虽然,石油与天然气的录井技术、方法是通用的,但鉴于二者的物理性质的差别,天然气录井具有自身的特性。
欲了解天然气的录井特点,必须从天然气的物理特点和对井筒技术要求的侧面谈起。
一、天然气在地层条件下的物理特点
天然气与石油的元素,组成差别不大,都是由碳和氢以及部分氧、硫、氮组成。它们不同之处是:液态烃中的氧、硫、氮含量较少(一般0.3%~0.7%),是碳和氢的高分子化合物;气态烃中的氧、硫、氮含量范围变化大(一般0.3%~44%),是碳和氢的低分子化含物。于是决定了它们许多物理特性的差异。
1.渗流能力强
众所周知,天然气的分子直径小(3.8A°),密度低(0.00073~0.00093g/cm3),据Newmann 等(1981)测定,在常压下,天然气的粘度为(0.01~0.2)×10-3Pa•S;而主要由正构烷烃、杂环结构烃、沥青类组成的石油,它们的分子直径分别为4.8A°、10~303.8A°、50~1003.8A°,且石油的密度在0.8~1.0g/cm3 之间,石油的粘度高出天然气粘度的2~3 个数量级。不同流体的粘度影响,用地层流动系数(Kh/μ)更能直接地描述它们的渗流能力,显然,地层系数(kh)与粘度(μ)呈倒数关系。由于天然气粘度远远小于石油,因此天然气的渗流能力强。
2.与储集层介质的亲和力弱
这里所谓储集层介质,是指由岩石骨架、颗粒空间和赋存其中的流体组成。岩石颗粒表面对储集的流体具有吸附能力。其吸附能力的大小,与流体性质、岩石颗粒的亲油或亲水性,以及岩石中含有机质等有关。岩石吸附气体,一旦受热易于脱出,而吸附石油则需要多次的较长时间抽提才能脱出,尤以重质油为甚。由此,不难看出,天然气储层介质的亲和力很弱。
3.体积变化服从气体状态方程
自然界任何气体的体积变化,服从气体状态方程(PVT),地层中的天然气也不例外。这里强调这一气体定律,事关天然气钻井不同石油钻井问题。这是因为被钻开的、裸露的地层,始终存在着钻井液液柱压力对地层压力的平衡过程,即使彼此保持着相对的、暂时的平衡,会因钻开新的井段的地层压力变化或因钻井操作激动(如起下钻)而造成平衡状态的改变,迫使钻井工程采取相应提高钻井液密度的对策,从而产生负效应,如地层损害。
4.高压气进入井筒易发生流变性改变
气层被钻开的过程中,高压的天然气通常以泡状进入井筒的钻井液,随着钻井液循环,产生两相流动。从井底到口井将引起连续的变化过程。首先,液柱压力不断降低,气泡体积不断膨胀;由此引起两相的密度差增大,在钻井液滑脱(含浮力)作用下,气体上升速度加快,继续膨胀;当沿井筒环状截面的含气率上升达到一定程度后,泡状流将突然过渡到团块状流(包括弹状流和段塞流),气体上升的速度进一步加快;当进入井筒的气体较多的情况下,在接近井口时,可能出现大段大段的气柱,成为环状流。因此,天然气进入井筒后,不仅引起钻井液的流变性改变,而且自身体积的变化,始终服从PVT状态方程,其中压力是最敏感的参数,这就为井控理论奠定了基础。
5.天然气常混合酸性气体
天然气中含有一定的H2S、CO2 等酸性气体,是与天然气的成因、介质环境的热化学作用以及过成熟后的变质作用有关。如H2S 就与生物还原环境、硫酸盐的热化学作用、基底侵入热化学作用有关;CO2 则与慢源成因(火山喷发)、碳酸盐热分解作用和有机成因有关。天然气中酸性气体对钻井、完井的安全、环境保护带来极大的危害,甚至给后续工程造成重大的影响,掌握它的这一特性,有利于防患于未然。


















