碳酸盐岩快速定量分析仪在塔中奥陶系中的应用

陈 军刘明德尹 宏 邢会民 蔡万春 肖高棉林 波

（1.塔里木油田分公司，塔里木 841000；2.川庆钻探工程公司地质勘探开发研究院，成都 610051）

碳酸盐岩快速定量分析仪在塔中奥陶系中的应用

陈 军1刘明德2尹 宏1邢会民2蔡万春1肖高棉2林 波2

（1.塔里木油田分公司，塔里木 841000；2.川庆钻探工程公司地质勘探开发研究院，成都 610051）

塔中奥陶系储层岩性主要为碳酸盐岩，研究基于化学-质量原理的碳酸盐岩快速定量分析仪，并成功应用于塔中奥陶系。该设备具有方法先进、分析速度快、精度高、数据定量化和安全性高等优势；能够在2～3min内，快速准确地确定云质、灰质和酸不溶物的含量；建立的该区域碳酸盐岩岩性识别、地质卡层和储层预测的模型，使得录井剖面符合率、地质卡层的准确率和储层的发现率大幅提升。

奥陶系；碳酸盐岩；化学-质量法；快速定量分析仪；地质卡层；录井

塔中奥陶系储层以内碎屑沉积为主，形成于水下中高能环境，构成储层的主要物质是碳酸盐，含有30%左右的泥质和不溶物，地质条件较为复杂，准确判别地层岩性与剖面难度较大。准确判别塔中奥陶系碳酸盐储层中碳酸盐的含量在塔里木油田的开发与开采中至关重要，而目前在塔中奥陶系碳酸盐岩录井中主要利用常规技术进行岩性鉴定，依靠地质师的经验，利用放大镜、显微镜和化学药品等辅助手段，对岩屑进行鉴别、定名，由于地层复杂，碳酸盐反应影响因素又较多，从而导致碳酸盐含量可靠程度较低，引发岩性识别准确度低，剖面符合率误差大，储层预测不准（漏掉储层）等问题。

常规方法鉴别岩性的准确与否，完全取决于现场地质师的经验与水平。为了摆脱碳酸盐岩含量分析中人为因素的影响，国内外广泛应用了碳酸盐岩仪分析岩屑中白云石和方解石的百分含量。目前多数碳酸盐岩分析仪的技术原理是采用化学-压力法，利用盐酸和碳酸盐岩粉末发生反应，产生CO2气体对容器的压力，依靠压力曲线的形态定性地判断岩性。但这种化学-压力碳酸盐岩分析仪具有分析准确度低、分析周期长（一个样标准分析需20min）、对岩屑中灰质和云质成分不能量化或不能很好的量化、存在安全隐患等缺点。

随着勘探开发节奏的加快和深入，对碳酸盐岩录井提出了更高的要求，研发快速定量智能化的碳酸盐岩分析仪势在必行。笔者自主研发的碳酸盐岩快速定量分析仪采用化学-质量法，测量化学反应后质量减少数来计算岩石中方解石、白云石的百分含量，具有方法先进、分析周期短、分析精度高、数据定量、操作简单等优势，已在100余支综合录井队推广应用，受到甲方及小队人员的高度赞赏［1］。碳酸盐岩快速定量分析仪在川渝地区应用效果较好［3］，现逐步推广应用到塔中奥陶系，并开展该区域的设备客户化研究，以及提高该区域的录井剖面符合率、地质卡层准确率和储层预测率的应用研究。

1 碳酸盐岩快速定量分析仪的研发

1.1 方法原理

碳酸盐岩快速定量分析仪采用化学-质量法来分析岩屑的成分。化学-质量法的技术原理是测量每单位方解石与盐酸完全反应后的质量减少数，从而分析岩石成分中的方解石和白云石的百分含量［2-3］。

碳酸盐岩岩石的主要成分是方解石和白云石，其主要化学成分为CaO、MgO及CO2。从化学知识中知道盐酸与方解石和白云石的反应方程如下：

根据反应方程可知，每1g方解石与盐酸完全反应后质量将减少0.44g。每1g白云石与盐酸完全反应后质量将减少0.480 9g。利用电子天平实时测量反应产生质量的减少，据此判断碳酸盐岩成分含量。通过大量实验数据，建立了数学模型，数学表达式如下：

式中：Y—云岩含量；H—灰岩含量；A、B、C、D、E、K—实验系数；y1、y2—实时分析数据。

根据以上数学模型，编制软件，由计算机自动完成解释工作。

1.2 硬件系统

研发的碳酸盐岩快速定量分析仪硬件系统包括带串口输出的电子天平、烧杯和计算机等(见图1）。其中带串口输出的电子天平负责烧杯及其内部物质质量的实时测量，烧杯为云岩、灰岩与盐酸反应器。

图1 碳酸盐岩快速定量分析仪

1.3 软件系统

碳酸盐岩快速定量分析仪系统软件安装在计算机上，负责质量采集数据的实时读取、存储、计算处理、显示、曲线绘制和智能化得出结论的功能，碳酸盐岩快速定量分析仪软件界面如图2所示。

图2 碳酸盐岩快速定量分析仪软件界面

在样品分析界面上录入分析时间、井号、样品编号、层位、温度等基本参数。通过120个样品的重复性试验表明，重复性误差＜1.9%，分析精度可以满足录井现场的要求。

2 设备在塔中奥陶系中的应用

2.1 提高录井剖面符合率

利用碳酸盐岩快速定量分析仪可以准确分析出碳酸盐岩成分，从而精确进行岩性鉴别和定名，提高录井剖面的准确度。

在塔里木盆地塔中隆起有针对性地选取有代表性且岩性分析困难的5口井，利用碳酸盐岩快速定量分析仪分析样品3 606个，利用其他厂家基于压力监测的碳酸盐岩分析仪分析样品1 321个。通过分析数据绘图对比发现，碳酸盐岩快速定量分析仪可以准确分析出碳酸钙、碳酸镁钙和酸不溶物3种成分；其他设备仅能分析碳酸钙、泥质两种成分。如果没有该技术与设备，靠人工经验鉴别，或采用其他分析仪，在含泥质灰岩与泥质灰岩、含灰质泥岩与灰质泥岩、含云质灰岩与云质灰岩之间时就很难区分。

根据确定的碳酸盐岩成分含量，建立该区域岩性识别模型。岩性定名原则和碳酸盐岩命名原则一致：含量在10%～25%，定名为含；含量在25%～50%之间，定名为质。利用岩性识别模型对研究区域的5口井绘制录井剖面，并与测井曲线逐层对比，其录井剖面符合率达到95%以上，一致性较好。

2.2 提高地质卡层的准确性

根据建立的研究区域的多口井高质量录井剖面，进行总结分析，建立地质卡层模型：首先根据碳酸盐岩分析中的碳酸钙、碳酸镁钙、酸不溶物含量的变化进行小层对比，接着跟踪钻头所在位置，然后结合邻井资料可以对下部地层和岩性进行预测，从而卡准层位界面。

利用建立的地质卡层模型，对于研究区域的多口井进行卡层试验。其中桑塔木组底地质卡层4口，岩屑分层与测井分层最大误差8.00m，平均误差为2.25m；在良里塔格组底地质卡层4口，岩屑分层与测井分层最大误差8.00m，平均误差为3.75m。应用效果证明利用碳酸盐岩快速定量分析仪对塔中奥陶系碳酸盐岩成分定量化建立的录井剖面模型和地质卡层模型较准确，对分层卡层起到关键作用。在实际的钻井现场，受到了录井队的欢迎，为安全、快速钻进提供了有力保障。

2.3 提高储层发现率

碳酸盐岩分析仪能够及时、准确分析出碳酸盐岩岩屑的化学成分，由此建立起岩性剖面，根据不同构造、不同区块储层岩性特征来判定、发现储层，从而建立该区域的储层预测模型：在塔里木盆地塔中隆起奥陶系风化壳溶孔、溶洞储层中，其储层空间里大多数充填有泥质、有机质等酸不溶物，在碳酸盐岩分析数据里表现为酸不溶物增加或云质增加，根据这一特点，结合录井的其他资料，能够准确的发现和判断储层。

利用建立的储层预测模型，在塔里木盆地塔中隆起进行了5口井的试验，试验结果表明，利用碳酸盐岩分析数据并结合区域储层岩性特征来初步判定储层是有效的，储层发现率达到80%以上，为测井提供了准确参考层段。如在XX52井，井段4 536.00～4 668.00m（良里塔格组）碳酸盐岩分析数据发现，酸不溶物含量增加，最大67.72%，平均19.98%，根据本区域储层空间为溶孔、溶洞，而且大数孔、洞里又被泥质、有机质充填，这在碳酸盐岩分析数据里表现为酸不溶物增加，由此分析认为井段4 536.00～4 668.00m为储层。完钻测井解释井段4 520.00～4 600.00m、4 620.00～4 634.00m、4 649.00～4 675.00m为储层，与现场分析数据吻合，说明碳酸盐岩分析数据能准确发现和判别储层，提高储层的发现率，而且比测井更及时。

3 结 语

（1）研制的碳酸盐岩快速定量分析仪采用化学-质量先进原理，国内首创，具有以下特点：分析周期短，仅需 2～3min；分析精度高（小于 2%）；数据定量准确，达到95%以上；项目齐全，可分析碳酸钙、碳酸镁钙、酸不溶物含量；操作简单且安全性高，不需反应池，不产生压力。

（2）基于碳酸盐岩快速定量分析仪在塔中奥陶系准确定量识别碳酸盐岩成分的含量；建立了岩性识别、地质卡层和储层预测模型；使得碳酸盐岩录井剖面符合率达95%以上，地质卡层准确率100%，与测井解释对比储层发现率达80%以上。是提高地质录井质量和发现碳酸盐岩白云岩储层的强有力技术。

（3）该仪器在塔中奥陶系碳酸盐岩地区多口井的应用表明，对岩性识别、地层卡层、储层预测均有较好的效果。

[1]韩永刚，唐龙逊，熊驰愿，等.化学-质量法碳酸盐岩定量分析技术及应用[J].录井工程，2010,22(4):16-19.

[2]韩永刚，赵容容，李平，等.碳酸盐岩定量分析技术及其在四川盆地录井工作中的应用[J].天然气工业，2011,31(8)：48-51.

Application of Quantitative Carbonate Analyzer for Ordovician Reservoir in Middle Tarim Basin

CHEN Jun1LIU Mingde2YIN Hong1XING Huimin2CAI Wanchun1XIAO Gaomian2 LIN Bo2
(1.Tarim Oilfield Company,Tarim 841000；2.Geological Exploration&Development Research Institute of Chuanqing Drilling Engineering Company Limited，Chengdu 610051)

The main component of Ordovician reservoir in middle Tarim Basin is carbonatite.This paper presents a creative carbonate analyzer based on measuring chemical mass balance,which is successfully applied in the analysis of Ordovician reservoir in middle Tarim Basin.This device has advantages such as shorter time of results obtaining,higher analysis precision,easier data quantification and safer performance.This analyzer can accurately determine the contents of dolomite matter,limestone matter and acid-insoluble matter in two to three minutes,build models in lithology identification,geologic stratification and the predictability of reservoir in this region.By enhancing the coincidence rate of logging profile,the precision of geologic stratification and the discovery rate of reservoir,this carbonate analyzer made significant improvement in the exploration and development of Ordovician reservoir in middle Tarim Basin.

Ordovician；carbonatite；chemical mass balance；quantitative analyzer；geologic stratification；mud logging

TE135

A

1673-1980(2012)05-0106-03

2012-06-05

中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司课题（201011030116）

陈军（1973-），男，硕士，高级工程师，研究方向为石油勘探与开发。