基于測井信息的致密油層射孔優(yōu)化選層方法研究

夏宏泉, 文曉峰, 馮春珍, 王偉

(1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室, 西南石油大學, 四川 成都 610500; 2.中國石油集團測井有限公司長慶事業(yè)部, 陜西 西安 710201)

0 引 言

中國陸相致密油層突出的低孔隙度、低滲透率、低壓力特征導致開發(fā)過程中產(chǎn)量遞減快、能量補充困難、動用效果差,有效開發(fā)面臨諸多挑戰(zhàn)[1-2]。鄂爾多斯盆地致密油層只有通過壓裂改造才能獲得工業(yè)產(chǎn)能[3]。射孔技術(shù)在儲層壓裂改造中突顯重要作用,可以控制壓裂縫延伸方向、降低儲層破裂壓力、增加泄油面積等[4],射孔層段和位置的優(yōu)選顯著影響儲層壓裂效果。為高效開發(fā)這類儲層,將測井評價技術(shù)與射孔壓裂工藝相結(jié)合,進行致密油儲層的射孔優(yōu)化設(shè)計。

盆地研究應(yīng)用在傳統(tǒng)測井解釋居多,與實際生產(chǎn)工程應(yīng)用結(jié)合不夠,缺乏成熟配套的、充分利用測井資料進行致密油儲層射孔優(yōu)化設(shè)計的技術(shù),尤其在自動快速優(yōu)選射孔層段和位置方面,深入開展這方面的技術(shù)攻關(guān)研究是非常有必要的[5]。本文針對鄂爾多斯盆地延長組致密油儲層的地質(zhì)特征,利用測井資料建立射孔層段和射孔位置的綜合評價與優(yōu)選指標模型,自動快速優(yōu)選出射孔層段及其射孔位置,旨在為射孔優(yōu)化設(shè)計與施工提供地質(zhì)甜點依據(jù),滿足致密油開發(fā)對測井精細解釋的需求。

1 射孔層位及位置優(yōu)選方法原理

1.1 基于BZ指標的射孔優(yōu)化選層

低孔隙度低滲透率儲層的射孔優(yōu)化方案不僅需要確定孔深、孔徑、相位與孔密等射孔幾何參數(shù)[6-8],而且首先需要對射孔層位及射孔位置進行優(yōu)選。鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)延長組儲層以低孔隙度低滲透率致密油為主要特征,儲層滲流阻力大、連通性差,僅采用高孔密、深穿透的射孔完井方法難以形成工業(yè)油氣流。對于該類儲層一般要求進行后期儲層改造,射孔不能作為提高產(chǎn)能的最終手段,只能作為體積改造前的一個重要預(yù)處理過程[2]。

研究表明[4-3],儲層品質(zhì)好是優(yōu)選射孔和壓裂層位的一個關(guān)鍵因素。實際生產(chǎn)中,開展儲層射孔層段優(yōu)選評價時,必須具備良好的儲層品質(zhì),即要求有較高的孔隙度、滲透率和含油飽和度及足夠的有效厚度,且脆性指數(shù)大、最小水平主應(yīng)力和破裂壓力均低。為此,提出了一種射孔層位優(yōu)選方法,即利用自然伽馬、電阻率、密度和聲波時差等測井曲線計算的孔隙度、滲透率、含水飽和度、脆性和地應(yīng)力及破裂壓力等參數(shù)建立綜合評價射孔段優(yōu)劣的儲層品質(zhì)指標BZ。當儲層段φ、K、So和He及IB增大,而地應(yīng)力和破裂壓力都減小時,BZ值增大,說明其物性、含油性和脆性及可壓性變好。根據(jù)BZ值的大小對單井欲射孔打開的層段按品質(zhì)優(yōu)劣進行排序,從而達到優(yōu)選射孔層段的目的。統(tǒng)計對比盆地延長組致密油的測試數(shù)據(jù),研究發(fā)現(xiàn),單井產(chǎn)能越高的層段,其BZ值越大[5]。射孔選層的綜合評價指標參數(shù)計算公式為

(1)

式中,BZ為射孔選層的綜合評價指標(可以不考慮其量綱);α為地層打開位置系數(shù)(油層頂部打開,α=0.8;油層中部打開,α=1.0;油層底部打開,α=0.5),無量綱;φ為地層孔隙度,%;K為地層滲透率,mD*非法定計量單位,1 mD=0.987×10-3 μm2,下同;He為射開層段有效厚度(如逐點計算,則為深度采樣間隔),m;IB為脆性指數(shù),%;Sw為含水飽和度,%;σh為水平最小主應(yīng)力,MPa;pf為破裂壓力,MPa。

式(1)中所用到的儲層孔隙度、滲透率、含水飽和度和有效厚度等參數(shù)來自于常規(guī)測井精細解釋的地質(zhì)應(yīng)用結(jié)果,而脆性指數(shù)、水平最小主應(yīng)力和破裂壓力這些參數(shù)來自于測井曲線的巖石力學工程應(yīng)用解釋結(jié)果。結(jié)合彈性模量和泊松比等巖石力學實驗數(shù)據(jù)與動、靜態(tài)的理論公式推導變換,得出工區(qū)延長組地層利用測井曲線計算脆性指數(shù)IB的公式為

(2)

式中,IB為脆性指數(shù),%;Δts為橫波時差,μs/m;Δtc為縱波時差,μs/m;ρb為體積密度,g/cm3;C為單位換算系數(shù),取105。Δts為偶極橫波測井數(shù)據(jù)文件提取結(jié)果或橫波時差曲線構(gòu)建公式計算結(jié)果。

1.2 基于BSZ指標的射孔優(yōu)化位置確定

目前,油氣井射孔方案優(yōu)化設(shè)計主要研究孔深、孔密、孔徑、射孔相位與射孔負壓等參數(shù)對產(chǎn)能的影響,對儲層打開位置的研究較少[9-11]。為提高油氣井壓裂效果及單井產(chǎn)能,還需要對射孔位置進行研究。

利用綜合指標BZ從大到小優(yōu)選出的射孔層段,在實際射孔施工中并不是全部射開,這就需要確定每個層段(一般選其中前10個層段)的射孔打開位置。在已優(yōu)選的射孔層段內(nèi),先逐點計算BZ值并對其按照射孔槍長進行積分,求取射孔段的BZ總值(即BSZ),

然后比較不同井深的BSZ值大小確定

具體的射孔起始深度位置。BSZ最大值對應(yīng)的深度點即為優(yōu)化射孔段頂深。每層射孔起始深度處BSZ值的計算公式為

(3)

BSZ,max=max [BSZ(i)],i=1,…,N-M+1

(4)

式中,N為優(yōu)選層段總點數(shù),N=(D2-D1)/HRLEV;M為射孔段總點數(shù),M=LHPCT/HRLEV;LHPCT為射孔段長度(與射孔槍長有關(guān)),m;D2為油層底深,m;D1為油層頂深,m;BSZ,max為油層中射孔段起始深度處的BSZ最大值;BZ(j)為射孔段內(nèi)第j點的BZ值;HRLEV為深度采樣間隔,缺省值0.125 m;HWZ2為考慮油層結(jié)構(gòu)、套管接箍等因素而需要適當微調(diào)射孔位置的井段長度,一般為0.5、1、2 m。

2 應(yīng)用實例與效果分析

基于上述研究,編制了射孔優(yōu)化選層程序(SWPU-YXCD-CPL.FOR)與地層巖性物性含油性解釋程序、巖石脆性-地應(yīng)力-破裂壓力計算程序、射孔參數(shù)優(yōu)化設(shè)計程序等形成了致密油射孔優(yōu)化設(shè)計軟件(LogToop)。處理了隴東地區(qū)多口井的測井資料,經(jīng)統(tǒng)計分析,總結(jié)出了長6、長7和長8段致密油層的射孔優(yōu)化方案[5](見表1)。表2為××4井的優(yōu)化射孔選層結(jié)果。

表1 推薦的延長組致密油的射孔方式

表2 ××4井的優(yōu)化射孔選層與實際射孔井段(位置)對比表

圖1 ××4井長6、長7段、長8段致密油測井優(yōu)選的射孔層段及位置(1 730～1 920 m段)*非法定計量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

圖1為××4井基于測井信息優(yōu)選射孔層位及位置的成果圖。圖1中第9道為利用式(1)～式(4)由測井曲線或參數(shù)計算的BZ指標曲線(實線)、BSZ指標曲線(虛線)與程序優(yōu)選的射孔層段及位置結(jié)果,在該道里僅用帶圓點的紅色矩形方框標出了品質(zhì)最好的射孔層段及位置(其他層段射孔的儲層品質(zhì)級別較低),且圖1中BSZ曲線值進行了0～1標準化處理。通常,根據(jù)前3道常規(guī)9條測井曲線的特征,結(jié)合孔隙度、滲透率和飽和度及巖性體積分析剖面與油水層解釋結(jié)果,可定性地優(yōu)選射孔層段及位置。從圖1和表2可以看出,該井的38、47、51、55號層(測井解釋層號),其BZ值明顯不同,按照BZ值從大到小優(yōu)選射孔層段先后順序為55、51、47、38號層,根據(jù)每層不同位置處BSZ值的大小優(yōu)選出相應(yīng)的射孔位置。

表3為該井從井底到井口方向的實際先后射孔井段、射孔槍彈、測井解釋的孔隙度滲透率含油飽和度參數(shù)及射孔壓裂后的產(chǎn)能統(tǒng)計。其中長82段1 897～1 901 m射孔位置段對應(yīng)測井解釋的55號層、長81段1 860～1 863 m射孔位置段對應(yīng)測井解釋的51號層、長72段1 790～1 793 m射孔位置段對應(yīng)測井解釋的47號層、長63段1 734～1 737 m射孔位置段對應(yīng)測井解釋的38號層。在油層合適部位進行射孔,形成很好的壓裂起裂孔道后,1 897～1 901 m、1 860～1 863 m和1 734～1 737 m這3個射孔段均采用了水力(多級)加砂壓裂而1 790～1 793 m射孔段采用光套管壓裂,壓裂后馬上投產(chǎn)測試,產(chǎn)液量明顯增大。例如長72段油層累計厚度為24.2 m,采用大孔徑加深穿透方式射開中部1 790～1 793 m油層,射開程度只有12.1%,但產(chǎn)純油15.22 t/d。

應(yīng)用表明,根據(jù)式(1)～式(4)能較好地優(yōu)選出射孔層段及具體射孔位置。BZ值越大表示可優(yōu)先在該層射孔,效果越好;且從同一層段內(nèi)BSZ曲線最大值對應(yīng)的深度處開始射孔,打開油層效果越好。考慮到油層結(jié)構(gòu)、井身結(jié)構(gòu)和套管接箍等因素影響,實際射孔時需要將優(yōu)選的射孔井段上移或下移到合適的位置[5]。表2中個別層段的實際射孔位置與優(yōu)選射孔位置略有差異,是在實際施工中對射孔段做了深度微調(diào)。

表3 ××4井長8長6段致密油射孔壓裂后的產(chǎn)能統(tǒng)計

3 結(jié) 論

(1) 鄂爾多斯盆地三疊系延長組長6—長8段致密油,無論是直井還是水平井開發(fā),只有通過定向立體射孔、分段體積壓裂才能獲得工業(yè)產(chǎn)能。其中基于射孔優(yōu)化選層的多簇射孔及大規(guī)模分段多級壓裂已成為盆地致密油的主體開發(fā)技術(shù)。

(2) 測井資料具有信息量大、分辨率高和連續(xù)性好等優(yōu)點,包含豐富的地層巖性、物性、含油性、脆性和地應(yīng)力及破裂壓力等信息。利用測井曲線計算這些參數(shù),可進行射孔方案的優(yōu)化設(shè)計,尤其是可用于尋找致密油射孔的地質(zhì)和工程甜點。

(3) 充分考慮延長組致密油層的巖性、物性、含油性、有效厚度、儲層類型、油層結(jié)構(gòu)和巖石力學特征(脆性)及地應(yīng)力和破裂壓力等參數(shù),構(gòu)建致密油射孔優(yōu)化選層的綜合評價指標模型,從單井剖面上測井解釋的油(氣)水層中自動優(yōu)選出最優(yōu)射孔層段及位置是可行的。應(yīng)用該方法對多口直井和水平井進行了自動快速射孔優(yōu)化選層,優(yōu)選位置與實際射孔位置比較一致,射孔壓裂后單井產(chǎn)能有明顯提高,滿足了致密油開發(fā)對測井工程應(yīng)用解釋的要求。

參考文獻:

[1] 杜金虎, 劉合, 馬德勝, 等. 試論中國陸相致密油有效開發(fā)技術(shù) [J]. 石油勘探與開發(fā), 2014, 41(2): 198-204.

[2] 袁吉誠. 射孔為壓裂酸化服務(wù)是射孔技術(shù)發(fā)展的必由之路 [J]. 測井技術(shù), 2015.39(2): 131-136.

[3] 賈承造, 鄒才能, 李建忠, 等. 中國致密油評價標準、主要類型、基本特征及資源前景 [J]. 石油學報, 2012, 33(3): 34-40.

[4] 吳奇, 丁云宏. 水平井分段壓裂優(yōu)化設(shè)計技術(shù) [M]. 北京: 石油工業(yè)出版社, 2013, 4.

[5] 夏宏泉, 高奎. 基于測井信息的致密油射孔優(yōu)化設(shè)計 [R]. 西南石油大學科研報告, 2015, 12.

[6] 王祖文, 郭大立, 鄧金根, 等. 射孔方式對壓裂壓力及裂縫形態(tài)的影響 [J]. 西南石油學院學報, 2005, 27(5): 47-50.

[7] 楊斌練, 章華, 肖洲, 等. 負壓射孔完井產(chǎn)能的有限元分析 [J]. 鉆采工藝, 2008, 31(2): 29-31.

[8] 廖東良, 孫建孟, 蔡春艷, 等. 水平井射孔參數(shù)的數(shù)值模擬研究 [J]. 測井技術(shù), 2005, 29(3): 256-258.

[9] 朱建興, 王巧. 變孔密射孔技術(shù)在孤島油藏館陶組上段的應(yīng)用 [J]. 測井技術(shù), 2011, 35(2): 160-163.

[10] 李東傳, 金成福, 劉權(quán)民, 等. 復合射孔檢測技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢 [J]. 測井技術(shù), 2011, 35(2): 164-167.

[11] 唐凱, 陳建波, 陳華彬, 等. 定面射孔技術(shù)在四川盆地致密氣井中的應(yīng)用 [J]. 測井技術(shù), 2014, 38(4): 495-498.