基于测井信息的致密油层射孔优化选层方法研究

夏宏泉, 文晓峰, 冯春珍, 王伟

(1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室, 西南石油大学, 四川 成都 610500; 2.中国石油集团测井有限公司长庆事业部, 陕西 西安 710201)

0 引 言

中国陆相致密油层突出的低孔隙度、低渗透率、低压力特征导致开发过程中产量递减快、能量补充困难、动用效果差,有效开发面临诸多挑战[1-2]。鄂尔多斯盆地致密油层只有通过压裂改造才能获得工业产能[3]。射孔技术在储层压裂改造中突显重要作用,可以控制压裂缝延伸方向、降低储层破裂压力、增加泄油面积等[4],射孔层段和位置的优选显著影响储层压裂效果。为高效开发这类储层,将测井评价技术与射孔压裂工艺相结合,进行致密油储层的射孔优化设计。

盆地研究应用在传统测井解释居多,与实际生产工程应用结合不够,缺乏成熟配套的、充分利用测井资料进行致密油储层射孔优化设计的技术,尤其在自动快速优选射孔层段和位置方面,深入开展这方面的技术攻关研究是非常有必要的[5]。本文针对鄂尔多斯盆地延长组致密油储层的地质特征,利用测井资料建立射孔层段和射孔位置的综合评价与优选指标模型,自动快速优选出射孔层段及其射孔位置,旨在为射孔优化设计与施工提供地质甜点依据,满足致密油开发对测井精细解释的需求。

1 射孔层位及位置优选方法原理

1.1 基于BZ指标的射孔优化选层

低孔隙度低渗透率储层的射孔优化方案不仅需要确定孔深、孔径、相位与孔密等射孔几何参数[6-8],而且首先需要对射孔层位及射孔位置进行优选。鄂尔多斯盆地陇东地区延长组储层以低孔隙度低渗透率致密油为主要特征,储层渗流阻力大、连通性差,仅采用高孔密、深穿透的射孔完井方法难以形成工业油气流。对于该类储层一般要求进行后期储层改造,射孔不能作为提高产能的最终手段,只能作为体积改造前的一个重要预处理过程[2]。

研究表明[4-3],储层品质好是优选射孔和压裂层位的一个关键因素。实际生产中,开展储层射孔层段优选评价时,必须具备良好的储层品质,即要求有较高的孔隙度、渗透率和含油饱和度及足够的有效厚度,且脆性指数大、最小水平主应力和破裂压力均低。为此,提出了一种射孔层位优选方法,即利用自然伽马、电阻率、密度和声波时差等测井曲线计算的孔隙度、渗透率、含水饱和度、脆性和地应力及破裂压力等参数建立综合评价射孔段优劣的储层品质指标BZ。当储层段φ、K、So和He及IB增大,而地应力和破裂压力都减小时,BZ值增大,说明其物性、含油性和脆性及可压性变好。根据BZ值的大小对单井欲射孔打开的层段按品质优劣进行排序,从而达到优选射孔层段的目的。统计对比盆地延长组致密油的测试数据,研究发现,单井产能越高的层段,其BZ值越大[5]。射孔选层的综合评价指标参数计算公式为

(1)

式中,BZ为射孔选层的综合评价指标(可以不考虑其量纲);α为地层打开位置系数(油层顶部打开,α=0.8;油层中部打开,α=1.0;油层底部打开,α=0.5),无量纲;φ为地层孔隙度,%;K为地层渗透率,mD*非法定计量单位,1 mD=0.987×10-3 μm2,下同;He为射开层段有效厚度(如逐点计算,则为深度采样间隔),m;IB为脆性指数,%;Sw为含水饱和度,%;σh为水平最小主应力,MPa;pf为破裂压力,MPa。

式(1)中所用到的储层孔隙度、渗透率、含水饱和度和有效厚度等参数来自于常规测井精细解释的地质应用结果,而脆性指数、水平最小主应力和破裂压力这些参数来自于测井曲线的岩石力学工程应用解释结果。结合弹性模量和泊松比等岩石力学实验数据与动、静态的理论公式推导变换,得出工区延长组地层利用测井曲线计算脆性指数IB的公式为

(2)

式中,IB为脆性指数,%;Δts为横波时差,μs/m;Δtc为纵波时差,μs/m;ρb为体积密度,g/cm3;C为单位换算系数,取105。Δts为偶极横波测井数据文件提取结果或横波时差曲线构建公式计算结果。

1.2 基于BSZ指标的射孔优化位置确定

目前,油气井射孔方案优化设计主要研究孔深、孔密、孔径、射孔相位与射孔负压等参数对产能的影响,对储层打开位置的研究较少[9-11]。为提高油气井压裂效果及单井产能,还需要对射孔位置进行研究。

利用综合指标BZ从大到小优选出的射孔层段,在实际射孔施工中并不是全部射开,这就需要确定每个层段(一般选其中前10个层段)的射孔打开位置。在已优选的射孔层段内,先逐点计算BZ值并对其按照射孔枪长进行积分,求取射孔段的BZ总值(即BSZ),

然后比较不同井深的BSZ值大小确定

具体的射孔起始深度位置。BSZ最大值对应的深度点即为优化射孔段顶深。每层射孔起始深度处BSZ值的计算公式为

(3)

BSZ,max=max [BSZ(i)],i=1,…,N-M+1

(4)

式中,N为优选层段总点数,N=(D2-D1)/HRLEV;M为射孔段总点数,M=LHPCT/HRLEV;LHPCT为射孔段长度(与射孔枪长有关),m;D2为油层底深,m;D1为油层顶深,m;BSZ,max为油层中射孔段起始深度处的BSZ最大值;BZ(j)为射孔段内第j点的BZ值;HRLEV为深度采样间隔,缺省值0.125 m;HWZ2为考虑油层结构、套管接箍等因素而需要适当微调射孔位置的井段长度,一般为0.5、1、2 m。

2 应用实例与效果分析

基于上述研究,编制了射孔优化选层程序(SWPU-YXCD-CPL.FOR)与地层岩性物性含油性解释程序、岩石脆性-地应力-破裂压力计算程序、射孔参数优化设计程序等形成了致密油射孔优化设计软件(LogToop)。处理了陇东地区多口井的测井资料,经统计分析,总结出了长6、长7和长8段致密油层的射孔优化方案[5](见表1)。表2为××4井的优化射孔选层结果。

表1 推荐的延长组致密油的射孔方式

表2 ××4井的优化射孔选层与实际射孔井段(位置)对比表

图1 ××4井长6、长7段、长8段致密油测井优选的射孔层段及位置(1 730～1 920 m段)*非法定计量单位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

图1为××4井基于测井信息优选射孔层位及位置的成果图。图1中第9道为利用式(1)～式(4)由测井曲线或参数计算的BZ指标曲线(实线)、BSZ指标曲线(虚线)与程序优选的射孔层段及位置结果,在该道里仅用带圆点的红色矩形方框标出了品质最好的射孔层段及位置(其他层段射孔的储层品质级别较低),且图1中BSZ曲线值进行了0～1标准化处理。通常,根据前3道常规9条测井曲线的特征,结合孔隙度、渗透率和饱和度及岩性体积分析剖面与油水层解释结果,可定性地优选射孔层段及位置。从图1和表2可以看出,该井的38、47、51、55号层(测井解释层号),其BZ值明显不同,按照BZ值从大到小优选射孔层段先后顺序为55、51、47、38号层,根据每层不同位置处BSZ值的大小优选出相应的射孔位置。

表3为该井从井底到井口方向的实际先后射孔井段、射孔枪弹、测井解释的孔隙度渗透率含油饱和度参数及射孔压裂后的产能统计。其中长82段1 897～1 901 m射孔位置段对应测井解释的55号层、长81段1 860～1 863 m射孔位置段对应测井解释的51号层、长72段1 790～1 793 m射孔位置段对应测井解释的47号层、长63段1 734～1 737 m射孔位置段对应测井解释的38号层。在油层合适部位进行射孔,形成很好的压裂起裂孔道后,1 897～1 901 m、1 860～1 863 m和1 734～1 737 m这3个射孔段均采用了水力(多级)加砂压裂而1 790～1 793 m射孔段采用光套管压裂,压裂后马上投产测试,产液量明显增大。例如长72段油层累计厚度为24.2 m,采用大孔径加深穿透方式射开中部1 790～1 793 m油层,射开程度只有12.1%,但产纯油15.22 t/d。

应用表明,根据式(1)～式(4)能较好地优选出射孔层段及具体射孔位置。BZ值越大表示可优先在该层射孔,效果越好;且从同一层段内BSZ曲线最大值对应的深度处开始射孔,打开油层效果越好。考虑到油层结构、井身结构和套管接箍等因素影响,实际射孔时需要将优选的射孔井段上移或下移到合适的位置[5]。表2中个别层段的实际射孔位置与优选射孔位置略有差异,是在实际施工中对射孔段做了深度微调。

表3 ××4井长8长6段致密油射孔压裂后的产能统计

3 结 论

(1) 鄂尔多斯盆地三叠系延长组长6—长8段致密油,无论是直井还是水平井开发,只有通过定向立体射孔、分段体积压裂才能获得工业产能。其中基于射孔优化选层的多簇射孔及大规模分段多级压裂已成为盆地致密油的主体开发技术。

(2) 测井资料具有信息量大、分辨率高和连续性好等优点,包含丰富的地层岩性、物性、含油性、脆性和地应力及破裂压力等信息。利用测井曲线计算这些参数,可进行射孔方案的优化设计,尤其是可用于寻找致密油射孔的地质和工程甜点。

(3) 充分考虑延长组致密油层的岩性、物性、含油性、有效厚度、储层类型、油层结构和岩石力学特征(脆性)及地应力和破裂压力等参数,构建致密油射孔优化选层的综合评价指标模型,从单井剖面上测井解释的油(气)水层中自动优选出最优射孔层段及位置是可行的。应用该方法对多口直井和水平井进行了自动快速射孔优化选层,优选位置与实际射孔位置比较一致,射孔压裂后单井产能有明显提高,满足了致密油开发对测井工程应用解释的要求。

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