李繼慶，梁榜，曾勇 黃燦，盧文濤

(中石化江漢油田分公司勘探開發(fā)研究院，湖北 武漢430223)

沈金才，葛蘭

(中石化重慶涪陵頁巖氣勘探開發(fā)有限公司，重慶 408014)

產(chǎn)氣剖面井資料在涪陵焦石壩頁巖氣田開發(fā)的應(yīng)用

李繼慶，梁榜，曾勇 黃燦，盧文濤

(中石化江漢油田分公司勘探開發(fā)研究院，湖北 武漢430223)

沈金才，葛蘭

(中石化重慶涪陵頁巖氣勘探開發(fā)有限公司，重慶 408014)

涪陵焦石壩頁巖氣氣田已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)開發(fā)，主要采用長水平段分級壓裂模式進(jìn)行。結(jié)合涪陵焦石壩頁巖氣田頁巖氣水平井產(chǎn)氣剖面測井資料，在分析產(chǎn)氣剖面測井資料解釋方法的基礎(chǔ)上，對涪陵焦石壩頁巖氣水平井產(chǎn)氣剖面測井資料的實際應(yīng)用效果開展系統(tǒng)研究，總結(jié)出產(chǎn)氣剖面測井資料在頁巖氣田開發(fā)中的應(yīng)用，為頁巖氣水平井軌跡鉆遇小層設(shè)計、頁巖氣藏儲層評價、壓裂工藝參數(shù)優(yōu)化及動態(tài)分析提供可靠依據(jù)，有效指導(dǎo)頁巖氣田的合理開發(fā)。

涪陵焦石壩頁巖氣田；產(chǎn)氣剖面；生產(chǎn)測井；儲層評價；工藝優(yōu)化

國內(nèi)頁巖氣尚處于初期開發(fā)階段，且頁巖氣開發(fā)地質(zhì)條件與北美國家存在較大差異[1～4]。涪陵焦石壩構(gòu)造位于四川盆地川東褶皺帶的東南部，萬縣復(fù)向斜的南揚起端，該區(qū)北部為萬縣復(fù)向斜的主體[5]。研究區(qū)頁巖氣開發(fā)的主要目的層是上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組富含有機質(zhì)的頁巖。目前焦石壩頁巖氣氣田已實現(xiàn)商業(yè)開發(fā)，均采用長水平段分級壓裂模式進(jìn)行。為了評價頁巖氣水平井鉆遇各小層的產(chǎn)氣情況、變化規(guī)律及壓裂工藝參數(shù)的適應(yīng)性，氣田已經(jīng)完成32井次產(chǎn)氣剖面測試。結(jié)合地質(zhì)參數(shù)及壓裂工藝資料，能更好地評價產(chǎn)氣剖面資料在頁巖氣田開發(fā)中的實際應(yīng)用，為頁巖氣田合理開發(fā)提供可靠依據(jù)。

1 測試工具介紹

涪陵焦石壩頁巖氣田水平井產(chǎn)氣剖面測井技術(shù)主要采用的是斯倫貝謝水平井流體掃描成像生產(chǎn)測井技術(shù)[6]，測試儀器上共有5個微轉(zhuǎn)子(從下到上序號依次為0～4)，轉(zhuǎn)子里有6個電子探針和6個光學(xué)探針，電子和光學(xué)探針序號從下到上分別為0～5。電子探針用于區(qū)分烴類和水并計算出水的持率，光學(xué)探針用于區(qū)分氣液流體組分和計算出氣的持率(見圖1)。

圖1 頁巖氣水平井產(chǎn)氣剖面生產(chǎn)測井工具圖

2 測試項目及解釋方法

2.1 產(chǎn)氣剖面測試原理

涪陵焦石壩頁巖氣水平井井筒內(nèi)多為單相氣體或氣水兩相流動，一般采用七種參數(shù)(自然伽馬、磁定位、溫度、壓力、密度、持水率，持氣率)測井系列進(jìn)行產(chǎn)氣剖面測試[7～9]。根據(jù)溫度、壓力、持水率、持氣率等4個參數(shù)可計算頁巖氣水平井各壓裂段的產(chǎn)氣及產(chǎn)水量，為了減小測量誤差，一般以不同的工作制度測速上下各測4條連續(xù)流量曲線[10]。

2.2 產(chǎn)氣剖面資料解釋方法

利用伽馬測試數(shù)據(jù)對地層深度進(jìn)行確定和校正，利用上測及下測不同方向的流量曲線回歸出各個層段流體的視流速，根據(jù)井筒內(nèi)流體的流型選用相應(yīng)的解釋模型來進(jìn)行滑脫速度的校正，進(jìn)而確定出不同生產(chǎn)制度下水平井各壓裂段的產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量分別各占總氣量、總水量的比例。

3產(chǎn)氣剖面資料分析

3.1 段產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率不均一且與鉆遇層位相匹配

通過對已完成產(chǎn)氣剖面測試井的統(tǒng)計結(jié)果進(jìn)行分析，表明頁巖氣水平井各壓裂段產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率不均一。研究區(qū)的JY12-1HF井共壓裂16段，其中7段(占總段數(shù)的44%)產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率高于全井的平均貢獻(xiàn)率(6.25%)，貢獻(xiàn)全井73%的產(chǎn)氣量(圖2)，證實頁巖氣水平井各段產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率不均一，與北美Haynesville頁巖氣田產(chǎn)氣剖面測試解釋結(jié)果可類比(圖3)。

圖2 JY12-1HF井各段貢獻(xiàn)率直方圖(20×104m3/d)

圖3 Haynesville氣田4口水平井各段貢獻(xiàn)率直方圖

由于涪陵焦石壩區(qū)塊奧陶系五峰組-志留系龍馬溪組頁巖垂向非均質(zhì)性明顯，根據(jù)巖石礦物組分、巖相及含氣性研究結(jié)果，縱向從下至上可以細(xì)分為①～⑨小層，地質(zhì)評價認(rèn)為越靠近底部頁巖品質(zhì)越好，自下至上頁巖品質(zhì)變差，不同小層的頁巖含氣性差異較大，因此水平井軌跡鉆遇較好的小層是頁巖氣井高產(chǎn)的基礎(chǔ)。JY12-1HF井水平井軌跡主要鉆遇①～④小層，在井口氣20×104m3/d生產(chǎn)制度下測試產(chǎn)氣剖面，頁巖品質(zhì)較好的①小層水平段穿行小層比例約44.61%，產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率為55.25%；③小層次之，水平段穿行小層比例約34.20%，產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率為33.28%；頁巖品質(zhì)相對較差的④小層水平段穿行小層比例約21.19%，產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率為11.47%(圖4)。統(tǒng)計分析結(jié)果表明：①小層產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率優(yōu)于③小層，③小層優(yōu)于④小層，產(chǎn)氣剖面資料解釋結(jié)果表明頁巖氣水平井各段產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率和鉆遇層位相匹配。

3.2 段產(chǎn)氣量受地質(zhì)因素控制

涪陵焦石壩區(qū)塊上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組含氣頁巖段具有較強的非均質(zhì)性特征，導(dǎo)致頁巖氣井軌跡鉆遇不同小層的水平段產(chǎn)氣量及產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率存在差異。以JY1HF井為例，該井水平段長1008m，分15段進(jìn)行水力加砂壓裂，各壓裂段對應(yīng)到導(dǎo)眼井如圖5所示，結(jié)合巖心分析結(jié)果及巖心實測數(shù)據(jù)，表明頁巖氣水平井單段產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率受地質(zhì)因素控制較為明顯。

圖4 JY12-1HF井各小層鉆遇率與產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率對比圖(20×104m3/d)

3.2.1 有機碳含量與單段產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率

該井水平井軌跡主要鉆遇④～⑨小層，在井口氣6.06×104m3/d的生產(chǎn)制度下測試產(chǎn)氣剖面。巖心實測縱向④～⑤小層總有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)w(TOC)較高，對應(yīng)的產(chǎn)氣量較高，約占總產(chǎn)氣量的90.0%；⑧～⑨小層w(TOC)次之，產(chǎn)氣量約占9.0%；⑥～⑦小層w(TOC)最低，產(chǎn)氣量較低，僅占1.0%(圖5)。從各壓裂段的單段產(chǎn)氣量與實測w(TOC)相關(guān)圖(圖6)上看，單段產(chǎn)氣量與實測w(TOC)具有較好的正相關(guān)關(guān)系。

3.2.2 孔隙度與單段產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率

從巖心實測孔隙度分段統(tǒng)計情況來看，JY1HF井④～⑤小層儲集性能最為優(yōu)越，平均有效孔隙度為5.3%；其次為⑧～⑨小層，平均有效孔隙度為4.81%；⑥～⑦小層最差，平均有效孔隙度為3.77%。根據(jù)上述結(jié)果，JY1HF井孔隙度縱向上可分為3段，④～⑤小層有效孔隙度較高，對應(yīng)的產(chǎn)氣量較高4.81%，約占總產(chǎn)氣量的90.0%；⑧～⑨小層有效孔隙度次之，產(chǎn)氣量約占9.0%；⑥～⑦小層有效孔隙度最低3.77%，產(chǎn)氣量較低，僅占1.0%(圖5)。從單段產(chǎn)氣量與實測有效孔隙度相關(guān)圖(圖7)上看，JY1HF井單段產(chǎn)氣量與實測有效孔隙度具有明顯的正相關(guān)關(guān)系。

3.2.3 含氣量與單段產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率

JY1HF井巖心現(xiàn)場實測含氣量縱向上④～⑤小層含氣量較高，平均為2.81m3/t，產(chǎn)氣量約占90.00%；⑧～⑨小層含氣量次之，平均為2.04m3/t，產(chǎn)氣量約占9.0%；⑥～⑦小層含氣量最低，平均為1.57m3/t，產(chǎn)氣量較低，僅占1.0%(圖5)。從單段產(chǎn)氣量與現(xiàn)場實測含氣量相關(guān)圖(圖8)上看，JY1HF井單段產(chǎn)氣量與現(xiàn)場實測含氣量呈正相關(guān)關(guān)系。

3.3 壓裂加砂異常井段產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率偏低

頁巖氣是通過多段水力壓裂后形成的“人工改造氣藏”來開發(fā)的[11]，壓裂砂是產(chǎn)氣通道的支撐劑，填充在壓開的裂縫通道內(nèi)，防止裂縫閉合，使底層內(nèi)流體能順利通過裂縫流入井筒，加砂量一定程度上能代表氣體滲流通道的大小。統(tǒng)計研究結(jié)果表明，頁巖氣水平井壓裂段加砂量的大小直接影響該段產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率。

圖6 JY1HF井單段產(chǎn)氣量與實測w(TOC)相關(guān)圖

圖7 JY1HF井單段產(chǎn)氣量與實測有效孔隙度相關(guān)圖

圖8 JY1HF井單段產(chǎn)氣量與實測含氣量相關(guān)圖

JY46-3HF井井眼軌跡較平緩，整體鉆遇于③號小層，頁巖儲層品質(zhì)差異較小，影響水平井單段產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率的因素主要為工程因素。該井分19段完成壓裂(表1)，其中第1、2、5、6、10、13段壓裂加砂量少(小于工區(qū)單段壓裂加砂量)，對應(yīng)產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率明顯偏低。JY46-3HF井在井口氣9×104、13.5×104m3/d的兩種生產(chǎn)制度下測試，單段產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率與單段加砂量呈現(xiàn)較好的正相關(guān)關(guān)系(圖9)。

表1 JY46-3HF井壓裂加砂量與產(chǎn)氣剖面測試結(jié)果表

圖9 JY46-3HF井單段產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率與單段加砂量相關(guān)圖

4 研究成果在頁巖氣田開發(fā)中應(yīng)用

4.1 指導(dǎo)水平井軌跡鉆遇層位設(shè)計

根據(jù)地質(zhì)條件認(rèn)識，涪陵焦石壩奧陶系五峰組-志留系龍馬溪組①～③小層為富碳高硅優(yōu)質(zhì)含氣頁巖，是水平井軌跡最優(yōu)穿行層段。從產(chǎn)氣剖面測試資料分析結(jié)果看，研究區(qū)頁巖氣井水平段鉆遇①～③小層的井段產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率和貢獻(xiàn)量均高于其他小層。因此頁巖氣水平井軌跡穿行層段選擇五峰組-龍馬溪組①～③小層，且穿行位置要盡可能靠近氣層底部。下面以JY8平臺JY8-1HF井、JY8-2HF井及JY8-3HF井3口井為例，水平井眼軌跡鉆遇①+③小層比例分別為40%、100%、70%。JY8-2HF井水平井眼軌跡鉆遇①+③小層比例最高(100%)，單井試氣產(chǎn)能最高。其次為JY8-3HF井，鉆遇①+③小層比例最小的JY8-3HF井單井試氣產(chǎn)能最低，這3口井單井試氣產(chǎn)能與水平段鉆遇①+③小層的比例相符(表2)。

表2 焦石壩區(qū)塊JY8號平臺頁巖氣井鉆遇層位與產(chǎn)能統(tǒng)計表

4.2 有效評價頁巖產(chǎn)層產(chǎn)能

頁巖氣井實施壓裂改造后放噴試產(chǎn)能夠?qū)θ木C合產(chǎn)能進(jìn)行評價，但無法對一個開發(fā)層系中的各個產(chǎn)層的能力進(jìn)行評價[12]，產(chǎn)氣剖面測試正好彌補了常規(guī)產(chǎn)能測試評價的不足，同時能夠針對非均質(zhì)性較強的頁巖氣井各小層的產(chǎn)氣能力進(jìn)行有效評價。

對已測試產(chǎn)氣剖面的32口井的資料解釋結(jié)果進(jìn)行分析，表明①～③小層為五峰組-龍馬溪組頁巖氣主要產(chǎn)層，水平段長所占比例為75.97%，產(chǎn)氣貢獻(xiàn)比例為82.10%；④～⑤小層為次要產(chǎn)層，水平段長所占比例為8.67%，產(chǎn)氣貢獻(xiàn)比例為16.32%；⑧～⑨小層為較差產(chǎn)層，水平段長所占比例為3.88%，產(chǎn)氣貢獻(xiàn)比例為0.84%；⑥～⑦小層產(chǎn)氣貢獻(xiàn)最低，水平段長所占比例為1.48%，產(chǎn)氣貢獻(xiàn)比例為0.74%，總體上產(chǎn)氣剖面測試解釋結(jié)果與頁巖儲層物性評價結(jié)果相符。

4.3 指導(dǎo)壓裂工藝參數(shù)優(yōu)化

產(chǎn)氣剖面測試資料解釋結(jié)果可以有效地指導(dǎo)壓裂工藝優(yōu)化和調(diào)整。以位于焦石壩南部的JY8HF井為例，該井采用4種工藝完成前6段壓裂后開展中途測試，測試井口壓力13.57MPa下產(chǎn)量8.96×104m3/d。產(chǎn)氣剖面測試結(jié)果顯示第4段產(chǎn)氣量最高，產(chǎn)氣貢獻(xiàn)比例為25.95%，表明第4段的壓裂工藝適應(yīng)性好。后續(xù)壓裂段按照優(yōu)化后的模式“提升排量、快提砂比、控制縫長、暫堵轉(zhuǎn)向”完成施工，壓裂施工曲線出現(xiàn)明顯的破裂特征(壓力上升后突然下降)，壓力變化幅度較優(yōu)化前增大。全部壓裂段完成后試氣效果明顯，穩(wěn)定井口壓力17.0MPa下，獲得20.9×104m3/d的高產(chǎn)工業(yè)氣流，產(chǎn)氣剖面測試結(jié)果對壓裂工藝優(yōu)化和調(diào)整效果較為明顯。

5 認(rèn)識與結(jié)論

1)涪陵頁巖氣田焦石壩區(qū)塊頁巖氣水平井各段產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率不均一，且單段產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率與鉆遇層位地質(zhì)評價相匹配，縱向上①～③小層為主要產(chǎn)層，④～⑤小層為次要產(chǎn)層，⑥～⑨小層相對較差，因此區(qū)塊頁巖氣水平井軌跡穿行層段選擇①～③小層，且穿行位置要盡可能靠近氣層底部，有效指導(dǎo)了工區(qū)水平井軌跡鉆遇層位設(shè)計。

2)產(chǎn)氣剖面資料分析結(jié)果表明，單段產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率與巖心實測有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)、孔隙度、含氣量等地質(zhì)參數(shù)具有較好的正相關(guān)關(guān)系，明確了各段產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率受地質(zhì)因素控制明顯。

3)頁巖氣水平井壓裂段加砂量的多少直接影響該段產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率，加砂異常壓裂段對應(yīng)產(chǎn)氣貢獻(xiàn)率偏低。

4)利用產(chǎn)氣剖面測試資料解釋結(jié)果可以有效地指導(dǎo)壓裂試氣工藝優(yōu)化和調(diào)整，評價壓裂工藝適應(yīng)性。

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[編輯] 黃鸝

2016-09-30

國家科技重大專項(2016ZX05060)；中國石油化工集團公司頁巖氣示范項目(FS13006)。

李繼慶(1972-)，男，碩士，高級工程師，長期從事油氣田開發(fā)和科研生產(chǎn)綜合管理工作；通信作者：梁榜，lb_jhyjy@163.com。

TE375

A

1673-1409(2017)11-0075-07

[引著格式]李繼慶，梁榜，曾勇，等.產(chǎn)氣剖面井資料在涪陵焦石壩頁巖氣田開發(fā)的應(yīng)用[J].長江大學(xué)學(xué)報(自科版), 2017,14(11):75～81.