离子色谱技术在四川陆相须家河组的应用研究

作者：廖震

(中石化西南石油工程有限公司地质录井分公司 四川 绵阳 621000)

摘要：为了及时、准确、快速地判断地层是否含水，提高随钻地层水性识别的精度和储层评价的准确度，利用离子液相色谱技术随钻识别川西、川 东北地区陆相须家河组地层的含水情况，为避开水层、调整轨迹、长穿优质储层提供地质依据。
关键词：川西、川东北 须家河组 离子色谱录井 水层评价
前言 四川盆地川西、川东北陆相须家河组砂泥岩沉积厚度大、气层分布范 围广，但气、水关系十分复杂，须二、须四段多层位含水，且纵横向气、 水分布规律不清，严重制约了该区须家河组天然气的开发勘探[1-3]。目前 多采用聚胺钙基钻井液，钻进中添加的 KCl 等材料较多，录井现场通常 使用传统硝酸银滴定法测定钻井液中单一氯离子含量变化，进而判断储层 含水性，存在精度低，可靠性差的缺陷，难以指导合理调配钻井液，引导 水平段避开含水储层，在有效气层中长穿。离子液相色谱技术通过随钻过 程中对多种阴阳离子的监测，能够评价钻遇地层的可溶性矿物质，发现、 评价地层水[4-8]。
一、离子色谱基本理论及钻井液处理、分析
1. 基本理论 阴离子为 F-，Cl-，Br-，NO2-，PO43-，NO3-，SO42-，阳离子为 Li+，Na+，NH4+， K+，Ca2+，Mg2+，Ba2+。
2.钻井液处理及分析流程 按照 NaHCO3：Na2CO3= 3.5：1.7 Mm/L 标准配制阴淋洗液，按照 20mM 甲 烷磺酸(MSA) 标准配制阳淋洗液。进行阴阳标准溶液配制，然后进行阴阳 标准曲线制作。对钻井液进行离心超滤处理，按照操作规程进行样品阴阳 离子分析。
二、离子色谱在陆相地层录井中的应用研究 1.含水识别模式 目前造成钻井液中离子含量增加的原因主要为二个方面，第一方面是 地层出水，相关离子和总阴阳离子明显增加；第二方面是钻井液中加入烧 碱、纯碱、氯化钾等材料。 离子液相色谱采用柱色谱技术，样品中各组份的展开方式采用洗脱色 同时，通过地层水样与不同类型的钻井液按不同的比例混合条件下的 谱法，其分离原理是通过流动相和固定相的相互作用，在淋洗过程中的不 测量试验，再进行数据统计、回归、校正与分析，总结出不同含水级别下， 同组份在两相中重新分配，引起组份在色谱柱中的滞留时间有所不同，以 主要离子浓度的变化率有较大的差异，通过 5 口试验井离子色谱评价与测 达到分离的目的，从而测得滤液中各离子组份的含量[9]。 井、测试数据对比分析，建立川西、川东北陆相须家河组地层的离子色谱 川西、川东北地区陆相须家河组地层水离子液相色谱录井检测使用 含水含气性识别评价模式（表 1）。录井现场一般采用曲线法，曲线法是 EP-600SA 型离子液相色谱仪，由两台便携式离子液相色谱录井仪组成， 直接利用离子色谱仪测得的离子含量随深度变化得到的柱状图，该方法较 其中一台作阴离子检测，另一台作阳离子检测。该仪器便于携带，检测的 为直观，钻遇水层时，对应水型的离子含量曲线将相应发生变化。
工区地层水水型类型多样，既有隔绝良好的封闭构造中形成的 CaC12 型，也有过渡性的构造条件出现的 NaHCO3 型或 MgC12 型，以 CaC12 型为主。通过离子色谱测定的各离子含量，根据该分类法，可判别出地层 水的类型。但是现场钻探过程中，由于只能测量钻井液中的离子含量，而 钻井液受加入的钻井液材料的影响，各种阴、阳离子的含量并不能真实代 表地层水中的离子浓度变化情况。因此难以直接通过检测获取的数据进行 水型判别。 经多次试验，摸索出简单易用的判别方法。首先建立工区内各离子的 正常趋势线，作为背景值，将实测获取的离子含量减去背景值，以各离子 的增减量作为判别参数，进行水型计算与判别。在施工现场，一般以离子 含量较为平稳的井段建立趋势线，作为基准值进行计算。
三、实例分析
1. 川中隆起北部斜坡 X1 井 X １ 井位于四川盆地川中隆起北部斜坡带柏垭鼻状构造北西翼金星 场高点，是一口针对须家河组三段钙屑砂岩为目的层的预探井，该井钻入 须三段后，出现气显示，离子色谱测定硫酸根子和钙离子含量未 明显上升，但氯离子和钠离子含量明显呈台阶状升高，其中氯离子含量增 大了 12%，钠离子含量增大了 17%，离子色谱评价为微含水层。录井现 场综合识别 3590—3594m 气测显示段为气层，测井解释为气层。 测试情况：在须三段 3590.98-3595.98m 及 3631.08-3636.08m 混合测 试，酸化测试日产气 2.8×104m3，产水 4m3/d。
2. 川西坳陷新场构造 XX-1 井 XX-1 井位于四川盆地川西坳陷新场构造，是一口针对须家河组四段 为目的层的评价井，该井钻入须四段后，出现气显示，离子色谱 测定硫酸根子和钙离子含量未明显上升，但氯离子和钠离子含量明显呈台 阶状升高，其中氯离子含量增大了 13-19%，钠离子含量增大了 10-17%， 离子色谱评价为微含水层。录井现场综合识别 3792—3806m、3822-3832m 为气测显示井 TX48+9（3777.00-3782.00m、3805.00-3815.00m、 3820.00-3835.00m）试气层射孔测试，获天然气日产量 4.9157×104m3/d， 地层水日产量 42m3/d。 
四、结论与认识
1.在陆相天然气井施工中，传统硝酸银氯离子滴定法精度低，测定 离子数量少，方法单一，不适应录井需要。 2.离子色谱技术引入录井现场后，通过测定钻井液中 4 种关键离子 含量变化，可以有效识别气、水显示。 3. 在测定离子色谱数据过程中，必须认真统计钻井液中添加药品情 况，方能有效消除干扰。 4.如果将离子色谱技术与综合录井参数、元素录井等其他技术结合， 将有望进一步提高水层识别和储层评价的精度。
参考文献
[1]沈忠民;宫亚军;刘四兵;吕正祥;川西坳陷新场地区须家河组的地化特征研究, 四川地质学报;2010 年 3 月第 1 期
[2]田军，沈忠民，吕正祥，等．川西坳陷中段新场地区天然气研究及气源对比 [ J ] ．四川地质学报，2009,2 9 ( 1 ) ：20-23
[3]吕正祥,沈忠民,刘四兵等． 新场地区须家河组气藏地层水成因与分布特征研 究( 内部报告 ) [ R ].2008
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[7]王志战，钱进. 离子色谱技术在钻井现场的应用研究[J]. 化学传感器. 2003, 23(1): 62-65.
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[9]Collins A. G.著，林文庄，王秉忱.译.油田水地球化学[M]. 北京：石油工业 出版社.1984:172-200.
[10]牟世芬，刘克纳，丁晓静. 离子色谱方法及应用[M]. 北京：化学工业出版 社, 2005:1-6.

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2019-08-13