徐春碧 肖暉 楊德普 巴悅

(重慶科技學院石油與天然氣工程學院， 重慶 401331)

利用綜合甜點對YDN地區(qū)龍馬溪組頁巖儲層進行可壓性評價

徐春碧 肖暉 楊德普 巴悅

(重慶科技學院石油與天然氣工程學院， 重慶 401331)

依據(jù)YDN區(qū)塊的開發(fā)特性，綜合地質(zhì)甜點和工程甜點因素，評價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、孔隙度及巖石力學參數(shù)表征儲層的含氣性和壓裂難易程度，利用地質(zhì)甜點指數(shù)、工程甜點指數(shù)確定研究區(qū)的地質(zhì)甜點段和工程甜點段，依據(jù)綜合甜點指數(shù)確定有利壓裂區(qū)域。該區(qū)域產(chǎn)量貢獻率最高，壓裂效果良好。

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

可壓性表征的是頁巖儲層可以進行有效改造的難易程度。目前可壓性評價主要分為巖心試驗法和可壓性系數(shù)法。國外已有研究者在考慮頁巖脆性特征的基礎上建立了可壓性評價模型[1-2]。國內(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上建立了可壓裂系數(shù)評價模型[3]。蔣廷學等人以壓裂施工參數(shù)為基礎，從油藏能量的角度提出了可壓性指數(shù)計算方法[4]。王漢青等人基于地質(zhì)甜點與工程甜點綜合評價，建立了基于權重分配的頁巖氣儲層可壓性評價模型[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價方法[6]。

YDN地區(qū)頁巖致密，儲層具有低孔、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)甜點和工程甜點因素綜合分析，評價該區(qū)塊的含氣潛力和易改造潛力，計算綜合甜點指數(shù)，并確定有利的壓裂井段。

1 地質(zhì)甜點因素分析

地質(zhì)甜點可反映頁巖氣儲層的含氣潛力，其主要參數(shù)包括有機質(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YDN地區(qū)頁巖氣含氣量的主控因素進行了分析，認為總有機碳含量(TOC含量)、孔隙度與該區(qū)塊含氣量的關系最為密切[7]。因此，本次研究選用TOC含量和孔隙度作為表征地質(zhì)甜點的2個參數(shù)。

1.1 TOC含量

TOC含量是甄選優(yōu)質(zhì)頁巖氣儲層的關鍵參數(shù)之一：(1) TOC含量直接決定了頁巖氣儲層的含氣量。有研究表明，TOC含量與吸附氣能力成正比，而頁巖基質(zhì)比有機質(zhì)的孔滲物性稍差，對裂縫的發(fā)育和分布有一定影響[8]。(2) TOC含量對含氣頁巖的密度影響巨大，進而對頁巖儲層的力學性質(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，測得儲層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)龍馬溪組頁巖儲層的有機質(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

頁巖氣儲層非均質(zhì)性極強，孔隙度和滲透率低，納米孔隙廣泛發(fā)育，結(jié)構復雜，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)。可以看出，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較好。

圖2 孔隙度分布圖

1.3 地質(zhì)甜點指數(shù)

地質(zhì)甜點是一項綜合指標，通過計算地質(zhì)甜點指數(shù)可以找到縱向上含氣量最大的層段。計算地質(zhì)甜點指數(shù)[5]：

S地質(zhì)=(S1，S2)(ω1，ω2)T

(1)

式中：S地質(zhì)—— 地質(zhì)甜點指數(shù)；

S1—— 標準化的TOC含量；

S2—— 標準化的孔隙度；

ω1—— TOC含量的權重；

ω2—— 孔隙度的權重。

各深度處的TOC含量以最小值1.20%為最低標準，以最大值6.10%為最高標準。進行標準化處理：

(2)

同理得到S2的標準化處理：

(3)

因為TOC含量與孔隙度對含氣量的影響程度基本相當，所以設二者的權重均為0.5。則式(1)可表示為：

(4)

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

2 工程甜點因素分析

從儲層力學性質(zhì)方面入手，考慮到脆性破壞對頁巖壓裂的影響，用楊氏模量和泊松比2個力學參數(shù)來表征工程甜點。

2.1 巖石力學分析

楊氏模量和泊松比是頁巖的重要力學參數(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[6]，壓裂時就越容易形成復雜裂縫。

利用高溫高壓巖石三軸試驗儀器測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最大，且泊松比較低，因此可初步推斷該井段為工程甜點段。在2 700 — 2 802 m處楊氏模量相對較小，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段，壓裂效果如何，還要通過計算和現(xiàn)場試驗進一步驗證。

2.2 工程甜點指數(shù)

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

(5)

式中：S工程—— 工程甜點指數(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。

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

3 綜合甜點指數(shù)

應用頁巖氣地質(zhì)甜點指數(shù)和工程甜點指數(shù)，計算頁巖氣綜合甜點指數(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—— 頁巖氣綜合甜點指數(shù)；

ω地質(zhì)—— 地質(zhì)甜點權重；

ω工程——工程甜點權重。

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

圖3 儲層段綜合甜點指數(shù)分布圖

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

4 現(xiàn)場試驗

運用上述綜合甜點指數(shù)模型，找到Y(jié)DN地區(qū)龍馬溪組W井的綜合甜點區(qū)，實施重點壓裂。W井水平段長達1 504.21 m，采用泵送橋塞分段壓裂聯(lián)作壓裂工藝，共分22段實施壓裂(見圖4)。其中，第12 — 15段、第6 — 10段為綜合甜點區(qū)，每段進行3簇射孔。

圖4 W井現(xiàn)場分段壓裂示意圖

根據(jù)W井生產(chǎn)測試情況，地面計量產(chǎn)氣量6×104m3d。壓后現(xiàn)場試驗結(jié)果顯示，綜合甜點區(qū)產(chǎn)氣量貢獻最大超過80%，其余各級產(chǎn)氣貢獻較小。W井壓后試氣無阻流量為15.8×104m3d，40 d后按6×104m3d配產(chǎn)，累計產(chǎn)氣4 911.6×104m3?，F(xiàn)場壓裂效果良好，證實了采用綜合甜點指數(shù)評價的可行性。

5 結(jié) 語

依據(jù)YDN地區(qū)的開發(fā)特點，綜合考慮地質(zhì)甜點和工程甜點的影響，從評價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)含氣量關系密切。通過巖樣分析，得到兩項指標的測試結(jié)果，運用地質(zhì)甜點指數(shù)模型進行優(yōu)選，確定龍一11亞段(2 395 — 2 412 m)為地質(zhì)甜點段，其地質(zhì)甜點指數(shù)為0.73。

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

通過計算綜合甜點指數(shù)，確定了有利壓裂井段。W井生產(chǎn)測試資料顯示，綜合甜點區(qū)的產(chǎn)量貢獻率較高。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)，累計產(chǎn)氣量為4 911.6×104m3，壓裂效果良好。

[1] WANG Y, MISKIMINS J. Experimental investigations of hydraulic fracture growth complexity in slickwater fracturing treatments[J]. Environmental Science & Technology, 2010, 49(14):8777-8785.

[2] QI W, YUN X, WANG T, et al. The revolution of reservoir stimulation:an introduction of volume fracturing[J]. Natural Gas Industry, 2011, 31(4):6-7.

[3] 唐穎, 邢云, 李樂忠,等. 頁巖儲層可壓裂性影響因素及評價方法[J]. 地學前緣, 2012, 19(5):356-363.

[4] 蔣廷學, 卞曉冰, 蘇瑗,等. 頁巖可壓性指數(shù)評價新方法及應用[J]. 石油鉆探技術, 2014, 42(5):16-20.

[5] 王漢青, 陳軍斌, 張杰,等. 基于權重分配的頁巖氣儲層可壓性評價新方法[J]. 石油鉆探技術, 2016, 44(3):88-94.

[6] 趙金洲, 許文俊, 李勇明,等. 頁巖氣儲層可壓性評價新方法[J]. 天然氣地球科學, 2015, 26(6):1165-1172.

[7] 張琴, 劉洪林, 拜文華,等. 渝東南地區(qū)龍馬溪組頁巖含氣量及其主控因素分析[J]. 天然氣工業(yè), 2013, 33(5):35-39.

[8] 胡昌蓬, 徐大喜. 頁巖氣儲層評價因素研究[J]. 天然氣與石油, 2012, 30(5):38-42.

[9] 劉雙蓮, 李浩, 張元春. TOC含量對頁巖脆性指數(shù)影響分析[J]. 測井技術, 2015, 39(3):352-356.

[10] 張瑜, 閆建萍, 賈祥娟,等. 四川盆地五峰組 — 龍馬溪組富有機質(zhì)泥巖孔徑分布及其與頁巖含氣性關系[J]. 天然氣地球科學, 2015, 26(9):1755-1762.

[11] 蔣廷學, 卞曉冰. 頁巖氣儲層評價新技術：甜度評價方法[J]. 石油鉆探技術, 2016, 44(4):1-6.

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

重慶市國土局資源和房屋管理局科技計劃項目“頁巖氣儲層復雜裂縫形成機理實驗研究”(KJ-2015046)

徐春碧(1964 — )，女，重慶人，碩士，教授，研究方向為油氣藏動態(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價及技術風險分析。

P618

A

1673-1980(2017)06-0001-04