CN105114047A - 一种利用测井资料优选体积压裂射孔层位的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用测井资料优选体积压裂射孔层位的方法，包括以下步骤：(A)利用常规测井、元素俘获能谱测井和自然伽马能谱测井等资料，计算矿物脆性指数B₁；(B)利用声波测井资料计算各层段的动态杨氏模量E和动态泊松比ν，并计算层段力学脆性指数B₂；(C)计算层段总脆性指数B_Tot；(D)计算围压P_c；(E)计算层段的岩石抗拉强度S_t；(F)计算层段I型断裂韧性值K_IC和II型断裂韧性值K_IIC；(G)利用测井资料计算层段内摩擦角(H)计算储层可压性指数F_rac；(I)选出可压性指数F_rac较高的层段，作为体积压裂最优射孔层位。本发明可直接利用测井资料，方便高效地计算出层段的可压性指数，为体积压裂射孔层位的优选提供决策依据，推进页岩储层的开采。

Description

一种利用测井资料优选体积压裂射孔层位的方法

技术领域

本发明涉及页岩气藏开采领域，尤其是一种采用测井资料优选体积压裂射孔层位的方法。

背景技术

随着常规油气资源的勘探潜力的下降，非常规能源的开发显得日益重要。据美国能源情报署估计，全球页岩气地质储量达623×10¹²m³，可采储量达163×10¹²m³，中国页岩气可采储量达36×10¹²m³，具有广阔的开发前景，是未来勘探开发的重点。由于页岩本身具有低孔-超低渗透特征，为实现储层经济开发必须进行水力压裂增产改造。水力压裂改造目的是最大化压裂裂缝体积，从而增大油气渗流通道。因此，水力压裂射孔层位的选择对能否形成复杂裂缝网络，能否产生经济开采价值具有重要意义(李庆辉，陈勉，金衍，页岩脆性的室内评价方法及改进[J]，岩石力学与工程学报，2012，21(8)：1680-1685)。

常规油气藏在选择射孔层位时，通常先进行油气层段识别，然后选择发育良好的砂体进行射孔作业。然而，非常规页岩属于自生自储气藏，油气资源分布在低孔、低渗层段，无特定的储集圈闭，只有通过最大化压裂改造规模才能沟通油气层段。因此，常规优选射孔层位的方法不再适用。现阶段，主要通过储层的可压性来筛选射孔层位。页岩可压性表征水力压裂的有效性和页岩形成复杂裂缝网络的能力。因此，页岩的可压性评价对优选射孔改造层段和压裂规模设计具有重要意义(唐颖，邢云，李乐忠，页岩储层可压性影响因素及评价方法[J]，地学前缘，2012，19(5)，356-363)。

储层可压性不仅与岩石力学强度和矿物含量有关，而且与岩石的破坏模式和破坏难易程度有关。室内试验获取以上参数不仅耗时而且费用昂贵，不利于经济高效得开发页岩储层。现有的可压性评价模型仅仅考虑某几个因素的影响，对现场压裂改造的指导意义不大。目前，还没有针对页岩储层体积压裂射孔层位经济高效的优选方法。本发明旨在提出一个综合考虑各因素影响的可压性评价模型，并通过测井资料计算出各个层段可压性指数，为体积压裂射孔层位的优选提供快速决策的依据，推进页岩储层的开采。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用测井资料优选体积压裂射孔层位的方法，该方法原理可靠，操作简便，可直接利用测井资料，方便高效地计算出层段的可压性指数，为体积压裂射孔层位的优选提供依据。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

首先，采用常规测井、元素俘获能谱测井和自然伽马能谱测井等资料计算出储层的矿物脆性。接着，通过声波测井和岩性密度测井资料获储层的力学脆性以及内摩擦角。其次，综合各类测井资料计算储层断裂韧性。最后，通过上述值计算储层的可压性指数，并筛选可压性指数较高的层段为最优射孔层位。

一种利用测井资料优选体积压裂射孔层位的方法，依次包括以下步骤：

(A)利用常规测井、元素俘获能谱测井和自然伽马能谱测井等资料，通过下式计算矿物脆性指数B₁：

其中，W_Silicate——层段硅酸盐岩矿物含量，％，

W_Carbonate——层段碳酸盐岩矿物含量，％，

W_w——层段总矿物含量，％；

(B)利用声波测井资料计算各层段的动态杨氏模量E(GPa)和动态泊松比ν，并通过下式计算层段力学脆性指数B₂：

其中，E_n、E_max、E_min——层段标准化杨氏模量、层段最大杨氏模量、层段最小杨氏模量，

ν_n、ν_max、ν_min——层段标准化泊松比、层段最大泊松比、层段最小泊松比；

(C)利用步骤(A)计算得到的矿物脆性指数B₁和步骤(B)计算得到的力学脆性指数B₂，计算层段总脆性指数B_Tot：

B_Tot＝(αB₁+βB₂)/2

其中，α、β分别为矿物脆性指数系数、力学脆性指数系数，针对同一储层α、β取值恒定，不同储层α、β取值不同；

(D)通过以下公式计算围压P_c：

P_c＝σ_h-λP_p

其中，σ_h——最小水平地应力，MPa，

λ——层段有效应力系数，

P_p——层段孔隙压力，MPa，

σ_v——垂向地应力，MPa，

ε_H、ε_h——层段应力构造系数，同一储层内ε_H、ε_h为恒定值，

E——层段动态杨氏模量，GPa，

ν——层段动态泊松比；

(E)通过以下公式计算层段的岩石抗拉强度S_t：

S_t＝σ_c/K

σ_c＝(0.0045+0.0035V_cl)E

I_γ＝(γ-γ_min)/(γ_max-γ_min)

其中，σ_c——岩石单轴抗压强度，MPa，

K——常数，取值12.26，

V_cl——泥质含量，％，

E——层段动态杨氏模量，GPa，

G_cur——Hilchie指数，与地质年代有关，一般对于第三系取3.7，老地层取2，

γ、I_γ、γ_max、γ_min——储层伽马值、储层伽马系数、储层纯泥岩伽马值、储层纯砂岩伽马值；

(F)利用步骤(D)计算的围压P_c和步骤(E)计算的岩石抗拉强度S_t，计算层段I型断裂韧性值K_IC和II型断裂韧性值K_IIC：

K_IC＝0.2176P_c+0.0059S_t ³+0.0923S_t ²+0.517S_t-0.3322

K_IIC＝0.0956P_c+0.1838S_t-0.0820；

(G)利用测井资料计算层段内摩擦角

其中，ν_p——纵波波速，m/s，

E——层段动态杨氏模量，GPa，

ν——层段动态泊松比，

ρ——层段岩石密度，g/cm³；

(H)利用步骤(C)计算的层段总脆性指数B_Tot、步骤(F)计算的I型断裂韧性值K_IC和II型断裂韧性值K_IIC、步骤(G)计算的层段内摩擦角计算储层可压性指数F_rac：

(I)选出可压性指数F_rac较高的层段，作为体积压裂最优射孔层位。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：直接利用测井资料，方便高效地计算出层段的可压性指数，为体积压裂射孔层位的优选提供快速决策的依据，推进页岩储层的开采。

附图说明

图1是某页岩储层可压性指数剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和现场应用实例进一步说明本发明，旨在对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

具体如下：

位于四川某一页岩气井，完钻井深4215m。根据气藏条件、岩性特征，需要对层段3200m—4000m进行大规模水力压裂改造。应用本发明提供的方法进行射孔层位的优选。

(1)利用常规测井、元素俘获能谱测井、自然伽马能谱测井和声波测井等资料计算出层段的总脆性指数；

(2)综合测井资料，计算出层段I型断裂韧性值和II型断裂韧性值；

(3)利用声波测井等资料计算出层段内摩擦角；

(4)利用本发明提供可压性评价模型，计算层段可压性指数；

(5)根据计算结果，作出层段可压性指数剖面图，用于射孔层位选取。

按照本发明计算得到的页岩气井可压性剖面图(图1)，从图中可以看出可压性指数较高的层段，选取层段3840m-3864m作为页岩气井下段(3800m-4000m)的射孔层位。用同样的方法，对该页岩气井其他层段进行射孔层位优选。通过微地震监测显示，本井压裂改造体积为9.77×10⁷m³，储层改造面积为54.57×10⁴m²。在同等砂量和液量下，水力压裂改造体积是未使用该发明的1.6倍。由于改造体积显著增加，该井投产初期日产气量高达12.37×10⁴m³。

Claims (4)

1.一种利用测井资料优选体积压裂射孔层位的方法，依次包括以下步骤：

(A)利用常规测井、元素俘获能谱测井和自然伽马能谱测井等资料，通过下式计算矿物脆性指数B₁：

其中，W_Silicate——层段硅酸盐岩矿物含量，％，

W_Carbonate——层段碳酸盐岩矿物含量，％，

W_w——层段总矿物含量，％；

(B)利用声波测井资料计算各层段的动态杨氏模量E和动态泊松比ν，通过下式计算层段力学脆性指数B₂：

其中，E_n、E_max、E_min——层段标准化杨氏模量、层段最大杨氏模量、层段最小杨氏模量，

ν_n、ν_max、ν_min——层段标准化泊松比、层段最大泊松比、层段最小泊松比；

(C)利用步骤(A)计算得到的矿物脆性指数B₁和步骤(B)计算得到的力学脆性指数B₂，计算层段总脆性指数B_Tot：

B_Tot＝(αB₁+βB₂)/2

其中，α、β分别为矿物脆性指数系数、力学脆性指数系数；

(D)通过以下公式计算围压P_c：

P_c＝σ_h-λP_p

其中，σ_h——最小水平地应力，MPa，

λ——层段有效应力系数，

P_p——层段孔隙压力，MPa，

σ_v——垂向地应力，MPa，

ε_H、ε_h——层段应力构造系数，

E——层段动态杨氏模量，GPa，

ν——层段动态泊松比；

(E)通过以下公式计算层段的岩石抗拉强度S_t：

S_t＝σ_c/K

σ_c＝(0.0045+0.0035V_cl)E

I_γ＝(γ-γ_min)/(γ_max-γ_min)

其中，σ_c——岩石单轴抗压强度，MPa，

K——常数，取值12.26，

V_cl——泥质含量，％，

E——层段动态杨氏模量，GPa，

G_cur——Hilchie指数，

γ、I_γ、γ_max、γ_min——储层伽马值、储层伽马系数、储层纯泥岩伽马值、储层纯砂岩伽马值；

(F)利用步骤(D)计算的围压P_c和步骤(E)计算的岩石抗拉强度S_t，计算层段I型断裂韧性值K_IC和II型断裂韧性值K_IIC：

K_IC＝0.2176P_c+0.0059S_t ³+0.0923S_t ²+0.517S_t-0.3322

K_IIC＝0.0956P_c+0.1838S_t-0.0820；

(G)利用测井资料计算层段内摩擦角

其中，ν_p——纵波波速，m/s，

E——层段动态杨氏模量，GPa，

ν——层段动态泊松比，

ρ——层段岩石密度，g/cm³；

(H)利用步骤(C)计算的层段总脆性指数B_Tot、步骤(F)计算的I型断裂韧性值K_IC和II型断裂韧性值K_IIC、步骤(G)计算的层段内摩擦角计算储层可压性指数F_rac：

(I)选出可压性指数F_rac较高的层段，作为体积压裂最优射孔层位。

2.如权利要求1所述的利用测井资料优选体积压裂射孔层位的方法，其特征在于，所述步骤(C)中矿物脆性指数系数、力学脆性指数系数α、β，同一储层取值恒定，不同储层取值不同。

3.如权利要求1所述的利用测井资料优选体积压裂射孔层位的方法，其特征在于，所述步骤(D)中层段应力构造系数ε_H、ε_h在同一储层内为恒定值。

4.如权利要求1所述的利用测井资料优选体积压裂射孔层位的方法，其特征在于，所述步骤(E)中Hilchie指数G_cur，对于第三系取3.7，老地层取2。