探讨气测录井中全烃检测值与烃组分含量之关联

气测录井技术(2012-03-0609:59:10)
气测录井是直接测定钻井液中可燃气体含量的一种录井方法。

气测录井是在钻进过程中进行的，利用气测资料能及时发现油、气显示，并能预报井喷，在探井中广泛采用。

（一）气测录井的常见类型
根据所用仪器不同，气测录井可分为两种，即半自动气测和色谱气测。

半自动气测是利用各种烃类气体的燃烧温度不同，将甲烷与重烃分开。

这种方法只能得到甲烷及重
1
而
重烃曲线幅度很低，两条曲线间的幅度差很大。

2．分轻质油层和重质油层
由于烃类气体在石油中的溶解度随基本上是随分子量的增大而增加的，所以在不同性质的油层中重烃的含量是不一样的。

轻质油的重烃含量要比重质油的重烃含量高。

因此，轻质油的油层气测异常明显的，而重质油的油层气测异常显示远不如轻质油的油层显示明显。

它们各自呈现完全不同的特征。

烃类气体是难溶于水中的，所以一般纯水层中气测没有显示。

若水层含少量溶解气，在气
测曲线上也会有一定显示，反映在全烃、重烃时增高，或只是全烃增高，而重烃无异常。

但是，水层比油层显示低。

（二）色谱气测资料解释
在探井中根据半自动气测成果可以发现油气显示，但是不能有效地判断油气性质，对于油质差别不很大的油层和凝析油、气层就更不易判断。

而色谱气测则可以判断油、气层性质，划分油、气、水层，提高解释精度。

1．色谱气测解释图版的应用
2
数（即
（ZC），求出各烃类气体占全烃的百分数。

然后根据计算结果确定上述各参数在图中的位置和形状。

3．烃类比值法
利用色谱组分含量计算比值评价油气层。

烃湿度比（1－9）
烃平衡比（1－10）
烃特征比（1－11）
具体评价标准见表1－5。

4．钻井液全脱气估算显示层生产能力
在气测显示层取钻井液样进行全脱气分析，计算钻井液中天然气浓度，估算生产能力。

G＝（1－12）
式中G—钻井液中天然气浓度，％；
b—全脱气所用钻井液量，mL；
a—脱气量，mL；
X—色谱仪上分析出的天然气浓度，％。

Q
t
d
h
P＝
摘要：在现场气测录井过程中经常出现全烃值大于组分含量之和，全烃值小于组分含量之和，或者全烃值小于甲烷含量的现象，与很多人认为全烃值近似等于钻井液组分分析的C1，C2，C3，iC4，nC4，iC5，nC5含量之和这种观点相矛盾。

本文通过氢焰鉴定器工作原理及机理分析，同时对出现此现象的客观原因分析，提出把全烃检测值理解为烃系数或烃密度，烃组分理解为相应的体积分数，两者本质上毫无关系，同时认为这种现象存在的合理性。

关键词：气测录井色谱仪全烃组分
一、引言
在现场气测录井过程中经常出现全烃值大于组分含量之和，全烃值小于组分含量之和，或者全烃值小于甲烷含量的现象，与很多人认为全烃值近似等于钻井液组分分析的C1，C2，C3，iC4，nC4，iC5，nC5含量之和这种观点相矛盾，这种异常现象的出现，会直接引起甲方管理人员、资料使用者以及某些经验不足的现场录井人员的疑问和困惑，认为气测资料可信度低。

下面就上述问题，谈谈笔者的认识，供同行参考。

二、原理分析及实验成果
1.氢焰检测器工作原理
被测样品由载气携带，一路直接进入总烃FID氢火焰离子化鉴定器，另一路样品气经色谱柱分离后进入组分FID氢火焰离子化鉴定器，每一路样品与载气混合一起分别进入离子室，由毛细管喷嘴喷出。

氢气经引燃后在空气的助燃下进行燃烧，以燃烧所产生的高温（约2100℃）火焰为能源，使被测烃组分电离成正负离子。

在氢火焰附近设有收集极（负极）和极化极（正极），在此两极之间加有150-300V的极化电压，形成一直流电场。

产生的离子在收集极和极化极的外电场作用下定向运动而形成电流。

产生的电流很微弱，需经放大器放大后，才能在记录仪上得到色谱峰。

产生的微电流大小与进入离子室被测组分浓度大小和碳原子含量有关，浓度愈大，碳原子的含量愈多，产生的微电流就愈大。

2.氢焰检测器离子化的分析机理
当含有机物CnHm的载气由喷嘴喷出进入火焰后，发生裂解反应产生自由基：CnHm→·CH；产生的自由基在火焰中与外面扩散进来的激发态原子氧或分子氧发生如下反应：·CH+O→CHO++e-；生成的正离子CHO+与火焰中大量水分子碰撞而发生分子离子反应：CHO++H2O→H30++CO；化学电离产生的正离子和电子在外加恒定直流电场的作用下分别向两极定向运动而产生微电流，
3.
[1]。

所以理
P全烃
SK-3Q02
气相色谱
混合
10.000%，组分为C1
基本符合
从表1
1.
（图1）。

图1
的现象。

表1
图1
2.
组分记录数据重复，更谈不上在全烃最高值时采样分析，经常出现组分采样分析在全烃的较低值。

3.色谱仪组分分析设计的局限性
目前，现场所使用的色谱分析仪只能检测有限的烃类气体，色谱仪设计上烃组分只能分析C1，C2，C3，iC4，nC4，iC5，nC5这七种成分，对于其它的烃类气体色谱柱无法吸附分离，色谱仪设计将其反吹放空出去。

但从井口泵入的气体按一定的流量可以全部到全烃鉴定器进行分析，而钻井过程中使用的钻井液添加有很多种有机处理剂，如起下钻时使用的丝扣润滑油，普通的棕红色润滑油等等混人钻井液后，会使钻井液中的烃类成分复杂性远远不止组分所能分析的七种成分。

当出现这种情况后，虽然组分不能分析C5以后的烃类成分变化，但这种变化仍然会通过全烃分析表现出来，结果就是全烃值大于测量到的各组分碳原子当量浓度之和。

4.载气、助燃气、样气等流量的参数匹配不当
氢焰离子化鉴定器使用氢气作为燃烧气，空气作为助燃气。

助燃气流量相对偏低，使得高浓度样气进入全烃鉴定器后，不能够完全燃烧而达到饱和，未燃烧的烃气无效释放；连续高浓度样气与其它气体在鉴定器混合后，助燃气和氢气相对减少了，从而降低了灵敏度。

这些原因会造成甲烷含量或烃组分之和远远大于全烃检测值。

若空气流量恒定，火焰随氢气流量的增加而增大，灵敏度也随氢气流量的增大而升高，当灵敏度达到最大值后，灵敏度随氢气流量的增加而逐渐降低，因此，存在一个使灵敏度最高的最佳氢气流量。

空气在离子化过程中起到助燃作用，对样气是否燃烧完全尤为重要。

空气流量的大小对灵敏度影响较大，随空气流量的增加，灵敏度也增大，而后逐渐稳定。

所以，应该合理选择载气（氢气）、助燃气（空气）、样气等流量的参数。

四、结论与认识
1.通过氢焰鉴定器工作原理、机理分析及实验成果，氢火焰鉴定器是质量鉴定器，进入全烃鉴定器产生信号的样品气是混合烃类气体，在混合烃类气体的共同作用下全烃产生一个电压值，而标定仪器时用的是单一甲烷气样，因此应把全烃检测值理解为烃系数或烃密度。

而鉴定器对组分分析是样品气被分离后，在特定的时间对单一组分的响应，可以理解为相应的体积分数，所以认为全烃检测值与烃组分含量本质上毫无关系。

2.通过氢火焰鉴定器工作原理及机理分析，出现这种不是全烃值近似等于钻井液组分分析的C1，C2，C3，iC4，nC4，iC5，nC5含量之和的普遍现象，主要是井下气体与校验用标准气样中的甲烷相对含量的差异引起的，与仪器毫无关系。

3.
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分组
杂谈
气测录井过程中经常出现气测全烃值小于烃组分值之和的现象，常常引起业主的疑问和录井人员的不解。

分析产生这种现象的原因，对消除业主的疑惑和提高录井人员的资料应用水平具有指导意义。

气测录井过程中，气测全烃值与烃组分值之和的关系主要呈现下列三种情况：
一是气测全烃值大于烃组分值之和；
二是气测全烃值与烃组分值之和相当；
三是气测全烃值小于烃组分值之和。

通常人们认为第一种和第二种现象是正常的，第三种情况是不正常的。

气测录井的业主通常认为，全烃值小于烃组分值之和是仪器性能引起的，怀疑全烃值和烃组分值或者某气测参数的准确性。

笔着通过多年的气测录井的实践经验和对气测录井理论的深入研究，认为出现气测全烃值小于烃组分值之和的现象，绝大多数的情况下是由仪器的标定方式、分析方式、地下油气性质和某种气测操作参数选择不当
引起的
“全
通常情
，就不会出现全烃值小于烃组分值的现象。

气层显示主要以甲烷为主（一般情况下，甲烷的相对含量大于85%），同样的道理，气层显示不管在高浓度和低浓度时都不会产生全烃值小于烃组分之和的现象。

油显示时，甲烷的浓度变低，乙烷、丙烷、丁烷的相对浓度增加，乙烷、丙烷、丁浣的之和大于甲烷，甲烷对全烃测量值贡献变小，其它烃组分贡献增大而气测响应值降低，这样气测测量出的全烃值比实际值变小，就有可能出现全烃值小于烃组分值的现象。

要避免出现这种现象，标定全烃时要尽可能选用与地下油气挥发组分相近的标准气样标定全烃。

全烃的测量方式不同，选用的标定方式不符也有可能产生气测全烃值大于烃组分之和的现象。

采用用氢火焰鉴定器（FID），不采用质量浓度标定，而采用体积浓度标定也会出现误差；
采用热导鉴定器（TDC），不采用体积浓度标定，而采用质量浓度标定也会出现误差。

因此，标定时必须采用与鉴定器相适应的标准气样种类，尽可能地减少出现全烃和烃组分误差的机会。

在这里需要提醒的是一般标准气样是质量浓度，体积浓度是运用纯单一标准气样配制的。

配制体积浓度时，应严格按照配制方法和配制标准，配制不同浓度的体积浓度即可。

通过对产生全烃值小于烃组分值之和发生原因的剖析，95%以上的原因是由标定方式、分析方式以及地下油气性质引起的，很小一部分是人为因素引起的。

从气测的测量原理和解释评价理论分析，即使出现此种现象，排除了人为因素影响原因，并不会对气测资料的评价和应用带来任何影响，可以用烃组分值之和代替全烃值。

不管什么原因产生全烃值小于烃组分值之和的现象，都会给人们的认识带来一定的困惑，所以我们在录井前，应根据地下油气性质，选用合适的仪器的类型和测量方式，尽可能选用合适的标定方式，减少或避免发生全烃值小于烃组分之和的现象。

————转自《中国录井网》
网友补充
中C1-C5
附或解析。