致密油水平井双甜点评价及产能预测技术

2023-01-10安纪星邢成婧玉唐振兴刁乃铮史立媚于嘉慧

测井技术 2022年5期

安纪星,邢成婧玉,唐振兴,刁乃铮,史立媚,于嘉慧

(1.中国石油集团测井有限公司吉林分公司,吉林松原138000;2.大庆油田有限责任公司勘探开发研究院,四川成都610000;3.中国石油吉林油田公司勘探开发研究院,吉林松原138000)

0 引言

乾安地区扶余油藏储层物性横向、纵向变化较大,孔隙度主要集中在4%～12%,渗透率主要分布在0.01～0.32 mD(1)非法定计量单位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同,峰值不明显,物性差且单井产量低,因此,需要钻探水平井来增加产能。目前乾安地区每年钻探致密油水平井约90口,钻探水平段长度一般为1 200.0～1 400.0 m。由于砂体渐变快,追踪砂体困难,水平井存在钻遇率低的问题,部分井钻遇率不足50%,部分射孔段施工时没有达到设计要求。具体表现为破裂压力高、部分射孔段没有完成设计的加砂(加液)量,导致施工费用大。总体而言单井产量低,千米的平均产量为6.0～7.0 t,个别井产量为1.0～2.0 t,投入和产出不成比例,以上问题成为制约油田发展的瓶颈[1-4]。袁吉诚[5]在2015年提出,面对低渗透油气田数量不断增多、非常规油气资源开发力度逐渐加大、新型压裂技术不断涌现的新局面,射孔簇的优化选取是顺利完成射孔和压裂的前提。致密油水平井产能预测与评价既是提高勘探效果的关键环节之一,也是油气田开发规划与部署的重要依据,对油气田的勘探开发有着重要的意义[6]。本文对水平井进行地质甜点和工程甜点评价,将储层进行分类,在此基础上建立有效厚度指数实现产能预测,减少无效射孔簇,达到节约成本及提高产量的目的。

1 工程甜点评价方法

1.1 构建工程甜点指数

影响储层改造的因素很多,储层脆性越好越有利于压裂改造;复杂的网状缝是水平井高产的条件之一,储层水平应力差越小,越容易形成复杂缝网,水平应力差越大,越容易形成单条裂缝,另外天然裂缝的走向和发育程度也是影响裂缝形成的重要因素[7];致密油储层与围岩间的应力差往往控制压裂井段的裂缝高度。根据以上分析,选取储层脆性、裂缝指数、应力差异指数、储层与围岩间的应力差这5个参数,构建工程甜点指数IA来评价射孔段、射孔簇。

IA=f(IB×VF/Kh/Δσ)

(1)

式中,IA为工程甜点指数,无量纲;f为权重系数;IB为脆性指数,%;VF为裂缝指数,%;Kh为应力差异指数,无量纲;σ为致密储层与围岩间的应力差,MPa。

根据工程甜点指数IA,将射孔段、射孔簇分为4类:Ⅰ类射孔段、射孔簇的工程甜点指数大于100;Ⅱ类射孔段、射孔簇的工程甜点指数为50～100;Ⅲ类射孔段、射孔簇的工程甜点指数为20～50;Ⅳ类射孔段、射孔簇的工程甜点指数小于20。

1.2 脆性指数

研究区地层矿物组分较简单,其中石英含量约40%～50%,长石含量约30%,黏土含量约20%,方解石含量约5%,含有少量白云石、菱铁矿。将地层组分相对含量作为自变量,建立测井响应矿物体积方程,利用元素测井建立矿物体积模型对脆性进行评价。选取石英、方解石为脆性矿物,泥质、长石为塑性矿物,建立矿物体积模型,得到脆性指数IB,对储层的脆性进行评价[8]。

(2)

式中,Vquar为石英体积含量,%;Vcalc为方解石体积含量,%;Vfeld为长石体积含量,%;Vclay为黏土体积含量,%。

1.3 裂缝指数

利用电成像资料评价储层裂缝,不仅可以从图像上直观地看到储层裂缝发育情况,还能用于裂缝定量计算,利用电成像处理模块能够计算缝洞密度、缝洞长度、缝洞宽度和缝洞视孔隙度[9]。有天然裂缝的储层适于压裂改造,而且裂缝密度大、宽度大的储层压裂后容易形成网状缝,构建的裂缝指数VF可以更好地反映裂缝的有效性[10]。

(3)

式中,AFV为裂缝宽度,mm;DFV为裂缝密度,m-1;φFV为裂缝面孔隙度,%。

1.4 应力差异指数

致密储层水平应力差越小,越有利于形成网状裂缝,即体积改造越好。如果致密储层的水平应力差小,压裂过程中压裂液容易从多个方向进入微裂缝,并形成新的裂缝。其原因在于较小的水平应力差有利于压裂缝的转向和弯曲,并可能产生较多的张性裂缝和剪切裂缝,从而形成较为发达的渗流网络,可达到体积压裂改造的效果。反之,水平应力差较大,则产生主裂缝,难以形成体积压裂和复杂的网络裂缝系统。因此,致密储层的水平应力差是体积压裂实现的决定因素。实际生产中常用应力差异指数Kh来描述水平应力的差异[11-12]。

(4)

式中,σH为最大水平主应力,MPa;σh为最小水平主应力,MPa。

1.5 致密储层与围岩间的应力差

致密储层与其围岩的岩石力学性质存在明显差异,致使致密储层产生以垂向主应力为主的地应力场。层间弹性模量差值越大,则层间最小水平主应力差越大,这种趋势越明显,压裂缝就越容易被控制在致密储层中[13]。在一定的地应力场环境中,只要致密储层与围岩间弹性模量的差异与层间扩展压力差较小,压裂缝就易于沟通相邻的含油层,这说明致密储层与围岩间的应力差会对压裂缝扩展产生重要影响。利用测井资料计算致密储层及其围岩地应力,并可获得致密储层与围岩间的应力差Δσ[14]。

Δσ=σs-σc

(5)

式中,σs为致密储层围岩的最小水平主应力,MPa;σc为致密储层的最小水平主应力,MPa。

利用工程甜点指数对储层类别进行划分,Ⅰ类储层工程甜点指数大于250,Ⅱ类储层工程甜点指数为150～250,Ⅲ类储层工程甜点指数为50～150,Ⅳ类储层工程甜点指数小于50(见表1)。

表1 工程甜点指数分类表

2 地质甜点储层分类

储层的地质特征与流体性质和产能密切相关,储层电性高、物性好、含油饱和度高、泥质含量低、录井显示级别高是较高产油量的地质基础;而储层的有效厚度大是长期稳产的必要条件。选取电阻率、孔隙度、含油饱和度、泥质含量、有效砂体厚度等测井敏感参数,结合气测录井显示级别资料,构建地质甜点指数RA,对储层进行分类。从实际效果分析,RA高的Ⅰ、Ⅱ类储层在钻探水平井过程中,有效砂体钻遇率高且产能较高。

RA=g(Rt×φ×SO×H×LJ/Vsh)

(6)

式中,RA为地质甜点指数,无量纲;Rt为侧向电阻率,Ω·m;φ为孔隙度,%;SO为校正后的含油饱和度,%;H为渗透性砂岩厚度(物性下限以上),m;LJ为录井显示级别相关参数;Vsh为泥质含量,%;g为各参数的权重系数。

应用地质甜点指数RA对储层类别进行划分,将其分为4类。Ⅰ类储层地质甜点指数大于150,Ⅱ类储层地质甜点指数为100～150,Ⅲ类储层地质甜点指数为50～100,Ⅳ类储层地质甜点指数小于50(见表2)。

3 有效厚度指数产能预测

3.1 有效厚度指数评价法

储层产能与工程甜点指数、地质甜点指数的相关性密切,二者是获得高产的基础。依据地质甜点指数和工程甜点指数的分类,优化储层压裂设计方案,单井地质甜点主要依据储层类型、有效厚度两方面,Ⅰ类储层井段越长单井产量越高,有效厚度大是稳产的保障。应用工程甜点指数优化射孔簇,增加Ⅰ、Ⅱ类储层射孔簇,减少Ⅲ类储层射孔簇,可以取得好的压裂效果以获得高产。从储层类型划分入手,加权计算出储层有效厚度RBH,这是预测产能的有效参数。水平井射孔设计需要优化射孔井段,利用有效厚度除以设计的射孔段长度,得到有效厚度指数,能更好地表征储层产能。

表2 地质甜点指数分类表

图3 工程评价测井综合图*非法定计量单位,1 b·eV-1=6.241 46×10-10 m2/J

(7)

RB=RBH/HSK

(8)

式中,RBH为储层有效厚度,m;RB为储层有效厚度指数,无量纲;H为加权后不同类别储层的厚度,m;HSK为优化射孔段长度,m;a为储层类型权重系数。

3.2 建立产能解释图版

通过建立储层有效厚度、储层有效厚度指数与中期稳定产量建立产能图版(见图1、图2),两种相关性良好,其中有效厚度指数水平井产能图版相关系数达到了0.746 9,通过对研究区100口井进行产能预测,符合率达82%。

图1 有效厚度水平井产能图版

图2 有效厚度指数水平井产能图版

4 应用效果分析

RP11井H段钻遇率为86.4%,优质钻遇率为84.2%(见图3)。

参考地质录井等资料分析该井常规测井曲线“四性”测井响应特征。对H段储层进行流体性质识别,利用地质甜点和工程甜点分类标准进行地质及工程储层类别划分,该段储层设计射孔段6段、射孔簇12簇。依据目前压裂效果分析,H段排量设计为10～12 MPa,Ⅰ类储层加砂量为50 t,Ⅱ类储层加砂量为40 t。井底2 900.0～3 000.0 m录井为粉砂质泥岩,无油气显示,测井解释为Ⅲ、Ⅳ类储层,未设计射孔段。2 722.0～2 879.0 m井段长度为157.0 m,地质甜点指数、工程甜点指数均评价为Ⅰ类储层,采用密切割压裂,共设计射孔段3段、射孔簇6簇,每簇为3.0 m;2 574.0～2 700.0 m井段长度为126.0 m,地质甜点指数评价为Ⅰ类、工程甜点指数评价Ⅱ类储层为主,采用常规压裂设计,共设计射孔段2段、射孔簇4簇,每簇为2.0 m;2 504.0～2 574.0 m井段长度为70.0 m,地质甜点指数、工程甜点指数评价为Ⅰ、Ⅱ类互层,设计射孔段1段、射孔簇2簇,在Ⅰ类储层处,每簇为3.0 m。该井产能预测为8.7 t,实际产能为7.8 t,预测为中等产能井。

乾安扶余油藏存在物性变化大且物性较差、砂体渐变快、水平井钻遇率低、破裂压力高、单井产量低等问题,基于工程参数建立工程甜点指数以及地质甜点指数,划分储层,构建有效厚度指数的产能预测方法,准确率达82%。