浅谈快速色谱现场应用的优势

浅谈快速色谱现场应用的优势

王锡山李虎向海邓毅卿元华

王锡山李虎向海邓毅卿元华

中国石油塔里木油田分公司新疆库尔勒841000

摘要：为了提高现场气测录井资料的准确性，给油气勘探提供更好的技术支持。本文讲述了气相色谱的工作原理，并分析了笔者在中古203井工作学习时，发现常规色谱在气测录井中存在不少问题，通过对常规色谱和快速色谱的关键技术指标进行对比，探讨了快速色谱分析技术四个方面的优势，提出了在塔中地区高气油比的凝析油气藏使用快速色谱的必要性。

关键词：常规色谱；快速色谱；分析周期；分离度；灵敏度

引言

色谱分析技术，在石油地质勘探领域中的应用已有50年的历史。它是现场发现油气层和获取油气层第一手资料的重要技术手段，在油气层的勘探和发现中发挥着十分重要的作用。但随着一系列快速钻井技术的发展，以及凝析油气藏的大力勘探开发，常规的色谱分析仪器分析周期长、分离度较低、灵敏度较低等技术指标，在发现薄油气层和油气层解释评价方面就存在许多不足。相比之下，分析周期短、分离度高、灵敏度高的快速色谱分析仪就体现了它的优势。

1气相色谱仪工作原理

快速气相色谱仪由气路系统、色谱柱、鉴定器、信号放大处理系统和显示器、记录仪等组成。它是通过对石油天然气以及气化石油的全烃和烃组分分析，测量油气含量的一种分析仪器。

色谱柱分离原理：当载气携带欲分离的烃类气体流经装有固定相的色谱柱时由于烃类气体中各组份的性质不同，与固定相作用的程度也不同，因而各组份在两相间具有不同的吸附或分配系数，组分随载气向前移动，经过反复多次的吸附或分配之后，各组份在固定相中的滞留时间有长有短，从而使各组份按先后顺序依次流出色谱柱而得到分离。

氢火焰离子化鉴定器测量原理：是利用有机物在氢火焰中产生离子化反应生成许多离子队，在加有一定电压的两极（极发电极、收集电极）的作用下形成定向离子流，产生离子流的大小与有机物的量成正比，通过测量离子流的强度就可对该组份含量进行检测。

（1）全烃测量原理：

全烃鉴定器是对样品气中全部烃类检测，它的检测原理（图1）。

图1总烃测量原理图

（2）烃组分测量原理：

烃组分测量方式是周期分析，它是对样品气中的C1，C2，C3，iC4，nC4，iC5，nC5七种烃组分进行检测。通过预分离柱初步分离，再将其分离的组分C1～C5进入主色谱柱进行分离，同时对预分离柱中的重组分（C6以上）进行反吹冲洗，再经过FID离子化鉴定，经放大器放大信号，送到计算机和记录仪（图2）：

图2烃组分检测流程图

2常规色谱现场应用的缺陷

常规的色谱分析仪器分析周期长、分离度较低、灵敏度较低，在现场地质工作时存在许多问题。下面以中古203井的常规气测色谱仪在现场气测录井中存在的问题为实例分析常规气测色谱的缺陷。

2.1分离度低，组分C1和C2出现分离不开现象

中古203井在目的层良里塔格组5991m---5994m出现气测异常显示，全烃明显上升，组分出现C1、C3却无C2（图3）；VMS分析只有C1、C3、iC4的现象，并在鹰山组气测异常时也出现组分仅缺失C2。气测组分仅缺失C2是不正常的，其原因是由于地层流体气油比高，常规色谱组分C1和C2分离度不够，而出现C2的色谱峰分离不出来的现象（图4）。造成无法建立气测解释图版，不能对气测显示进行准确合理的解释。

图3中古203井气测数据回放曲线绘图

图4缺失C2色谱峰图

2.2组分分析周期长、连续性差，组分与全烃之间的差异大

全烃检测是连续的，可人为选择记录点时间间隔（一般为2S，部分具有反吹功能的记录间隔为30～36S）而常规色谱组分分析周期长（一般为2～4min），在气测异常时出现全烃含量变化而组分却由于下一分析周期没有到来而无数据变化或组份值在下组数据中变化，当钻穿油气层后，出现气测全烃已明显降低，组份值却仍为高值的现象，表现为组分之和大于全烃含量。另外分析周期长、连续性差，可能会造成在钻遇快钻时油气薄层时只有检测到全烃气测异常，组分却由于没采集到高峰时的气测值而无变化。加上在现场钻井液中常加有大量的添加剂，对全烃气测的影响较大，现场很可能误认为是泥浆添加剂污染而漏掉该层显示，即时通过全烃发现了该层显示，但由于无组分无法建立气测解释图版也给资料解释带来麻烦。

3快速色谱与常规色谱的关键技术指标对比

表1为组分鉴定仪主要技术指标。

表1组分鉴定仪主要技术指标

主要技术指标常规色谱快速色谱

色谱柱类型大直径填充柱直径为1/32″的毛细管

分析周期2～4min30～42s

C1和C2分离度3～4S〉6S

灵敏度1×10-51×10-6

测量范围1×10-5～100%1×10-6～100%

分离柱12

提高色谱分析周期方法有，提高载气流速和减短色谱柱长度，快速色谱采用提高注气压力，减小色谱柱的内径大大提高了流速，使气体分析周期因此而大幅度缩短，从2～4min缩短到30～42s，分析速度比常规色谱快6倍。

提高分离度的方法有：增加组分间的保留时间差、增加色谱柱两相吸附或分配系数以及减小色谱柱的内径，两相吸附或分配系数与固定相的性质和固定相颗粒间的直径有关，快速色谱采用的色谱柱更加精细，其直径为1/32″的毛细管，并使用对烃类选择性吸附更好、粒径更细小的固定相作为毛细管的填充物大大提高了分离度，特别是C1和C2间分离度。

快速色谱采用计算机控制的程控放大方式，并且对轻组分和重组分进行分别放大，在整体提高组分放大倍数的同时还特别提高重烃的放大倍数，使灵敏度得到了提高。

4快速色谱的优势

通过常规色谱与快速色谱技术指标相比，快速色谱分析技术能解决常规色谱存在的上述问题，在油气勘探中体现出以下优势：

（1）有利于高气油比凝析油气藏的气测录井

常规色谱C1与C2之间的间隔一般在3～4S，随着凝析油气藏的大力勘探，由于其气油比高，常规色谱常出现分离不开C1与C2的现象，而快速色谱分离度高，C1与C2之间的分离度达到了6S以上能将C1与C2充分分离，解决了C1的色谱峰淹没C2色谱峰的现象。而使其气测组分齐全，能对气测显示进行准确合理的综合解释和评价。

（2）有利于薄油气层的发现和评价

在钻遇快钻时油气薄层时，由于常规色谱分析周期长，在气测显示段常出现只采集到起始段或终止段或中间个别点或根本就采集不到的现象，从而漏失该层显示。而快速色谱分析周期只有30～42秒，近似达到了连续检测的效果，在薄层显示时组分值将有明显的变化形成峰形曲线，很容易发现，从而不漏失任何薄层的显示。由于采样点多其显示数据接近高值点，建立的解释结果能基本与储层流体性质相吻合。真正实现了不漏失任何发现薄油气层的气测录井目标。

（3）有利于对油气层全烃和组份变化的统一

当钻开油气层时，由于常规色谱分析仪分析周期长，全烃值变化时组分常无数据而不能与之对应的变化，特别是在全烃值快速降低时而组分还是高峰时的值，造成显示的组分之和大于全烃值得现象。而快速色谱由于其分析周期短，组分数值在较短时间内变化，当气测全烃测量值发生变化时，组份值也能随之变化，彻底克服了组分值之和大于全烃这一现象。

（4）有利于储层性质的评价

由于常规色谱灵敏度低，常出现检测不到储层中含量较低（C3-nC5）的重烃组分；而快速色谱采用对轻组分和重组分分别放大，特别增强了对重组分放大处理，能够检测一些储层中常规色谱以往检测不到的少量重组分，增加了重组分的比值关系，提高了气测解释的可信度，能对储层性质作出更准确的评价。

结语

通过与常规色谱的对比不难看出快速色谱分析周期短、分离度高、灵敏度高的优点，特别是在对薄层油气层发现和高气油比油气藏的气测解释方面，其都具有很好的表现。现在塔里木油田，塔中I号坡折带奥陶系储层，由于成藏时间早，油气转化程度高，加上受后期气侵的影响，大部分外带区块都为高气油比的凝析油气藏，常规色谱在该区担任气测录井时常出现缺失C2的现象，以不能满足气测录井得要求。这时使用分析周期短、分离度高、灵敏度高的快速色谱分析仪就显得十分必要。

参考文献：

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[2]陈志敏.快速气相色谱分析与实验[J].录井技术，2002，1（13）

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[4]王亭.快速色谱分析技术在油气勘探中的应用[J].石油仪器，2005，19（5）