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2014年5月《页岩气专刊》——【IT石油&IT应用】栏目 提升页岩油气藏井位部署准确性

□ 吕苗苗/ 斯伦贝谢科技服务(北京)有限公司

历史上页岩油气藏的勘探开发都是遵照一种统计学的方法,页岩气勘探开发通常将一口井的成功开发经验直接用到临近区域。然而页岩气藏和常规气藏相比具有极高的非均质性和不确定性,不管是同一区块甚至是井间在横向和纵向上都存在着很强的非均质性,比如横向和纵向的矿物含量、地应力、渗透率等等。经验表明这种统计学的页岩气勘探开发方案花费高,经济效益低下,且成功率不能保证。因此如何提高页岩油气藏井位部署的准确性是经济开发页岩油气藏的关键。

页岩油气藏的井位部署主要包括三个主要因素:一是储层甜点评价;二是确定高完井质量和易压裂区;三是井位设计获得理想产量。

基于这三个方面的要求,斯伦贝谢研发的以油藏地质模型为中心的Petrel勘探开发平台为不同学科,不同阶段提供了协同工作的平台,并且为解决页岩气难题提供了一系列特有工具。本文就页岩气井位部署的三个关键要素详细讲述Petrel平台所提供特色算法或软件工具:

储层甜点评价

在页岩气勘探井位部署前需要综合考虑储层质量和完井质量,通过含油气盆地模拟技术得到较准确页岩生烃量,排烃量,及页岩气滞留量,明确储层质量高的甜点区;利用储层地应力研究等手段确定完井质量高的区域;这些将是部署页岩气勘探井位的有利区域。

高油藏品质甜点快速评价技术         页岩气由于自生自储的独特特征,仅仅针对储集层的研究显然是不够的,需要对页岩气从生成到运移以及成藏进行系统研究。在此基础上,首先对温度和压力进行模拟,其次设定生烃参数和油气输导体系,对烃源岩演化和油气运聚进行模拟(如图1),得到从古至今油气生成、运移和聚集、保存等各方面的结果。含油气系统模拟是在对现今静态地质模型描述的基础上,对地质演化、油气充注等动态要素研究的有力工具。这为研究页岩气成藏运移以及有利区域的预测是十分必要的。

在对现今油藏精细描述的基础上,Petrel提供含油气系统综合分析与成图工具。根据现今的烃源岩和储集层构造,设定生烃和油气运移参数,进行油气充注的快速评价工作。在含油气系统综合研究的基础上,综合其它专业的研究成果,可以对勘探风险进行综合分析。通过将各类不同专业的研究成果图件转化为概率图(如图2),最终完成对勘探成功综合概率图的制作,为勘探决策提供依据。

甜点区预测         由于页岩气藏很强的非均质性,仅仅依靠井数据进行横向上的预测是不准确的,往往可以通过地震反演得出岩石弹性参数来预测甜点和甜点描述,从而降低页岩气非均质性的不确定型,提高甜点区预测的准确性。然而相比叠后反演,叠前AVO反演对硅质甜点的刻画表现非常突出。常规的波阻抗叠后反演在描述硅质页岩气和粘土质页岩气的刻画上非常局限。图3右图B中是利用叠前数据反演出的泊松比时间切片,低泊松比红色区域可预示富含硅质的页岩气甜点。左图A的叠后波阻抗反演针对硅质层段描述则要杂乱更差一些。Petrel提供了叠前定量解释的完整工作流程和工具,通过对页岩气藏岩石弹性参数的定量反演,达到对页岩气的岩性,含油气性的预测和定量描述。

图3 叠后波阻抗反演和叠前泊松比反演对比

确定高完井质量和易压裂区

仅仅找到储层品质好的地质甜点对于页岩油气藏井位部署仅仅是一方面的参考,由于页岩油气藏的特殊性,井位设计考虑的因素不仅仅限于储层描述的角度,同时要考虑在后期开发是否容易压裂。对页岩气储层来说,裂缝系统即是气体的主要储存空间,也是渗流的主要通道,因此在地质甜点的基础上寻找高完井质量的易压裂区成为决定井位的另一个重要考虑因素。

蚂蚁追踪体分析天然裂缝         天然裂缝的发育程度是影响页岩气开发效益的直接因素,因此天然裂缝的分析和预测对于页岩油气藏也很重要。那么蚂蚁追踪(如图4)则是一种通过地震数据来预测裂缝发育状态和应力分布的一种很好的手段。蚂蚁体的计算是在地震数据体中按照一定间隔播撒大量的种子点我们叫蚂蚁,在地震属性体中发现满足预设断裂条件的断裂痕迹的蚂蚁将“释放”某种信号,召集其他区域的蚂蚁集中在该断裂处对其进行追踪,直到完成该断裂的追踪和识别。而其他不满足断裂条件的断裂痕迹将不进行标注。最后通过该技术,我们将获得一个低噪音、具有清晰断裂痕迹的数据体。蚂蚁体的优势在于:它对地震数据比较敏感,地震数据上些许能量、振幅或频率的变化在蚂蚁体上都会有所体现。基于该数据体可以追踪断层,甚至裂缝发育带。在此基础上预测局部应力方向及天然裂缝闭合状态,获得储层非均质性信息及地质力学性质;利用蚂蚁体预测储层裂缝网络以及利用曲率和蚂蚁体结合可预测潜在的影响水力裂缝延伸的压裂屏障。利用三维地震获得的上述信息进行裂缝建模指导压裂方案设计及施工参数调整。并且对明确页岩气水力裂缝延伸及天然裂缝开启闭合控制因素有很好的指导作用。

地应力分析和裂缝建模         由于页岩气藏低孔低渗特征,裂缝成为页岩气的主要渗流通道,对裂缝特征模拟的准确与否直接关系到最终实际生产的结果。同时由于地层间或层内的不同岩性岩石的物理特性、力学特性和地层孔隙压力异常等方面的差别造成了层间或层内地应力分布的非均匀性。Petrel平台提供了在地质模型基础上进行地应力分析和随机离散裂缝网络建模(DFN建模)的功能。裂缝网络(如图5)的搭建首先输入裂缝分布密度属性,蚂蚁追踪短片,裂缝平面分布数据等参数,通过计算得到裂缝模型,最后用ODA方法或流线法将裂缝粗化作为下一步数值模拟使用。判断应力的方向与裂缝和断层走向的关系,明确裂缝的展布规律,为选择水平井钻探方向提供参考依据。

在综合考虑储层质量和完井质量后,我们可以标定井位部署甜点区(如图6)。

井位设计部署

页岩储集层薄,渗透率低,直井单井产量低,生产周期短,水平井能过穿过更多的储层,捕获更多裂缝,可以获得更大的储层泄流面积,得到更高的天然气产量,并可能延长单井生产周期长。丛式井井场使钻井开发井网覆盖区域最大化,为后期批量化钻井作业,压裂施工奠定基础,使地面工程及生产管理得到简化。因此页岩气水平丛式井的合理设计对于开发页岩气、致密气、致密油等低效油气田具有重要意义。

斯伦贝谢Petrel平台有专门针对非常规油气井位和井轨迹设计评价的非常规油气包,涵盖了丛式井井位布置;丛式井井轨迹设计;井位经济评估;地质导向和水力压裂建模以及微地震压裂监测。

丛式井井位部署与井轨迹设计         丛式井井位布置与丛式井井轨迹设计可以配合适用。基于所有可能部署丛式井的地表位置部署丛式井(如图7),这样的好处是可以综合考虑到地面设施和目的层位置的要求部署成百上千的井。用户可自定义丛式井配置,限制,并创建花费方案;并可以对井筒长度,方位做敏感性研究。

由于在非常规气藏开采中需要钻大量的开发井,Petrel 可基于地面限制和油藏质量评价的自动工作流,规划并优选最优井位,丛式井井位设计可以考虑到包括储层的特征,比如页岩气或者是稠油,也会考虑到井轨迹的长度,垂向,横向间隔,走向等,都在井轨迹设计的时候考虑在内。

井位经济评估         井位经济评估可以根据ROP,钻进时间,平台花费,来预测井的花费(如图8)。固井和完井时间和花费也会进行计算。最后的结果是生成有形,无形花费和时间花费。总的花费会以各项花费为变量,生成工作流来实现循环优选。

地质导向         地质导向的过程是互动的钻井方式,地质导向师利用地质模型作为监测(如图9),在水平井的钻进过程中不断的调整最初的设计,指挥钻进的方向,将井眼轨迹调整到油藏最佳的位置,以达到最佳的产油(气)或注水效果。地质导向提供的是整套的解决方案确保在钻井轨迹保持与目标层位。可以连至WITSML数据源,实时传输至工区作为实时监督。结果可用于更新模型。

水力压裂建模         页岩储层渗透率低,90%的页岩气完井后需要人工压裂后才能获得产量;页岩基质孔隙小,微裂缝宽度窄,水力压裂对储层伤害小,增产效果明显;水力压裂利用储层的天然或诱导裂缝系统,改善储层裂缝系统,扩大储层裂缝网络,增加渗流通道。并依靠支撑剂支撑裂缝,从而改善储层裂缝网络系统,达到增产目的。

水力压裂建模可以为水力压裂有关的激发井进行局部网格细化。基于激发效果可进行黑油模拟。

转载于《石油与装备》杂志2014年5月《页岩气专刊》

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