地下水中惰性氣體和甲烷的分離天然氣勘查

1、地下水中惰性氣體和甲烷的分離： 天然氣勘 查.股流運移的動力學(xué)情況 .在這里 ,天然氣的運移速度比其生成速度要高 出好多個數(shù)量級 .由于這一原因，天然氣股流剮出現(xiàn)，便很快不復(fù)存在了 .游離天然氣 聚集的股流性質(zhì)就是這樣 ,這種聚集對于地層水極度飽和帶 （尤其是異常高層壓帶 ）中溶 解天然氣的利用問題具有決定性影響 .至于談到未飽和水 ,那么 .這里的環(huán)境極不利于溶 解天然氣的利用 .為此.必須明顯降低整個承壓水系統(tǒng)的壓力,猶如將它抽成真空 .這在工藝上實際上是行不通的.除了對墨西哥灣沿岸高產(chǎn)井的上述研究結(jié)果 .在蘇聯(lián)國內(nèi)外的許多地 區(qū).很可能還存在某些飽含天然氣的地層水地帶 .可在專門實驗區(qū)進

2、行詳細研究 ,這將 有助于在 90 年代 中期在蘇聯(lián)塔曼半島對這種非傳統(tǒng)能源進行實際開發(fā).該區(qū)具有對溶解烴類和高壓熱水進 行綜合利用的極有利的條件 實際開發(fā)溶解天然氣的主要困難是 .無論采用哪種方法 .都要采出極大量的深層地下水,況且 ,這些水往往是不同程度的礦化水和毒性水 .還有一個可題就是 ,將水中過量的溶解天然氣提取出來以后 ,還要將 這些水向地下圓漓 .無論現(xiàn)在或?qū)?,這種工藝都是十分耗時費力的 ,生產(chǎn)費用很大 ,往 往與采出的天然氣的價值等同 .而且還要使用大功率的壓風(fēng)機 ,以克服異常高層壓帶所 特有的大約70S0兆帕的壓力此外，還可能污染環(huán)境，誘發(fā)地震,引起地面沉降,所以，開 發(fā)

3、這類天然氣時.要從長計議.妥善處置才行 .（劉 吉 成 績譯 自 皿 旺 艇 mlAHCCCP）1990,ToM310. 怕 5,c 坤.12041208）地下水中惰性氣體和甲烷的分離 然氣勘查和儲層評價的一種方法A 柴柯夫斯基等引言R.E.扎特曼等人的早期工作（1961）表明，天然氣中各種放射成因和非 放射成因的惰性氣體的濃度有很大變化 他耵認為He和IAr的放射藏因組分可能與 油氣層圍巖中的K,u 和 Th 的地球化學(xué)性質(zhì)有聯(lián)系 .并且說明了非放射成因的 Ar（Ar 和Ar）可能起因于曾與大氣圈達到過平衡的地下水 .他們擴展了天然氣一水平衡的 模型,當(dāng)這個模型同時用于放射成因和非放射戒因的

4、組分時,預(yù)測的和觀測的戚分大體上一致（1o倍）他們的發(fā)現(xiàn)主要是根據(jù).He和Ar的變化最近,A.博希等人（z988）測定了天 然氣中所有五種惰性氣體的濃度 .他們總結(jié)出一個模型以說明如何用情性氣體的濃 度比來識別飽氣水的成因.有兩種重要的關(guān)聯(lián)情況 ,一種是天然氣與油一水結(jié)合的關(guān)聯(lián)情況 另一種是天然氣只與水的關(guān)聯(lián)情況 .對于后者來說 .從已知與石油無關(guān)的許多天然氣井 中得到的資料所具有的惰性氣體模式 （或譯.型式-本刊注 ）與根據(jù)飽氣水中分離作用所 預(yù)測的惰性氣體模式一致 .這一特殊結(jié)合 （水和天然氣 ）使得惰性氣體資料還有其它一 些用途 .因為地下水的原始成分是可予以限定的 . 對于我們在本文中

5、考慮的特殊應(yīng)用來說 .第二種關(guān)聯(lián)情況 袖水和天 然氣幾乎沒 有涉及過 .在 A. 博希等人提出的模型中 ,假設(shè)石油最初缺乏惰性氣體 , 但能與各種相達到自由平衡 .這些假定不會對惰性氣體旅度比的計算產(chǎn)生很大影響.但當(dāng)考慮絕對濃度時 ,則可能會有明顯的影響 .由于密度的差別 ,在天然氣和含水產(chǎn)油地 帶之間常常見到石油.因此 ,水能同天然氣儲隔開 .惰性氣體在原油中的溶解度很高 （比在 純水中的溶解度高324倍），而當(dāng)石油進人水和天然氣之間時，惰性氣體的含量可望減 少.隨著油水比倒的增大 ,這個問題變得更加重要 .所以 ,我們集中考慮了在與天然氣 儲平衡的情況下 ,各種水相 （從淡水到鹵水 ）中惰

6、性氣體重新分布的情況 .這些情況對于 運穆過程使油從水中分離出來 ,以及具有不同水鹽度的情形來說具有廣泛的用途.這一認識之所以有用 ,有兩方面的原因 .首先是用鉆井來勘查油氣時 . 并不是總能直接遇到天然氣儲 .然而 .地下水常?？梢远啻斡龅?.某些惰性氣體和甲 烷的標志可以為一個地區(qū)潛在資源的存在提供線索 .其二 ,當(dāng)遇到一個液體石油儲層時 , 一個潛在天然氣儲的范圍井不總是根明顯 .在許多情況下 .流體動力作用過程將液相組分和氣相組分分開 .油田鹵水的分析結(jié)果能提供確定原始流體系統(tǒng)是否發(fā)生重要相轉(zhuǎn)變 所必需的證據(jù) .基本原理當(dāng)發(fā)生相轉(zhuǎn)變時 ,預(yù)期的作用過程是氣體與水分離開來 .這個作用過程

7、 可以迅速使成分發(fā)生重大變化 .從含水層中獲得或丟失氣體的其它作用過程 （如擴散 ） 發(fā)生得比較緩慢 .不必一同加以考慮 .有幾種情況能引起相轉(zhuǎn)變 .向下運移的水 ,由于 地溫梯度而使其溫度升高 ,這可能使水達豺超過臨界點的壓力一體積一溫度條件 .從而 產(chǎn)生相轉(zhuǎn)變 .CH.,Co2 和放射成因的惰性氣體的聚集 .常常有助于產(chǎn)生這樣一種過 程,即降低在包古 各種特定水的相圖上的壓力或溫度的臨界點血置 .另一個可直接應(yīng)用 于沉積盆地的例子 .是與地下水壓的局部升降有關(guān) .補給水的水文梯度 .可以將油和水從總 體上飽和的巖石中驅(qū)動到只是部分飽和的巖石中 .暴露于新產(chǎn)生的有效孔晾度中 ,將會使 水壓局

8、部降低 ,提供相轉(zhuǎn)變所必需的條件 .由此使我們產(chǎn)生了另外的考慮 .通過抽油來獲 得液體石油 （這常常是采收的主要資源 ）,會在水文系統(tǒng)中產(chǎn)生相轉(zhuǎn)變 .這將限審 6 我們在 此描述的方法的應(yīng) 用,要是將其應(yīng)用到現(xiàn)存已枯竭的油田上的話 .比較有利的場所是那些 以前幾乎沒有發(fā)生 過古水層系統(tǒng)被干擾的地方 .因此 ,這個方法晟好是在勘查鉆進工作之 初,在最需要的地 方加以使用 .圖 l 說明了地下水中 Nc 和 Ar 成分將要變化的情況 .淡水將位于飽氣 水曲線的一個點上 .此點的位置依賴于其最終與大氣圈平衡時的溫度.鹽度增高但與大氣圈平衡的補給地下水的位置將位于飽氣水曲線的右邊.補給地下水的惰性氣體

9、成分被限制在飽氣鹵水的濃度和比值范圍內(nèi) .這種鹵水是由地下鹽的溶解產(chǎn)生的 ,而不是地表水 的蒸發(fā)造成的 ,其 成分可位于飽氣水曲線和飽氣鹵水曲線之間的任何部位.這是因為鑲部水能獲得鹽度 ,而保持其最初的惰性氣體濃度流體地球化學(xué)性質(zhì)和 6D-6' Io同位索變 化的相互結(jié)合 .往往可以幫助區(qū)別哪一作用過程 （蒸發(fā)還是溶解 ）為主 .與惰性氣體成分 有關(guān)的重要方面I2是所有韌始地下水都將位于被飽氣水藍線，飽氣鹵水藍線以及在 0 °C 處這兩條藍線之間 的聯(lián)結(jié)點所限定的區(qū)域內(nèi) .個封閉系統(tǒng)的相變將以可預(yù)測的方式改變地下水的惰性氣體成分 .圖1 表示兩個韌始成分不同的地下水（圖I中0

10、C的ASW和0C的ASB）在水相和氣相 之間重新分布之 后惰性氣體成分的計算結(jié)果 .沿著 溫度增加 ,鹽度增高或空氣加人 ,都具有相反的效應(yīng) （Ne/Ar 將會增加 ）. 另一個特征是,膨脹比很大時 （相當(dāng)于很高的 1/6Ar 值） , Ne/Ar 比值接近不變 .最后,. 如果初I3 一始水的補給溫度和地球化學(xué)性質(zhì)可以確定或者被限翻在極限值之間 , 那么就可以利用一條或一對相應(yīng)的軌跡線來確定任一特定樣品（數(shù)據(jù)點 ）氣/水比值的定量界限.以上分析對天然氣勘查可能是有用的.其原因是與沉積盆地的宏觀特性有關(guān) .其特征之一是巖性在幾十到幾百公里內(nèi)都是均一的.對孔隙度和巖性的了解通常是通過地球物理測井

11、資料獲得的 .并且含水層系中有效水的界限通?？梢杂嬎愠鰜?在運移過程中 .水可能經(jīng)歷孔隙度 ,靜水壓力以及溫度等方面的局部變化.在這些地區(qū) .水的去氣作用將會導(dǎo)致氣體的連續(xù)丟失 ,水的成分將沿著圖 1 所示的相變軌跡線變化 .在一 給定位置上 .在流動期間累積膨脹效應(yīng)可從圖 l 中水的位置看出來 .這應(yīng)當(dāng)同流體動力 學(xué)條件聯(lián)系起來 .保 存其初始成分的水樣不可能指示一個重要天然氣儲的存在,假如存在這樣的天然氣儲 ,那么它可能位于流動路徑的下潞虧損大（高1/Ar值）和Ne/6Ar值低（小于 飽氣水的 No/06Ar 比值）自水,沿其流動路徑可能經(jīng)歷了兩相條件的影響 .在這 種情況下 . 一個天然

12、氣儲 （假如存在的話 ）,可能位于水文梯度的上游 .水中Ne.6Ar和CH.數(shù)據(jù)的結(jié)合可以用于定量分析.Ne和r的數(shù)據(jù)提供 了膨脹比,進而能估算殘留在氣相中的 CH.CH 與惰性氣體一起將以不同的 數(shù)量（受溶解度控制）從水中分離出來利用R.E.扎特曼等人（1961）提出的方程根據(jù)氣 /水比.相對分配系數(shù)以及有效水的數(shù)量，可以得到氣相CH.的上限這樣一來雖 然可能無法直接發(fā)現(xiàn)天然氣儲 .但曾經(jīng)與之有關(guān)的水應(yīng)當(dāng)具有某些可以用來闡明一 個地區(qū)資源潛力的鑒別特征.結(jié)論在天然氣儲形成期間產(chǎn)生的地下水惰性氣體成分的變化,在理論上是可以預(yù)測的 .地下水中惰性氣體的大量虧損 ,提供了在天然氣儲形成期間可能發(fā)生的 相變過程的特征 .地下水成分發(fā)生變化 .即使膨脹比小 （1%或 2%）,也會導(dǎo)致地下水成分有 很大的差異 . 利 用一已知的或假定的補給水的鹽度再造初始水的成分,使我們能確定資源潛力的某種定量 界限.在現(xiàn)存枯蝎的油氣田中不可能做到這一點 .這些油氣田園大規(guī)模 開采或重新注水而被改造 .相反 ,此方法可以提供一些補充信息,這些信息在對相對來說未受改造的地區(qū)進行勘查鉆進時可能是有用的 . 天然氣及其相應(yīng)水相的鍘量是必需的 .建井通常只能可靠地