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研发背景

氢氦资源

氦气：低密度，低沸点，易扩散，难密封     化学惰性，难溶解，高导热。

2种成因：原始氦、衰变氦

3种来源：

幔源氦：地幔物质通过深大断裂运移或岩浆岩脱气形成

壳源氦（工业利用）：含U、Th岩石衰变形成

大气氦：地球脱气及原始大气混合形成

氢气：低密度，高导热 、难溶解、还原性、高热值。

氢通常的单质形态是氢气，是未来最清洁的能源。氢气是自然界分子量最小的气体，大气中氢气约占一千万分之五（0.5ppm）。

泥浆气中氢氦浓度低、钻探过程钻速快，氢氦检测的灵敏度和分析周期是准确评价氢气和氦气资源的关键。

在产气阶段对天然气含氢/氦量的检测数据仅集中在满足工业气流的优质层位，单井纵向上的含氢/氦数据不连续，气袋取样氦气泄露快，钢瓶取样运输困难。随钻快速检测氢氦的装备，并与综合录井系统进行集成配套，实现氢氦随钻检测数据对氢氦资源勘探具有重要意义。

仪器设计与研发情况

色谱（GC）方法：

实验室采用GC-TCD方法检测气体样品中的氢氦含量，依靠色谱柱将气体中各组分进行完全分离，分离后的氢氦用热导TCD检测器测定含量。满足生产气氦气及氢气的定量要求。

质谱方法：

定量下限低，速度快，氢气与氦气互不干扰。

1.前端加入预处理柱，保证尽量少水等杂质进入真空腔体，延长灯丝寿命，降低样品干扰。

2.GC-MS的结构保证了仪器的稳定性也提升了仪器的测量速度，实现30秒完成一次测定。

3.更好的定量精度，更精确的自动校正

4.极高的灵敏度，氢气和氦气浓度检测限2ppm。

预处理+GC-MS结构设计

1）去除氧气和水等杂质气体，除氧气延长质谱灯丝寿命（连续工作600小时），除水减少氢气测试干扰；

 2）自动稀释样品气，加大测量动态范围（5-50000ppm）

应用情况

目前公司仪器已经与国内包括中石化华北分公司，中石油西南分公司，渤海钻探，中海油，北京大学等完成了多次现场合作；仪器从研发至今已完成30口井的现场测试，并对现场的数据完成了分析和预测。

案例分析1

1）氢气有强干扰，浓度有时远大于氦气浓度，需注意分开测量

2）泥浆气氦气绝对浓度变化范围4.5-1000 ppm，相对含量变化范围0-2%，变化剧烈，有多个仅宽1-5米的高值区段

3）3080-3090米；3137-3139米；3160-3165米；3239-3241米

四段较为明显的氦气高浓度区，有的与天然气高值重合，有的不重合。天然气甜点与氦气甜点不重合

4）天然气主力段，氦气平均为0.3%（附近生产井天然气中氦气浓度3216ppm）

案例分享2

2#有三段资源高值区域：

Ⅰ段为TG含量较高区域，同时氦气的相对含量和绝对含量均为本井较高段，为3#井最具商业开发潜力区

Ⅱ段也属于气测高值区，氦气的相对的含量亦达到氦气提取标准

Ⅲ烃类气测较低，但是氦气和氢气的资源量较高，具有一定的价值

总结

1.天然氦气自然界中存在并不广泛，天然气藏中的氦以壳源为主，是岩石矿物中铀钍元素衰变产生，需借助其他载体（地层水、甲烷、二氧化碳等）进行运移及成藏，地层水常作为初次运移的载体；

天然氢气广泛存在，在多种环境都被发现，研究天然氢气的赋存状态对于发现天然氢气藏具有重要意义。

2.走行测试中，绝大部分环境空气中的氢氦浓度相对比较固定，并无特殊的显示，因此目前探测氢氦的方式主要还是需要配合录井测试进行，但因为其大气平衡，一旦发现大气异常点，更容易找到矿源。