CN110410068A - 一种确定地层破裂压力梯度的测井方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种确定地层破裂压力梯度的测井方法，通过综合录井资料,获取目标层段的深度、地层孔隙流体压力梯度、全烃含量和甲烷含量；通过常规测井资料获取目标层段的地层层位、深度、垂深、自然伽马、地层岩性密度、地层孔隙度、地层泥质含量；通过常规测井、元素测井资料及偶极声波测井资料，求常规测井地层脆性指数、地层矿物脆性指数、地层岩石力学脆性指数,进而获取目标层段的地层脆性指数；根据公式求取目标层段的地层破裂压力梯度，再利用地层破裂压力梯度与垂深的乘积计算地层破裂压力梯度；根据用户需要输出计算结果。本发明已应用页岩气井320口井，计算的地层破裂压力梯度与实际施工获得的地层破裂压力梯度平均误差小于10％。
Description
技术领域
本发明涉及一种确定地层破裂压力梯度的测井方法，为页岩气储层解释快速评价提供关键参数。
背景技术
全球页岩气资源丰富，页岩气井没有自然产能。页岩气开发常以“井工厂”模式钻探水平井，对水平井水平段页岩气储层需要进行多段大规模压裂改造，其开发成本高、风险大。页岩气储层地层破裂梯度和地层破裂压力参数计算或预测的精度十分重要，直接影响体积开发储层改造效果。
传统的地层破裂压力梯度计算方法主要有伊顿法、克里斯特曼法和马修斯与凯利法。这些方法主要是在上世纪六十年代至七十年代期间形成，解决的是中、高孔隙度砂岩常规储层的地层破裂梯度和地层破裂压力参数计算或预测问题，促进了全球油气钻井安全和高效开发的技术进步，充分发挥了油气录井、测井资料在地层压力检测与预测方面的应用价值，推动了地层压力录井和测井相关技术的发展。
随着页岩气勘探开发规模的持续扩大，页岩气水平井钻井和分段压裂技术难度大、安全风险大、施工成本高的问题日益突出，对页岩气储层的地层破裂压力梯度、地层破裂压力计算精度要求也越来越高，传统的地层破裂压力梯度计算方法难以适应页岩气等非常规油气勘探开发生产需求，计算误差大的问题越来越突出，已经成为制约页岩气等非常规油气资源高效勘探开发的重要技术瓶颈。
CN103912269A公开了一种页岩气储层地层破裂压力梯度确定方法，按层段取值或在层段内按一定步长算页岩气储层目标层段地层破裂压力梯度；通过录井或测井资料获取目标层段地层孔隙流体压力梯度；通过测井或室内岩心试验分析资料获取目标层段岩石泊松比；通过录井或测井资料获取含气饱和度；通过测井资料获取上覆地层岩性密度；根据公式FRAC＝FPG+POIS/(1-POIS)×(DENb-Sg×FPG)计算页岩储层地层破裂压力梯度FRAC，通过公式FP＝FRAC×H/100计算储层地层破裂压力FP，输出结果。该发明虽解决了传统方法计算精度不高的问题，计算值与实际获得地层破裂压力梯度误差<10％，但方法相对复杂，技术要求高。
发明内容
本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种能提高包括页岩气等非常规油气储层在内的地层破裂压力梯度计算与预测精度，能用于指导安全钻井和水平段油气储层压裂改造的确定地层破裂压力梯度的测井方法。
本发明目的的实现方式为，确定地层破裂压力梯度的录测井方法，具体步骤如下：
1)通过综合录井资料,获取目标层段的地层深度、岩性、地层孔隙流体压力梯度FPG、全烃含量TC及甲烷含量C1；数据间隔步长为1.0m；
所述深度、垂深量纲为m；地层孔隙流体压力梯度FPG量纲为MPa/100m或MPa/hm；全烃含量TC和甲烷含量C1量纲为％；
2)通过常规测井资料,获取目标层段的地层层位、深度、垂深、自然伽马GR、地层岩性密度DEN、地层孔隙度POR、地层泥质含量Vsh；
所述深度、垂深H量纲为m；
自然伽马GR量纲为API；
地层岩性密度DEN量纲为g/cm3；
地层孔隙度POR、地层泥质含量Vsh量纲为％；
有核磁共振测井资料时，目标层段的地层孔隙度POR数据选用核磁共振测井资料处理结果(在权利要求3中)；
3)利用地层岩性密度DEN数据计算等效上覆地层压力梯度OFPG：
获取目标层段上方10m～30m范围内的地层岩性密度DEN数据，其算数平均值即为对目标层压裂有较大施加影响的等效上覆地层压力梯度OFPG，
所述上覆地层等效压力梯度OFPG量纲为MPa/100m或MPa/hm；
4)通过常规测井、元素测井资料及偶极声波测井资料，求常规测井地层脆性指数BI、地层矿物脆性指数BM、地层岩石力学脆性指数BY参数,进而获取目标层段的地层脆性指数BRIT；
所述常规测井地层脆性指数BI计算公式如下：
BI＝100–Vsh
式中Vsh为常规测井资料获得的地层泥质含量数据；
5)根据公式FRAC＝FPG+(OFPG-FPG)×(100-POR)/(100+BRIT)，求取目标层段的地层破裂压力梯度FRAC；
所述地层破裂压力梯度计算按层段取值计算或按步长计算；
6)利用地层破裂压力梯度FRAC与垂深H的乘积计算地层破裂压力FP，FP＝FRAC×H/100：
所述地层破裂压力FP量纲为MPa,垂深H量纲为m；
7)根据用户需要输出计算结果，所述计算结果为单项数据或地层破裂压力剖面图。
本发明的实质是利用地层孔隙流体压力梯度FPG、地层孔隙度POR、地层脆性指数BRIT及等效上覆地层压力梯度OFPG等四项参数计算地层破裂压力梯度FRAC。本发明充分考虑了影响地层破裂压力梯度的地层孔隙度、得出脆性指数等关键因素，以及目标层压裂有较大施加影响的等效上覆地层压力梯度OFPG。
本发明克服了传统方法计算页岩气等非常规油气储层地层破裂压力梯度误差大，不适用的问题，而且适用于砂岩、砂泥岩、页岩、碳酸盐岩储层与非储层的地层破裂压力梯度与地层破裂压力计算与确定，计算参数与资料易于获取，方法简便，易于推广。
本发明已在中扬子地区涪陵页岩气田、建南气田、湘鄂西地区应用页岩气井320口井，本发明计算的地层破裂压力梯度与实际施工获得的地层破裂压力梯度较接近，平均误差小于10％。
本发明促进了地层破裂压力检测与预测技术的实质性进步。适用于包括页岩气等非常规油气储层在内的地层破裂压力梯度和地层破裂压力的计算与确定方法。
附图说明
图1为本发明工作流程框图。
具体实施方式
下面参照附图详述本发明。
参照图1，本发明的具体步骤为：
所述数据存储文件格式为文本文件。
1)通过综合录井资料,获取目标层段的地层深度、岩性、地层孔隙流体压力梯度FPG、全烃含量TC及甲烷含量C1；数据间隔步长为1.0m；
所述深度量纲为m，地层孔隙流体压力梯度FPG量纲为MPa/100m或MPa/hm，全烃含量TC、甲烷含量C1量纲为％。
地层孔隙流体压力梯度FPG、全烃含量TC、甲烷含量C1值保留2位小数。地层孔隙度POR值、地层泥质含量Vsh值保留1位小数；
所述数据存储文件格式为文本文件。
2)通过常规测井资料,获取目标层段的地层层位、深度、垂深、自然伽马GR、地层岩性密度DEN、地层孔隙度POR、地层泥质含量Vsh。
所述深度、垂深H量纲为m；
自然伽马GR量纲为API；
地层岩性密度DEN量纲为g/cm3；
地层孔隙度POR、地层泥质含量Vsh量纲为％；
岩性密度值保留2位小数，地层孔隙度、地层泥质含量值保留1位小数。
有核磁共振测井资料时，地层孔隙度POR数据选用核磁共振测井资料处理结果。
3)利用地层岩性密度DEN数据计算等效上覆地层压力梯度OFPG。
获取目标层段上方10m～30m范围内的地层岩性密度DEN数据，其算数平均值即为对目标层压裂有较大施加影响的等效上覆地层压力梯度OFPG。
所述上覆地层等效压力梯度OFPG量纲为MPa/100m或MPa/hm。
4)通过常规测井、元素测井资料及偶极声波测井资料，求常规测井地层脆性指数BI、地层矿物脆性指数BM、地层岩石力学脆性指数BY参数,进而获取目标层段的地层脆性指数BRIT。具体计算方法是：
(1)利用常规测井资料获得的泥质含量Vsh数据，计算常规测井地层脆性指数BI。所述常规测井地层脆性指数BI计算公式如下：
BI＝100–Vsh。
(2)有元素测井资料时，利用脆性指数矿物法，选用石英、白云石、方解石、长石、黄铁矿等5种矿物的质量百分含量，计算地层矿物脆性指数BM，计算结果保留1位小数；计算公式如下：
BM＝Cquartz+Cdolomite+Ccalcite+Cfedspar+Cpyrite
式中：
BM——地层矿物脆性指数，无量纲；
Cquartz——石英质量百分含量，％；
Cdolomite——白云石质量百分含量，％；
Ccalcite——方解石质量百分含量，％；
Cfedspar——长石质量百分含量，％；
Cpyrite——黄铁矿质量百分含量，％。
(3)有偶极声波测井资料时，利用脆性指数岩石力学法，选用杨氏模量、泊松比数据，计算地层岩石力学脆性指数BY，计算公式如下：
BY＝50×((Es-Emin)/(Emax-Emin)+(νmax-νs)/(νmax-νmin))
式中：
BY——地层岩石力学脆性指数，无量纲；
ES——杨氏模量，MPa；
Emax——杨氏模量上限，MPa，取值5.5×104MPa；
Emin——杨氏模量下限，MPa，取值0.7×104MPa；
νS——泊松比，无量纲；
νmax——泊松比上限，无量纲，默认取值0.40；
νmin——泊松比下限，无量纲，默认取值0.10。
(4)利用常规测井地层脆性指数BI、地层矿物脆性指数BM、地层岩石力学脆性指数BY参数，计算地层脆性指数BRIT，计算公式如下：
BRIT＝(BI+BM+BY)/3。
通常，每口井均有常规测井资料，如所需测录井仅有常规测井地层脆性指数BI数据时，可直接用常规测井地层脆性指数BI作为地层脆性指数BRIT。
元素测井成本高，现场推广应用程度低，所需资料数据仅有常规测井地层脆性指数BI、地层岩石力学脆性指数BY时，按下述公式计算地层脆性指数BRIT：
BRIT＝(BI+BY)/2。
5)根据公式FRAC＝FPG+(OFPG-FPG)×(100-POR)/(100+BRIT)，求取目标层段的地层破裂压力梯度FRAC：
所述地层破裂压力梯度计算按层段取值计算或按步长逐点计算，按层段取值计算时每一层段取一组算数平均值即可，按步长计算时步长为数据文件间隔步长的整数倍。
6)利用地层破裂压力梯度FRAC与垂深H的乘积计算地层破裂压力FP，计算公式：
FP＝FRAC×H/100；
地层破裂压力FP量纲为MPa,垂深H量纲为m。
7)根据用户需要输出计算结果，所述计算结果为单项数据或地层破裂压力剖面图。
所述地层破裂压力数据表包括层位、深度、垂深、岩性、地层泥质含量、地层孔隙度、地层孔隙流体压力梯度、地层脆性指数、地层破裂压力梯度和地层破裂压力数据。
所述地层破裂压力剖面图项目包括层位、深度、自然伽马、全烃含量、甲烷含量、地层孔隙度、地层泥质含量、地层脆性指数、地层破裂压力梯度。
下面用具体实施例详细说明本发明。
实例一：
某气田S井(直井)612.0～648.0m井段气层，中部垂深H为630.0m，地层岩性为页岩，综合录井资料显示该气层段为正常压力，地层孔隙流体压力梯度FPG为1.07MPa/100m。常规测井资料处理结果显示，612.0～648.0m井段气层的地层孔隙度POR算数平均值为6.0，气层段上方592.0～612.0m井段的页岩密度算数平均值为2.65g/cm3，即等效上覆地层压力梯度OFPG为2.65MPa/100m。S井未进行元素测井和偶极声波测井，常规测井资料处理结果显示该段气层泥质含量Vsh算数平均值为34.2％，地层脆性指数BRIT＝100-Vsh＝100-35.2＝65.8。
利用本发明按一个层段计算，S井612.0～648.0m气层段的地层破裂压力梯度FRAC＝1.07+(2.65-1.07)×(100-6.0)/(1+65.8)＝1.9712≈1.97(MPa/100m)，气层段中部地层破裂压力FP＝FRAC×H/100＝1.9712×630.0/100＝12.4187≈12.42(MPa)。
完井压裂施工，实测该气层段的地层破裂压力为12.80MPa，折算地层破裂压力梯度为2.03MPa/100m，初期日产天然气约4100m3，压裂改造效果显著。
本发明计算的地层破裂压力梯度、地层破裂压力与实测结果接近，误差小于10％，符合现场体积压裂改造施工需要，具有较强的应用价值。
实例二：
某页岩气田Y井是一口长水平段水平井，2443.0～4150.0m水平段页岩气层中部垂深H为2380.0m，综合录井资料显示该水平段页岩气层的地层孔隙流体压力梯度FPG为1.45MPa/100m。
Y井未进行元素测井和偶极声波测井，常规测井资料处理结果显示，该段气层段地层孔隙度POR算数平均值为5.5％，泥质含量Vsh算数平均值为28.0％，地层脆性指数BRIT＝100-Vsh＝100-28.0＝72.0。
Y井2443.0～4150.0水平段气层的顶部垂深为2340.0m，对应的上方直井段2320.0～2340.0m(厚20m)的岩性密度DEN的算数平均值为2.71g/cm3，等效上覆地层压力梯度OFPG为2.71MPa/100m。
利用本发明按一个层段计算，Y井2443.0～4150.0m水平段页岩气层的地层破裂压力梯度FRAC＝1.45+(2.71-1.45)×(100-5.5)/(100+72.0)＝2.142267≈2.14(MPa/100m)，地层破裂压力FP＝FRAC×H/100＝2.142267×2380.0/100＝50.98597≈50.99(MPa)。
完井作业分15段压裂施工，参照本发明计算成果预设地层破裂压力为50.0MPa～55.0MPa，施工实测地层破裂压力为50.0MPa～58.5MPa，平均为52.3MPa，折算平均地层破裂压力梯度为2.197479(约2.20)MPa/100m，初期日产天然气约54.0×104m3，压裂改造效果明显。
利用本发明实现方法计算的地层破裂压力梯度、地层破裂压力与实测结果接近，平均误差小于10％，指导页岩气水平井体积压裂改造施工效果良好，能够助力安全钻井和油气田高效开发。
Claims (10)
1.一种确定地层破裂压力梯度的测井方法，其特征在于：具体步骤如下：
1)通过综合录井资料,获取目标层段的地层深度、岩性、地层孔隙流体压力梯度FPG、全烃含量TC及甲烷含量C1；数据间隔步长为1.0m；
所述深度、垂深量纲为m；
地层孔隙流体压力梯度FPG量纲为MPa/100m或MPa/hm；
全烃含量TC和甲烷含量C1量纲为％；
2)通过常规测井资料,获取目标层段的地层层位、深度、垂深、自然伽马GR、地层岩性密度DEN、地层孔隙度POR、地层泥质含量Vsh；
所述深度、垂深H量纲为m；
自然伽马GR量纲为API；
地层岩性密度DEN量纲为g/cm3；
地层孔隙度POR、地层泥质含量Vsh量纲为％；
有核磁共振测井资料时，目标层段的地层孔隙度POR数据选用核磁共振测井资料处理结果(在权利要求3中)；
3)利用地层岩性密度DEN数据计算等效上覆地层压力梯度OFPG：
获取目标层段上方10m～30m范围内的地层岩性密度DEN数据，其算数平均值即为对目标层压裂有较大施加影响的等效上覆地层压力梯度OFPG，
所述上覆地层等效压力梯度OFPG量纲为MPa/100m或MPa/hm；
4)通过常规测井、元素测井资料及偶极声波测井资料，求常规测井地层脆性指数BI、地层矿物脆性指数BM、地层岩石力学脆性指数BY,进而获取目标层段的地层脆性指数BRIT；
所述常规测井地层脆性指数BI计算公式如下：
BI＝100–Vsh
式中Vsh为常规测井资料获得的地层泥质含量数据；
5)根据公式FRAC＝FPG+(OFPG-FPG)×(100-POR)/(100+BRIT)，求取目标层段的地层破裂压力梯度FRAC；
所述地层破裂压力梯度计算按层段取值计算或按步长计算；
6)利用地层破裂压力梯度FRAC与垂深H的乘积计算地层破裂压力FP，FP＝FRAC×H/100：
所述地层破裂压力FP量纲为MPa,垂深H量纲为m；
7)根据用户需要输出计算结果，所述计算结果为单项数据或地层破裂压力剖面图。
2.根据权利要求1所述的一种确定地层破裂压力梯度的测井方法，其特征在于：步骤1)中，地层孔隙度POR、地层泥质含量Vsh用百分数表示；全烃含量TC、甲烷含量C1用百分数表示；
地层孔隙流体压力梯度FPG、全烃含量TC、甲烷含量C1值保留2位小数。地层孔隙度POR值、地层泥质含量Vsh值保留1位小数；
所述数据存储文件格式为文本文件。
3.根据权利要求1所述的一种确定地层破裂压力梯度的测井方法，其特征在于：步骤2)有核磁共振测井资料时，目标层段的地层孔隙度POR数据选用核磁共振测井资料处理结果。
4.根据权利要求1所述的一种确定地层破裂压力梯度的测井方法，其特征在于：步骤4)中有元素测井资料时，利用脆性指数矿物法，选用石英、白云石、方解石、长石、黄铁矿5种矿物的质量百分含量，计算地层矿物脆性指数BM，计算结果保留2位小数，计算公式如下：
BM＝Cquartz+Cdolomite+Ccalcite+Cfedspar+Cpyrite
式中：
BM——地层矿物脆性指数，无量纲；
Cquartz——石英质量百分含量，％；
Cdolomite——白云石质量百分含量，％；
Ccalcite——方解石质量百分含量，％；
Cfedspar——长石质量百分含量，％；
Cpyrite——黄铁矿质量百分含量，％。
5.根据权利要求1所述的一种确定地层破裂压力梯度的测井方法，其特征在于：步骤4)中有偶极声波测井资料时，利用脆性指数岩石力学法，选用杨氏模量、泊松比数据，计算地层岩石力学脆性指数BY，计算结果保留2位小数，计算公式如下：
BY＝((Es-Emin)/(Emax-Emin)+(νmax-νs)/(νmax-νmin))×50式中：
BY——地层岩石力学脆性指数，无量纲；
ES——杨氏模量，MPa；
Emax——杨氏模量上限，MPa，取值5.5×104MPa；
Emin——杨氏模量下限，MPa，取值0.7×104MPa；
νS——泊松比，无量纲；
νmax——泊松比上限，无量纲，默认取值0.40；
νmin——泊松比下限，无量纲，默认取值0.10。
6.根据权利要求1所述的一种确定地层破裂压力梯度的测井方法，其特征在于：步骤4)中利用常规测井地层脆性指数BI、地层矿物脆性指数BM、地层岩石力学脆性指数BY参数，计算地层脆性指数BRIT，计算公式如下：
BRIT＝(BI+BM+BY)/3。
7.根据权利要求1所述的一种确定地层破裂压力梯度的测井方法，其特征在于：步骤4)中所需测录井仅有常规测井地层脆性指数BI数据时，直接用常规测井地层脆性指数BI作为地层脆性指数BRIT。
8.根据权利要求1所述的一种确定地层破裂压力梯度的测井方法，其特征在于：步骤4)中所需测井资料仅有常规测井地层脆性指数BI数据、地层岩石力学脆性指数BY时，按下述公式计算地层脆性指数BRIT：
BRIT＝(BI+BY)/2。
9.根据权利要求1所述的一种确定地层破裂压力梯度的测井方法，其特征在于：步骤7)中所述按层段取值计算，每一层段取一组算数平均值；
所述按步长计算时，在同一层段内按一定步长连续取值计算，步长为数据文件间隔步长的整数倍。
10.根据权利要求1所述的一种确定地层破裂压力梯度的测井方法，其特征在于：步骤5)中所述地层破裂压力数据表包括层位、深度、垂深、岩性、地层孔隙度、地层泥质含量、地层脆性指数、地层破裂压力梯度和地层破裂压力数据；
所述地层破裂压力剖面图项目包括层位、深度、自然伽马、全烃含量、甲烷含量、地层孔隙度、地层泥质含量、地层脆性指数、地层破裂压力梯度。
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