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页岩气水平井地质导向钻进中的储层_甜点_评价技术_吴雪平

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页岩 水平 地质 导向 钻进 中的 甜点 评价 技术 吴雪平
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天 然 气 工 业· 74 · · 75 ·2016 年 5 月页岩气水平井地质导向钻进中的储层“甜点”评价技术吴 雪 平中国石化江汉石油工程有限公司钻井一公司吴雪平 . 页岩气水平井地质导向钻进中的储层“甜点”016,36(5): 随钻自然伽马探测手段在四川盆地涪陵国家级页岩气产能示范区水平井导向实践中暴露出储层特征显示不明确、“甜点”层钻遇率低的问题。为此,通过研究该区页岩标志层、“甜点”层的岩性、物性及含气性特征,建立其与已测量的自然伽马值的对应关系,总结得出了该区页岩储层“甜点”判别方法,以此作为页14钻水平段1 540 m,“甜点”钻遇率和储层钻遇率均为100%,优质“甜点”04m3/d,取得了非常好的效果。结论认为,该储层“甜点”层判别和识别技术能够更好地指示钻头在“甜点”层中钻进,有利于全面发挥地质导向技术在页岩气水平井钻井中的技术优势。关键词 四川盆地 焦石坝页岩气田 页岩气 储集层 “甜点”评价 水平井 地质导向 in o., 33121, 6, , (000R in of in In of in in in as WD of 4It is 540 m of 00%, of of 04m3/d. It is of it is to in of 中国石化石油工程有限公司科技项目“涪陵地区页岩气示范区石油工程集成技术”先导试验子课题 ( 编号 : 。作者简介 :吴雪平, 1969 年生,高级工程师 ;主要从事钻井新工艺、页岩气高效开发等方面的研究工作。地址 :( 433121)湖北省潜江市广华办事处五七先锋路 1 号。电话 : 13628423599。0000160:56:17网络出版地址:· 74 · · 75 ·第 36 卷第 5 期我国页岩油气勘探开发方兴未艾,页岩气综合地质评价技术、大井段射孔工艺技术、水平井地质导向技术、水平井分段压裂等技术还不成熟,“甜点”层钻遇率低、井壁坍塌、钻井周期长、钻井投入产出比低、压裂改造效果不理想、开发成本高等问题普遍存在,还未达到经济有效开发的效果[1页岩气藏物性差,渗透率极低,开发成本高,技术要求高,难度大,必须采用适当的增产技术,才能实现商业开发 , 低投入[9高产量是页岩气开采的最终目标。在现有资源条件下,页岩气储层“甜点”评价识别和水平井地质导向技术是提高采收率、降低成本的关键技术之一[121 地层描述及划分涪陵页岩气示范区焦石坝区块隶属于重庆市涪陵区焦石坝镇,构造位置位于四川盆地川东南构造区川东高陡褶皱带万县复向斜包鸾—焦石坝背斜带中的焦石坝背斜,构造呈北东向展布。焦石坝地区下志留统龙马溪组—上奥陶统五峰组纵向上岩性、电性三分变化较为明显。整体来看,五峰组—龙马溪组气层厚度共 89 m,其中五峰组—龙马溪组下部笔石和放射虫的含量明显高于龙马溪组中上部,特别是龙马溪组底部及五峰组的泥页岩笔石含量极高,常称之为笔石页岩段。因此重点含气层段集中于 38 m 厚的龙马溪组下部和五峰组。结合勘探开发生产井的钻、测、录井资料及取心观察,以焦页 1 井为例(图 1),将龙马溪组—五峰组 89 m 气层段进一步细分为 9 个岩性、电性小层,其中下部的 38 m 优质气层段可划分为 5 个小层。从焦页 1 井划分九个小层统计结果来看,自上而下,测井显示伽马值整体上呈递增趋势,其中第 1 ~ 5小层表现为高伽马,为页岩气水平井穿行的有利层段。图 1 焦页 1 井龙马溪组—五峰组标志层( 89 m)特征对比柱状图天 然 气 工 业· 76 · · 77 ·2016 年 5 月2 页岩储层 “ 甜点” 岩储层“甜点”判别方法页岩储层“甜点”是指最佳的页岩气勘探与开发的区域或层位。其典型特征为:页岩厚度大(大于 30 m)、处于“生气窗”,有机质含量高,石英等脆性矿物含量高 ( 可压性强 )、蒙脱石含量低,超压、气测异常,与常规油气藏相邻、地表条件良好等。低泊松比、高弹性模量、富含有机质的脆性页岩是页岩气的首选勘探目标。涪陵地区页岩气层段岩性以含粉砂、粉砂质碳质泥岩为主,少量碳质泥岩,见笔石、放射虫生物化石,为深水陆棚沉积产物,为典型的页岩气层岩性及系统组合。岩性分析 :页岩储层组分主要为脆性矿物(主要成分为石英、钾长石和斜长石、石灰岩、白云岩和少量的黄铁矿、赤铁矿)和黏土矿物(主要成分为伊蒙混层、伊利石和少量绿泥石以及极少量高岭石)以及少量有机碳。随着深度的增加,脆性矿物含量呈上升趋势,目的层段脆性矿物含量较高,主要集中在 55% ~ 65%,局部高达 80%。当脆性矿物含量较高时,对应的孔隙度较高。物性分析:通过声波、密度、中子、深侧向电阻率等曲线分别和岩心孔隙度做交会图,认为声波时差曲线与之相关性相对较好,而密度、中子、深侧向电阻率和岩心孔隙度相关性较差。含气性分析 :储层气测显示较活跃,气体主要赋存于岩石的页理面及微细纹层层面中。孔隙度与页岩的气体总含量之间呈正相关系,随孔隙度的增加,含气量中游离气量的比例增加。通过对页岩储层岩性特征的分析、地层的精细划分及三性关系研究,得出的涪陵地区页岩储层“甜点”判别方法如表 1 所示。如图 2 中阴影部分,第 1 ~ 5 号层为涪陵页岩储层“甜点”区,厚约 38 m,其中第 1、3 号层为涪陵页岩储层“优质甜点”区,厚度约 20 m(图 3)。其特点为如下所述。1 号层 :五峰组,厚度介于 5 ~ 8 m,伽马值介于 160 ~ 180 号层:高放射性碳质页岩夹层,厚度介于 1 ~ 2 m,高伽马值且介于 250 ~ 350 于龙马溪组与五峰组之间,是判断这两个层位的明显标志层。3 号层 :龙马溪组下部,厚度介于 10 ~ 15 m, 伽表 1 页岩储层甜点划分依据表区域 划分依据优质“甜点”段机碳含量)≥ 4%, φ(孔隙度)≥ 5%, 质含量)≤ 40%, 度)≤ 2.5 g/ 子)≤ 12%; 显高值, 铀含量较高,电阻率值相对较高且呈变化明显,脆性指数较高,具有较好的气测显示“甜点”段2%≤ 4%, φ< 40%< 45%,2.5 g/ 2.6 g/12% < 15%。相对Ⅰ类页岩气层段铀含量略低,电阻率值相对变化略小,脆性指数略低,具有较好的气测显示一般储层段1%≤ 2%, φ< 45%< 50%,g/g/15% < 18%;铀含量低,电阻率值低,脆性矿物含量中等,气测显示一般图 2 焦页 1 井曲线综合图马值介于 180 ~ 200 出伽马标志层位,及时调整井眼轨迹,控制钻头在 1 ~ 5 号层中穿行,尽量在 1、 3 号层中穿行。以焦页 1 井为例下面对“甜点”区特征进行描述。1)自然伽马曲线特征自 然伽马曲线从上至下,整体呈增大趋势,自然伽马值介于 160 ~ 250 大值可达 300 均值约为 180 部(5 号层顶)变化特征不钻 井 工 程· 76 · · 77 ·第 36 卷第 5 期图 3 涪陵地区页岩储层优质甜点位置示意图明显 ,向下进入 4 号层时伽马值逐渐升高,在 4 号层中出现三个小尖峰,三个小尖峰过后伽马值略有降低,曲线呈锯齿状,进入 3 号层后曲线呈台阶状,数值逐渐升高,在 3 号层底部出现一个高伽马尖峰(2号层),厚度约为 1 m,高尖峰过后进入 1 号层,曲线呈台阶状,数值逐渐降低。2)电阻率曲线特征电阻率曲线特征相对于伽马曲线特征来说,变化趋势不明显,顶部( 5 号层)曲线平直,电阻率值约为 55 Ω部到底部受导电矿物黄铁矿的影响局部低值,曲线呈“齿状”,不能有效区分 1 ~ 4 层,电阻率值介于 20 ~ 60 Ω)三孔隙曲线特征声波、中子曲线受岩性影响较大,在 5 个小层中不能明显的区分出来,但整体显示物性较好。密度曲线从上至下,整体呈减小趋势,相对于上覆地层(6、7、8、9 号层),物性较好。 4、5 号层密度值介于 g/入 3 号层后,密度值明显降表 2 标志层特征表序号 厚度 /m 岩性 自然伽马特征 电阻率特征 气测显示特征标 1 质泥岩自然伽马相对低值,最小值为 85 线呈负尖峰状深侧向相对高值,最大值为200 Ω线呈正尖峰状,与 线对应基本无显示标 2 黑色泥岩自然伽马相对高值,最大值为 200 线呈正尖峰状深侧向相对低值且介于10~ 20 Ω线呈负尖峰状,与 线对应有一定的气测显示标 3 黑色碳质泥岩自然伽马相对高值且介于180 ~ 200 线出现 2 ~ 3个小尖峰深侧向相对低值且介于10 ~ 40 Ω线呈锯齿状,与 线对应有明显的气测显示,物性相对较好标 4 00 ~ 500 线呈正尖峰状深侧向相对低值且介于10~ 20 Ω线呈负尖峰状,与 线对应有较好的气测显示,物性相对较好低,最低为 g/、3 号层显示物性最好。4)全烃、甲烷曲线特征从现场全烃、甲烷曲线可以看出,从上至下,整体呈增大趋势,1 ~ 5 号层显示明显好于 6 ~ 9 号层,且 1 ~ 3 号层中显示最好。5)有机碳及孔隙度特征从岩心分析数据可以看出, 孔隙度曲线从上至下,整体均呈增大趋势, 1 ~ 5 号层显示明显好于 6 ~ 9 号层,且 1 ~ 3 号层中显示最好。志层确定在实 际的钻井过程中如何找出这段优质页岩储层段,且让钻头在最优层段穿行是一大难题。通过焦页 1 井、焦页 2 井、焦页 3 井的对比分析得出,在优质页岩储层上部及优质页岩储层段内均可找到沉积稳定的明显标志层,在已钻水平井中,进一步证实了这些标志层的存在,标志层特性如表 2、(图 4)所示。天 然 气 工 业· 78 · · 79 ·2016 年 5 月图 4 焦页 1、 2、 3 井综合曲线对比图3 现场应用情况现场通过对标志层的跟踪,找出对应于标准井的位置,再参考储层构造图,计算地层视倾角,确定井眼轨迹在地层中穿行状态,从而达到对井眼轨迹实时导向。下面以焦页 14为例,简述储层甜点评价技术在页岩气水平井中的应用。焦页 14位于焦石坝构造东北翼,目的层龙马溪组—五峰组地震波组相位连续,地层产状变化比较大。本井 A、 B 靶之间增加了 1 个 C 靶,通过分析认为该井 A 靶— C 靶之间地层平缓,地层倾角介于 1°~ 5°, C— B 点之间构造起伏较大,地层倾角介于 5°~ 8°,层位稳定,无地层缺失,设计水平段长 1 500 m,水平段朝正北向穿行。力气层分布通过与标准井焦页 1 井对比分析,气层主要集中在五峰组 1、2 号小层和龙马溪组下段 3、4、5 号小层,邻井页岩气层段分布稳定。分析焦页 1 井、邻井焦页 15的气层分布认为,“甜点”位于 1 ~ 5号层,厚度约为 38 m,“优质甜点”在 1 号和 3 号层,厚度约为 15 m,中间隔有厚度约 1 m 的 2 号小层。迹跟踪A 靶点的卡取 :在焦页 14轨迹跟踪过程中,通过数据分析,结合上覆地层的实钻结果,动态调整井斜,在确定气层的顶界后,按照进入气层 22 钻 井 工 程· 78 · · 79 ·第 36 卷第 5 期m 的原则卡取了 A 靶点。以下为几个关键调整点。志层深灰色灰质泥岩对比该井钻至灰质泥岩底低尖(标志层 1)井深2 734.9 m、垂深 2 m 的位置,对应焦页 1 井灰质泥岩底界距离气层顶垂厚 36.1 m。根据等厚法推算该井气层顶垂深为 2 m,进入气层 22 井 A 靶点垂深为 2 m,考虑到地层倾角为3°,推算该井 A 靶点垂深 2 456 m。志层高碳尖对比该井钻至高碳尖(标志层 2)井深 2 812 m,垂深为 2 m 的位置,对应焦页 1 井高碳尖距离气层顶垂厚 9 m。根据等厚法推算本井气层顶垂深为2 m,进入气层 22 m 后,该井 A 靶点垂深为2 m,考虑到地层倾角为 推算 A 靶点垂深为 2 462.7 m。志层三高尖对比该井钻至三高伽马底(标志层 3)井深 2 951 m,垂深为 2 m 的位置,对应焦页 1 井三高伽马底进入气层 14.3 m。根据等厚法推算本井气层顶垂深为 2 m,进入气层 22 m 后,本井 A 靶点垂深为 2 m,考虑到地层倾角为 推算 A 靶点垂深为 2 462.5 m。实钻 A 靶点井深为 3 020 m,井斜角为 垂深为 2 m,闭合距为 m,与前期推算A 靶点垂深完全吻合,与原设计相比下移 m。平段地质导向该井水平段有控制点 C 靶点,准确地判断 C 靶点是导向的关键,在实钻过程中,通过跟踪分析,准确地判断了 C 靶点的位置,为后期水平段更多地在3 号层底部及 1 号层穿行打下了坚实的基础。几个关键调整点如图 5 所示。图 5 焦页 14水平段轨迹控制图1)在井深 3 123 m、井斜角 垂深 2 475 m 的位置。对比焦页 1 井,根据等厚法计算地层倾角为 3离 1 号层顶界 5 m 垂厚。此时轨迹与地层夹角 计算仅需 73.5 m 进入五峰组。为避免一进入 1 号层就大幅度调整井斜,将井斜角增至 85斜在 8586 号层。2)在井深 3 458 m、井斜角 深 2 494.6 m 的位置钻遇 2 号层伽马高尖,即将进入 1 号层。根据等厚法计算地层倾角为 时井眼轨迹与地层夹角 继续钻进 250 m 后会钻出1 号层。因复合钻自然微增斜 0 ~ 1 m,此时无需调整井斜。3)在井深 3 585 m,井斜角 深 2 503.3 m 的位置,再次见 2 号层伽马高尖,即将进入 3 号层。根据等厚法计算地层倾角为 时轨迹与地层夹角约 保证轨迹在 1、 3 号层穿行,将井斜角下调至 85)在井深 3 788 m、井斜 深 2 514.8 m 的位置钻遇“平台”底,井眼轨迹处于 3 号层底部。根据等厚法计算地层倾角为 时轨迹近似平行于地层穿行,为保证再次切回 1 号层,将井斜角调整至 8384 然 气 工 业· 80 · · 81 ·2016 年 5 月5)在井深 4 284 m、井斜角 深 2 571.6 m 的位置再次钻遇 2 号层伽马高尖,根据等厚法计算地层倾角为 此时轨迹与地层夹角 切地层。考虑到复合钻增斜趋势,此时井斜无需调整,自然增斜至井深 4 520 m 钻达 B 靶点完钻。向效果该 井实钻水平段 1 540 m,其中钻遇 1 号层282 m、2 号层 93 m、3 号层 1 069 m、4 号层 96 m,甜点钻遇率和储层钻遇率均为 100%,优质甜点钻遇率 水平段气测显示良好,全烃值介于 ~ 测井、综合均解释为页岩气层。该井投产后,d,产量较高,取得了非常好的效果。4 结论1)涪 陵地区页岩储层“甜点”判别和识别技术,能够进一步提高页岩气的储层钻遇率和“甜点”钻遇率,提高页岩气井单井产能,缩短钻井周期,经济效益明显,具有较高推广应用价值。2)标志层的确定结合“优质甜点”判别方法,能够在钻井过程中准确寻找储层、判断“甜点”层段、指引钻头在“甜点”层中钻进。同时能够更精细地评价油气藏,有利于全面发挥地质导向技术在页岩气钻井中的技术优势。参 考 文 献[1] 崔思华 , 班凡生 , 袁光杰 . 页岩气钻完井技术现状及难点分析[J]. 天然气工业 , 2011, 31(4): of ]. 2011, 31(4): 722] 时鹏程 . 合技术及应用实践 [J]. 录井技术 , 2000, 11(4): WD ]. 2000, 11(4): 603] 刘树坤 , 汪勤学 , 梁占良 , 何天清 . 国内外随钻测量技术简介及发展前景展望 [J]. 录井工程 , 2008, 19(4): WD at ]. 2008, 19(4): 324] 杨锦舟 . 基于随钻自然伽马、电阻率的地质导向系统及应用 [J]. 测井技术 , 2005, 29(4): of R ]. 2005, 29(4): 2855] 张星明 , 李凤森 , 蔡毅 . 利用测井曲线进行井间地层识别的新方法 [J]. 计算机辅助设计与图形学学报 , 2000, 12(3): i. 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