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近期，中國石油長城鉆探工程有限公司錄井公司高級工程師楊光及團(tuán)隊(duì)在川南威地區(qū)使用蘇州冠德能源科技有限公司光譜碳同位素分析技術(shù)進(jìn)行了隨鉆應(yīng)用，總計(jì)應(yīng)用9口井，完成甜點(diǎn)評價(jià)儲層113層，并提出了基于碳同位素的頁巖氣甜點(diǎn)評價(jià)理論，研究成果發(fā)表于國內(nèi)知名期刊《錄井工程》。

碳同位素分析技術(shù)背景：

美國通過“頁巖氣革命”，一躍成為石油凈出口國，近期更是在俄烏沖突的背景下悄然成為全球LNG市場的主導(dǎo)者，深刻改變了全球能源供給圖版和地緣政治格局。碳同位素錄井技術(shù)是美國頁巖氣產(chǎn)區(qū)率先應(yīng)用的一種高端錄井技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的甜點(diǎn)評價(jià)，給水平井巷道優(yōu)選和壓裂分段分簇優(yōu)化提供關(guān)鍵的技術(shù)依據(jù)。

中國頁巖氣儲量高于美國，但受限于國內(nèi)復(fù)雜的地質(zhì)條件，頁巖氣勘探開發(fā)成本仍居高不下，正處在技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)能爬坡階段。為了解決頁巖氣勘探開發(fā)過程中面臨的油氣來源不明、成藏機(jī)理不清、甜點(diǎn)評價(jià)和產(chǎn)能預(yù)測缺乏有效分析手段等難題，需要革新現(xiàn)有的勘探理論和勘探技術(shù)，從勘探到開發(fā)各環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)高效的評價(jià)。

    碳同位素分析技術(shù)原理：

論文首先介紹了碳同位素錄井的基本技術(shù)原理。碳同位素值為衡量體系中輕重元素占比的一項(xiàng)指標(biāo)，常用的δ¹³C是將¹²C和¹³C摩爾比值與參考系作千分差計(jì)算的值（圖2）。自然界中的碳同位素差異由碳同位素分餾造成，烴源巖生烴過程即是一種化學(xué)分餾，生成CH₄等產(chǎn)物的碳同位素組成逐漸變重，隨即CH₄在地層中擴(kuò)散，輕同位素?cái)U(kuò)散更快，發(fā)生物理分餾。碳同位素錄井評價(jià)手段正是基于碳同位素的分餾特性，通過測量泥漿氣δ¹³C對頁巖氣的生烴演化和富集規(guī)律進(jìn)行評價(jià)，通過測量巖屑析出氣的δ¹³C并刻畫分餾曲線，結(jié)合觀測頁巖浸水出氣特征，對頁巖含氣性和物性進(jìn)行反演和評價(jià)。

圖1  ¹²C和¹³C原子結(jié)構(gòu)示意圖

圖2  碳同位素的兩種標(biāo)值及計(jì)算方法

將頁巖微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征和頁巖的放氣與分餾特征進(jìn)行耦合，建立了圖3所示地質(zhì)甜點(diǎn)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

圖3  川南地區(qū)頁巖氣儲層地質(zhì)甜點(diǎn)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

實(shí)驗(yàn)案例：

利用上述評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對川南地區(qū)Z27井（直井）進(jìn)行地質(zhì)甜點(diǎn)分類評價(jià)（圖4），龍₁¹Ⅰ小層δ¹³C₁分餾差值最大（圖5），為最優(yōu)儲層段，可作為水平井優(yōu)選巷道。

圖4  Z27井碳同位素錄井剖面

圖5  威遠(yuǎn)地區(qū)Z27井龍₁¹亞段δ¹³C₁差值

同時(shí)對Z204-1H和Z204-2H兩口水平井進(jìn)行地質(zhì)甜點(diǎn)分類評價(jià)（圖6和圖7），Z204-2H井水平段δ¹³C₁ 較 Z204-1H井整體偏重，分餾強(qiáng)度更大，Ⅰ類儲層數(shù)量多且厚度大，更具產(chǎn)能優(yōu)勢。2021年第一季度兩口井壓裂后首采，在油嘴和井口套壓相同的情況下，Z204-1H 井累計(jì)產(chǎn)氣103.8×10⁴ m³，Z204-2H井累計(jì)產(chǎn)氣940.5×10⁴ m³，兩口井的實(shí)際產(chǎn)量關(guān)系與地質(zhì)甜點(diǎn)評價(jià)結(jié)果相符。

圖6  水平段甜點(diǎn)分類劃分

圖7 頁巖氣水平段地質(zhì)甜點(diǎn)分類評價(jià)

碳同位素錄井技術(shù)為水平井巷道優(yōu)選和壓裂分段分簇優(yōu)化提供了重要的技術(shù)依據(jù)，提高了勘探和開發(fā)效率，是增強(qiáng)頁巖氣行業(yè)競爭力的一道重要助力。

最新的研究成果發(fā)表于國內(nèi)知名期刊《錄井工程》（楊光. 碳同位素錄井技術(shù)在川南威遠(yuǎn)地區(qū)頁巖氣井甜點(diǎn)評價(jià)中的應(yīng)用[J]. 錄井工程, 2022, 33(3): 14-19.）

推薦產(chǎn)品：

Grand-3碳同位素分析儀