威榮深層頁巖氣田開發(fā)水平井測試選段技術(shù)研究

王浩宇，熊 亮，史洪亮，董曉霞，魏力民，簡萬洪

（中國石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院，四川成都610041）

由于頁巖儲層的特殊性，頁巖氣只能通過壓裂改造才可能獲得產(chǎn)能，而測試選段是頁巖儲層壓裂改造前期工作中最為關(guān)鍵的一步，一般是在水平井完鉆、測錄井等資料出來后，討論具體的測試選段方案，即確定水平段重點(diǎn)壓裂施工的層段。要準(zhǔn)確了解目的層的真實(shí)情況，評價參數(shù)的獲取是測試選段的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1-11]。前期評價井中測試選段主要依據(jù)測井解釋、實(shí)驗(yàn)分析所獲取的儲層靜態(tài)參數(shù)、錄井元素、地震曲率等資料進(jìn)行指導(dǎo)分段，但存在資料主次不清、未建立合適的選段步驟、出方案耗時較長的問題。目前威榮頁巖氣田已進(jìn)入產(chǎn)能建設(shè)開發(fā)期，一、二期共部署23臺160余口井，面對上百口井，為節(jié)約勘探開發(fā)成本，大量開發(fā)井不再施工導(dǎo)眼，取而代之的是在開發(fā)平臺井南北半支各選一口井進(jìn)行三開綜合測井。與前期評價井對比，可用的資料少了許多，主要缺少特殊錄井、標(biāo)準(zhǔn)測井的部分項目以及巖心實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)等（表1）。原始資料的匱乏給獲取平臺開發(fā)井關(guān)鍵儲層評價參數(shù)帶來了困難。

針對此現(xiàn)狀，結(jié)合前期評價井測試選段的原則，對后期開發(fā)井的選段思路等方面進(jìn)行深化研究，并合理、高效利用僅有資料、數(shù)據(jù)，優(yōu)選出測試選段評價參數(shù)，總結(jié)出測試選段步驟，形成一套威榮頁巖氣田水平井測試選段的地質(zhì)—工程一體化選段技術(shù)，這樣既提高了選段時效，又對加快頁巖氣效益開發(fā)有著促進(jìn)作用。

1 測試選段原則和思路

1.1 測試選段原則

要想取得良好的措施效果，主要優(yōu)選孔隙度較高、氣測顯示好、有機(jī)碳含量較高，避開裂縫漏失段的地質(zhì)甜點(diǎn)段；另外也要優(yōu)選出地應(yīng)力相對較低、高脆性、低黏土、低泊松比、高楊氏模量的易于壓裂的工程甜點(diǎn)段[12-16]。選段原則就是以井眼穿行地質(zhì)層位差異為基礎(chǔ)，測井解釋成果為依據(jù)，結(jié)合元素錄井及工程參數(shù)指標(biāo)，以地質(zhì)+工程“雙甜點(diǎn)”評價為基礎(chǔ)的分類分段頁巖氣水平井評價及測試選段。

1.2 測試選段思路

在上述原則指導(dǎo)下，結(jié)合目前開發(fā)井資料情況，對前期評價井思路上進(jìn)行深化（圖1）。頁巖氣平臺井的綜合測試選段包括軌跡穿行分段+地質(zhì)參數(shù)分段+工程參數(shù)分段+裂縫預(yù)測分段，主要是用軌跡穿行層位差異、儲層靜態(tài)參數(shù)、地應(yīng)力、裂縫預(yù)測等資料進(jìn)行地質(zhì)—工程一體化測試選段。

圖1 測試選段思路Fig.1 Idea of test selection

2 資料準(zhǔn)備

由于威榮頁巖氣田開發(fā)井不再實(shí)施導(dǎo)眼，測試選段的評價參數(shù)不能通過巖心分析獲取有機(jī)碳含量、含氣量、孔隙度等關(guān)鍵評價參數(shù)，要對平臺收集的資料進(jìn)行處理，結(jié)合測試選段思路，主要從軌跡、地質(zhì)、工程、裂縫預(yù)測等四大方面對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類利用。

表1 頁巖氣開發(fā)水平井測試選段基礎(chǔ)資料Table1 Basic data for shale gas development horizontal well testing selection

2.1 軌跡參數(shù)

威榮頁巖氣田的水平井軌跡設(shè)計在開發(fā)2 小層高伽馬Ⅲ號峰頁巖段穿行，實(shí)際鉆遇過程中難免遇到揉皺、隱蔽斷層或復(fù)雜構(gòu)造情況，導(dǎo)致軌跡穿行到五峰組、臨湘組或其他層位。需要統(tǒng)計穿行層位、水平井軌跡距離五峰組頂?shù)椎木嚯x（圖2中箭頭指向位置為五峰組頂），這樣給工程上壓裂縫高設(shè)計提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。（圖2、表2）

圖2 X-1HF井軌跡參數(shù)Fig.2 Trajectory parameters of Well-X-1HF

表2 X-1HF井水平井軌跡距離五峰組頂?shù)捉y(tǒng)計Table2 Trajectory distance of horizontal Well-X-1HF from top and bottom of Wufeng Formation

2.2 地質(zhì)參數(shù)

充分利用直導(dǎo)眼或鄰井巖心分析實(shí)測數(shù)據(jù)，建立可靠的儲層靜態(tài)參數(shù)測、錄井解釋模型，對隨鉆伽馬和元素錄井?dāng)?shù)據(jù)（各種元素含量）進(jìn)行計算處理，可獲取水平井的評價參數(shù)有機(jī)碳含量、孔隙度、含氣量及脆性礦物含量，相關(guān)系數(shù)（R）較高，分別為R2=0.889 65、0.832 24、0.920 5、0.861 65（圖3）。對有測井資料的井，可用3種方法擬合出的地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行對比，提高擬合解釋的精度（圖4）。

2.3 工程參數(shù)

利用前期開展模擬地層條件的巖心三軸測試，獲得五峰組—龍馬溪組頁巖彈性模量、泊松比等力學(xué)參數(shù)實(shí)測數(shù)據(jù)，標(biāo)定測井計算模型，經(jīng)對比計算與實(shí)測力學(xué)參數(shù)相關(guān)系數(shù)大于0.67，相關(guān)性較好?？捎米匀毁ゑR數(shù)據(jù)擬合出泊松比、楊氏模量、地應(yīng)力、脆性等一系列關(guān)鍵評價工程參數(shù)（圖5、圖6）。

2.4 裂縫預(yù)測

前期評價井的裂縫預(yù)測主要是結(jié)合元素錄井、氣測錄井，通過巖屑次生礦物標(biāo)志準(zhǔn)確識別裂縫型氣層，并根據(jù)測井聲波、電阻率參數(shù)、偶極聲波解釋以及地震的曲率推斷出裂縫發(fā)育段。后期效益開發(fā)中，在測井資料較少的情況下，螞蟻體追蹤技術(shù)的優(yōu)勢能較準(zhǔn)確識別出裂縫、斷裂的相對位置，能夠快速了解工區(qū)內(nèi)斷層的發(fā)育和展布情況（圖7）；而曲率是對小的撓曲、褶皺等特征有更好的識別，對于區(qū)域預(yù)測斷層、裂縫位置會出現(xiàn)很大的偏差。故曲率多用于水平段軌跡的調(diào)整，平臺開發(fā)井裂縫預(yù)測多用螞蟻體追蹤技術(shù)[17-21]。

圖3 儲層靜態(tài)參數(shù)模型擬合對比Fig.3 Comparison of reservoir static parameter model fitting

圖4 X-1HF井地質(zhì)參數(shù)Fig.4 Geological parameters of Well-X-1HF

圖5 X-1HF井模型計算與實(shí)測數(shù)據(jù)對比Fig.5 Comparison of Well-X-1HF model calculation and experimental data

為了更加有效指導(dǎo)工程壓裂，提出壓裂可能存在風(fēng)險區(qū)，對裂縫預(yù)測方法進(jìn)行了分級（表3）。

3 測試選段步驟

根據(jù)測試選段原則、思路、基礎(chǔ)資料處理，提出適合威榮頁巖氣田水平井的測試選段步驟。

1）根據(jù)水平段軌跡穿行層位的差異、A 靶點(diǎn)位置，進(jìn)行軌跡穿行評價及分段（圖2）。

2）根據(jù)測井參數(shù)、元素錄井（XRF）參數(shù)擬合計算，優(yōu)選出有機(jī)碳含量、含氣量、孔隙度、脆性指數(shù)等關(guān)鍵指標(biāo)，進(jìn)行儲層靜態(tài)參數(shù)精細(xì)解釋，開展地質(zhì)參數(shù)評價，識別出水平井鉆遇的優(yōu)質(zhì)儲層井段（圖3）。對于有測井資料的井，可通過對錄井、測井、二次解釋進(jìn)行綜合對比，及時調(diào)整擬合模型，故有測井資料的井地質(zhì)分段精度較高。

圖6 X-1HF井工程參數(shù)Fig.6 Engineering parameters of Well-X-1HF

3）利用測錄井?dāng)?shù)據(jù)、前期導(dǎo)眼井的分析資料，運(yùn)用合適的模型計算出最大、最小主應(yīng)力、泊松比、楊氏模量等工程參數(shù)。以最小主應(yīng)力的變化進(jìn)行大段控制，再找出低應(yīng)力、低泊松比、高楊氏模量的段進(jìn)行詳細(xì)劃分，進(jìn)行工程參數(shù)分段（圖6）。

圖7 X平臺井螞蟻體裂縫預(yù)測（紅色框?yàn)轭A(yù)測裂縫范圍，藍(lán)色線為井軌跡）Fig.7 Prediction of ant body cracks of wells in X platform（The red box is the predicted fracture range,and the blue line is the well trajectory）

4）運(yùn)用螞蟻體追蹤技術(shù)，識別出平臺區(qū)域上的可能裂縫發(fā)育處，結(jié)合裂縫分級預(yù)測表，開展裂縫預(yù)測分段（圖7）。

5）運(yùn)用地質(zhì)—工程一體化，綜合軌跡、地質(zhì)、工程、裂縫因素，結(jié)合水平井實(shí)鉆結(jié)果，擬定綜合分段各指標(biāo)的主次關(guān)系，完成綜合分段，實(shí)現(xiàn)“一段一方案”的精細(xì)分段評價（圖8）。

與前期工作步驟最大的區(qū)別是在于裂縫預(yù)測單獨(dú)分段，并提出工程壓裂施工中可能存在的風(fēng)險區(qū)；綜合分段由之前的5～10段（圖9）精細(xì)到10～15段（圖8），分段依據(jù)都有跡可循，給工程壓裂設(shè)計提供了技術(shù)支撐。

表3 裂縫預(yù)測分級標(biāo)準(zhǔn)Table3 Classification standards for crack prediction

4 應(yīng)用效果

圖8 Y-2HF開發(fā)井綜合分段Fig.8 Comprehensive section of development well Y-2HF

圖9 前期某評價井測試選段綜合分段Fig.9 Comprehensive segmentation of an evaluation well in the early stage

表4 Y-2HF開發(fā)井綜合分段分類Table4 Comprehensive classification of development well Y-2HF

表5 使用新技術(shù)前后耗時對比Table5 Time-consuming comparison before and after using new technology

以Y-2HF井為例。該井是四川盆地川西南坳陷的一口開發(fā)井（水平井），目的層龍馬溪—五峰組，水平段長約1 500 m。整個水平段均軌跡大部分在2號開發(fā)小層穿行，因遇褶皺，鉆遇部分五峰組，優(yōu)質(zhì)儲層鉆遇率達(dá)到96%；全烴最高達(dá)63%，C1高達(dá)40%。軌跡穿行評價根據(jù)穿行的位置分段劃分4段；地質(zhì)參數(shù)評價以有機(jī)碳含量、元素曲線、伽馬曲線為主劃分7段；工程參數(shù)評價以最大、最小主應(yīng)力為主劃分6段；裂縫預(yù)測評價用螞蟻體追蹤技術(shù)識別出相對裂縫發(fā)育段3段，并在井深4 130～4 132 m 鉆遇裂縫。通過上述評價進(jìn)行綜合分段，劃分出12段總長1 592.00 m（含靶前段92 m）（圖9、表4），并優(yōu)選出重點(diǎn)改造段，見圖9中黃色部分。

通過新的測試選段技術(shù)，有效識別出了地質(zhì)+工程的最優(yōu)段（Ⅰ類），提出了工程施工可能存在的套變段（綜合分段第1、9段）和壓竄區(qū)域（綜合分段第2、3、7、10段）（表4），有效指導(dǎo)了工程壓裂設(shè)計，為壓裂施工提供良好的條件。也使得測試無阻流量從前期評價井（15～38）×104m3/d提升至（30～55）×104m3/d，提高了1～2倍左右。

另外，此次測試選段方案從數(shù)據(jù)收集、處理到最后確定分段共花費(fèi)12個工作日左右，出方案時間較之前快了40%（表5），尤其是在資料收集、數(shù)據(jù)處理、分段思路、材料編寫4個環(huán)節(jié)耗時都有所降低，提高了頁巖氣產(chǎn)建滾動開發(fā)的效率。

5 結(jié)論

1）在資料匱乏的情況下，可通過對測、錄井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行有效分析處理獲得測試選段的關(guān)鍵評價參數(shù)（如：總有機(jī)碳、含氣量、孔隙度、最大最小主應(yīng)力等），滿足了測試選段所需的基本數(shù)據(jù)要求。

2）選段原則就是以井眼穿行地質(zhì)層位差異為基礎(chǔ)，測井解釋成果為依據(jù)，結(jié)合元素錄井及工程參數(shù)指標(biāo)，以地質(zhì)+工程“雙甜點(diǎn)”評價為基礎(chǔ)的分類分段頁巖氣水平井評價及測試選段。

3）創(chuàng)新性提出了以軌跡穿行分段、地質(zhì)參數(shù)分段、工程參數(shù)分段、裂縫預(yù)測分段為主的“一段一方案”精細(xì)綜合分段的“五步法”水平井測試選段技術(shù)。

4）此技術(shù)在現(xiàn)場應(yīng)用中取得良好效果，開發(fā)井的測試無阻流量較前期評價井提高1～2倍左右，節(jié)約40%出方案時間，加快了頁巖氣效益開發(fā)的步伐。