冉利民

（1．中國地質(zhì)大學(xué)，湖北 武漢430074；2．中石化華北工程有限公司測(cè)井分公司，河南 新鄉(xiāng)453700）

0 引 言

渭河盆地西安斷陷地?zé)崴_發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)地?zé)崴邪樯懈缓さ奶烊粴猓?］。已經(jīng)投入開發(fā)的多數(shù)地?zé)峋畣尉赓|(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1%，甲烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10%～20%之間，CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)多小于10%［2］。一般認(rèn)為氦氣含量達(dá)到0．1%即可進(jìn)行工業(yè)開采利用［3］。渭河盆地西安斷陷地?zé)崴邪樯奶烊粴怆m為富氦天然氣，但由于氦氣在天然氣中所占比例較低，致使含氦氣水層的測(cè)井響應(yīng)與含氣水層測(cè)井響應(yīng)特征差異甚微，給測(cè)井資料解釋造成較強(qiáng)的多解性和不確定性。本文在尋求含氣水層和水層的細(xì)微差異測(cè)井響應(yīng)特征基礎(chǔ)上，探索了含氣水層與含氦氣水層之間的測(cè)井識(shí)別方法。優(yōu)選了三孔隙曲線與Pe交會(huì)、中子與鉀含量交會(huì)以及熱中子成像測(cè)井熱中子成像測(cè)井（Thermal Neutron Imaging System，TNIS）技術(shù)等方法，初步確定了渭河盆地水溶氦氣的測(cè)井解釋標(biāo)準(zhǔn)，取得了較好的應(yīng)用效果。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

渭河盆地是新生代斷陷盆地，發(fā)育在鄂爾多斯盆地與秦嶺造山帶交界部位，其地層系統(tǒng)分屬于華北和秦嶺兩大地層區(qū)［2］。前新生界及花崗巖構(gòu)成了盆地基底并出露于盆緣山地，巨厚的新生界形成了遼闊的渭河平原。渭河盆地內(nèi)沉積充填物主要為第三系及第四系，沉積最厚可達(dá)7000m，新近系埋深達(dá)4800～5000m。自古近紀(jì)始新世晚期至第四紀(jì)全新世沉積較全。整體沉積面貌為南部厚、北部?。蛔阅隙?，逐層超覆。第三系自始新統(tǒng)至中上新統(tǒng)主要為一套紅色碎屑沉積；上上新統(tǒng)沉積時(shí)，氣候濕熱，湖盆面積擴(kuò)大，湖水加深，沉積物明顯較厚，顏色亦以黑、綠為主。第四系為一套松散砂礫層、黃土及灰黃色砂泥沉積，巖性橫向變化大，巖性復(fù)雜。渭河盆地自新近紀(jì)以來，一直保持著北淺南深、北緩南陡的箕狀凹陷的形態(tài)，可以分為斜列的2個(gè)次一級(jí)的沉積凹陷——西安凹陷和固市凹陷。西安凹陷沉積厚度大，但沉積物顏色以紅為主，粒度較粗，以河湖相沉積為主。固市凹陷南部湖相沉積發(fā)育。目前發(fā)現(xiàn)的氦氣富集帶主要集中在灞河組和高陵群。灞河組沉積相類型為洪積相、沖積相、河湖相、淺湖相；高陵群為河流相、湖沼相、沖積—洪積相沉積［4］。

2 水溶氦氣的分布特征及識(shí)別方法構(gòu)建依據(jù)

渭河盆地氦氣體積分?jǐn)?shù)較高井臨近與花崗巖有關(guān)的磁性體，反映了基底隱伏的花崗巖體是殼源核的來源［5］。渭河斷裂、北秦嶺斷裂等深斷裂及其聯(lián)通的次斷裂，為深源天然氣的運(yùn)移通道，該區(qū)氦的來源主要為該區(qū)基底和周邊花崗巖放射性成因殼源氦［6］，而鉀巖類礦物（如鉀長石）主要來源于火成巖，且常含液態(tài)和氣態(tài)包裹物，而包裹物主要是氮，其次為碳酸氣、氫和甲烷，有時(shí)含氦［7］?？梢耘袛嗪獾暮繎?yīng)該與花崗巖的主要礦物成分鉀長石的含量成正相關(guān)［8］。根據(jù)鉀鹽類礦物的含量可以間接預(yù)測(cè)氦氣的含量。自然伽馬能譜測(cè)井可以較好反映地層鉀元素的含量，可以間接指示氦的富集程度。

現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，水溶氦氣在不同地質(zhì)層段賦存的儲(chǔ)層空間條件不一樣，尋找富氦儲(chǔ)層首先要利用常規(guī)測(cè)井資料判別氦富集的優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)集空間，作為識(shí)別氦氣的首要條件。

渭河盆地西安斷陷富氦儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間流體主要為地層水、天然氣、氦氣等3種，其中天然氣、氦氣的聲學(xué)、電學(xué)、放射性等特征幾無差異，但三者對(duì)熱中子的俘獲能力卻迥然不同。地層水中富含氯根，具有對(duì)熱中子最強(qiáng)的俘獲能力，能量的衰減也最大；天然氣中的氫核對(duì)熱中子的俘獲能力居中；相比較而言氦氣對(duì)熱中子的俘獲能力最低。利用熱中子成像測(cè)井（TNIS）記錄地層對(duì)中子俘獲后放射的伽馬射線可以有效區(qū)分地?zé)崴械暮夂康亩嗌佟?/p>

3 水溶氦氣測(cè)井識(shí)別方法

依據(jù)氦氣識(shí)別條件的分析建立水溶氦氣的測(cè)井識(shí)別方法。對(duì)于尋找地?zé)峋械乃軞饽酥了芎馐滓蝿?wù)是先將含氣水層與水層區(qū)分開，然后再進(jìn)一步探索水溶氦氣與水溶氣之間的差別。

3．1 含氣水層與水層識(shí)別方法

對(duì)于三孔隙度測(cè)井，當(dāng)儲(chǔ)層含氣時(shí)中子測(cè)井、密度測(cè)井值會(huì)降低，對(duì)于含氣比較微量的水層，聲波時(shí)差值變化不大；當(dāng)儲(chǔ)層含氣時(shí)對(duì)應(yīng)的電阻率值應(yīng)該相應(yīng)增大，利用中子—密度交會(huì)、中子—電阻率交會(huì)識(shí)別含氣水層與水層之間的差異，效果較為顯著。

3．2 含氦與非含氦含水氣層識(shí)別方法

水溶氦氣中氦氣的含量是極微的，對(duì)于含氣水層與含氦氣水層的測(cè)井響應(yīng)特征差異不大。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，對(duì)于灞河組與高陵群儲(chǔ)層含氦氣水層與含氣水層特征上存在著一定的差異，灞河組含氦氣水層主要集中到中等孔隙空間內(nèi)，而高陵群則主要集中到大、小孔隙空間內(nèi)。

（1）三孔隙度—Pe交會(huì)圖分析。利用測(cè)試含氦氣水層與非氦氣水層數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行孔隙曲線—Pe二維交會(huì)，建立氦氣與非氦氣層的識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)（見圖1、圖2、表1）。

（2）中子與鉀含量交會(huì)圖分析。氦氣的含量與花崗巖的主要礦物成分鉀長石的含量相關(guān)，通過自然伽馬能譜測(cè)井中鉀含量判斷儲(chǔ)層中鉀長石的含量（見圖3），進(jìn)而預(yù)測(cè)儲(chǔ)層中氦氣的含量。

（3）熱中子成像測(cè)井水溶氦氣識(shí)別方法。熱中子成像測(cè)井是探測(cè)快中子經(jīng)過地層減速后尚未被地層俘獲的熱中子的測(cè)量方法，它直接探測(cè)、記錄熱中子密度，明顯區(qū)別于傳統(tǒng)的測(cè)量俘獲伽馬射線的中子壽命儀器。這種記錄方式可以在較大幅度提高在低礦化度、低孔隙度地層的計(jì)數(shù)率。圖4中，第1道為巖性剖面；第2道為校對(duì)曲線；第3道為測(cè)量深度；第4道為含油性曲線；第5道為熱中子成像測(cè)井測(cè)試曲線；第6道為三孔隙度曲線；第7道為熱中子成像測(cè)井處理曲線；第8道為熱中子衰減成像；第9道為熱中子俘獲成像；第10道為熱中子成像測(cè)井解釋結(jié)論。圖4中，含氣水層、含氦氣水層、水層的熱中子成像測(cè)井過套管熱中子成像圖上存在一定的差別，反映熱中子俘獲的Σ值也有明顯區(qū)別，俘獲截面及中子壽命也有明顯的差異。根據(jù)其測(cè)井響應(yīng)特征異常，建立了水溶氦氣熱中子成像測(cè)井熱中子成像測(cè)井識(shí)別模式和解釋標(biāo)準(zhǔn)（見表2）。

圖1 灞河組孔隙度測(cè)井曲線與光電吸收截面交會(huì)圖

圖2 高陵群孔隙度測(cè)井曲線與光電吸收截面交會(huì)圖

表1 氦氣與非氦氣層孔隙曲線—Pe識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)

圖3 灞河組、高陵群中子與鉀含量交會(huì)圖

3．3 水溶氦氣氣測(cè)錄井識(shí)別方法

圖4 不同流體熱中子成像測(cè)井解釋響應(yīng)特征圖

表2 不同流體性質(zhì)熱中子成像測(cè)井測(cè)井響應(yīng)模式及解釋標(biāo)準(zhǔn)

氣測(cè)識(shí)別方法是對(duì)測(cè)井識(shí)別方法的有利補(bǔ)充和完善。氣測(cè)錄井除了記錄烴類組分含量外，其記錄的氦氣含量、氦氣含量凈增值對(duì)于水溶氦氣的快速識(shí)別起到了舉足輕重的作用。利用氣測(cè)數(shù)據(jù)識(shí)別水溶氦氣可以作為測(cè)井識(shí)別方法的有效補(bǔ)充。利用渭河盆地WX1井高陵群3309～3320m實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)分析含氦氣層的結(jié)果標(biāo)定氣測(cè)數(shù)據(jù)，工業(yè)氦氣儲(chǔ)層的氣測(cè)判別標(biāo)準(zhǔn)是氦氣含量大于0．02%，相對(duì)于基值的氦氣含量凈增值大于0．02%。

4 實(shí)例分析

利用上述方法對(duì)渭河盆地×井進(jìn)行了綜合分析，得到了較好的應(yīng)用效果，解釋成果圖見圖5。

該段屬于高陵群組，井深3312～3313．5m處，聲波時(shí)差221．2μs／m，密度值2．49g／cm3，Pe值2．86b／eV，Th／U為5．35，處于含氦氣層解釋標(biāo)

圖5 ×井測(cè)井解釋成果圖

準(zhǔn)區(qū)域。從該段的熱中子成像測(cè)井成像測(cè)井圖上可以看到，該段長、短源距計(jì)數(shù)率出現(xiàn)較高計(jì)數(shù)率，熱中子衰竭譜和熱中子俘獲譜顯示較長的中子壽命值（略低于判斷藍(lán)線），Σ值顯示為較高，顯示出含氦氣特征。經(jīng)實(shí)驗(yàn)室對(duì)分離出氣體成分及含量識(shí)別，含氦氣量最高為氣體總量的3．936%左右。

5 結(jié) 論

（1）根據(jù)常規(guī)測(cè)井、自然伽馬能譜測(cè)井對(duì)渭河盆地各組段的典型特征進(jìn)行了分析，研究了各組段儲(chǔ)層電性特征，探索了含氦氣水層的測(cè)井識(shí)別方法建立了不同流體性質(zhì)的分類標(biāo)準(zhǔn)；

（2）應(yīng)用熱中子成像測(cè)井方法初步建立了含氣水層及含氦氣水層的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；

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