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非常规天然气藏开发潜力识别

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常规 天然气 开发 潜力 识别
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能源科学进展 2007, - 13 译:刘 春1,2柴永波3审校:刘廷元 (1西南石油大学资源与环境学院,四川 成都,610500; 2中国石油杭州地质研究院,浙江 杭州,310023; 3中海石油天津分公司,天津 塘沽,300452) 摘要: 非常规天然气体系包括致泥岩裂缝气藏(致密砂岩气(深盆气(浅层甲烷气(煤层气(近来,很多经营者把注意力集中在页岩气藏。在德克萨斯北部地区最著名的是已开发出的 岩气藏。这成功激励经营者们去调查 区的 页岩具有独特的特征,因为在同一个层系中,页岩通常既可以是烃源岩,又可以是储集层。这种二元性导致了测井和气藏解释的难度。迄今为止,常规测井解释在识别生产潜力方面的证明还不充分。单一的高孔隙度射孔区域和强水力压裂(理这两方面并不总是给生产带来经济效益。我们经常用伽马射线、密度、电阻率和声波时差来定位混合生产结果产生的高有机碳含量(以识别高气藏生产潜力地区。 岩石的力学特性有助于识别包括天然裂缝的高性能与生产裂缝系统在水力压裂成缝过程中的高概率间隔时间。在 施过程中,我们提出岩石力学特征和水力压裂系统的相关关系,应用效果显著。我们相信岩石力学的综合能用来帮助确定影响生产结果的具有高强度页岩的位置。除了 孔隙度之外,我们使用这些力学特性,选择裂缝产生开始的位置和给出生产能力的定量评价。在这篇文章里面,我们通过描述计算测井参数来说明这个技术。 1 引言 由于大多数测井技术对于发现具有生产能力的页岩区域是相当困难的,在基于常规地层和被校正到标准岩石类型上,如石灰岩、白云岩、砂岩等。页岩的矿物组成,在密度、电阻率和放射性物质成份方面是非常复杂多变的,导致我们在孔隙度和饱和度的计算上出现很多错误。特殊测井是用来定位高岩层,成熟有机质的 干酪根、矿物组成,以及易于产生裂缝发育的地区。识别这些区域是该地区页岩成功完井的关键。 获得一个页岩储层质量的合理评价,通过测井技术的进步修改标准测井解释以适合这种复杂的生产单元(我们称之为页岩)。我们最初的页岩产层的概念模型,就像是一个均匀黏土的富集,有机源岩没有得到一个有效的模拟。相反,我们面临一个多层岩石组合:在黑色的页岩骨架中包含石英、白云岩、灰岩、燧石、蒸发岩。这些就是 典型的有商业价值的具有生产能力的页岩层扮演一个独特的角色主要是因为其源岩、储集岩和圈闭的三重性质。页岩最初的储藏机制和生产机制是激烈讨论的焦点。通常大多数人同意在大多数页岩层中油气有“游离”和“吸附”的成分。精确地讲,油气分布在哪里,油气是怎样流出岩石的,这仍然是一个研究的主题。一个概念模型看起来有许多可接收的成分,它认为“游离气”是存储和来源于生产层状体和天然裂缝的微孔,“吸附气”是存储和来源于页岩基质。 在页岩层段,当处理面临的多项存储流动机制的时候,高分辨率测井解释估算的重要性对于实验室矿物成分、有机质成熟度、含气饱和度和岩石力学特征的测定是明显的(图1)。 接下来将讨论用来帮助决定页岩产层单元质量的测井参数,潜在的产能将根据地质学、地球化学、矿物学、油气的储集和运移而被观察到。同样受岩石力学特性和裂缝系统的影响,一个有商业价值页岩层是由许多方面贡献的必要组合。 2 通过测井确定气藏的质量 能源科学进展 2007, - 14 些基本的方法论没有提供分析有机页岩答案需要。然而,但通过一些特殊的分析技术,常规的测井组合能提供需要去适当地评价气藏的大多数参数,包括:总有机碳确定;提取的有机物容量;气藏的矿物成分;岩石力学机制。 3 总有机碳确定 没有直接计算总有机碳(测井工具,但是唯一的有效的有机碳标准测井记录上能用于残余有机碳的定量测定。许多技术可以经证明提供可靠的和一致的结果,这些方法加强了有机质量的对比。用在这里的这些技术是基于上覆地层的电阻率/孔隙度。由于碳具备导电性,所以电阻率测量值和有机质值之间有很强的关连。图 2 来自测井资料对评价。 4 体积 有机容量的评价被用于密度和中子孔隙度的计算。图3 表示有机碳对密度的影响。图4 表明有机碳对中子孔隙度的影响。有机矿物质的氢指数会影响数据趋势的倾斜度。校正之后,这些数据能用在一个常规的计算孔隙度和岩石体积的方法上。注意图2 所示的数据是非常重要的,图4 是实验室测定的特定页岩。被用来校正测井响应。然而这种趋势与其它的页岩储层是相似的。在评价储层质量时使用非校正数据可能导致严重的错误。 5 岩石力学 如果全波或偶极子声波资料是可用的,那么岩石力学性质能被计算出来。泊松比和杨氏模量是两个重要的计量参数。这些参数被用来辨别弹性的和脆性的页岩时差,并确定压力障碍。图5 是泊松比和杨氏模量表示弹性和脆性区域。 图 地测井资料的泊松比 和杨氏模量交绘图。这个交绘图能用来识别不同的岩性单元。常规的页岩交绘图在右侧或弹性的地区。 岩在图表中是更易碎的地区。 常规气藏质量通常通过7 表明,为 900垂向的德克萨斯北部地区的。蓝色点 线是水层分析结果,红色点线是常规分析结果。这些生产延伸地区是先前的资料细节讨论的结果。 对于常规储层质量在生产效果上大范围展布的部分原因可能有有机质含量和(或)裂缝模拟以及岩石力学的结果。微地震填图裂缝体系通常是一个大的产能地区。因此,我们建议当水力压被采用来进行经济开采时,脆性页岩比弹性页岩更佳。这是因为一个巨大的复杂的断裂体系,开启和暴露了一个大的地表区域。 6 岩石力学对页岩储层增产的几何形状影响 在水力压裂过程中,裂缝的发育如果大得足以能够连通大量岩石的体积空间,则脆性页岩层段的发现区域是重要的。图 8表明弹性页岩裂缝系统与脆性页岩裂缝系统的定量化差异。图9表明暴露的微裂缝和大量表面区域导致致密页岩实现有商业价值的采收率。 成功的页岩增产措施设计已经开展多年。经过反复试验和实际经验而不是理论模拟,对每一个页岩盆地或页岩层都发展了它的独特的增产技术。据认为最佳的增产措施是注入“脆性”页岩以产生非常大而复杂的裂缝系统。这些系统暴露了大量的页岩表面区域,这些裂缝系统产生了有经济价值的油气流。图10表明裂缝区域的概念模型。 7 油气田实例 我们建议页岩储层质量是许多因素的综合结果,用先进的测井分析和一些能直接测量技术,例如伽马射线或电阻率。其它的需要岩心实测特征,例如有机碳物成分、岩石性质去修正测能源科学进展 2007, - 15 如大量的密度、孔隙度、饱和度等数据 在德克萨斯区 28 口 页岩井组合中,我们用所有实验测量数据并且开发了一套测井解释平台以用来作为储层定量计算的依据和方法。我们然后对比了生产井数据发现从测井分析所观测到的数据与生产效果的又一个相关关系。 测井参数的测量和计算包括通过三侧向测井获得的标准结果。另外,声波测井提供必要的岩石力学特征。实验室岩心分析帮助我们校正个叫做校正的脆性参数可以从随后的步骤获得。 )*100 ()*100 2 松比测井值 氏模量测井值 参数: 置 小值 (最具弹性的) 置 大值(最具脆性的) 置 小值(最具脆性的) 置 大值(最具弹性的) 3 根据脆性因素得出的脆性值 ) 图 12 展示了12用相同的方法,我们根据页岩的厚度剩以而得出平均含量 图 13 表明了量和 12系。高脆性岩石范围的高有机碳含量(产期望效果关系。 当 高值没有总是与高产 对应的时候,这些值(包括储层质量的其它常规测试)就能帮助找出页岩生产区的潜在优势点(图14),主要是对完井、射孔和增产措施产生帮助。 8 结论 识别非常规气藏的生产潜力需要地质学、地球化学、岩石物理学、矿物学和岩石力学特性的知识。页岩产层的识别包括高的有机含量定位、热成熟度和孔隙度的增强,脆性岩石的识别等方面。这些方面可以根据使用先进的可以纠正非常规储层的处理技术的标准测井工具而完成。通过测井分析,地层能被识别和定量以便于水力压裂目标区域的选择。 最终的生产效果受许多的因素影响,包括: (1)有机碳含量和成熟度 (2)岩石特性,以及矿物的脆性/弹性 (3) 4)增产措施的影响,裂缝系统的产生。 能源科学进展 2007, 图 1 页岩非均质性形成的一种层状系统的图像 图 2 岩心测试总有机碳与来源于测井数据评价的总有机碳之间的关系 图3 有机碳对地层密度的影响 - 16 2007, 图 4 有机碳对中子孔隙度的影响 图 5 泊松比与杨氏模量交会图表明塑性/脆性区域 图6 来源于泊松比与杨氏模量交会图的北德克萨斯测井条带表明塑性/脆性页岩间隙 - 17 2007, 图7 900 口12 个月累计天然气与烃类的标绘图 图 8 在塑性/脆性页岩中产生的裂缝油气运移通道的几何形状 图 9 伴随表面积产生的微孔隙暴露 - 18 2007, 图 10 基于微地震观察的裂缝网络的地图表现 图11 图面显示德克萨斯州28 口页岩井分布情况 图12 易脆页岩12 个月的储集量与12 个月天然气产量的关系 - 19 2007, 图13 储存有机碳与12 个月累计天然气产量的关系 图14 页岩测井特征 (来源:06623) - 20 -
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