夏宏泉, 文曉峰, 馮春珍, 王偉

(1.油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室, 西南石油大學, 四川 成都 610500; 2.中國石油集團測井有限公司長慶事業(yè)部, 陜西 西安 710201)

0 引 言

中國陸相致密油層突出的低孔隙度、低滲透率、低壓力特征導致開發(fā)過程中產量遞減快、能量補充困難、動用效果差,有效開發(fā)面臨諸多挑戰(zhàn)[1-2]。鄂爾多斯盆地致密油層只有通過壓裂改造才能獲得工業(yè)產能[3]。射孔技術在儲層壓裂改造中突顯重要作用,可以控制壓裂縫延伸方向、降低儲層破裂壓力、增加泄油面積等[4],射孔層段和位置的優(yōu)選顯著影響儲層壓裂效果。為高效開發(fā)這類儲層,將測井評價技術與射孔壓裂工藝相結合,進行致密油儲層的射孔優(yōu)化設計。

盆地研究應用在傳統(tǒng)測井解釋居多,與實際生產工程應用結合不夠,缺乏成熟配套的、充分利用測井資料進行致密油儲層射孔優(yōu)化設計的技術,尤其在自動快速優(yōu)選射孔層段和位置方面,深入開展這方面的技術攻關研究是非常有必要的[5]。本文針對鄂爾多斯盆地延長組致密油儲層的地質特征,利用測井資料建立射孔層段和射孔位置的綜合評價與優(yōu)選指標模型,自動快速優(yōu)選出射孔層段及其射孔位置,旨在為射孔優(yōu)化設計與施工提供地質甜點依據,滿足致密油開發(fā)對測井精細解釋的需求。

1 射孔層位及位置優(yōu)選方法原理

1.1 基于BZ指標的射孔優(yōu)化選層

低孔隙度低滲透率儲層的射孔優(yōu)化方案不僅需要確定孔深、孔徑、相位與孔密等射孔幾何參數[6-8],而且首先需要對射孔層位及射孔位置進行優(yōu)選。鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)延長組儲層以低孔隙度低滲透率致密油為主要特征,儲層滲流阻力大、連通性差,僅采用高孔密、深穿透的射孔完井方法難以形成工業(yè)油氣流。對于該類儲層一般要求進行后期儲層改造,射孔不能作為提高產能的最終手段,只能作為體積改造前的一個重要預處理過程[2]。

研究表明[4-3],儲層品質好是優(yōu)選射孔和壓裂層位的一個關鍵因素。實際生產中,開展儲層射孔層段優(yōu)選評價時,必須具備良好的儲層品質,即要求有較高的孔隙度、滲透率和含油飽和度及足夠的有效厚度,且脆性指數大、最小水平主應力和破裂壓力均低。為此,提出了一種射孔層位優(yōu)選方法,即利用自然伽馬、電阻率、密度和聲波時差等測井曲線計算的孔隙度、滲透率、含水飽和度、脆性和地應力及破裂壓力等參數建立綜合評價射孔段優(yōu)劣的儲層品質指標BZ。當儲層段φ、K、So和He及IB增大,而地應力和破裂壓力都減小時,BZ值增大,說明其物性、含油性和脆性及可壓性變好。根據BZ值的大小對單井欲射孔打開的層段按品質優(yōu)劣進行排序,從而達到優(yōu)選射孔層段的目的。統(tǒng)計對比盆地延長組致密油的測試數據,研究發(fā)現(xiàn),單井產能越高的層段,其BZ值越大[5]。射孔選層的綜合評價指標參數計算公式為

(1)

式中,BZ為射孔選層的綜合評價指標(可以不考慮其量綱);α為地層打開位置系數(油層頂部打開,α=0.8;油層中部打開,α=1.0;油層底部打開,α=0.5),無量綱;φ為地層孔隙度,%;K為地層滲透率,mD*非法定計量單位,1 mD=0.987×10-3 μm2,下同;He為射開層段有效厚度(如逐點計算,則為深度采樣間隔),m;IB為脆性指數,%;Sw為含水飽和度,%;σh為水平最小主應力,MPa;pf為破裂壓力,MPa。

式(1)中所用到的儲層孔隙度、滲透率、含水飽和度和有效厚度等參數來自于常規(guī)測井精細解釋的地質應用結果,而脆性指數、水平最小主應力和破裂壓力這些參數來自于測井曲線的巖石力學工程應用解釋結果。結合彈性模量和泊松比等巖石力學實驗數據與動、靜態(tài)的理論公式推導變換,得出工區(qū)延長組地層利用測井曲線計算脆性指數IB的公式為

(2)

式中,IB為脆性指數,%;Δts為橫波時差,μs/m;Δtc為縱波時差,μs/m;ρb為體積密度,g/cm3;C為單位換算系數,取105。Δts為偶極橫波測井數據文件提取結果或橫波時差曲線構建公式計算結果。

1.2 基于BSZ指標的射孔優(yōu)化位置確定

目前,油氣井射孔方案優(yōu)化設計主要研究孔深、孔密、孔徑、射孔相位與射孔負壓等參數對產能的影響,對儲層打開位置的研究較少[9-11]。為提高油氣井壓裂效果及單井產能,還需要對射孔位置進行研究。

利用綜合指標BZ從大到小優(yōu)選出的射孔層段,在實際射孔施工中并不是全部射開,這就需要確定每個層段(一般選其中前10個層段)的射孔打開位置。在已優(yōu)選的射孔層段內,先逐點計算BZ值并對其按照射孔槍長進行積分,求取射孔段的BZ總值(即BSZ),

然后比較不同井深的BSZ值大小確定

具體的射孔起始深度位置。BSZ最大值對應的深度點即為優(yōu)化射孔段頂深。每層射孔起始深度處BSZ值的計算公式為

(3)

BSZ,max=max [BSZ(i)],i=1,…,N-M+1

(4)

式中,N為優(yōu)選層段總點數,N=(D2-D1)/HRLEV;M為射孔段總點數,M=LHPCT/HRLEV;LHPCT為射孔段長度(與射孔槍長有關),m;D2為油層底深,m;D1為油層頂深,m;BSZ,max為油層中射孔段起始深度處的BSZ最大值;BZ(j)為射孔段內第j點的BZ值;HRLEV為深度采樣間隔,缺省值0.125 m;HWZ2為考慮油層結構、套管接箍等因素而需要適當微調射孔位置的井段長度,一般為0.5、1、2 m。

2 應用實例與效果分析

基于上述研究,編制了射孔優(yōu)化選層程序(SWPU-YXCD-CPL.FOR)與地層巖性物性含油性解釋程序、巖石脆性-地應力-破裂壓力計算程序、射孔參數優(yōu)化設計程序等形成了致密油射孔優(yōu)化設計軟件(LogToop)。處理了隴東地區(qū)多口井的測井資料,經統(tǒng)計分析,總結出了長6、長7和長8段致密油層的射孔優(yōu)化方案[5](見表1)。表2為××4井的優(yōu)化射孔選層結果。

表1 推薦的延長組致密油的射孔方式

表2 ××4井的優(yōu)化射孔選層與實際射孔井段(位置)對比表

圖1 ××4井長6、長7段、長8段致密油測井優(yōu)選的射孔層段及位置(1 730～1 920 m段)*非法定計量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

圖1為××4井基于測井信息優(yōu)選射孔層位及位置的成果圖。圖1中第9道為利用式(1)～式(4)由測井曲線或參數計算的BZ指標曲線(實線)、BSZ指標曲線(虛線)與程序優(yōu)選的射孔層段及位置結果,在該道里僅用帶圓點的紅色矩形方框標出了品質最好的射孔層段及位置(其他層段射孔的儲層品質級別較低),且圖1中BSZ曲線值進行了0～1標準化處理。通常,根據前3道常規(guī)9條測井曲線的特征,結合孔隙度、滲透率和飽和度及巖性體積分析剖面與油水層解釋結果,可定性地優(yōu)選射孔層段及位置。從圖1和表2可以看出,該井的38、47、51、55號層(測井解釋層號),其BZ值明顯不同,按照BZ值從大到小優(yōu)選射孔層段先后順序為55、51、47、38號層,根據每層不同位置處BSZ值的大小優(yōu)選出相應的射孔位置。

表3為該井從井底到井口方向的實際先后射孔井段、射孔槍彈、測井解釋的孔隙度滲透率含油飽和度參數及射孔壓裂后的產能統(tǒng)計。其中長82段1 897～1 901 m射孔位置段對應測井解釋的55號層、長81段1 860～1 863 m射孔位置段對應測井解釋的51號層、長72段1 790～1 793 m射孔位置段對應測井解釋的47號層、長63段1 734～1 737 m射孔位置段對應測井解釋的38號層。在油層合適部位進行射孔,形成很好的壓裂起裂孔道后,1 897～1 901 m、1 860～1 863 m和1 734～1 737 m這3個射孔段均采用了水力(多級)加砂壓裂而1 790～1 793 m射孔段采用光套管壓裂,壓裂后馬上投產測試,產液量明顯增大。例如長72段油層累計厚度為24.2 m,采用大孔徑加深穿透方式射開中部1 790～1 793 m油層,射開程度只有12.1%,但產純油15.22 t/d。

應用表明,根據式(1)～式(4)能較好地優(yōu)選出射孔層段及具體射孔位置。BZ值越大表示可優(yōu)先在該層射孔,效果越好;且從同一層段內BSZ曲線最大值對應的深度處開始射孔,打開油層效果越好?？紤]到油層結構、井身結構和套管接箍等因素影響,實際射孔時需要將優(yōu)選的射孔井段上移或下移到合適的位置[5]。表2中個別層段的實際射孔位置與優(yōu)選射孔位置略有差異,是在實際施工中對射孔段做了深度微調。

表3 ××4井長8長6段致密油射孔壓裂后的產能統(tǒng)計

3 結 論

(1) 鄂爾多斯盆地三疊系延長組長6—長8段致密油,無論是直井還是水平井開發(fā),只有通過定向立體射孔、分段體積壓裂才能獲得工業(yè)產能。其中基于射孔優(yōu)化選層的多簇射孔及大規(guī)模分段多級壓裂已成為盆地致密油的主體開發(fā)技術。

(2) 測井資料具有信息量大、分辨率高和連續(xù)性好等優(yōu)點,包含豐富的地層巖性、物性、含油性、脆性和地應力及破裂壓力等信息。利用測井曲線計算這些參數,可進行射孔方案的優(yōu)化設計,尤其是可用于尋找致密油射孔的地質和工程甜點。

(3) 充分考慮延長組致密油層的巖性、物性、含油性、有效厚度、儲層類型、油層結構和巖石力學特征(脆性)及地應力和破裂壓力等參數,構建致密油射孔優(yōu)化選層的綜合評價指標模型,從單井剖面上測井解釋的油(氣)水層中自動優(yōu)選出最優(yōu)射孔層段及位置是可行的。應用該方法對多口直井和水平井進行了自動快速射孔優(yōu)化選層,優(yōu)選位置與實際射孔位置比較一致,射孔壓裂后單井產能有明顯提高,滿足了致密油開發(fā)對測井工程應用解釋的要求。

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