CN110469321A - 一种确定地层破裂压力梯度的录井方法 - Google Patents

一种确定地层破裂压力梯度的录井方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种确定地层破裂压力梯度的录井方法，通过综合录井资料,获取地层岩性、地层孔隙流体压力梯度、地层孔隙度、页岩密度、全烃含量、甲烷含量；通过地层岩性、页岩密度测量数据,获取目标层段的盖层岩性系数α、盖层压力梯度OFPG；通过元素录井资料计算目标层段的地层脆性指数BRIT；根据公式FRAC＝FPG+(α×OFPG‑FPG)×(1‑POR)/(1+BRIT)求取目标层段的地层破裂压力梯度FRAC；利用地层破裂压力梯度FRAC与垂深H的乘积计算目标层段的地层破裂压力FP，输出计算结果。本发明已应用页岩气井320口井，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％。

Description

一种确定地层破裂压力梯度的录井方法
技术领域
本发明涉及一种确定地层破裂压力梯度的录井方法，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，页岩气开发常以“井工厂”模式钻探水平井，采用“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％，但获取目标层段的岩石泊松比POIS的方法相对复杂，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录井方法。
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孔隙流体压力梯度FPG、地层孔隙度POR、页岩密度ρb、全烃含量TC、甲烷含量C1；数据间隔步长为1.0m；
所述综合录井资料包括层位、深度、垂深H、地层岩性、地层孔隙流体压力梯度FPG、地层孔隙度POR、页岩密度ρb、全烃含量TC及甲烷含量C1；
2)通过综合录井地层岩性、页岩密度ρb测量数据,获取目标层段的盖层岩性系数α、盖层压力梯度OFPG；
所述盖层压力梯度OFPG选用目标层段上方10m～30m范围内的综合录井页岩密度ρb测量数据的算数平均值；
所述盖层压力梯度OFPG量纲为g/cm3；
所述盖层岩性系数α取值范围为1～3；
限定：目标层段的盖层的地层岩性为页岩、泥岩、碳酸盐岩时α取1，目标层段的盖层的地层岩性为盐岩时α取1.8；
3)通过元素录井资料计算目标层段的地层脆性指数BRIT；
所述元素录井资料包括石英、白云石、方解石、长石、黄铁矿质量百分含量，保存格式为文本数据，数据间隔步长为1.0m；
按公式BRIT＝Cquartz+Cdolomite+Ccalcite+Cfedspar+Cpyrite计算地层脆性指数BRIT：
式中：
BRIT——地层脆性指数，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，％；
4)根据公式FRAC＝FPG+(α×OFPG-FPG)×(1-POR)/(1+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；
5)利用地层破裂压力梯度FRAC与垂深H的乘积计算目标层段的地层破裂压力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；
6)根据用户需要输出计算结果。
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及盖层压力梯度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、地层脆性指数等关键因素，以及对目标层压裂改造有较大施加影响的盖层压力梯度OFPG和盖层的岩性。本发明涉及获取综合录井、元素录井的多项测量资料，充分挖掘了录井资料应用潜力。
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偏大，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，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，具体涉及一种地层破裂压力梯度的确定方法
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％。
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：
1)通过综合录井资料,获取目标层段的地层孔隙流体压力梯度FPG、地层孔隙度POR、页岩密度ρb、全烃含量TC、甲烷含量C1；数据间隔步长为1.0m。
所述综合录井资料包括层位、深度、垂深H、地层岩性、地层孔隙流体压力梯度FPG、地层孔隙度POR、页岩密度ρb、全烃含量TC及甲烷含量C1。
所述深度、垂深H量纲为m；
地层孔隙流体压力梯度FPG量纲为MPa/100m或MPa/hm；
页岩密度ρb量纲为g/cm3。
地层孔隙度POR用小数表示，全烃含量TC、甲烷含量C1用百分数表示，FPG、ρb、TC、C1值保留2位小数，POR值保留3位小数。
所述数据存储文件格式为文本文件。
2)通过综合录井地层岩性、页岩密度ρb测量数据,获取目标层段的盖层岩性系数α、盖层压力梯度OFPG。
所述盖层压力梯度OFPG选用目标层段上方10m～30m范围内的综合录井页岩密度ρb测量数据的算数平均值。
所述盖层压力梯度OFPG量纲为g/cm3；
所述盖层岩性系数α取值范围为1～3；
限定：目标层段的盖层的地层岩性为页岩、泥岩、碳酸盐岩时α取1，目标层段的盖层的地层岩性为盐岩时α取1.8。
3)通过元素录井资料计算目标层段的地层脆性指数BRIT；
所述元素录井资料包括石英、白云石、方解石、长石、黄铁矿质量百分含量，保存格式为文本数据，数据间隔步长为1.0m。
按公式BRIT＝Cquartz+Cdolomite+Ccalcite+Cfedspar+Cpyrite计算地层脆性指数BRIT：
式中：
BRIT——地层脆性指数，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，％。
计算结果保留2位小数。
4)根据公式FRAC＝FPG+(α×OFPG-FPG)×(1-POR)/(1+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。所述按层段取值计算，每一层段取一组算数平均值即可。
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。
5)利用地层破裂压力梯度FRAC与垂深H的乘积计算目标层段的地层破裂压力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。
6)根据用户需要输出计算结果，所述计算结果包括井段、地层岩性、地层孔隙流体压力梯度FPG、地层破裂压力梯度FRAC及地层破裂压力FP。
下面用实例具体说明。
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的地层孔隙流体压力梯度FPG算数平均值为1.07MPa/100m，地层孔隙度POR算数平均值为0.062。气层段上方盖层592.0～612.0m井段的地层岩性为页岩，其盖层岩性系数α取1，页岩密度ρb算数平均值为2.65g/cm3，即盖层压力梯度OFPG为2.65MPa/100m。利用元素录井资料计算该气层段的地层脆性指数BRIT算数平均值为0.65。
利用本发明按一个层段计算，该井612.0～648.0m气层段的地层破裂压力梯度FRAC＝1.07+(1×2.65-1.07)×(1-0.062)/(1+0.65)＝1.97(MPa/100m)，气层段中部地层破裂压力FP＝FRAC×H/100＝1.97×630.0/100＝12.41(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、地层孔隙度POR算数平均值为0.055。利用元素录井资料计算该气层段的地层脆性指数BRIT算数平均值为0.72。水平段气层上方盖层直井段2320.0～2340.0m的地层岩性为页岩，其盖层岩性系数α取1，页岩密度ρb算数平均值为2.71g/cm3，盖层压力梯度OFPG为2.71MPa/100m。
利用本发明计算2443.0～4150.0m水平段页岩气层的地层破裂压力梯度FRAC＝1.45+(1×2.71-1.45)×(1-0.055)/(1+0.72)＝2.14(MPa/100m)，地层破裂压力FP＝FRAC×H/100＝2.14×2380.0/100＝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2.2MPa/100m，初期日产天然气约54.0×104m3，压裂改造效果明显。
另外，利用本发明在JH油田盐间进行非砂岩油气层地层破裂压力梯度FRAC及地层破裂压力FP预测，5口试验应用井显示，预测的FRAC及FP平均误差均小于8％，效果良好。
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 (5)

1.一种确定地层破裂压力梯度的录井方法，其特征在于：具体步骤如下：
1)通过综合录井资料,获取包括目标层段在内的全井段的地层孔隙流体压力梯度FPG、地层孔隙度POR、页岩密度ρb、全烃含量TC、甲烷含量C1等数据；
所述综合录井资料包括层位、深度、垂深H、地层岩性、地层孔隙流体压力梯度FPG、地层孔隙度POR、页岩密度ρb、全烃含量TC及甲烷含量C1，数据保存格式为文本，数据间隔步长为1.0m；
所述深度、垂深H量纲为m，地层孔隙流体压力梯度FPG量纲为MPa/100m或MPa/hm；
所述地层孔隙度POR用小数表示；
所述页岩密度ρb量纲为g/cm3；
2)通过综合录井地层岩性、页岩密度ρb测量数据,获取目标层段的盖层岩性系数α、盖层压力梯度OFPG；
所述盖层压力梯度OFPG选用目标层段上方10m～30m范围内的综合录井页岩密度ρb测量数据的算数平均值；
所述盖层压力梯度OFPG量纲为g/cm3；
所述盖层岩性系数α取值范围为1～3；
限定：目标层段的盖层的地层岩性为页岩、泥岩、碳酸盐岩时α取1，目标层段的盖层的地层岩性为盐岩时α取1.8；
3)通过元素录井资料计算目标层段的地层脆性指数BRIT；
所述元素录井资料包括石英、白云石、方解石、长石、黄铁矿质量百分含量，保存格式为文本数据，数据间隔步长为1.0m；
按公式BRIT＝Cquartz+Cdolomite+Ccalcite+Cfedspar+Cpyrite计算地层脆性指数BRIT：
式中：
BRIT——地层脆性指数，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，％；
4)根据公式FRAC＝FPG+(α×OFPG-FPG)×(1-POR)/(1+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；
5)利用地层破裂压力梯度FRAC与垂深H的乘积计算目标层段的地层破裂压力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；
6)根据用户需要输出计算结果。
2.根据权利要求1所述的一种确定地层破裂压力梯度的录井方法，其特征在于：步骤1)中，地层孔隙度POR用小数表示，全烃含量TC、甲烷含量C1用百分数表示，FPG、ρb、OFPG、TC、C1值保留2位小数，POR值保留3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录井方法，其特征在于：步骤3)利用元素录井资料时，通过脆性指数矿物法，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，计算地层脆性指数BRIT，计算结果保留2位小数。
4.根据权利要求1所述的一种确定地层破裂压力梯度的录井方法，其特征在于：步骤4)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。
5.根据权利要求1所述的一种确定地层破裂压力梯度的录井方法，其特征在于：步骤6)输出计算结果包括井段、地层岩性、地层孔隙流体压力梯度FPG、地层破裂压力梯度FRAC及地层破裂压力FP。
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