汇沿钻具下行至井底,然后上返至出口脱气器处的时间。与传统的“循环周期”概念不同的是多了一段钻井液从入口处到达井口的时间) 。由此
4、获得的色谱数据代表消除了泥浆背景气(包括泥浆添加剂)的来自地层的含气量。从软件上来说,差分色谱的计算还应扣除色谱分析周期及出、入口脱气器管线延迟时间所造成的时间差。事实上在现场,色谱分析周期和管线延迟时间可以事先通过实测得到,而循环一周时间也可以通过理论计算和实测校正相结合的方法准确获得。这样入口色谱的“采样时间” (此处“采样时间”的定义是色谱从脱气器处开始进样的时刻)就等于:计算机采集到入口色谱分析结果的时刻入口色谱分析周期入口色谱管线延迟时间如果基于“采样时间”保存一张入口色谱的分析结果表,那么当前某一时刻出口色谱所对应的“迟到色谱”数据就可以通过下式所计算的时刻从表中查出:计算机采集到出口色谱分析结果的时刻出口色谱分析周期出口色谱管线延迟时间循环 1 周时间由此可以得到对应于当前某一时刻出口色谱的差分色谱“分析”结果:差分色谱出口色谱分析结果迟到色谱数据为了充分利用出、入口色谱数据和差分色谱数据进行事后分析、解释和评价,可按照WITS 标准分别建立基于出口色谱采样时间的出口色谱周期表、基于迟到井深的出口色谱井深表、基于入口色谱采样时间的入口色谱周期表、基于采样井深的入口色谱井深
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