Файл: Левит А.М. Анализ газа и дегазация при разведке нефтяных, газовых и угольных месторождений.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 27.06.2024
Просмотров: 113
Скачиваний: 1
А. М. Левит
АНАЛИЗ ГАЗА И ДЕГАЗАЦИЯ ПРИ РАЗВЕДКЕ НЕФТЯНЫХ, ГАЗОВЫХ И УГОЛЬНЫХ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ
А. М. Левит
АНАЛИЗ ГАЗА
И ДЕГАЗАЦИЯ
ПРИ РАЗВЕДКЕ
НЕФТЯНЫХ,
ГАЗОВЫХ
И УГОЛЬНЫХ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ
ИЗДАТЕЛЬСТВО «НЕДРА
Москва 1974
УДК 553.9 : 543.27(022)
Левит А. М. Анализ газа и дегазация при разведке нефтяных, газовых и угольных месторождений. М., «Недра», 1974, 224 с.
В книге рассмотрены методики дегазации и анализа газа при разведке неф тяных, газовых и угольных месторождений. Изложены основы процесса дегаза ции, влияние различных факторов на этот процесс и условия образования побоч ных продуктов при дегазации. Описаны различные виды отечественных и зару бежных дегазаторов и дана их сравнительная оценка для различных видов работ. Рассмотрены газоанализаторы, применяемые для непрерывного суммарного опре деления углеводородных газов. Изложены различные методы компонентного ана лиза и дана сравнительная оценка новейших хроматографических приборов для различных видов геохимических исследований.
Книга рассчитана на техников и инженеров, работающих в области разведки нефти, газа, угля и других полезных ископаемых. Она представляет также инте рес для широкого круга специалистов, занимающихся изучением газосодержания вод и горных пород.
Табл. 41, ил. 82, список лит.— 70 назв.
© Издательство «Недра», 1974
ВВЕДЕНИЕ
К прямым геохимическим методам поисков и разведки нефтя ных и газовых месторождений относятся: 1) газовый каротаж; 2) газовая съемка.
ГАЗОВЫЙ КАРОТАЖ
Задачей газового каротажа является выявление в разрезе бу рящихся скважин нефтегазовых залежей, определение глубины их залегания и прогнозирование их характера путем исследования бурового раствора (а иногда и шлама) на содержание углеводо родных газов. В последнее время делаются попытки определять по данным газового каротажа остаточную газонасыщенность раз буриваемых пластов. Газовый каротаж по шламу дает возмож ность определять не только состав содержащегося в нем газа, но
илитологический характер разбуриваемых пластов и содержание
вних битумов. По результатам компонентного анализа газа, из влекаемого из шлама, часто представляется возможным выделять залежи при наличии влияния ранее пройденных горизонтов.
Газовый каротаж по буровому раствору с применением газо каротажных станций проводится не только при разведке нефтяных
игазовых месторождений, но и при бурении скважин на уголь ных, солевых и рудных площадях. Результаты оценки газосодержания разбуриваемых пластов используются затем при проектирова нии вентиляции для безопасной эксплуатации будущих шахт.
Результаты газового каротажа интерпретируются |
совместно |
с результатами, полученными другими методами, |
входящими |
в комплекс исследования скважин, но они особенно ценны, когда другими методами выделить газоносные и нефтеносные пласты не возможно.
Газовый каротаж обладает следующими достоинствами: 1) он является прямым методом обнаружения нефти и газа; 2) резуль таты получаются в процессе бурения скважины и могут быть ис пользованы для корректировки плана бурения, отбора керна и ис пытания скважины; 3) не расходуются станко-часы для проведе ния работ, за исключением тех, которые необходимы для выноса
1* |
3 |
на поверхность бурового раствора и шлама, содержащихся в сква жине перед остановкой циркуляции бурового раствора.
Недостатки газового каротажа: 1) его результаты не могут быть использованы в настоящее время для оценки истинной газонасы щенности разбуриваемого пласта; 2) необходимость постоянного присутствия газокаротажной станции и обслуживающего ее персо нала во время бурения намеченного интервала скважины.
Газовый каротаж по буровому раствору проводится: а) в про цессе бурения скважины; б) после длительной остановки циркуля ции бурового раствора; в) комплексным методом.
Газовый каротаж в процессе бурения. В основу метода газо вого каротажа в процессе бурения скважины положено представ ление об обогащении бурового раствора углеводородными газами, поступающими в раствор из выбуренной породы. При газовом ка ротаже в процессе бурения скважины проводятся следующие ра боты: 1) дегазация части бурового раствора; 2) определение сум марного содержания углеводородных газов в извлеченной газовой смеси; 3) определение компонентного состава углеводородных га зов в извлеченной углеводородной смеси; 4) определение скорости циркуляции бурового раствора для оценки количества углеводо родных газов, выносимых буровым раствором из скважины, с от меткой его вязкости и плотности; 5) определение содержания нефти, а иногда и углеводородных газов в шламе; 6) определение скорости бурения скважины для выявления продуктивных песча ных пластов, обычно отмечаемых большей скоростью проходки, и для количественного определения остаточной газонасыщенности разбуриваемых пластов.
Газовый каротаж после бурения. Газовый каротаж после дли тельной остановки циркуляции бурового раствора, или, как его часто называют, газовый каротаж после бурения (ГКПБ), основан на обогащении бурового раствора углеводородными газами в ре зультате явлений диффузии, фильтрации и других факторов в то время, когда он находится без движения против газосодержащих пластов.
Газовый каротаж после бурения может дать ценные дополни тельные сведения к полученным при проведении газового каро тажа в процессе бурения скважины, если его выполнять после длительной остановки циркуляции бурового раствора при смене до лота и ремонтных работах. Кроме того, этот метод имеет само стоятельное значение и часто используется на скважинах, где в процессе бурения газовый каротаж не проводился. Этот вид га зового каротажа обходится значительно дешевле, чем каротаж в процессе бурения. При низких скоростях бурения, применении вязких буровых растворов и при низкой газонасыщенности разбу риваемых пластов этот метод может в ряде случаев оказаться бо лее эффективным, чем газовый каротаж в процессе бурения.
ГКПБ полезен при бурении глубоких скважин, когда скорости бурения очень низки, и перед остановкой бурения часто не весь
4
глинистый раствор от забоя до устья выдается на дневную поверх ность.
Комплексный газовый каротаж. При проведении газового каро тажа в процессе бурения скважины следует результаты, получае мые после длительного перерыва циркуляции (>30 мин), интер претировать отдельно, т. е. проводить комплексный газовый каро таж. Комплексный газовый каротаж не связан с дополнительными затратами, а качество работ при этом намного повышается.
Газовый каротаж угольных месторождений. Газовый каротаж применяется при разведке не только нефтяных и газовых, но и угольных месторождений.
Основная задача газового каротажа при разведке угольных ме сторождений состоит в определении концентрации метана, который является взрывоопасным газом, что необходимо учитывать при проектировании вентиляции для будущих шахт.
В комплекс газового каротажа при разведке угольных место рождений входит:
1)регистрация кривой суммарных газопоказаний при помощи газокаротажной станции;
2)периодическое определение газонасыщенности бурового рас твора на входе и выходе путем отбора отдельных проб бурового раствора и их термовакуумной дегазации;
3)определение остаточного газосодержания керна и шлама пу тем отбора поднятых на поверхность проб угля и вмещающих по род и их термовакуумной дегазации. Кроме того, проводится изу чение керна для определения границ между различными литоло
гическими слоями и исследование трещиноватости пород.
Как и при разведке нефтяных и газовых месторождений, при газовом каротаже на угольных месторождениях регистрируются расход бурового раствора, скорость проходки скважины и перио дически записываются свойства бурового раствора.
ГАЗОВАЯ СЪЕМКА
В основу метода газовой съемки положены представления о вертикальной миграции газообразных и парообразных углеводо родов из нефтяных и газовых залежей, через толщу покрывающих пород к земной поверхности и о специфическом химическом со ставе мигрирующих углеводородов, входящих в состав нефтяных и газовых залежей. Присутствие углеводородных газов в верхних слоях осадочных пород в концентрациях выше фоновых свидетель ствует о наличии нефтяного или газового месторождения в нижних пластах.
На некоторых месторождениях имеются видимые выходы угле водородных газов на поверхность. Однако это бывает довольно редко. Обычно концентрации газов, мигрирующих из нефтяных и газовых залежей, невелики, и для их обнаружения нужны весьма чувствительные газоанализаторы.
5
Вертикальная миграция углеводородов происходит из каждого скопления нефти и газа. По зонам нарушений она происходит бла годаря явлениям фильтрации, прорыва, всплывания и диффузии. Через ненарушенные толщи пород и обводненные пласты миграция газа происходит путем диффузии и др.
В значительных количествах углеводородные газы встречаются только в нефтяных и газовых месторождениях. Основным компо нентом их является метан.
Содержание метана в каменноугольных месторождениях значи тельно меньше, чем в нефтяных и газовых. В верхних слоях отло жений существует метановый фон (~ 1 0 _4%), образованный не которыми видами бактерий. Тяжелые углеводородные газы (этан, пропан, бутан) бактериями практически не образуются, вследст вие чего полученные по ним аномалии являются наиболее пред ставительными.
Характерные для нефти парообразные углеводороды вследствие их хорошей адсорбируемое™ породами и меньших скоростей филь трации и диффузии встречаются в верхней части осадочных пород сравнительно редко.
Методы газовой съемки используются и для поисков рудных месторождений.
Газовая съемка поверхностных отложений проводится: 1) по свободному газу; 2) по газу, растворенному в воде (водногазовая
съемка); |
3) по газу, включенному в породу (газокерновая |
съемка). |
|
При первом виде газовой съемки газ отбирается из специально пробуренных неглубоких скважин и скважин, пробуренных и ис пользованных для других целей. Концентрации углеводородных га зов в отбираемом свободном газе обычно невелики. Однако эти концентрации колеблются в больших пределах и в некоторых слу чаях достигают значительных величин.
Водногазовая съемка изучает содержание углеводородных га зов в грунтовых и глубинных водах для выявления участков с по вышенным содержанием углеводородных газов. Повышенное со держание углеводородных газов в газовой смеси, извлеченной при дегазации воды, может указать на перспективность района в газо нефтеносном отношении.
При газокерновой съемке изучаются газы, поглощенные гор ными породами. Глубина отбора керна устанавливается для каж дого района. Чем она больше, тем меньше влияние поверхностных условий. В газах, отбираемых при газовой съемке и извлекаемых при водногазовой и газокерновой съемках, концентрации угле
водородных газов очень невелики, и для их анализа |
приме |
няются хроматографы с пламенно-ионизационными |
детекто |
рами.
Из всех газогеохимических методов поисков нефтяных и газо вых месторождений основное внимание в настоящее время уделя ется газометрии скважин.
6
Газометрия скважин
Газометрия скважин проводится для выявления геохимических аномалий, возникающих над залежами нефти и газа на глубине.
Газометрия скважин заключается в определении содержания углеводородных газов в циркулирующем по скважине буровом растворе. Кроме того, при газометрии скважин изучается содержа ние газа в шламе и керне. Газометрия скважин включает отбор проб бурового раствора, шлама и керна, их дегазацию и анализ извлеченных газов.
При проведении газометрии скважин по приращению газосодержания бурового раствора можно определить количество газа, вы носимого буровым раствором из определенного объема выбурен ной породы.
При отборе пробы выходящего бурового раствора значительная часть шлама попадает в пробоотборник, где он дегазируется вме сте с буровым раствором, и после термовакуумной дегазации в нем, как и в буровом растворе, остается очень мало газа. Результаты определения газосодержания шлама могут быть использованы только для более точного определения характера флюида разбу риваемого пласта.
Результаты определения газосодержания керна при его отборе в открытых колонках нельзя использовать для количественной оценки газосодержания пройденных скважиной пород, так как при подъеме керна на поверхность в нем остается лишь незначитель ная часть первоначально содержавшегося газа. Изучение керна для оценки газосодержания пробуренных скважиной пород воз можно при отборе проб с герметизацией их на забое, когда потери газа при подъеме керна на поверхность отсутствуют.
Приведенные в книге результаты опытных работ за период 1969—-1973 гг. выполнены под руководством автора при участии И. Г. Тютчева, Л. П. Артемьевой, Г. А. Слуцкиной и В. В. Гон чарова.
Глава 1
ОТБОР И ХРАНЕНИЕ ПРОБ
Основными работами при геохимических методах разведки нефтяных, газовых и угольных месторождений являются следующие.
1. Отбор и хранение проб свободного газа, воды, бурового рас твора, шлама и керна.
2. Дегазация проб воды, бурового раствора, шлама и керна. 3. Анализ свободного газа и газа, извлеченного при дегазации
воды, бурового раствора, шлама и керна.
При разведке нефтяных, газовых и угольных месторождений часто приходится отбирать пробы свободного газа, воды, глини стого раствора, шлама и керна [56]. Пробы свободного газа ана лизируются на различных хроматографических приборах. Пробы воды, глинистого раствора, шлама и керна дегазируются, а извле ченные газы подвергаются компонентному анализу. Качество про водимых работ во многом зависит от методики и техники отбора проб и от времени и способа их хранения.
ОТБОР ПРОБ СВОБОДНОГО ГАЗА
Разнообразие источников и методов отбора проб газа, а также разнообразие задач, решаемых при различных геохимических ис следованиях, обусловливают различие методик и аппаратуры.
Аппаратура, используемая для отбора и хранения проб газа.
Приборы, используемые для отбора и хранения проб газа, пока заны на рис. 1.
В различные пробоотборники пробы газа отбираются путем: 1) вытеснения воды газом; 2) продувания пробоотборника отби раемым газом; 3) засасывания газа при помощи поршня; 4) за полнения газом резиновых камер; 5) заполнения сосудов, из кото рых выкачан воздух; 6) заполнения железных баллонов под дав лением.
8