CN105507890B - 一种适用于页岩气储层地质模型的测井评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于页岩气储层地质模型的测井评价方法，包括以下步骤：建立页岩气目的层段区域的预估地质模型与储层裂缝模式；确定测井曲线和测井曲线识别裂缝的依据；确认水平井段的地质特征信息；根据水平井段的地质特征信息和水平井测井曲线的变化关系，结合预估地质模型还原地质模型；根据水平井邻近区域其他钻井的岩心测试与页岩气目的层段的页岩气生产、测试结果，对储层裂缝模式和还原的地质模型进行检验。本方法利用测井信息还原储层地质模型，避免钻探风险，可以在节约成本的同时提高水平井井轨迹设计及钻遇目标层位的准确度；不仅适用于页岩水平井开发，也适用于其他类型的水平井开发，具有较强的可操作性。

Description

一种适用于页岩气储层地质模型的测井评价方法

技术领域

本发明涉及石油天然气勘探和开发领域，具体地说，涉及一种利用测井技术识别页岩气储层地质模型的方法。

背景技术

近年来测井技术在页岩气勘探开发方面主要用于对页岩气储层的储层性质、岩石力学特性及页岩页理与裂缝发育程度的研究。页岩气储层的储层性质、岩石力学特性及页岩页理与裂缝发育程度等均与其地质模型认识有重要的关系，但利用测井技术还原页岩气储层地质模型、进而指导水平井钻进及有利压裂段的选取，还未见文献报道。

利用测井技术评价页岩气储层地质模型存在以下几个难点：一是页岩研究属于新生事物，没有相关通过测井技术来确定地质模型的方法，现有地质模型的建立是通过野外地质考察、依靠地质露头的剖面特征来确定地质模型的；二是水平测井难以实施确定井旁构造的成像测井技术，使得水平测井中一般只能通过常规测井技术实现井旁地质结构分析，限制了利用测井技术研究地质模型的建立。

基于上述情况，亟需一种基于常规测井技术正确推测地质模型的方法，用以有效地指导页岩气水平井井轨迹设计及后期储层改造方案的制定。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种利用测井技术识别页岩气储层地质模型的方法，用以有效地指导页岩气水平井井轨迹设计及后期储层改造方案的制定。

根据本发明的一个实施例，提供了一种适用于页岩气储层地质模型的测井评价方法，包括以下步骤：

步骤一，基于临近页岩气目的层段的露头地质特征建立开采目的层区域的预估地质模型与储层裂缝模式；

步骤二，基于所述储层裂缝模式和直井测井技术建立裂缝响应特征与测井响应曲线的关系，并依据该关系确定测井曲线和所述测井曲线识别裂缝的依据；

步骤三，基于所述测井曲线识别裂缝的依据、水平井段与其导眼井和相邻直井的岩性判断以及水平井段与相邻地层的测井曲线的相似性对比确认水平井段的地质特征信息；

步骤四，基于所述水平井段的地质特征信息和水平井测井曲线的变化关系，结合所述预估地质模型还原地质模型；

步骤五，基于水平井的邻近区域其他钻井得到的岩心测试的结果和页岩气目的层段页岩气生产、测试的结果对储层裂缝模式和还原的地质模型进行检验。

根据本发明的一个实施例，所述预估地质模型包括褶皱模型和稳定模型。

根据本发明的一个实施例，所述储层裂缝模式包括棋盘格裂缝模式和斜交裂缝模式。

根据本发明的一个实施例，在步骤二中，进一步包括以下步骤：

基于所述储层裂缝模式判断所述页岩气目的层段的裂缝宏观特征；

基于所述直井测井技术获得的所述页岩气目的层段的成像测井、常规测井、岩心测试和页岩气目的层段的含气量测试结果确定页岩气目的层段的裂缝微观特征；

基于所述裂缝宏观特征和所述裂缝微观特征确定裂缝响应特征与测井响应曲线之间的关系，并基于该关系确定测井曲线和测井曲线识别裂缝的依据。

根据本发明的一个实施例，所述测井曲线包括：

自然伽马测井曲线，其用于分析和识别地层岩性；

孔隙度测井曲线，其反映地层孔隙结构，其中，孔隙度测井曲线包括密度测井曲线、中子测井曲线和声波测井曲线；

电阻率测井曲线，其反映地层裂缝情况，其中，电阻率测井曲线包括深电阻率曲线和微电阻率曲线。

根据本发明的一个实施例，所述水平井测井曲线的变化关系包括镜像变化关系和稳定变化关系。

根据本发明的一个实施例，在步骤四中，还原地质模型包括以下步骤：

根据水平井测井曲线的变化关系，确定水平井钻遇地层的地质变化情况，

如果水平井测井响应曲线表现为稳定变化关系，则确定地质模型中的地层为单斜结构；

如果水平井测井曲线表现为镜像变化关系，则确定地质模型中的地层为褶皱结构。

根据本发明的一个实施例，在确定地质模型中的地层为褶皱结构时，还包括如下步骤：

在镜像变化发生起始处纵向调整水平井轨迹，重新获得测井曲线，直到测井曲线上的镜像变化关系消失，使得最终获得的测井曲线的响应特征对应的地质信息与目的层段的地质信息一致；

记录水平井纵向移动的距离及水平方向的镜像变化关系的距离，结合水平井段的地质特征信息和预估地质模型还原地质模型。

本发明带来了以下有益效果：

本方法能实现利用测井信息还原储层地质模型，避免钻探风险，可以在节约成本的同时提高水平井井轨迹设计及钻遇目标层位的准确度；不仅适用于页岩水平井开发，也适用于其他类型的水平井开发，具有较强的可操作性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是根据本发明的一个实施例的方法流程图；

图2是野外地质考察出露地表的褶皱地层地质剖面；

图3是野外地质考察出露地表的稳定地层地质剖面；

图4是棋盘格裂缝发育地质剖面图；

图5是斜交裂缝地质剖面图；

图6是图1中步骤S2的方法流程图；

图7是利用成像测井资料确定的页岩页理发育图；

图8是裂缝发育特征的测井响应图；

图9是导眼井的测井曲线图；

图10是水平井1的测井曲线图；

图11是水平井在具有褶皱构造的地质模型中的轨迹图；

图12是水平井2的测井曲线图；以及

图13是单一地层的地质模型图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

本发明所述的方法以页岩气水平井勘探开发为例，但不限于页岩水平井的开发。本发明所述的方法同样也适用于其他类型水平井开发，具有较强的可操作性。

第一实施例

如图1所示为根据本发明的一个实施例的方法流程图。

如图1所示，在步骤S1中，通过观察开采目的地邻近露头区域上的各种褶皱、断裂及面状和线状构造等地质特征，判断可能钻遇到的地质模型并建立预估地质模型。在实际地质考察过程中发现，主要存在两种页岩地质模型，一种为褶皱模型，如图2所示；一种为稳定模型，如图3所示。

同时，通过页岩气目的层段的露头地质特征还可以建立储层裂缝模式。在不同的地层模型下，页岩气储层发育的裂缝模式也不尽相同。页岩气储层主要存在两种裂缝模式：一种为棋盘格模式，如图4所示；一种为斜交模式，如图5所示。页岩气储层裂缝模式的确定有利于井眼轨迹设计、压裂层段及压裂方式的选择。

在步骤S2中，基于储层裂缝模式和直井测井技术建立裂缝响应特征与测井响应曲线的关系，并依据该关系确定测井曲线和测井曲线识别裂缝的依据。由于页岩气储存在地层的岩石缝隙中，所以有必要了解岩石的缝隙结构特征。在本步骤中，可以进一步分为以下的几个步骤，如图6所示。

在步骤S201中，基于步骤S1中获得的储层裂缝模式确定开采目的地临近露头区域的裂缝宏观特征，并通过该裂缝宏观特征判断页岩气目的层段的裂缝宏观特征。

裂缝宏观特征主要是通过研究临近页岩气开采目的层段露头的裂缝与沉积岩性之间的结构特点，总结和描述不同的裂缝模式特征。裂缝宏观特征的详细研究还包括在野外地质露头上观察到的裂缝形态、裂缝走向与方位、裂缝延伸长度、裂缝宽度与裂缝规模等，以及能用肉眼观察到的微小裂缝发育情况。这些是直接显示在露头剖面上的。其中，裂缝的走向与方位、裂缝延伸长度、裂缝的宽度等可通过测量手段获得，如图2、图3、图4和图5中的线条标注所示，这些都属于裂缝宏观特征。研究裂缝宏观特征可以利用露头剖面所显示出来的裂缝信息，确定直井中相应层段的裂缝发育情况，还可以利用露头剖面裂缝呈现出来的特点来判定直井中裂缝发育的形态、方向与规模。

在步骤S202中，利用直井测井技术确定页岩气目的层段的裂缝微观特征。在该步骤中，在直井测井中利用成像测井技术可以从成像测井图上比较直观地观察到裂缝的形态、大致走向与方位以及裂缝的发育程度，如图7所示。利用成像测井解释软件，从获得的裂缝的走向与方位方向计算裂缝的宽度、长度与裂缝发育的密度。但是，水平井测井本身存在一定的限制，由于受成本及井眼的影响，对于能够确定井旁构造的成像测井有些区域难以实施，也限制了利用成像测井技术研究地质模型的建立。所以，在有条件利用成像测井技术的区域可以采用成像测井技术获取裂缝特征，在不能采用成像测井技术的区域可以采用其他直井测井技术中的常规测井手段。

常规测井技术包括电法、声波、井径、井斜等测井技术，用于反映地层的岩性、缝隙结构等信息。同时，基于岩心测试与含气量测试结果和借鉴野外地质露头裂缝发育情况，也可以获得裂缝的发育程度。

野外地质调查与测井技术对裂缝模式的认识具有互补性，前者可以从宏观大尺度描述裂缝与岩性的结构特征，后者可以从微观尺度描述裂缝。由于井筒和测井曲线记录的局限性，测井曲线难以描述裂缝的宏观特征，因此利用二者的互补关系，可以更全面的认识裂缝。

在步骤S203中，确定裂缝响应特征与测井曲线之间的关系，并基于该关系确定测井曲线和测井曲线识别裂缝的依据。

由于测井曲线的响应特征与储层的裂缝结构有关，所以选择的测井曲线要反映地层岩性与裂缝的结构信息。测井曲线要反映地层岩性信息用以区分不同岩层，还要表征不同岩层的裂缝响应特征。通过步骤S201和步骤S202得到页岩气储层的裂缝响应特征表现为；低泥质含量、低密度、低中子密度、高声波时差、低电阻率，如图8所示。

因此，选择自然伽马测井曲线以分析和识别地层岩性。自然伽马测井曲线依据地层中放射性元素的含量引起的自然伽马曲线的幅度变化，来区分不同的岩性，进行地层对比，用于区分储层与非储层。

选择孔隙度测井曲线以反映地层孔隙结构，其中，孔隙度测井曲线包括密度测井曲线、中子测井曲线和声波测井曲线。综合分析以上三种孔隙度曲线特征有助于识别有效页岩储层，并且对于高角度裂缝在三孔隙度曲线上均表现为孔隙度增大的特征。

选择电阻率测井曲线以反映地层裂缝情况，其中，电阻率测井曲线包括深电阻率曲线和微电阻率曲线。深电阻率曲线反映原状地层电阻率，微电阻率曲线反映钻井冲洗带和侵入带的电阻率。对应裂缝处电阻率测井曲线通常幅度变低且曲线具有齿化特征。

以上所述三种常规测井曲线，既能在直井测井中实现，也能在水平井测井中实现。基于油田开发区成像测井有限，针对有些区域水平井不能通过成像测井获得地质信息，可以通过以上所述的常规测井曲线获得地层信息，建立全区的裂缝识别模型。

在步骤S3中，确认水平井段的地质特征信息。在该步骤中，根据测井曲线识别裂缝的依据，首先将水平井段与其导眼井或相邻直井的岩性信息进行对比，对水平井段的岩性进行判断；然后基于其导眼井或相邻直井获得的竖直地层信息，将水平井段钻遇的地层与相邻地层的测井曲线的相似性进行对比从而确认水平井段钻遇的地质特征信息。

在步骤S4中，基于水平井段的地质特征信息和水平井测井曲线的变化关系，结合预估地质模型还原地质模型。水平井测井曲线的变化关系，包括镜像变化关系和稳定变化关系。

其中，镜像变化关系在水平井测井曲线上表现为：在测井曲线一致的地层之间出现的、与上下相邻深度的测井曲线明显不一致的测井曲线。若遇到这种情况，则说明该水平井可能钻遇褶皱，未完全钻至设计的页岩气目的层段。

稳定变化关系在测井曲线上表现为测井曲线没有发生明显变化，若出现稳定变化关系则表明遇到的地层未发生明显变化，地层比较单一，为一单斜结构。

观察水平井测井曲线的变化关系，如果测井曲线没有明显的变化关系，则表示水平井还在目的层段内，地层没有发生明显变化。

如果测井曲线表现为镜像变化关系，表明地质模型中的地层为褶皱结构，未完全钻进目的层，则在镜像变化发生起始处纵向调整水平井，重新获得测井曲线，直到测井曲线上的镜像变化关系消失，并保证最终获得的测井曲线对应的地质信息与目的层段的地质信息一致。记录水平井纵向移动的距离及水平方向的发生镜像变化关系的距离，结合水平井段的地质信息和预估地质模型逐步推理还原地质模型。通过推理还原的地质模型可以有效地指导页岩气水平井井轨迹设计及后期储层改造方案的制定。

在步骤S5中，通过水平井的邻近区域的其他钻井得到的岩心测试和目的层段页岩气生产、测试结果，对还原的地质模型与储层裂缝模式进行检验。

第二实施例

下面针对页岩气存储层两种不同的地质模型为例分别进行分析。

在一个实施例中，以地层为褶皱模型为例。如图9所示为研究区的一口先导井的测井响应特征，该井为直井。页岩目的层段为图上所标2号段，该段的测井响应为高自然伽马值、低体积密度值、低中子孔隙度与高声波时差。

表1

图10是根据图9确认的目的层段设计的水平井1获得的测井响应特征，该井设计打到2号目的层段。由图10看到，图中虚线框内的页岩具有相似的测井响应特征，中子、密度及声波测井曲线均与导眼井测井响应特征基本一致，说明已打入设计目标层段。但图10中1号段与2号层段的响应特征差别巨大，说明该段已不属于目标层，可能遇到褶皱，未完全钻至设计目的层，最终测试产能相对偏低，由此修正预估地质模型。

图11是根据图10测井响应特征而建立的地质模型图。实线表示为实际井轨迹，从图11中可以看出，当实际井轨迹打到2号层时，测井曲线响应特征显示已打到目的层段。但由于对地质模型认识不清，因此当井轨迹穿出2号层段进入1号层段时，而误认为井轨迹还在2号层段内而继续向下打。由此说明，如果地质模型认识清楚，则可以在钻井过程中，根据测井响应特征，适时调整井轨迹向下，如图11中虚线所示，则可以控制水平井轨迹一直打在目的层段内。

在另一个实施例中，当地层为稳定模型时，如图12所示是设计的水平井2的测井响应特征。该井打到2号目的层段后，测井响应特征未发生明显变化，则分析该水平井轨迹一直在目的层段内，因而其测井响应特征比较稳定，由此建立了该井钻遇的地质模型。如图13所示，地质模型显示，该水平井钻遇地层相对比较单一，为一单斜构造，地层未发生明显变化。

测试结果证明，如表1所示，不同地层与裂缝模式与生产效果对比表。褶皱模型生产效果差，应在钻进过程中加以识别，及时调整钻井轨迹，避免钻井风险。

虽然本发明所公布的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公布的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种适用于页岩气储层地质模型的测井评价方法，包括以下步骤：

步骤一，基于临近页岩气目的层段的露头地质特征建立开采目的层区域的预估地质模型与储层裂缝模式；

步骤二，基于所述储层裂缝模式和直井测井技术建立裂缝响应特征与测井曲线的关系，并依据该关系确定所述测井曲线和确定所述测井曲线识别裂缝的依据；

步骤三，基于所述测井曲线识别裂缝的依据、水平井段与其导眼井和相邻直井的岩性判断以及水平井段与相邻地层的测井曲线的相似性对比确认水平井段的地质特征信息；

步骤四，基于所述水平井段的地质特征信息和水平井测井曲线的变化关系，结合所述预估地质模型还原地质模型；

步骤五，基于水平井的邻近区域的钻井得到的岩心测试的结果和页岩气目的层段页岩气生产、测试的结果对储层裂缝模式和还原的地质模型进行检验。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预估地质模型包括褶皱模型和稳定模型。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述储层裂缝模式包括棋盘格裂缝模式和斜交裂缝模式。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤二中，进一步包括以下步骤：

基于所述储层裂缝模式判断所述页岩气目的层段的裂缝宏观特征；

基于所述直井测井技术获得的所述页岩气目的层段的成像测井、放射性测井、电法测井、声波测井、井径测井、井斜测井、岩心测试和页岩气目的层段的含气量测试结果确定页岩气目的层段的裂缝微观特征；

基于所述裂缝宏观特征和所述裂缝微观特征确定裂缝响应特征与测井曲线之间的关系，并基于该关系确定测井曲线和确定所述测井曲线识别裂缝的依据。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述测井曲线包括：

自然伽马测井曲线，其用于分析和识别地层岩性；

孔隙度测井曲线，其反映地层孔隙结构，其中，孔隙度测井曲线包括密度测井曲线、中子测井曲线和声波测井曲线；

电阻率测井曲线，其反映地层裂缝情况，其中，电阻率测井曲线包括深电阻率曲线和微电阻率曲线。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述水平井测井曲线的变化关系包括镜像变化关系和稳定变化关系。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤四中，还原地质模型包括以下步骤：

根据水平井测井曲线的变化关系，确定水平井钻遇地层的地质变化情况，

如果水平井测井曲线表现为稳定变化关系，则确定地质模型中的地层为单斜结构；

如果水平井测井曲线表现为镜像变化关系，则确定地质模型中的地层为褶皱结构。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在确定地质模型中的地层为褶皱结构时，还包括如下步骤：

在镜像变化发生起始处纵向调整水平井轨迹，重新获得测井曲线，直到测井曲线上的镜像变化关系消失，使得最终获得的测井曲线的响应特征对应的地质信息与目的层段的地质信息一致；

记录水平井纵向移动的距离及水平方向的镜像变化关系的距离，结合水平井段的地质特征信息和预估地质模型还原地质模型。