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1、浅议色谱仪对水溶气的分析关键词：水溶气、炷类气体、溶蚀、色谱资料、互溶性这里所说的水溶气是指含水渗透层中水内溶解的炷类气体和非 炷类气体。溶解气不仅可以综合利用，而且可以依据其某一些特性来 预测含油气性。因此显得格外重要。我们知道，天然气易溶于石油和水。水内溶解气包括低压水溶气 和高压水溶气。我们主要关心的是：利用水内溶解气的化学成分和变 化规律怎样有助于寻找油气藏。如今，几乎每个勘探区域，在每一口 探井上的每一台色谱仪都在连续实时监测着钻遇地层中炷类气体和 非炷类气体的含量。在此，我们重点关注这些资料中水溶气的特性和 相关地层特征。我们知道，原始有机质在陆地表面难以保存，大气中的氧气极易 破
2、坏有机质。当原始有机质在比较广阔的长期被水（海水或湖水）淹 没的低洼区沉积下来，水体起着隔绝空气的作用，叩使水体含有一定 的氧气，一小部分有机质被氧化而消耗后，其余大量有机质仍然保存 下来并向汕气转化。只是这种有利于有机质堆积保存和转化的环境并 不是到处都有。我们先回顾岩石的一些知识，这有助于我们分析。广 义的说，地壳上的各类岩石都具有大小不等的孔隙和渗透性。但通常, 就沉积岩而言，砂岩、砾岩、多空的石灰岩等为渗透性岩层，而泥岩、 石膏、硬石膏、泥灰岩等为非渗透层。这些能够储存和渗滤流体的岩 层，称储集层。本文针对的各类流体主要就在储集层中。对其它的渗 透层也可以用类似的分析方法。在实践中和理
3、论研究上证实，不同储集层中水和水溶气体的成分 是有规律的。在碎屑岩储集层中，由于碎屑岩是成分复杂的矿物碎屑、 岩石碎屑和一定数量的胶结物所组成。其储集流体的空间主要是碎屑 颗粒间的孔隙，有原生的也有次生的，次生孔隙主要是以碳酸盐矿物 为主溶解的产物。岩石组分的破裂和收缩也可以使砂岩产生重要的次 生孔隙，不过，通常在数量上居于次要地位。有人研究认为，砂岩所 有的孔隙至少三分之一是次生的。可见，溶蚀在自然界的普遍存在。 多种互不混溶的或能溶的流体共存与岩石的空隙中。经众多的分析证 实，这些物质的主要成分是：水、空气、炷类（含炷类气体）、二氧 化碳、氮气、氢气等。地层被钻开后，各类流体进入钻井液中，
4、并被携带至井口，经脱 气采样后，进入仪器分析。那些小部分混容的，也值得我们认真思考。 我们知道，对于石油而言，尽管存在水溶相与游离相运移之争，但越 来越多的人承认游离相占主导地位。对天然气而言，一般认为，它可 以呈水溶相和游离相存在。另外，在某些条件下，油可以溶于气体中, 气可溶于油中。对于天然气而言，天然气在水中有较大的溶解度，例 如，在7Mpa压力下，温度37.8摄氏度时，天然气在地下水中的溶解 度可达1.55立方米/立方米。这些可以给我们足够的启示：高压水溶 天然气资源可能在我们盆地很丰富。复议过去的地质资料容易证实这 一点。流体中的水和二氧化碳，主要来自有机质热成熟作用产生的二氧 化碳
5、和水。粘土矿物转化生成的水。这些水中普遍含有了二氧化碳。 这些溶蚀所需的大量酸性水介质中二氧化碳气体含量是随着温度、压 力的增加而增加的。我们可以发现，在色谱资料中，全炷、组分气体的变化是明显的, 是可以看出该类地层的炷类相对含量和组成成分。该类地层的水溶气 色谱曲线特征是：总炷曲线明显变化，组分有时有明显变化。有时没 有。对于含有重炷类组分C2-C5的分析，我们认为主要是天然气中 溶解的重炷类组分被色谱柱分离后的组分含量，溶解在这里具有了特 殊意义，反映了该层含油。我们也明白了，为什么在常温下是液态的 C5能够被色谱分离、并测量出来的原因，那是炷类气体的互溶性造 成的。是地层含油的显著特征之
6、一。我们也不排除“雾化观点”，即 液态的C5是以及其微小的液态带电颗粒或分子或分子团形态存在于 样品气（指经脱气装置从钻井液中脱离出的地层内气体）中。与液态 水以水蒸气或云雾的形式存在与空气中类似。我们偏重于互溶观点， 炷类气体所在的地层被钻开之前，已经互溶，经过一个迟到时间被钻 井液携带至井口后，由于温度压力的变化，和脱气装置的影响，或许 产生了微量的微小的C5是以雾化形式存在于样品气中，但绝大部分 是以溶解的方式存在的。我们知道，氢火焰鉴定器的基本原理是对存在与其电场中的微弱 带电离子流敏感，其实质是单位体积内的带电离子数决定了该时刻的 微电流强弱。当被测样品由载气携带，与载气一起进入电离
7、室。氢气 经引燃后在空气的助燃下进行燃烧，即电离样品成带电离子。在氢火 焰附近设有收集极（负极）和极化极（正极），两极之间加有DC150V DC300V的极化电压，形成一个直流电场。电离度与被测样品的性质 和鉴定器都有关，在氢火焰鉴定器中电离效率较低，产生的微电流大 小与被测样品浓度大小和样品性质等有关，浓度越大，样品中碳原子 的含量愈多，产生的微电流就越大，它们之间存在一定的函学关系。 产生的离子在收集极和极化极的外电场作用下定向运动形成电流。放 大后可以得到信号。抛开一些细节，带电粒子流的强度即单位时间内 带电离子的摩尔数决定了微弱信号的大小。组分可以测量单位体积内 气体的几种成分。在全炷
8、类氢火焰鉴定器中，由于单位体积的气体未 经过色谱柱子的分离,呈混合态和混溶态进入鉴定器的，在燃烧中形 成粒子流，其带电离子流通常是较大的带电微小颗粒或离子团，裂化 反应不如组分的彻底。一段时间后，全炷鉴定器内的残留物要比组分 鉴定器的多也或许可以证实这一点。组分的样品经过色谱柱子的分 离，呈单一态逐次进入鉴定器，逐次在这里很有意义，逐次使重组分 的裂化反应要比总炷鉴定器中的时间长，反应也更彻底，但带电粒子 流的强度通常小于全炷类氢火焰鉴定器。这也是有时候同一个被测样 品组分的绝对浓度之和比总炷浓度要低的原因之一。另外一个重要原 因是单位时间内进入总炷鉴定器的炷类气体体积过大，即总烧类样品 气毛
9、细管阻尼过小，或与组分的一一对应关系有了新的变化（数学模 型变化）。但这些并不影响我们的解释，我们更关心的是该层有没有 炷类气体及其含量所代表的意义。以及它们变化的增量值大小。一些 学者在论文中也详尽分析了全炷类气体与组分气体相比较的函数关 系，并且对比了盆地内若干口探井的资料。我们可以发现，在色谱资料中，非慌类气体，如二氧化碳的变化 具有不确定性。有时明显变化，有时候没什么变化。其原因是地层里 酸性水介质中二氧化碳的相对含量是不同的。通常情况下，非炷类气 体二氧化碳的含量有时明显变化，增大或变小，这与该地层水中溶解 的二氧化碳的量有关。非炷类气体中氢气含量的变化，与地层的异常 压力有关。原因
10、是部分水在高温高压下生成了氢气和氧气。热导色谱 只敏感与氢气和二氧化碳。所以氧气无意义。并且微量的氧气也会被 地层内的有机质消耗掉。含有氢气的层多数都是高压流体层。在高压 下水蒸气生成氧气和氢气的可逆化学反应的平衡与常压下发生了明 显的变化。导致了氢气含量的增加。我们知道，单位体积内的样品气 仅仅可以溶解有限的混合炷类气体。以分子形态存在或者以雾化形式 存在的碳5 （正戊烷、异戊烷）也在样品气中含量及其微弱。组分含 量的变化意味着地层的样品气变化了，即有新的炷类气体进入。意味 着有可能有新的层被钻开。世界上既没有化学成分完全相同的两种石 油，也没有成分完全不同的石油。经过对砂样（地层岩石经钻头
11、破碎 并被钻井液携带出井口的碎屑）的分析容易证实，是否有新的层被钻 开。多种资料的互相验证有助于对地层正确的理解。需要注意的是， 有时在色谱分析过程中的一小段时间内随着时间的增加，组分中的含 量有规律的增加。但仍然是同一个层，原因可能是油气进入圈闭后天 然气向圈闭上部聚集，把石油推向溢出点，石油不断被排出，但还没 有全部被排出。导致了顶部炷类气体成分与底部炷类气体成分的不同。可能也有别的解释。在某些情况下，深层侵入带来的二氧化碳也能形成碳酸水。在碳酸盐储集层中，如藻灰岩在柴达木盆地跃西地区第三系湖相 地层中广泛分布，是该区碳酸盐岩储层中最重要的一类油气储层.该类 储层储集性能优良,单井获高产工
12、业油流，是跃西地区近期一个新的勘 探领域.但由于藻灰岩厚度薄，且与多种岩性互层沉积,加之藻灰岩本 身具有多样性，导致了该类储层识别难度的加大和评价精度的降低.从 藻灰岩色谱曲线特征入手，储集空间通常分为原生孔隙、溶洞和裂缝 三类。我们知道，岩性是受沉积环境控制的，碳酸岩沉积物中，原生 孔隙网络主要取决于沉积环境中动能的高低。孔隙发育的岩石，在沉 积相带上都属于高能环境，如滨海、浅海大陆架、堤岛环境，还有坳 陷边缘斜坡和局部隆起。礁石滩涂沉积在沉积旋回上属于海退阶段的 沉积，因此，这类储集层是两次海进之间的海退层序。我们先分析碳 酸盐岩溶蚀孔隙的形成与分布，这样有助于我们分析储集与其中的流 体。
13、溶蚀孔隙又叫溶孔，是碳酸盐矿物或伴生的其他易溶解矿物被地 下水、地表水溶解后形成的孔隙。溶孔的特点是形状不规则，在溶孔 的形成中，地下水的溶解作用具有重要意义。溶孔和溶洞穴的发育程 度，主要取决与岩石本身的溶解度和地下水的溶解能力。地下水的溶 解能力是由水的性质和运动状态决定的。地下水并不是纯水，其中经 常含有二氧化碳、硫化氢、负一价碳酸根、负二价硫酸根、氧气、正 二价钙离子、正二价镁离子等溶质。其中以二氧化碳成分最普遍且对 碳酸盐岩的溶解性影响最大。当地下水中含有二氧化碳时，水溶液呈 酸性；随着二氧化碳溶解量的增加，溶液的PH数值降低，当其降至 3.2时，便成为较强的酸性水，对碳酸盐岩的溶解
14、力大大增强。当这 种地下水在碳酸盐岩地层水中流动时，便逐渐将岩石溶解，并形成重 碳酸盐被地下水带走，反之，当水中缺乏二氧化碳时，则发生碳酸盐 沉底作用，堵塞孔隙，胶结岩石。另外岩石的溶蚀程度还与地下水的 温度和压力有密切关系。一般认为，地温每升高10摄氏度，溶蚀程 度大约增加两倍。我们可以对比发现，在碳酸盐储集层的色谱资料中，全炷、组分 气体的变化是明显的。该类地层的水溶气色谱曲线特征是：总燃曲线 明显变化，组分有时有明显变化。有时没有。非炷类气体，如二氧化 碳的变化具有确定性。即都含有一定浓度的二氧化碳，只是浓度的不 同罢了。结论：经过上面对水溶气和它的存储介质的分析，我们得出结论：利用 色谱分析出的二氧化碳含量在不同地层的变化。可以帮助我们建立这 样的观念：二氧化碳含量高的层，其地层中水的酸性PH数值减小， 溶蚀作用增强，渗透性、连通性可能较好，利于油气运移，利于油气 储存，该区域的该层值得认真研究分析。同时也呼吁，在录井过程中, 技术人员重视非炷色谱资料。利用色谱分析出的炷类物质，可以证实该层的含油气情况。尤其 要注意，重烷类组分碳2 （已烷）、碳3 （丙烷）、碳4 （正丁烷炷、 乙丁烷）、碳5 （正戊烷、异戊烷）的极微弱含量变化也是鉴别油层的重要指标。因为由于本人知识有限，本文中的一些观点仅供参考。欢迎探讨。
