книги из ГПНТБ / Левит А.М. 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.

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

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

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

рами.

Из всех газогеохимических методов поисков нефтяных и газо­ вых месторождений основное внимание в настоящее время уделя­ ется газометрии скважин.

6

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

По первому способу пробы газа отбираются в газометры а, б, г, аспираторы ж, газовые бюретки к и газовые пипетки — еь е2, е3 в лабораторных условиях, из газовоздушной линии газокаротаж­ ной станции, из газовых линий эксплуатируемых скважин и др.

и газосборники д. Эти сосуды применяются и в некоторых дегаза­ торах для сбора извлеченного газа.

По второму способу пробы газа отбираются в специальные га­ зометры в, пипетки ей е2, е3, U-образные и другие пробоотборники, из газовых линий нефтяных и газовых скважин, из газовоздушной линии газокаротажной станции, из различных дегазаторов для их анализа на приборе ГСТЛ-3 и других хроматографах.

9