CN117211764B - 一种致密气层裂缝宽度随钻录井解释方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种致密气层裂缝宽度随钻录井解释方法，包括：构建裂缝型致密气层与裂缝性致密气层物理模型，根据地震资料和储层地质情况数值模拟结果进行模型优选，通过现场实验、钻前地震解释或邻井数据获得天然裂缝密度、裂缝倾角、上返岩屑体积、全烃平均脱气效率和含气饱和度，基于气测录井原理与工程录井数据，建立致密气层裂缝宽度随钻录井解释模型，计算得出致密气层随钻录井解释裂缝宽度。本发明根据可随钻获取的气测录井、工程录井资料现场快速解释致密气层天然裂缝宽度，相较其他储层裂缝宽度预测/解释方法能较早且准确获得储层裂缝宽度信息，为制定防漏堵漏对策、优选随钻防漏材料提供早期决策依据，计算快捷，准确度高。

Description

一种致密气层裂缝宽度随钻录井解释方法

技术领域

本发明涉及钻井与完井工程钻井液漏失控制技术领域，涉及一种致密气层裂缝宽度随钻录井解释方法。

背景技术

随着油气开发逐步迈向深层，致密砂岩气、页岩气、煤层气等致密气藏的开发是增储上产的必由之路，致密气层普遍发育天然裂缝，它既是油气储集的有效空间，又是油气渗流的主要通道，对致密气藏的高效开发起关键作用。然而，钻完井工程在钻开致密气层时，天然裂缝发育导致钻井液漏失风险大，钻开这类储层时往往极易诱发钻井液漏失，导致固相侵入、相圈闭等储层损害问题，向钻井液中加入随钻堵漏材料或下堵漏浆进行专项堵漏是控制钻井液漏失的常用手段。

在制定防漏堵漏方案时，储层裂缝宽度是选择防漏堵漏材料的首要地质因素，选择与储层裂缝宽度匹配的防漏堵漏材料是钻井防漏堵漏的前提，然而，储层裂缝宽度的确定一直是防漏堵漏的首要技术难题，目前常用的方法包括岩心观测、漏失资料反演、测井、试井、有限元模拟等方法，例如中国专利CN 112127882 B提出了一种裂缝性地层钻井液漏失动态裂缝宽度计算方法，属于漏失资料反演裂缝宽度计算方法，但这类方法预测结果往往滞后、精度偏低，与原地条件下的裂缝宽度可能存在较大误差，并且漏失已造成储层损害，因而难以指导制定防漏方案。

发明内容

本发明的目的是：基于地层裂缝真实产状、气测录井原理与工程录井数据，建立致密气层裂缝宽度随钻录井解释模型，现场根据气测录井资料与工程录井数据随钻快速解释致密气层裂缝宽度，为制定防漏堵漏对策、优选随钻防漏材料提供早期决策依据，对致密气层高效钻井具有重要意义。

为了实现上述目的，本发明的目的由以下技术措施实现：

一种致密气层裂缝宽度随钻录井解释方法，包括：

S1、根据地震资料、邻井数据和储层地质情况数值模拟结果，选择裂缝型致密气层或裂缝性致密气层物理模型；

S2、现场随钻获取钻进每米地层的上返岩屑体积并校正，通过钻前地震解释资料或邻井成像测井结果获得储层天然裂缝密度与裂缝倾角，通过钻井液脱气效率实验获得现场脱气器的全烃平均脱气效率，并且依据邻井测井解释结果或气测全烃计算方法得到致密气层含气饱和度；

S3、基于气测录井原理与工程录井数据，结合步骤S1中选择的物理模型，建立致密气层裂缝宽度随钻录井解释模型，计算得出致密气层随钻录井解释裂缝宽度。

其中，所述步骤S3中计算致密气层随钻录井解释裂缝宽度的模型以及选择模型的方法如下：

模型一：适用于地震资料或邻井数据显示储层为裂缝型致密气层，即油气储集空间与渗流通道均为裂缝的情况。

根据成像测井中的天然裂缝解释图像，致密气层中的天然裂缝为椭圆形，形态为具有一定厚度(裂缝宽度)的“椭圆柱”，裂缝一般与井眼斜交，形成椭圆短轴为井眼直径，长轴则随裂缝倾角变化，具体计算椭圆形天然裂缝长短轴关系与裂缝体积如下式所示：

r_w＝b＝acosα

式中：r_w为井眼半径，m；a为椭圆形天然裂缝半长轴，m；b为椭圆形天然裂缝半短轴，m；α为裂缝倾角，°；V_裂缝为天然裂缝体积，m³；w为裂缝宽度，mm。

根据气测录井原理，钻进时被破碎岩石中的烃类气体进入钻井液，出现气测显示即全烃值异常，而裂缝型致密气层中的烃类气体主要富集于天然裂缝中。并且对于裂缝型储层，由于裂缝的毛管作用很小，因而气层裂缝的含气饱和度可接近100％。

因此假设：裂缝为椭圆形，裂缝垂向成组出现且以稳定线密度分布；破碎每米地层岩屑释放的烃类气体全部进入钻井液；破碎每米地层岩屑释放的烃类气体体积与天然裂缝体积相等；裂缝宽度钻进时不发生变化；地面除气设备正常运转，脱气效率不变；忽略其他工程因素(如井口逸散气、岩屑床)对气测录井结果的影响；井筒中轴线与裂缝中心重合；正压差钻井条件下，井筒周围的烃类气体不进入井筒(不发生气侵)，储层含气饱和度为100％。

基于上述假定，得到每米储层的地面含气量计算公式：

式中：T_g为全烃值，％；L₁为样品泵抽气量，mL/min；L₂为电动脱气器脱浆量，mL/min；η为电动脱气器脱气效率，％；V₁为破碎每米地层钻井液中地面烃类气体含量，mL；Q为钻井液泵排量，L/min；t为钻时，min/m。

当烃类气体随钻井液从地层随钻井液返到地表时，气体体积会随温度压力变化发生改变。已知地面状态与地层状态下的气态方程如下式所示：

深度为H的地层压力为：

P_s＝GH

得到每米储层的地层含气量计算公式：

式中：M为每立方米岩石中气体的质量，g；u为气体摩尔质量，g/mol；P_f为地表压力(大气压)，MPa；T_f为地表钻井液温度(可由录井温度传感器读取)，K；P_s为钻井液液柱压力，MPa；T_s为地层温度(根据地温梯度或测压数据求得)，K；H为地层深度，m；G为上覆地层压力梯度，MPa/m；V_s为每米储层的地层含气量，mL；R为普氏气体恒量，无量纲；ρ_L为裂缝线密度，条/m。

结合裂缝线密度，得到裂缝型致密气层随钻录井解释裂缝宽度计算公式：

ρ_LV_裂缝＝V_s

模型二：适用于地震资料或邻井数据显示储层为裂缝性致密气层，即储层基质孔隙是主要的油气储集空间，天然裂缝为油气渗流的主要通道的情况。

模型的假设条件为：裂缝为椭圆形，裂缝垂向成组出现且以稳定线密度分布；破碎每米地层岩屑释放的烃类气体全部进入钻井液；破碎每米地层岩屑释放的烃类气体均来自储层基质孔隙，天然裂缝不供气；储层基质孔隙度为定值，裂缝宽度钻进时不发生变化；地面除气设备正常运转，脱气效率不变；忽略其他工程因素(如井口逸散气、岩屑床)对气测录井结果的影响；正压差钻井条件下，井筒周围的烃类气体不进入井筒(不发生气侵)；井筒中轴线与裂缝中心重合。

随钻获取钻进每米地层的上返岩屑体积的校正方法如下：

式中：V_岩屑为校正后破碎每米地层上返的岩屑体积，m³；c^*为岩屑体积校正系数，无量纲；V_岩屑 ^*为钻井某时上返岩屑体积，m³；φ_测井为测井中子孔隙度，％；V_{正常钻进岩屑}为正常钻进时上返的岩屑体积，m³；h为钻井进尺，m。

由于假定破碎每米地层岩屑释放的烃类气体均来自储层基质孔隙，天然裂缝不供气，则根据每米地层总孔隙体积(包括裂缝)与天然裂缝体积，得出基本方程为：

得到裂缝性致密气层随钻录井解释裂缝宽度计算公式为：

作为优选的技术方案，为简化计算程序，所述裂缝性致密气层随钻录井解释裂缝宽度计算公式参数中的含气饱和度S_g可由气测全烃计算方法得到：

破碎单位体积岩石体积为：

式中：V_r为破碎单位岩石体积，m³。

储层岩石破碎后，释放的气体体积为：

V_s＝V_rφS_g

式中：S_g为单位进尺储层平均含气饱和度，％；φ为岩屑录井估算单位进尺储层平均孔隙度，％。

破碎单位岩石体积时间内钻井液循环总量为：

V_df＝Qth

式中：V_df为单位岩石体积破碎时间内钻井液循环总量，m³；

地面条件下钻井液中破碎单位岩石体积的气体的浓度为

式中：C为地面条件下钻井液中破碎单位岩石体积的气体的浓度，％。

联立上述公式可得含气饱和度气测全烃计算公式：

结合含气饱和度气测全烃计算公式，得到裂缝性致密气层随钻录井解释裂缝宽度计算公式如下：

有益效果在于：

(1)通过理论模型推导计算储层天然裂缝宽度，方法简单，计算快捷，准确度高；

(2)根据可随钻获取的气测录井、工程录井资料现场快速解释致密气层天然裂缝宽度，为制定防漏堵漏对策、优选随钻防漏材料提供早期决策依据。

(3)相较其他储层裂缝宽度预测/解释方法能较早且准确获得储层裂缝宽度信息，对钻井液随钻防漏、储层甜点预测、油气层保护等方面具有重要意义。

附图说明

图1是本发明一种致密气层裂缝宽度随钻录井解释方法的流程图。

图2是本发明模型1裂缝型致密气层物理模型示意图。

图3是本发明模型2裂缝性致密气层物理模型示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明；此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定发明。

本发明实施例，以渤中某区块深层变质岩裂缝性致密气层为例，计算致密气层随钻录井解释裂缝宽度。

(1)模型选择

根据地震资料、邻井数据和储层地质情况数值模拟结果，渤中气田上古界潜山纵向上可划分为风化带和潜山内幕，其中风化带储层以裂缝性储层为主，潜山内幕则主要发育裂缝型储层，致密段较长。

因此针对风化带储层，选择如附图2所示的裂缝型致密气层物理模型；针对潜山内幕储层选择如附图3所示的裂缝性致密气层物理模型。

(2)裂缝密度与裂缝倾角

根据钻前地震解释与邻井成像测井解释；裂缝倾角主要分布在30°～70°，以中—高角度裂缝为主；裂缝密度主要分布在1～5条/m。

依据裂缝成因性质和裂缝面倾角构造裂缝可划分为高角度裂缝、斜交裂缝和水平缝3个组系。高角度裂缝，倾角分布主要在60～90°。斜交裂缝，倾角为30～60°，裂缝面平整，伴有擦痕，为潜山变质岩储层主要储集空间。水平裂缝，倾角小于30°，岩心呈水平形态，由于挤压作用较难见到裂缝的张开宽度和填充物。

(3)全烃平均脱气效率

利用全脱值－气测值法，在钻井液进入脱气器之前取钻井液样品500mL，进行热真空定量全脱分析，用以检测钻井液内烃类气体的真实含量；同时利用色谱分析仪对气测值进行实时采集通过对工区现场实际使用的钻井液样品进行气体组分检测实验，计算全烃平均脱气效率为10.12％。

(4)破碎每米地层上返岩屑体积

现场基于阿基米德原理，将上返的每米地层岩屑装包，置于存有能浸没每包岩屑的水的量筒之中，测定放入岩屑前与放入岩屑后量筒刻度的变化，即获取钻进每米地层岩屑体积。

以渤中某区块B-3井为例，排除单根气、后效气、背景气、再循环气与污染气后，选取全烃异常的井深，基于钻时气测数据、钻井工程参数、钻井液参数、储层工程地质特征、成像测井解释裂缝宽度结果对裂缝宽度录井解释模型进行检验，输入的固定参数见表1所示，模型预测结果见表2所示。

表1 B-3井储层工程地质参数

表2模型预测结果与误差

注：裂缝倾角与裂缝密度均由成像测井解释直接得出；根据地震资料、邻井数据和储层地质情况数值模拟结果，井深4750m以上为风化带储层，井深4750m以下为潜山内幕

由模型预测结果可知，预测原地条件下裂缝宽度<1mm的天然裂缝，预测模型的准确度仅为50％左右，而预测裂缝宽度>1mm甚至达到3mm的天然裂缝，模型预测准确度均>70％，最高85.32％。这是由于小缝/微裂缝多被方解石全充填或半充填，特别是倾角分布主要在60～70°的高角度裂缝，裂缝面参差不齐，为拉应力作用形成；而倾角为30～60°的斜交裂缝，裂缝面平整，伴有擦痕，该组裂缝发育两个方向，呈共轭关系，填充物少，为变质岩储层主要储集空间，气测录井全烃值响应良好，与裂缝宽度具有强相关性。

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (3)

1.一种致密气层裂缝宽度随钻录井解释方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、根据地震资料、邻井数据和储层地质情况数值模拟结果，选择裂缝型致密气层或裂缝性致密气层物理模型；

S2、现场随钻获取钻进每米地层的上返岩屑体积并校正，通过钻前地震解释资料或邻井成像测井结果获得储层天然裂缝密度与裂缝倾角，通过钻井液脱气效率实验获得现场脱气器的全烃平均脱气效率，并且依据邻井测井解释结果或气测全烃计算方法得到致密气层含气饱和度；

S3、基于气测录井原理与工程录井数据，结合步骤S1中选择的物理模型，建立致密气层裂缝宽度随钻录井解释模型，计算得出致密气层随钻录井解释裂缝宽度。

2.根据权利要求1所述的一种致密气层裂缝宽度随钻录井解释方法，其特征在于：所述步骤S3中计算致密气层随钻录井解释裂缝宽度的模型以及选择模型的方法如下：

模型一：适用于地震资料或邻井数据显示储层为裂缝型致密气层，即油气储集空间与渗流通道均为裂缝的情况；

模型的假设条件为：裂缝为椭圆形，裂缝垂向成组出现且以稳定线密度分布；破碎每米地层岩屑释放的烃类气体全部进入钻井液；破碎每米地层岩屑释放的烃类气体体积与天然裂缝体积相等；裂缝宽度钻进时不发生变化；地面除气设备正常运转，脱气效率不变；忽略井口逸散气、岩屑床对气测录井结果的影响；井筒中轴线与裂缝中心重合；正压差钻井条件下，井筒周围的烃类气体不进入井筒，储层含气饱和度为100％，裂缝型致密气层随钻录井解释裂缝宽度计算公式如下：

式中：r_w为井眼半径，m；α为裂缝倾角，°；w为裂缝宽度，mm；T_g为去除背景气、排除单根气、再循环气、污染气与后效气后的全烃值，％；L₁为样品泵抽气量，mL/min；L₂为电动脱气器脱浆量，mL/min；η为电动脱气器全烃平均脱气效率，％；Q为钻井液泵排量，L/min；t为钻时，min/m；P_f为地表压力，MPa；T_f为地表钻井液温度，K；P_s为钻井液液柱压力，MPa；T_s为地层温度，K；H为地层深度，m；G为上覆地层压力梯度，MPa/m；ρ_L为裂缝线密度，条/m；

模型二：适用于地震资料或邻井数据显示储层为裂缝性致密气层，即储层基质孔隙是主要的油气储集空间，天然裂缝为油气渗流的主要通道的情况；

模型的假设条件为：裂缝为椭圆形，裂缝垂向成组出现且以稳定线密度分布；破碎每米地层岩屑释放的烃类气体全部进入钻井液；破碎每米地层岩屑释放的烃类气体均来自储层基质孔隙，天然裂缝不供气；储层基质孔隙度为定值，裂缝宽度钻进时不发生变化；地面除气设备正常运转，脱气效率不变；忽略井口逸散气、岩屑床对气测录井结果的影响；正压差钻井条件下，井筒周围的烃类气体不进入井筒；井筒中轴线与裂缝中心重合，裂缝性致密气层随钻录井解释裂缝宽度计算公式如下；

式中：V_岩屑为校正后破碎每米地层上返的岩屑体积，m³。

3.根据权利要求1所述的一种致密气层裂缝宽度随钻录井解释方法，其特征在于：所述随钻获取钻进每米地层的上返岩屑体积的校正方法如下：

式中：V_岩屑为校正后破碎每米地层上返的岩屑体积，m³；c^*为岩屑体积校正系数，无量纲；V_岩屑 ^*为钻井某时上返岩屑体积，m³；φ_测井为测井中子孔隙度，％；V_{正常钻进岩屑}为正常钻进时上返的岩屑体积，m³；h为钻井进尺，m。