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隊在川南威地區(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)進行了隨鉆應用，總計應用9口井，完成甜點評價儲層113層，并提出了基于碳同位素的頁巖氣甜點評價理論，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)率先應用的一種高端錄井技術(shù)，可以實現(xiàn)精細化的甜點評價，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、成藏機理不清、甜點評價和產(chǎn)能預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)實現(xiàn)更精準高效的評價。

    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指標，常用的δ¹³C是將¹²C和¹³C摩爾比值與參考系作千分差計算的值（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在地層中擴散，輕同位素擴散更快，發(fā)生物理分餾。碳同位素錄井評價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)律進行評價，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行反演和評價。

圖1  ¹²C和¹³C原子結(jié)構(gòu)示意圖

圖2  碳同位素的兩種標值及計算方法

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行耦合，建立了圖3所示地質(zhì)甜點評價標準。

圖3  川南地區(qū)頁巖氣儲層地質(zhì)甜點評價標準

實驗案例：

利用上述評價標準對川南地區(qū)Z27井（直井）進行地質(zhì)甜點分類評價（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  威遠地區(qū)Z27井龍₁¹亞段δ¹³C₁差值

同時對Z204-1H和Z204-2H兩口水平井進行地質(zhì)甜點分類評價（圖6和圖7），Z204-2H井水平段δ¹³C₁ 較 Z204-1H井整體偏重，分餾強度更大，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 井累計產(chǎn)氣103.8×10⁴ m³，Z204-2H井累計產(chǎn)氣940.5×10⁴ m³，兩口井的實際產(chǎn)量關(guān)系與地質(zhì)甜點評價結(jié)果相符。

圖6  水平段甜點分類劃分

圖7 頁巖氣水平段地質(zhì)甜點分類評價

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)在川南威遠地區(qū)頁巖氣井甜點評價中的應用[J]. 錄井工程, 2022, 33(3): 14-19.）

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Grand-3碳同位素分析儀