徐春碧 肖暉 楊德普 巴悅

(重慶科技學(xué)院石油與天然氣工程學(xué)院， 重慶 401331)

利用綜合甜點(diǎn)對(duì)YDN地區(qū)龍馬溪組頁巖儲(chǔ)層進(jìn)行可壓性評(píng)價(jià)

徐春碧 肖暉 楊德普 巴悅

(重慶科技學(xué)院石油與天然氣工程學(xué)院， 重慶 401331)

依據(jù)YDN區(qū)塊的開發(fā)特性，綜合地質(zhì)甜點(diǎn)和工程甜點(diǎn)因素，評(píng)價(jià)其含氣潛力和易改造潛力，從而確定有利的壓裂井段。選定TOC含量、孔隙度及巖石力學(xué)參數(shù)表征儲(chǔ)層的含氣性和壓裂難易程度，利用地質(zhì)甜點(diǎn)指數(shù)、工程甜點(diǎn)指數(shù)確定研究區(qū)的地質(zhì)甜點(diǎn)段和工程甜點(diǎn)段，依據(jù)綜合甜點(diǎn)指數(shù)確定有利壓裂區(qū)域。該區(qū)域產(chǎn)量貢獻(xiàn)率最高，壓裂效果良好。

YDN地區(qū)； 地質(zhì)甜點(diǎn)； 工程甜點(diǎn)； 綜合甜點(diǎn)指數(shù)

可壓性表征的是頁巖儲(chǔ)層可以進(jìn)行有效改造的難易程度。目前可壓性評(píng)價(jià)主要分為巖心試驗(yàn)法和可壓性系數(shù)法。國(guó)外已有研究者在考慮頁巖脆性特征的基礎(chǔ)上建立了可壓性評(píng)價(jià)模型[1-2]。國(guó)內(nèi)唐穎等人在考慮頁巖脆性、天然裂縫、石英含量及成巖作用影響的基礎(chǔ)上建立了可壓裂系數(shù)評(píng)價(jià)模型[3]。蔣廷學(xué)等人以壓裂施工參數(shù)為基礎(chǔ)，從油藏能量的角度提出了可壓性指數(shù)計(jì)算方法[4]。王漢青等人基于地質(zhì)甜點(diǎn)與工程甜點(diǎn)綜合評(píng)價(jià)，建立了基于權(quán)重分配的頁巖氣儲(chǔ)層可壓性評(píng)價(jià)模型[5]。趙金洲等人綜合頁巖脆性、斷裂韌性、天然弱面等因素分析，提出了新的可壓性評(píng)價(jià)方法[6]。

YDN地區(qū)頁巖致密，儲(chǔ)層具有低孔、低滲的特性，物性差異較大，優(yōu)選頁巖氣井的壓裂井段是目前開發(fā)面臨的首要問題。本次研究將基于地質(zhì)甜點(diǎn)和工程甜點(diǎn)因素綜合分析，評(píng)價(jià)該區(qū)塊的含氣潛力和易改造潛力，計(jì)算綜合甜點(diǎn)指數(shù)，并確定有利的壓裂井段。

1 地質(zhì)甜點(diǎn)因素分析

地質(zhì)甜點(diǎn)可反映頁巖氣儲(chǔ)層的含氣潛力，其主要參數(shù)包括有機(jī)質(zhì)豐度、鏡質(zhì)體反射率、孔隙度、滲透率、含水飽和度等。張琴等人對(duì)YDN地區(qū)頁巖氣含氣量的主控因素進(jìn)行了分析，認(rèn)為總有機(jī)碳含量(TOC含量)、孔隙度與該區(qū)塊含氣量的關(guān)系最為密切[7]。因此，本次研究選用TOC含量和孔隙度作為表征地質(zhì)甜點(diǎn)的2個(gè)參數(shù)。

1.1 TOC含量

TOC含量是甄選優(yōu)質(zhì)頁巖氣儲(chǔ)層的關(guān)鍵參數(shù)之一：(1) TOC含量直接決定了頁巖氣儲(chǔ)層的含氣量。有研究表明，TOC含量與吸附氣能力成正比，而頁巖基質(zhì)比有機(jī)質(zhì)的孔滲物性稍差，對(duì)裂縫的發(fā)育和分布有一定影響[8]。(2) TOC含量對(duì)含氣頁巖的密度影響巨大，進(jìn)而對(duì)頁巖儲(chǔ)層的力學(xué)性質(zhì)，尤其是脆性影響顯著[9]。

通過YDN區(qū)塊龍馬溪組露頭巖樣分析，測(cè)得儲(chǔ)層2 330 — 2 412 m段TOC含量，并據(jù)此繪制TOC分布圖(見圖1)。從圖1可以看出，YDN地區(qū)龍馬溪組頁巖TOC含量介于1.20%～6.10%。其中，龍一11與龍一12亞段(2 380 — 2 412 m段)平均TOC含量大于3.00%；龍一11亞段(2 395 — 2 412 m 段)TOC含量普遍大于2.00%，最高可達(dá)7.5%，平均為3.40%。而龍一12段(2 355 — 2 37 5 m段)TOC含量介于0.20%～1.60%，明顯變小，平均為0.80%。這些數(shù)據(jù)表明，YDN地區(qū)龍馬溪組頁巖儲(chǔ)層的有機(jī)質(zhì)豐度較高，在龍一11亞段(2 395 — 2 412 m段)TOC含量較高，含氣性好。

1.2 孔隙度

頁巖氣儲(chǔ)層非均質(zhì)性極強(qiáng)，孔隙度和滲透率低，納米孔隙廣泛發(fā)育，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，孔徑分布廣，且主體孔徑為介孔[10]。由于頁巖氣主要以吸附態(tài)和游離態(tài)的形式賦存于頁巖孔隙中，因此孔隙度在一定程度上決定了頁巖的含氣性。

圖1 TOC含量分布圖

通過YDN區(qū)塊龍馬溪組露頭巖樣分析，繪制出該區(qū)塊2 330 — 2 414 m層段孔隙度分布圖(見圖2)?？梢钥闯?，YDN區(qū)塊頁巖孔隙度分布介于1.70%～8.01%，其中龍一11亞段(2 395 — 2 412 m段)孔隙度分布最均勻，平均孔隙度大于5%，所以該層段的含氣性相對(duì)較好。

圖2 孔隙度分布圖

1.3 地質(zhì)甜點(diǎn)指數(shù)

地質(zhì)甜點(diǎn)是一項(xiàng)綜合指標(biāo)，通過計(jì)算地質(zhì)甜點(diǎn)指數(shù)可以找到縱向上含氣量最大的層段。計(jì)算地質(zhì)甜點(diǎn)指數(shù)[5]：

S地質(zhì)=(S1，S2)(ω1，ω2)T

(1)

式中：S地質(zhì)—— 地質(zhì)甜點(diǎn)指數(shù)；

S1—— 標(biāo)準(zhǔn)化的TOC含量；

S2—— 標(biāo)準(zhǔn)化的孔隙度；

ω1—— TOC含量的權(quán)重；

ω2—— 孔隙度的權(quán)重。

各深度處的TOC含量以最小值1.20%為最低標(biāo)準(zhǔn)，以最大值6.10%為最高標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理：

(2)

同理得到S2的標(biāo)準(zhǔn)化處理：

(3)

因?yàn)門OC含量與孔隙度對(duì)含氣量的影響程度基本相當(dāng)，所以設(shè)二者的權(quán)重均為0.5。則式(1)可表示為：

(4)

計(jì)算所得龍一11亞段(2 395 — 2 412 m段)地質(zhì)甜點(diǎn)指數(shù)最高值為0.73。

2 工程甜點(diǎn)因素分析

從儲(chǔ)層力學(xué)性質(zhì)方面入手，考慮到脆性破壞對(duì)頁巖壓裂的影響，用楊氏模量和泊松比2個(gè)力學(xué)參數(shù)來表征工程甜點(diǎn)。

2.1 巖石力學(xué)分析

楊氏模量和泊松比是頁巖的重要力學(xué)參數(shù)。楊氏模量反映了頁巖被壓裂后保持裂縫的能力，泊松比反映了頁巖在壓力下破裂的能力。一般情況下，楊氏模量越高、泊松比越低，則脆性越強(qiáng)[6]，壓裂時(shí)就越容易形成復(fù)雜裂縫。

利用高溫高壓巖石三軸試驗(yàn)儀器測(cè)定楊氏模量和泊松比。由于條件限制，頁巖樣品均來自同一口鉆井(W井)的水平段，其地層壓力、溫度和厚度均是固定值，這里圍壓取20 MPa，溫度為常溫。測(cè)得不同井段的楊氏模量與泊松比數(shù)據(jù)，見表1。

表1 楊氏模量與泊松比測(cè)試數(shù)據(jù)

從表1中可以看出，3 430 — 3 740 m井段的楊氏模量相對(duì)最大，且泊松比較低，因此可初步推斷該井段為工程甜點(diǎn)段。在2 700 — 2 802 m處楊氏模量相對(duì)較小，說明該段壓裂改造效果不理想的可能性最大。但其是否為工程甜點(diǎn)段，壓裂效果如何，還要通過計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。

2.2 工程甜點(diǎn)指數(shù)

采用常規(guī)工程甜點(diǎn)指數(shù)計(jì)算公式[11]計(jì)算該區(qū)塊的工程甜點(diǎn)指數(shù)：

(5)

式中：S工程—— 工程甜點(diǎn)指數(shù)；

Ec—— 楊氏模量， MPa；

Ecmax—— 最大楊氏模量， MPa；

Ecmin—— 最小楊氏模量， MPa；

μc—— 泊松比；

μcmax—— 最大泊松比；

μcmin—— 最小泊松比。

通過計(jì)算，發(fā)現(xiàn)3 430 — 3 510 m和3 610 — 3 740 m 井段的工程甜點(diǎn)指數(shù)接近，分別為0.75和0.69；其次是2 921 — 3 086 m井段，其工程甜點(diǎn)指數(shù)為0.41。

3 綜合甜點(diǎn)指數(shù)

應(yīng)用頁巖氣地質(zhì)甜點(diǎn)指數(shù)和工程甜點(diǎn)指數(shù)，計(jì)算頁巖氣綜合甜點(diǎn)指數(shù)[11]：

S綜合=(S地質(zhì)，S工程)(ω地質(zhì)，ω工程)T

(6)

式中：S綜合—— 頁巖氣綜合甜點(diǎn)指數(shù)；

ω地質(zhì)—— 地質(zhì)甜點(diǎn)權(quán)重；

ω工程——工程甜點(diǎn)權(quán)重。

由于YDN地區(qū)尚未有準(zhǔn)確的權(quán)重分配指標(biāo)，認(rèn)為兩者權(quán)重均為0.5。根據(jù)以上地質(zhì)甜點(diǎn)指數(shù)和工程甜點(diǎn)指數(shù)的計(jì)算結(jié)果得到綜合甜點(diǎn)指數(shù)，繪制綜合甜點(diǎn)指數(shù)與井深的曲線圖(見圖3)。

圖3 儲(chǔ)層段綜合甜點(diǎn)指數(shù)分布圖

從圖中可以看出，在3 430 — 3 730 m井段綜合甜點(diǎn)指數(shù)分布較均勻，綜合甜點(diǎn)指數(shù)值較大。因此，通過綜合甜點(diǎn)指數(shù)計(jì)算，得到Y(jié)DN地區(qū)龍馬溪組W井的綜合甜點(diǎn)段為3 430 — 3 740 m井段，選擇壓裂井段時(shí)優(yōu)先考慮綜合甜點(diǎn)段。

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

運(yùn)用上述綜合甜點(diǎn)指數(shù)模型，找到Y(jié)DN地區(qū)龍馬溪組W井的綜合甜點(diǎn)區(qū)，實(shí)施重點(diǎn)壓裂。W井水平段長(zhǎng)達(dá)1 504.21 m，采用泵送橋塞分段壓裂聯(lián)作壓裂工藝，共分22段實(shí)施壓裂(見圖4)。其中，第12 — 15段、第6 — 10段為綜合甜點(diǎn)區(qū)，每段進(jìn)行3簇射孔。

圖4 W井現(xiàn)場(chǎng)分段壓裂示意圖

根據(jù)W井生產(chǎn)測(cè)試情況，地面計(jì)量產(chǎn)氣量6×104m3d。壓后現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果顯示，綜合甜點(diǎn)區(qū)產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)最大超過80%，其余各級(jí)產(chǎn)氣貢獻(xiàn)較小。W井壓后試氣無阻流量為15.8×104m3d，40 d后按6×104m3d配產(chǎn)，累計(jì)產(chǎn)氣4 911.6×104m3。現(xiàn)場(chǎng)壓裂效果良好，證實(shí)了采用綜合甜點(diǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)的可行性。

5 結(jié) 語

依據(jù)YDN地區(qū)的開發(fā)特點(diǎn)，綜合考慮地質(zhì)甜點(diǎn)和工程甜點(diǎn)的影響，從評(píng)價(jià)該含氣潛力和易改造潛力的角度出發(fā)，尋找有利的壓裂井段。

TOC含量、孔隙度與研究區(qū)含氣量關(guān)系密切。通過巖樣分析，得到兩項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果，運(yùn)用地質(zhì)甜點(diǎn)指數(shù)模型進(jìn)行優(yōu)選，確定龍一11亞段(2 395 — 2 412 m)為地質(zhì)甜點(diǎn)段，其地質(zhì)甜點(diǎn)指數(shù)為0.73。

取研究區(qū)W井水平段巖樣，測(cè)量樣品的楊氏模量和泊松比，計(jì)算出各井段的工程甜點(diǎn)指數(shù)，確定3 430 — 3 510 m井段和3 610 — 3 740 m井段為工程甜點(diǎn)段。

通過計(jì)算綜合甜點(diǎn)指數(shù)，確定了有利壓裂井段。W井生產(chǎn)測(cè)試資料顯示，綜合甜點(diǎn)區(qū)的產(chǎn)量貢獻(xiàn)率較高。該井壓后試氣無阻流量為15.8×104m3d，40 d后按6×104m3d的產(chǎn)量配產(chǎn)，累計(jì)產(chǎn)氣量為4 911.6×104m3，壓裂效果良好。

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CompressibilityEvaluationofLongmaxiShaleReservoirinYDNAreaBasedonComprehensiveDessertIndex

XUChunbiXIAOHuiYANGDepuBAYue

(School of Petroleum and Natural Gas Engineering, Chongqing University of Science and Technology, Chongqing 401331, China)

Based on the development status of YDN block and comprehensive geological and engineering dessert factors, the evaluation of the gas bearing potential and the transformation potential is carried out so as to determine the favorable fracturing wells. The research shows that the content of TOC, porosity, rock mechanics parameters of reservoir can present the ability of gas bearing and difficulty degree in fracturing. So we analyze the above factors, and take the use of geological dessert index and engineering dessert index to determine the geological dessert section and engineering dessert section. Finally, the favorable fracturing area is found on the basis of the comprehensive composite dessert index. The field test results show that the yield contribution rate is the highest in this region, and the fracturing effect is good.

YDN area; geology desserts; engineering desserts; comprehensive dessert index

2017-09-11

重慶市國(guó)土局資源和房屋管理局科技計(jì)劃項(xiàng)目“頁巖氣儲(chǔ)層復(fù)雜裂縫形成機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究”(KJ-2015046)

徐春碧(1964 — )，女，重慶人，碩士，教授，研究方向?yàn)橛蜌獠貏?dòng)態(tài)描述及開發(fā)、油氣藏開發(fā)新工藝、高含硫氣藏開發(fā)工藝、油氣開采工藝安全評(píng)價(jià)及技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分析。

P618

A

1673-1980(2017)06-0001-04