海相碳酸盐岩岩石力学特性研究及软件开发

2011-04-23甘新星长江大学石油工程学院湖北荆州434023

长江大学学报(自科版) 2011年7期

甘新星 (长江大学石油工程学院,湖北荆州434023)

王越之 (长江大学科学技术处,湖北荆州434023)

贾善坡 (长江大学城市建设学院,湖北荆州434023)

随着能源需求的增大和油气勘探开发的深入,缝洞型海相碳酸盐岩油气藏其储量规模较大,具有较高产能,海相碳酸盐岩油气藏对于我国油气的接替具有重要的意义。近几年在川东北的普光气田、塔里木塔河油田和鄂尔多斯大牛地天然气田,海相碳酸盐岩地层都有重大发现,由于海相碳酸盐岩地层与常规的砂岩地层勘探开发技术有本质的不同,为了经济、高效地勘探和开发海相碳酸盐岩油气藏,迫切需要进行系统研究。下面,笔者在调研和吸取国内外海相碳酸盐岩研究成果的基础上,运用中石化普光气田的岩心、测井资料,通过室内试验和现场测井资料反复的结合,确定海相碳酸盐岩的岩石力学特性参数[1],为相关研究提供数据。

1 碳酸盐岩力学参数预测模式

1.1 研究方法

调研国内外海相碳酸盐岩地层资料及研究成果,针对中国石化主要海相碳酸盐岩勘探区,选取海相碳酸盐岩露头地层岩样和钻井取芯岩样,针对海相碳酸盐岩复杂储层孔缝洞发育、温度围压高的特点开展声波和力学特性研究,进行裂隙对碳酸盐岩声波特性影响的试验研究和数值模拟分析,得出不同裂隙分布状态下碳酸盐岩的声波响应特征;完成常规温度和围压条件下碳酸盐岩的声波测试和力学特性试验,得到海相碳酸盐岩声波、力学特性参数的分布特征和变化规律;总结分析声波测井、实验室声波特性和力学特性相互间的关系,建立岩石强度、变形等力学参数预测模型[2,3]。

1.2 预测模型

运用上述实验原理与方法,通过对海相碳酸盐岩理学特性研究,得到碳酸盐岩理学参数预测模型。地层条件下碳酸盐岩静弹性模量和动弹性模量之间的关系为:

式中,Es为静弹性模量,GPa;Ed为动弹性模量,GPa。

在地层条件下,碳酸盐岩的静泊松比基本上随声波速度的增加而增加,泊松比的预测模型为:

式中,μs为静泊松比;Vp为声波速度,m/s。

碳酸盐岩单轴抗压强度的范围在40～120MPa,碳酸盐岩单轴抗压强度与其纵波速度之间基本满足线性关系,岩石声波速度与高温不同围压条件下岩石声波速度具有正相关性,单轴抗压强度预测模型:

式中,Rc为碳酸盐岩单轴抗压强度,MPa。

单轴抗拉强度范围在2～4MPa,岩石声波速度与高温不同围压条件下岩石声波速度具有正相关性,单轴抗张强度预测模型:

式中,Rt为碳酸盐岩单轴抗拉强度,MPa。

2 海相碳酸盐岩岩石力学参数分析计算模块

为了便于运用测井资料求取岩石力学特性参数,笔者利用CNPC石油勘探数据中心研制开发的Forward测井软件作为开发平台,在开发过程中吸收了Forward软件的一些研究成果和编程思想,实现碳酸盐岩岩石力学参数测井综合评价与Forward平台的结合。程序运行流程如图1所示。

图1 程序流程图

“海相碳酸盐岩岩石力学参数分析模块”具有如下特点:

1)交互处理功能的实现各模块用户界面友好,有清楚的提示和较强的容错能力,通过在界面上的参数卡进行编辑,将专家经验以直接修正解释参数的方式表达出来,实现人机交互的目的。

2)充分应用Forward SDK软件开发工具包基于Forward平台,利用We11Base软件开发工具包SDK,将各模块集成到碳酸盐岩岩石力学参数测井综合评价模块系统中。Forward SDK软件开发工具包底层稳定,使用方便灵活,为应用模块的进一步开发提供了有力的工具。

3)充分挖掘测井绘图模块的功能根据需要充分挖掘Forward平台测井绘图模块的功能,编制大量绘图模板,所绘成果图件精美、直观。

4)充分利用表项的作用表项 (Table)在该评价模块研发过程中发挥了积极的作用,特别是在人机交互处理实现方面,让测井解释人员一目了然,这应该归功于Forward软件数据底层的稳定性。

3 工程应用

将编制的 “海相碳酸盐岩岩石力学参数分析模块”运用到普光气田的5口井预测。对其5口井进行计算,然后与收集到的实测结果数据进行比较。该5口井位于河坝场构四川盆地通南巴地区通江县境内通南巴构造最南端南阳场断背斜构造上一个次级构造单元造高点长轴上,下三叠统飞仙关组三段气藏是河坝场构造的主要气藏。飞三段岩性主要为灰、深灰色微晶灰岩与灰色、深灰色亮晶砂屑鲕粒灰岩、鲕粒灰岩不等厚互层,储层主要为灰色鲕粒灰岩。运用开发的软件 “海相碳酸盐岩岩石力学参数分析模块”分别用组合测井数据和全波列测井数据计算,如图2所示。

通过比较可知,运用有横波全波列测井资料计算的岩石力学参数与没有横波资料的组合测井资料计算的岩石力学参数基本相符。将计算的岩石抗压强度与实验室测量得到的结果进行比较见表1,数据接近,证明上述结果具有较好的符合率。通过3个井深处实测结果与计算结果比较平均符合率为87.4%,可以满足现场应用的需要。