安紀星, 董銀夢, 檀玉松, 蘇敏, 許菲, 李娜

(中國石油集團測井有限公司華北事業(yè)部, 河北 任丘 062552)

0 引 言

華北油田束鹿凹陷泥灰?guī)r致密油儲層是一類比較特殊的致密油儲層。首先是巖性復雜,主要分布有紋層狀泥灰?guī)r、塊狀泥灰?guī)r、顆粒支撐礫巖、雜基支撐礫巖、泥巖、砂巖等4大類十幾個小類巖石[1]。復雜的巖性造成復雜的孔隙結構,泥灰?guī)r儲層基質孔隙度通常很低,一般為1%～3%[2],但是儲層局部裂縫、孔洞較發(fā)育;顆粒支撐礫巖儲層基質孔隙相對發(fā)育,縫洞發(fā)育為礫間縫、貼礫縫、粒間溶孔等微小縫洞發(fā)育,儲層有效性評價與射孔段、射孔簇劃分困難。最初在ST1井進行大型施工壓裂改造時,第1段施工順利(破裂壓力50 MPa,加液、加砂正常),第2段遇到了困難,壓力增加到80 MPa儲層沒有壓開,所選擇的2個射孔簇無效,沒有達到壓裂效果。2015年袁吉誠教授提出,面對低滲透油氣田數量不斷增多、非常規(guī)油氣資源開發(fā)力度逐漸加大、新型壓裂技術不斷涌現的新局面,射孔技術不再是石油開采的臨門一腳,提出射孔為壓裂酸化服務的新觀點[3]。而射孔簇的優(yōu)化選取是順利完成射孔和酸化壓裂的前提。

1 測井資料評價射孔簇有效性的方法

通過研究發(fā)現,束鹿泥灰?guī)r儲層的有效性與流體侵入特征、孔隙結構特征、脆性特征、滲透性特征、裂縫發(fā)育特征等參數相關,在此基礎上,構建測井綜合參數AR評價射孔簇有效性。

AR=f(BRSTIBIMRZVFSRT)

(1)

式中,BRST為陣列聲波斯通利波滲透性指數,%;IB為脆性指數,%;IMRZ為核磁共振孔隙結構指數,%;VF為裂縫指數,%;SRT為電阻率比值,%;f為權重系數。

1.1 斯通利波滲透性指數BRST

根據斯通利波傳播理論,斯通利波是一種管波,它沿井壁傳播,其衰減受儲層孔隙連通性以及裂縫有效性影響。對于利用斯通利波計算滲透率的研究,1989年Hornby提出了利用斯通利波相速度(或慢度)方法[4],1995年伍先運提出井徑變化及泥質含量對斯通利波反演滲透率的影響校正[5]。本文采用了幅度衰減的方法,同時考慮并提出了井徑變化和泥質含量影響的校正模型,計算所謂的斯通利波性指數BRST為

(2)

式中,BRST為斯通利波滲透性指數,%;RST、RST,max、RST,min分別為斯通利波幅度平均值、斯通利波幅度最大值、斯通利波幅度最小值,無量綱;Vsh為泥質含量,%;γCALS微差井徑(井徑與鉆頭直徑的差),cm;BRST與裂縫有效性及孔隙的連通性相關,用其指示儲層滲透性,BRST越大,指示滲透性越好。

1.2 脆性指數IB

在壓裂過程中只有不斷產生各種形式的裂縫,形成裂縫網絡,氣井才能獲得較高產氣量。裂縫網絡形成的必要條件除與地應力分布有關,巖石的脆性特征是內在的重要影響因素。脆性特征同時也決定了壓裂設計中液體體系與支撐劑用量選擇。脆性特征通過彈性模量、泊松比計算的脆性指數來表征。

(3)

(4)

(5)

式中,IB為脆性指數,%;IB,POIS為泊松比計算的脆性指數,%;IB,YMOB為彈性模量計算的脆性指數,%;μ、μmax、μmin分別為泊松比、泊松比極大值、泊松比極小值,無量綱;E、Emax、Emin分別為彈性模量、彈性模量極大值、彈性模量極小值,MPa。

1.3 核磁共振孔隙結構指數IMRZ

利用核磁共振測井特征參數定量評價孔隙結構[6]已有很多研究,在這里利用核磁共振10個bin的區(qū)間孔隙度和核磁共振有效孔隙度,建立核磁孔隙結構指數IMRZ,孔隙結構指數越大,反映孔隙結構越好,儲層滲透性也越好。

(5)

式中,IMRZ為核磁共振孔隙結構指數,%;bin1～bin10為區(qū)間孔隙度(代表不同孔徑大小),%;φMPHIT為核磁共振有效孔隙度,%;a為不同區(qū)間孔隙度的權重系數。

1.4 裂縫指數VF

利用電成像資料評價儲層裂縫參數不僅可以從圖像直觀地看到儲層裂縫發(fā)育,還能用于裂縫定量計算,定量計算主要提供縫洞密度、縫洞長度、縫洞寬度、縫洞視孔隙度[7]。在束鹿泥灰?guī)r儲層,有天然裂縫的儲層適于壓裂改造,而且裂縫密度大,裂縫寬度大的儲層壓裂后容易形成網狀縫網,構建的裂縫指數更能反映裂縫的有效性。

(6)

式中,VF為裂縫指數,%;AFV為裂縫寬度,mm;DFV為裂縫密度,條/m;φFV為裂縫面孔隙度,%。

1.5 電阻率比值SRT

儲層孔隙或裂縫發(fā)育時,淺側向電阻率受泥漿侵入影響,數值明顯降低,造成深淺側向差異增大。因此,電阻率差異可以判斷流體的徑向侵入特征和裂縫發(fā)育情況,電阻率比值越大,儲層滲透性越好。

(7)

式中,SRT為電阻率比值,%;Rd為深電阻率,Ω·m;Rs為淺電阻率,Ω·m。

1.6 測井綜合參數評價射孔簇有效性的標準

由ST1井射孔段實際產能分析,可以分為3類儲層:Ⅰ類儲層為高產層,產能大于20 t;Ⅱ類儲層產能一般在1～20 t之間;Ⅲ類儲層為目前施工尚不能壓開的儲層,為無效射孔段。測井綜合評價參數AR分布為:Ⅰ類儲層AR>800,Ⅱ類儲層AR在100～800之間,Ⅲ類儲層AR<100,建立射孔簇的有效性評價標準。(見表1)

ST3井共設置射孔段5段,設置射孔簇14簇,將每段射孔簇有效性逐一分析(見圖1)。

表1 射孔簇有效性解釋標準

圖1 ST3井5段射孔簇有效性評價圖

第Ⅰ段,設置2簇,巖性為陸源顆粒支撐礫巖,為孔隙型儲層,電阻率比值為1.7%、1.8%,斯通利波滲透性指數為1.29%、1.90%,核磁共振孔隙結構指數為13.78%、21.40%,裂縫指數為0.3%、0.51%,脆性指數為38.56%、41.14%,測井射孔簇綜合評價指數為34.96、153.56,依據標準評價第1個射孔簇難以壓開,第2個射孔簇有效性好。

第Ⅱ段,設置1個簇射孔簇,巖性為陸源顆粒支撐礫巖,為孔隙型儲層,電阻率比值為2.02%,斯通利波滲透性指數為0.58%,核磁共振孔隙結構指數為27.20%,裂縫發(fā)育,裂縫指數為7.10%,脆性指數為42.24%,測井射孔簇綜合評價指數為955.72,為高效射孔簇。

第Ⅲ段,設置3個射孔簇,巖性為塊狀泥灰?guī)r和紋層狀泥灰?guī)r,為裂縫型儲層,電阻率比值為1.21%、0.95%、1.20%,斯通利波滲透性指數為0.5%左右,核磁共振孔隙結構指數為11.5%、18.45%、20.34%,裂縫指數為6.10%、2.84%,3.10%,脆性指數35.24%、36.14%、41.47%,測井綜合評價指數為164.52、80.95、160.03,第1和第3射孔簇有效性好。

第Ⅳ段,設置3個射孔簇,巖性為紋層狀泥灰?guī)r和塊狀泥灰?guī)r,為裂縫型儲層,其中只有中間的射孔簇好,電阻率比值為1.59%,斯通利波滲透性指數為0.39%,核磁孔隙結構指數為29.84%,裂縫發(fā)育,裂縫指數為7.5%,脆性指數為30.12%,射孔簇綜合評價指數為404.12,為有效射孔簇。另外2個射孔簇為無效射孔簇。

第Ⅴ段,設置射孔簇5簇,選取射孔簇的巖性為紋層狀泥灰?guī)r,為裂縫型儲層,該段射孔簇選取較好,測井綜合評價指數分別為157.97、322.99、380.33、102.64、65.74,其中4個射孔簇為有效射孔簇。

依據構建的測井綜合評價參數AR對ST3井射孔簇的有效性進行評價,ST3井14個射孔簇分別為高效射孔簇1簇,有效射孔簇8簇,無效射孔簇5簇。

2 壓裂效果評價參數的構建

評價壓裂是否成功,目前主要是基于施工壓裂資料和監(jiān)測資料評價。工程施工通常認為儲層注入壓裂液多,加砂量大,儲層壓裂效果好,在同等的排量下,破裂壓力低的儲層,儲層物性、脆性好。監(jiān)測資料目前主要有2類,一類是直接注入示蹤劑,監(jiān)測示蹤劑的流入、流出量,示蹤劑流出量大,認為壓裂效果好;另一類是利用井間微地震監(jiān)測資料,微地震監(jiān)測的裂縫長度、寬度、高度大,反映壓裂效果好。

利用施工參數和監(jiān)測參數對壓裂效果分析,是檢驗射孔簇有效性的重要方法。通過構建壓裂效果評價參數BR作為壓裂有效性指示參數。

BR=f(LFA×VS×VY×SZ/pB)

(8)

式中,BR為壓裂效果評價參數,無量綱;LFA為監(jiān)測壓裂縫長度,m;VS為加砂量,t;VY為注入液體量,m3;pB為破裂壓力,MPa;SZ為示蹤液流量,m3。

表2為ST3井工程壓裂施工與監(jiān)測參數數據表,井段4 057.0～4 289.0 m共劃分射孔段為5段,從5段施工及監(jiān)測數據分析可知,最好的是第5段,壓裂效果綜合評價參數達到68 924;其次是第2段,壓裂效果綜合評價指數為54 965;最差的是第1段,壓裂效果評價指數為9 901。

表2 ST3井施工監(jiān)測參數統計表

3 測井評價參數與壓裂效果評價參數相關性分析

測井評價射孔簇有效性綜合參數AR是利用測井參數對射孔簇的有效性進行評價的方法,構建的壓裂效果評價參數BR是目前利用工程參數與監(jiān)測參數評價壓裂有效性的方法,從二者建立的交會圖(見圖2)分析,兩者相關性良好,相關系數達到0.95,因此,利用測井資料評價射孔簇的有效性技術,可以在壓裂施工之前,優(yōu)化射孔簇,是增加高效射孔簇、減少無效射孔簇的有效方法。

圖2 測井參數與壓裂效果評價參數交會圖

4 結 論

(1) 一般油井沒有直接測量產液能力的方法,儲層的壓裂效果,只能采用工程壓裂施工參數及其后續(xù)的監(jiān)測資料評價。

(2) 在華北束鹿泥灰?guī)r儲層,施工破裂壓力、注入液體總量、加砂量等是可以表征施工狀況的資料;微地震裂縫監(jiān)測、示蹤流量是監(jiān)測施工效果的有效方法,利用上述參數構建的壓裂效果評價參數BR是可以定量評價壓裂效果。

(3) 利用測井資料構建的評價射孔簇有效性的參數AR,與儲層壓裂效果評價參數BR有很好的相關性,在新井中利用測井綜合參數AR優(yōu)選射孔簇,是減少無效射孔簇的產生,減少施工費用,獲得單井最大產能的有效手段之一。

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