实时同位素录井技术简介(培训材料)

GC-IRMS流程
➢ 运送问题
1. 周期长（几周-几月）； 2. 存在安全隐患。
➢ 样品质量的不确定性
1. 受取样人员影响； 2. 漏气、凝析作用。
➢ 取样品点离散，不连续。
取样品方式-Isotube
现场同位素测量基本条件
工作原理
利用红外光吸收原理测量稳定碳同位素比值 (13C/12C)
Determination of the transmitted intensity on specific 13CH4 and 12CH4 wavelengths :
资料提交—level2
– [Field] Depth Ascii data ( d13C-C1 only, not filtered)
– [Field] Depth QC Composite log
– [Domain] Depth ASCII data (d13CC1, d13C-C1 «QC filtered », QC flag)
–
[C1]
DELT
A
[C2 [C1
] ]
•
X
DELT
A
ISO
and [C2] from ES
– X = Equipment specific factor (written on back of the
analyzer)
– For client in report, plot, data only DELTA
12CH4
13CH4
Interference: 13C depletion
影响因素4—甲醇
Injection: Methanol vapor into 10,000 ppm C1
12CH4
13CH4
Interference: extreme 13C depletion
影响因素5—乙烯
Injection: 0.1% C2H4 in N2
FLEX脱气 负压传送 样气预处理
实时检测 资料解释
实时显示截图
Decay part
12CH4
13CH4
技术特点
实时同位素录井技术的技术特点主要表现在以下几方面：
抽屉式，体积小，便于现场安装、搬运； 直接与FLAIR等气体设备配套使用，无需单独脱气器； 气体在亚真空状态下，被传送到分析仪； 不用色谱仪，不燃烧，直接测量并计算稳定碳同位素比率； “连续、实时”进行样品分析，可在10秒到100秒之间自由选择
▪ Raw values = DELTA ISO
▪ NH3, CH3OH, C2H4
– Removal – destruction
▪ Peltier effect (NH3, CH3OH)
– Condensation
▪ Filter (NH3, CH3OH)
– Removal due to polarity
四
资料应用
资料解释及应用（I）
鉴别原油生成环境和油气母质类型研究； 判断生成天然气有机质成熟度； 对天然气进行成因分类和判识； 进行油气源对比研究； 油气运移方向研究； 研究油气的次生变化； 研究天然气的混合情况； 进行油气藏地球化学研究； 储层封闭及连通性研究。
油气母质类型识别
资料提交—level1
– [Field] Depth Ascii data (d13C-C1 only, not filtered)
– [Field] Depth QC Composite log
– [Domain] Depth ASCII data (d13C-C1, d13CC1 «QC filtered », QC flag)
气体成因分析及类型划分
after Bernard (1989) Whiticar (1990)
-5.50E+01
-5.70E+01
-5.90E+01
-6.10E+01
-6.30E+01
-6.50E+01
标样 : -54.5 ‰；标准偏差 : 0.3 ‰；平均值 : -55.2 ‰ ；最大与最小值差 : 1.3 ‰。
同位素稀释检查
CH4 浓度超过8000 ppm，将会被设备稀释至8000ppm， 最后delta 值在 +/- 1 ‰波动 ， 自动稀释系统正常。
GC, RSVL -42 sec cycle
- Remove contaminants,
e.g. DBM or mud (NH3, alcohols)
Filter Cartridge
Spot-sample port
PRE
- Remove DBM contaminants, esp. C2H4 and Remaining ammonia and alcohols
实时同位素技术优势
✓ 能直接提供连续实时甲烷同位素录井图； ✓ 甲烷值在0.05%-25%之间测量精度1‰； ✓ 严格的质量控制体系； ✓ 不需要增加人员!？
Isotope
GC _RSV Spot sample manifold
GZG脱气器
实时同位素设备组成
Ethene Sensor
实时同位素录井流程
分析周期，保证每10秒到每100秒有一个测量点； 能自动稀释，分析浓度0.1-5%,最大15％； 设备稳定，重复性好，测量精度高，200ppm至500ppm浓度样
气，测量精度小于3‰， 500ppm至50000ppm浓度样气，测量 精度小于1‰。
实时同位素录井优势
同位素录井与Isotubes对比
工作原理（CRDS）
利用CRDS原理测量CH4浓度
T = mirror transmissivity L = mirror losses c = concentration a = sample absorption coefficient l = cavity length
对固定波长光波，特定气体 组分同位素信号衰减时间只 与其浓度有关.
Increasing Thermal Maturity
Cracking of Cracking of oilKerogen to oil & gas Cracking of wet gas
国内标准（据王国建等）
主要内容
一
同位素基础
二
实时同位素录井系统简介
三
实时同位素录井质量控制
四
资料应用
传统同位素测量-GC-IRMS
▪ PRe (NH3, CH3OH, C2H4)
– Molecule destruction
……污染的处理
Degasser, GZG
-1500 cc mud flow, - 500 cc gas flow, - no heating of mud
Ethene Sensor
设备组成（最佳组合）及工作流程
Valid
Non valid
Reduced Accuracy
实时QAQC警报管理
– Depth Ascii data ( d13C-C1 only, not filtered)
– Depth QC Composite log
▪ Includes automatic Qc column & d13C-C1 values (non filtered)
– [Domain] End of Section Report
资料提交—level3
资料提交—level4
Special studies (Well to well comparison, multisegment studies…)
主要内容
一
同位素基础
二
实时同位素录井系统简介
三
实时同位素录井质量控制
二ห้องสมุดไป่ตู้
实时同位素录井系统简介
三
实时同位素录井质量控制
四
资料应用
– 设备的稳定性 – 样品处理和分析不合规 – Ethane（乙烷） – Ammonia（NH3） – Methanol（甲醇） – Ethene （乙烯）
实时同位素影响因素
稳定性对比实验
甲烷稳定碳同位素比 (‰)
时间 (分钟)
-4.50E+01
实时同位素录井技术介绍
China-France BOHAI GEOSERVICES Co.,Ltd.
主要内容
一
同位素基础
二
实时同位素录井系统简介
三
实时同位素录井质量控制
四
资料应用
1
具有相同质子数， 不同中子数的同 一元素的不同核 素互为同位素
同位素定义
2
中子数不同的同一 种元素的一种原子 形式，包括稳定同 位素和放射性同位 素。
影响因素1—纯净甲烷
Injection: 2,500 ppm C1 in N2; δ13C = -38.3‰
12CH4
13CH4
影响因素2—纯净乙烷
Injection: 100% C2
12CH4
13CH4
Interference: 13C enrichment
影响因素3—NH3
Injection: 4% NH3
Standard
vs.V PDB)
以美国南卡罗莱纳州白垩系Pee Dee组拟箭石化石(简称PDB)作为标准品
自然界碳同位素分布
同位素在不同领域运用
碳同位素分馏作用
Gases generated
Types Hydrocarbons %Ro
利用δ13C-C1趋势解释
d13C-C1, Process -80‰ -50 -20
QAQC要求及操作程序
• Calibration: start of each well section (with 3 standards)
• Daily injection checks
• Rig site procedures for high-quality acquisition
• Remote service delivery support for validation of each QC step and final validation of data delivered to the client with QC flags (depending on level of service)
同位素分类
• 稳定同位素 – 12C: 6 质子/ 电子 + 6 中子 – 13C: 6 质子/ 电子 + 7 中子
• 放射同位素 – 14C: 6 质子/ 电子 + 8 中子
碳同位素
12C
13C
标准碳同位素意义
δ13C
13 12
C C
Sample
1 •103 (?
13 12
C C
- Provide C1, C2 and C2H4 concentrations for d13C correction (C2/C1), calculated C2H4 concentration (C2s RSVL – C2 ES)
Isotope Analyzer
- Provide C1, d13C-CH4, NH3
资料
精度
取样方式
取样位置 运输 时间 样品密度
同位素录井 • d13C-C1 （目前） • d13C-C2, d13C-C3,
dD-C1 • 500 -100k ppm C1 1‰ • 200 - 500 ppm C1 3‰ • 连续、直接 • 严格质量控制 (萃取,
传送和分析全过程) • 连续，无特别要求
I/Io = exp(-alc) a = 4pk/l
I : Intensity after cell Io : Incident intensity l : length of cell c : concentration l : wavelength k : extinction coefficient
•无需
• 实时
• 连续
Isotubes • d13C and dD (d18 O)
全组分
• 大于 1‰
• 单点取样 • 没有严格的质量控制程序（进样时间、稀
释程度） • 样品可能被压缩或稀释 • 受时间、成本和安全管制限制 • 取样到分析结果出炉，短则几周，长则几
月 • 按取样间隔取样
主要内容
一
同位素基础
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43
-4.70E+01
-4.90E+01
-5.10E+01
-5.30E+01
12CH4
13CH4
Interference: extreme 13C enrichment
100% Propane 1,000 ppm Butane in N2
影响因素6—其它
1,000 ppm Benzene in N2
100 ppm MCH in CO2
乙烷污染的校正
▪ Ethane
– Linear relationship → mathematical correction