致密油水平井雙甜點(diǎn)評(píng)價(jià)及產(chǎn)能預(yù)測技術(shù)

安紀(jì)星,邢成婧玉,唐振興,刁乃錚,史立媚,于嘉慧

(1.中國石油集團(tuán)測井有限公司吉林分公司,吉林松原138000;2.大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院,四川成都610000;3.中國石油吉林油田公司勘探開發(fā)研究院,吉林松原138000)

0 引 言

乾安地區(qū)扶余油藏儲(chǔ)層物性橫向、縱向變化較大,孔隙度主要集中在4%～12%,滲透率主要分布在0.01～0.32 mD(1)非法定計(jì)量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同,峰值不明顯,物性差且單井產(chǎn)量低,因此,需要鉆探水平井來增加產(chǎn)能。目前乾安地區(qū)每年鉆探致密油水平井約90口,鉆探水平段長度一般為1 200.0～1 400.0 m。由于砂體漸變快,追蹤砂體困難,水平井存在鉆遇率低的問題,部分井鉆遇率不足50%,部分射孔段施工時(shí)沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求。具體表現(xiàn)為破裂壓力高、部分射孔段沒有完成設(shè)計(jì)的加砂(加液)量,導(dǎo)致施工費(fèi)用大?？傮w而言單井產(chǎn)量低,千米的平均產(chǎn)量為6.0～7.0 t,個(gè)別井產(chǎn)量為1.0～2.0 t,投入和產(chǎn)出不成比例,以上問題成為制約油田發(fā)展的瓶頸[1-4]。袁吉誠[5]在2015年提出,面對(duì)低滲透油氣田數(shù)量不斷增多、非常規(guī)油氣資源開發(fā)力度逐漸加大、新型壓裂技術(shù)不斷涌現(xiàn)的新局面,射孔簇的優(yōu)化選取是順利完成射孔和壓裂的前提。致密油水平井產(chǎn)能預(yù)測與評(píng)價(jià)既是提高勘探效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一,也是油氣田開發(fā)規(guī)劃與部署的重要依據(jù),對(duì)油氣田的勘探開發(fā)有著重要的意義[6]。本文對(duì)水平井進(jìn)行地質(zhì)甜點(diǎn)和工程甜點(diǎn)評(píng)價(jià),將儲(chǔ)層進(jìn)行分類,在此基礎(chǔ)上建立有效厚度指數(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能預(yù)測,減少無效射孔簇,達(dá)到節(jié)約成本及提高產(chǎn)量的目的。

1 工程甜點(diǎn)評(píng)價(jià)方法

1.1 構(gòu)建工程甜點(diǎn)指數(shù)

影響儲(chǔ)層改造的因素很多,儲(chǔ)層脆性越好越有利于壓裂改造;復(fù)雜的網(wǎng)狀縫是水平井高產(chǎn)的條件之一,儲(chǔ)層水平應(yīng)力差越小,越容易形成復(fù)雜縫網(wǎng),水平應(yīng)力差越大,越容易形成單條裂縫,另外天然裂縫的走向和發(fā)育程度也是影響裂縫形成的重要因素[7];致密油儲(chǔ)層與圍巖間的應(yīng)力差往往控制壓裂井段的裂縫高度。根據(jù)以上分析,選取儲(chǔ)層脆性、裂縫指數(shù)、應(yīng)力差異指數(shù)、儲(chǔ)層與圍巖間的應(yīng)力差這5個(gè)參數(shù),構(gòu)建工程甜點(diǎn)指數(shù)IA來評(píng)價(jià)射孔段、射孔簇。

IA=f(IB×VF/Kh/Δσ)

(1)

式中,IA為工程甜點(diǎn)指數(shù),無量綱;f為權(quán)重系數(shù);IB為脆性指數(shù),%;VF為裂縫指數(shù),%;Kh為應(yīng)力差異指數(shù),無量綱;σ為致密儲(chǔ)層與圍巖間的應(yīng)力差,MPa。

根據(jù)工程甜點(diǎn)指數(shù)IA,將射孔段、射孔簇分為4類:Ⅰ類射孔段、射孔簇的工程甜點(diǎn)指數(shù)大于100;Ⅱ類射孔段、射孔簇的工程甜點(diǎn)指數(shù)為50～100;Ⅲ類射孔段、射孔簇的工程甜點(diǎn)指數(shù)為20～50;Ⅳ類射孔段、射孔簇的工程甜點(diǎn)指數(shù)小于20。

1.2 脆性指數(shù)

研究區(qū)地層礦物組分較簡單,其中石英含量約40%～50%,長石含量約30%,黏土含量約20%,方解石含量約5%,含有少量白云石、菱鐵礦。將地層組分相對(duì)含量作為自變量,建立測井響應(yīng)礦物體積方程,利用元素測井建立礦物體積模型對(duì)脆性進(jìn)行評(píng)價(jià)。選取石英、方解石為脆性礦物,泥質(zhì)、長石為塑性礦物,建立礦物體積模型,得到脆性指數(shù)IB,對(duì)儲(chǔ)層的脆性進(jìn)行評(píng)價(jià)[8]。

(2)

式中,Vquar為石英體積含量,%;Vcalc為方解石體積含量,%;Vfeld為長石體積含量,%;Vclay為黏土體積含量,%。

1.3 裂縫指數(shù)

利用電成像資料評(píng)價(jià)儲(chǔ)層裂縫,不僅可以從圖像上直觀地看到儲(chǔ)層裂縫發(fā)育情況,還能用于裂縫定量計(jì)算,利用電成像處理模塊能夠計(jì)算縫洞密度、縫洞長度、縫洞寬度和縫洞視孔隙度[9]。有天然裂縫的儲(chǔ)層適于壓裂改造,而且裂縫密度大、寬度大的儲(chǔ)層壓裂后容易形成網(wǎng)狀縫,構(gòu)建的裂縫指數(shù)VF可以更好地反映裂縫的有效性[10]。

(3)

式中,AFV為裂縫寬度,mm;DFV為裂縫密度,m-1;φFV為裂縫面孔隙度,%。

1.4 應(yīng)力差異指數(shù)

致密儲(chǔ)層水平應(yīng)力差越小,越有利于形成網(wǎng)狀裂縫,即體積改造越好。如果致密儲(chǔ)層的水平應(yīng)力差小,壓裂過程中壓裂液容易從多個(gè)方向進(jìn)入微裂縫,并形成新的裂縫。其原因在于較小的水平應(yīng)力差有利于壓裂縫的轉(zhuǎn)向和彎曲,并可能產(chǎn)生較多的張性裂縫和剪切裂縫,從而形成較為發(fā)達(dá)的滲流網(wǎng)絡(luò),可達(dá)到體積壓裂改造的效果。反之,水平應(yīng)力差較大,則產(chǎn)生主裂縫,難以形成體積壓裂和復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)裂縫系統(tǒng)。因此,致密儲(chǔ)層的水平應(yīng)力差是體積壓裂實(shí)現(xiàn)的決定因素。實(shí)際生產(chǎn)中常用應(yīng)力差異指數(shù)Kh來描述水平應(yīng)力的差異[11-12]。

(4)

式中,σH為最大水平主應(yīng)力,MPa;σh為最小水平主應(yīng)力,MPa。

1.5 致密儲(chǔ)層與圍巖間的應(yīng)力差

致密儲(chǔ)層與其圍巖的巖石力學(xué)性質(zhì)存在明顯差異,致使致密儲(chǔ)層產(chǎn)生以垂向主應(yīng)力為主的地應(yīng)力場。層間彈性模量差值越大,則層間最小水平主應(yīng)力差越大,這種趨勢越明顯,壓裂縫就越容易被控制在致密儲(chǔ)層中[13]。在一定的地應(yīng)力場環(huán)境中,只要致密儲(chǔ)層與圍巖間彈性模量的差異與層間擴(kuò)展壓力差較小,壓裂縫就易于溝通相鄰的含油層,這說明致密儲(chǔ)層與圍巖間的應(yīng)力差會(huì)對(duì)壓裂縫擴(kuò)展產(chǎn)生重要影響。利用測井資料計(jì)算致密儲(chǔ)層及其圍巖地應(yīng)力,并可獲得致密儲(chǔ)層與圍巖間的應(yīng)力差Δσ[14]。

Δσ=σs-σc

(5)

式中,σs為致密儲(chǔ)層圍巖的最小水平主應(yīng)力,MPa;σc為致密儲(chǔ)層的最小水平主應(yīng)力,MPa。

利用工程甜點(diǎn)指數(shù)對(duì)儲(chǔ)層類別進(jìn)行劃分,Ⅰ類儲(chǔ)層工程甜點(diǎn)指數(shù)大于250,Ⅱ類儲(chǔ)層工程甜點(diǎn)指數(shù)為150～250,Ⅲ類儲(chǔ)層工程甜點(diǎn)指數(shù)為50～150,Ⅳ類儲(chǔ)層工程甜點(diǎn)指數(shù)小于50(見表1)。

表1 工程甜點(diǎn)指數(shù)分類表

2 地質(zhì)甜點(diǎn)儲(chǔ)層分類

儲(chǔ)層的地質(zhì)特征與流體性質(zhì)和產(chǎn)能密切相關(guān),儲(chǔ)層電性高、物性好、含油飽和度高、泥質(zhì)含量低、錄井顯示級(jí)別高是較高產(chǎn)油量的地質(zhì)基礎(chǔ);而儲(chǔ)層的有效厚度大是長期穩(wěn)產(chǎn)的必要條件。選取電阻率、孔隙度、含油飽和度、泥質(zhì)含量、有效砂體厚度等測井敏感參數(shù),結(jié)合氣測錄井顯示級(jí)別資料,構(gòu)建地質(zhì)甜點(diǎn)指數(shù)RA,對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行分類。從實(shí)際效果分析,RA高的Ⅰ、Ⅱ類儲(chǔ)層在鉆探水平井過程中,有效砂體鉆遇率高且產(chǎn)能較高。

RA=g(Rt×φ×SO×H×LJ/Vsh)

(6)

式中,RA為地質(zhì)甜點(diǎn)指數(shù),無量綱;Rt為側(cè)向電阻率,Ω·m;φ為孔隙度,%;SO為校正后的含油飽和度,%;H為滲透性砂巖厚度(物性下限以上),m;LJ為錄井顯示級(jí)別相關(guān)參數(shù);Vsh為泥質(zhì)含量,%;g為各參數(shù)的權(quán)重系數(shù)。

應(yīng)用地質(zhì)甜點(diǎn)指數(shù)RA對(duì)儲(chǔ)層類別進(jìn)行劃分,將其分為4類。Ⅰ類儲(chǔ)層地質(zhì)甜點(diǎn)指數(shù)大于150,Ⅱ類儲(chǔ)層地質(zhì)甜點(diǎn)指數(shù)為100～150,Ⅲ類儲(chǔ)層地質(zhì)甜點(diǎn)指數(shù)為50～100,Ⅳ類儲(chǔ)層地質(zhì)甜點(diǎn)指數(shù)小于50(見表2)。

3 有效厚度指數(shù)產(chǎn)能預(yù)測

3.1 有效厚度指數(shù)評(píng)價(jià)法

儲(chǔ)層產(chǎn)能與工程甜點(diǎn)指數(shù)、地質(zhì)甜點(diǎn)指數(shù)的相關(guān)性密切,二者是獲得高產(chǎn)的基礎(chǔ)。依據(jù)地質(zhì)甜點(diǎn)指數(shù)和工程甜點(diǎn)指數(shù)的分類,優(yōu)化儲(chǔ)層壓裂設(shè)計(jì)方案,單井地質(zhì)甜點(diǎn)主要依據(jù)儲(chǔ)層類型、有效厚度兩方面,Ⅰ類儲(chǔ)層井段越長單井產(chǎn)量越高,有效厚度大是穩(wěn)產(chǎn)的保障。應(yīng)用工程甜點(diǎn)指數(shù)優(yōu)化射孔簇,增加Ⅰ、Ⅱ類儲(chǔ)層射孔簇,減少Ⅲ類儲(chǔ)層射孔簇,可以取得好的壓裂效果以獲得高產(chǎn)。從儲(chǔ)層類型劃分入手,加權(quán)計(jì)算出儲(chǔ)層有效厚度RBH,這是預(yù)測產(chǎn)能的有效參數(shù)。水平井射孔設(shè)計(jì)需要優(yōu)化射孔井段,利用有效厚度除以設(shè)計(jì)的射孔段長度,得到有效厚度指數(shù),能更好地表征儲(chǔ)層產(chǎn)能。

表2 地質(zhì)甜點(diǎn)指數(shù)分類表

圖3 工程評(píng)價(jià)測井綜合圖*非法定計(jì)量單位,1 b·eV-1=6.241 46×10-10 m2/J

(7)

RB=RBH/HSK

(8)

式中,RBH為儲(chǔ)層有效厚度,m;RB為儲(chǔ)層有效厚度指數(shù),無量綱;H為加權(quán)后不同類別儲(chǔ)層的厚度,m;HSK為優(yōu)化射孔段長度,m;a為儲(chǔ)層類型權(quán)重系數(shù)。

3.2 建立產(chǎn)能解釋圖版

通過建立儲(chǔ)層有效厚度、儲(chǔ)層有效厚度指數(shù)與中期穩(wěn)定產(chǎn)量建立產(chǎn)能圖版(見圖1、圖2),兩種相關(guān)性良好,其中有效厚度指數(shù)水平井產(chǎn)能圖版相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.746 9,通過對(duì)研究區(qū)100口井進(jìn)行產(chǎn)能預(yù)測,符合率達(dá)82%。

圖1 有效厚度水平井產(chǎn)能圖版

圖2 有效厚度指數(shù)水平井產(chǎn)能圖版

4 應(yīng)用效果分析

RP11井H段鉆遇率為86.4%,優(yōu)質(zhì)鉆遇率為84.2%(見圖3)。

參考地質(zhì)錄井等資料分析該井常規(guī)測井曲線“四性”測井響應(yīng)特征。對(duì)H段儲(chǔ)層進(jìn)行流體性質(zhì)識(shí)別,利用地質(zhì)甜點(diǎn)和工程甜點(diǎn)分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行地質(zhì)及工程儲(chǔ)層類別劃分,該段儲(chǔ)層設(shè)計(jì)射孔段6段、射孔簇12簇。依據(jù)目前壓裂效果分析,H段排量設(shè)計(jì)為10～12 MPa,Ⅰ類儲(chǔ)層加砂量為50 t,Ⅱ類儲(chǔ)層加砂量為40 t。井底2 900.0～3 000.0 m錄井為粉砂質(zhì)泥巖,無油氣顯示,測井解釋為Ⅲ、Ⅳ類儲(chǔ)層,未設(shè)計(jì)射孔段。2 722.0～2 879.0 m井段長度為157.0 m,地質(zhì)甜點(diǎn)指數(shù)、工程甜點(diǎn)指數(shù)均評(píng)價(jià)為Ⅰ類儲(chǔ)層,采用密切割壓裂,共設(shè)計(jì)射孔段3段、射孔簇6簇,每簇為3.0 m;2 574.0～2 700.0 m井段長度為126.0 m,地質(zhì)甜點(diǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)為Ⅰ類、工程甜點(diǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)Ⅱ類儲(chǔ)層為主,采用常規(guī)壓裂設(shè)計(jì),共設(shè)計(jì)射孔段2段、射孔簇4簇,每簇為2.0 m;2 504.0～2 574.0 m井段長度為70.0 m,地質(zhì)甜點(diǎn)指數(shù)、工程甜點(diǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)為Ⅰ、Ⅱ類互層,設(shè)計(jì)射孔段1段、射孔簇2簇,在Ⅰ類儲(chǔ)層處,每簇為3.0 m。該井產(chǎn)能預(yù)測為8.7 t,實(shí)際產(chǎn)能為7.8 t,預(yù)測為中等產(chǎn)能井。

乾安扶余油藏存在物性變化大且物性較差、砂體漸變快、水平井鉆遇率低、破裂壓力高、單井產(chǎn)量低等問題,基于工程參數(shù)建立工程甜點(diǎn)指數(shù)以及地質(zhì)甜點(diǎn)指數(shù),劃分儲(chǔ)層,構(gòu)建有效厚度指數(shù)的產(chǎn)能預(yù)測方法,準(zhǔn)確率達(dá)82%。

5 結(jié) 論

(1)在致密油水平井的開發(fā)中,評(píng)價(jià)Ⅰ、Ⅱ類儲(chǔ)層厚度是獲得高產(chǎn)油流的基礎(chǔ),針對(duì)Ⅰ類儲(chǔ)層采取密切割壓裂的方式充分改造,盡量避免改造Ⅲ類儲(chǔ)層,杜絕Ⅳ類儲(chǔ)層是減少投資獲得高效開發(fā)的關(guān)鍵。

(2)在壓裂施工中,射孔簇的優(yōu)選是保障施工順利進(jìn)行、減少無效及低效射孔簇、獲取最大效益的關(guān)鍵。利用測井參數(shù)將地質(zhì)與工程相結(jié)合,應(yīng)用地質(zhì)工程雙甜點(diǎn)優(yōu)化射孔簇的選取,是保障施工順利進(jìn)行的關(guān)鍵因素。

(3)水平井的產(chǎn)能預(yù)測技術(shù)從水平井儲(chǔ)層甜點(diǎn)(Ⅰ、Ⅱ類儲(chǔ)層)的厚度入手,通過計(jì)算儲(chǔ)層有效厚度建立有效厚度指數(shù)的方法預(yù)測產(chǎn)能,是減少施工費(fèi)用、獲得單井最大產(chǎn)能的有效評(píng)價(jià)手段之一。