高含硫化氢生物礁气层录井识别研究

荣延善，黄 强，刘乔平，石元会

(1.中石化江汉石油管理局，湖北 潜江 433123;2.中石化江汉油田分公司，重庆 万州 404020)

引 言

四川盆地海相碳酸盐岩沉积厚度大、气层分布范围广。在天然气勘探过程中，拥有巨大规模储量的二叠系生物礁相气层具有高含硫化氢特征［1－4］。实钻中传统录井工艺对硫化氢的检测，主要是使用硫化氢传感器或报警仪对钻井过程中被钻井液携带出的气相硫化氢进行监测，只有当井下发生较严重气侵并有硫化氢气体从井口逸散的情况下，才可能被地面传感器发现，发现率较低。根据硫离子增大率可以定性判断地层是否含有硫化氢，同时结合其他录井数据进行识别，能有效提高长兴组高硫化氢气层的实钻发现率。

1 高含硫化氢气层识别

四川盆地长兴组高含硫化氢生物礁气层的录井识别主要包含3个方面:①长兴组生物礁预测，根据长兴组上覆飞1段地层沉积厚度规律预测长兴组是否有生物礁沉积;②钻井液硫离子含量检测，通过离子色谱测量仪等井深间距测量钻井液中硫离子含量，发现硫化氢的存在;③通过岩样鉴别，确定是否钻遇生物礁储层，此类储层白云化程度高，具有明显岩性变化特征。

1.1 生物礁实钻预测

四川盆地长兴组生物礁录井预测主要是利用生物礁的正性隆起特征。由于礁体的存在和向上隆起，其顶部在继续接受早三叠纪沉积过程中，披覆的飞仙观组飞1段会出现“填平补齐”性质的差异性厚度减薄［5］。

以四川盆地川中元坝工区为例，飞仙关组飞1段以下如无长兴生物礁发育，其普遍正常沉积厚度为100～120 m，为1套以含泥灰岩为主夹泥岩、页岩、泥灰岩的沉积组合，区域厚度稳定;如果有生物礁发育，该套地层沉积厚度将大幅减薄。录井生物礁预测是以上覆飞1段厚度变化为依据。当工区飞1段厚度高于100 m，预测下伏长兴组生物礁发育程度较低，礁存在的可能性小;当飞1段厚度低于100 m，预示着下伏长兴组生物礁发育的概率增高。以地区正常无生物礁飞仙关组飞1段沉积厚度与实钻井飞1段沉积厚度之比定义为地层减薄指数I，当I＞1.50后(表1)，预测长兴组沉积一般发育有礁。

表1 四川地区部分井长兴组地层减薄指数统计

1.2 离子色谱测量方法

离子色谱技术的核心是离子交换分离。离子交换色谱主要用于无机、有机阴离子和阳离子的分离，实现了阴离子和阳离子的精度检测，已被应用于环保、化工、油气勘探等领域中［6－9］。

钻井液硫离子测定:按照钻井过程中每钻进10 m为1组取样时间点，在钻井液高架槽返出口取钻井液500 mL，将采集的钻井液经中压滤失仪过滤，去除固体大颗粒物后，取得滤液，并将滤液稀释适当的倍数，经过碳18柱和0.22 μm滤膜过滤出5 mL上机测定液，进入专业的硫离子色谱仪进行离子含量测定，1组样品的分析周期在4 min以内。

连续测量钻井液中二价硫离子含量的意义在于反映出钻井液是否被气层中的硫化氢侵入。即由于气层所含硫化氢气体向钻井液侵入后，形成了氢硫酸(硫化氢水溶液)，并发生电解，生成S2－及水合氢离子(H3O+)。

通过对比钻遇气层和钻遇气层前的钻井液硫离子含量，能定性判别气层是否含有硫化氢。根据实钻数据统计，四川盆地钻遇长兴组高硫化氢气层后，钻井液中硫离子含量明显上升，上升幅度超过30%(表2)。

表2 四川盆地部分含硫化氢气井实钻测量钻井液硫离子变化情况

1.3 岩样鉴别

岩样鉴别包括录井碳酸盐岩含量分析和镜下薄片鉴定等，高含硫化氢生物礁气层在沉积过程中经历了较强的TSR后期溶蚀和白云化作用，通常情况下，一般用以下方程式来表示TSR作用，这也是生物礁气藏高含硫化氢的主因［10－11］。

礁白云岩的孔隙发育，白云岩含量相对较高［12］。对典型井岩屑的碳酸盐岩分析数据进行统计，绝大多数长兴组高含硫化氢气层岩屑中白云岩含量值大于75%，镜下薄片鉴别，典型气层岩石白云岩晶型粗大，溶蚀孔发育，孔隙度高，呈“砂糖状”。录井岩样鉴别可以确定是否钻遇生物礁储层。

2 实例分析

基于交会图技术和统计学理论，可利用2种或2种以上的录井数据制作交会图图版，用于长兴组高含硫化氢气层识别效果较好。

如川中元坝YB－XXX井，实钻过程中，该井的飞仙关组飞4、飞3、飞2段地层沉积厚度均正常，钻至井段6399～6431 m为飞1段，整体厚度仅为32 m，较正常沉积厚度(100 m左右)呈异常性减薄，该井地层减薄指数I值为3.1，录井预测下伏长兴组生物礁发育。

钻至井深6448 m后，于长兴组发现明显气测显示(全烃由基值0.03%最大升至1.84%)，同时应用离子色谱仪测量钻井液中硫离子含量明显上升(图1)，将显示层钻井液中硫离子最大含量与非显示段钻井液硫离子含量之比定义为硫离子增大指数n，该井长兴组气层n=1.37，在硫离子增大指数—地层减薄指数交会图版上(图2)，投点在高含硫化氢气层区。

同时，气显示段岩性较上覆地层发生明显变化，岩屑碳酸盐岩分析白云岩含量增加(最大82.5%)，晶型变粗，孔隙发育，具有明显的长兴生物礁气层岩性特征，解释该段显示为高含硫化氢生物礁气层。

YB－XXX井完井后对6445.0～6500.0 m井段试气，日产气为112.2×104m3/d，气样中硫化氢含量为5.96%，录井识别结论获得证实。

图1 YB－XXX井高含硫化氢气层录井综合解释

图2 硫离子增大指数－地层减薄指数交会图版

3 应用效果

四川盆地是中石化近期推进增储上产的五大重点区块之一，区内长兴生物礁气藏分布广，储量大，硫化氢含量高，传统录井工艺难以快速准确识别、解释。本研究通过对川东、川中工区19口井的长兴组录井数据进行解释，已成功识别高含硫化氢含气层12层，与完井后试气结果相比，综合解释符合率达到85.7%。

4 结论与建议

(1)二叠系长兴组高含硫化氢气层录井识别是基于传统的录井方法之上，增加了钻井液硫离子色谱测定工艺，现场应用简单可靠，样品检测周期短，实现了实钻过程中通过测定钻井液中硫离子变化判别地层是否含有硫化氢的目的。

(2)在录井过程中通过录取诸如地层分层、碳酸盐岩含量分析及硫离子色谱测量等原始数据，可以在井口无气相硫化氢的前提下，精确解释出长兴组高含硫化氢生物礁气层，为勘探开发、安全钻井提供有效的地质依据和保障。

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