斯倫貝謝頁巖氣勘探與評價技術.ppt

頁巖氣勘探與評價技術 侯會軍GeologyDomainChampionREW CHG SLB 提綱 含氣頁巖的基本特征 頁巖氣儲層綜合評價 含氣頁巖完井特性評價 頁巖氣完井選層的優(yōu)選 頁巖氣藏 非常規(guī)天然氣 深盆氣 致密巖性氣藏 頁巖氣 煤層氣 天然氣水合物 頁巖氣基本概念 頁巖既是烴源巖 也是儲層和蓋層 頁巖氣是指產自低孔 低滲 富有機質頁巖中的天然氣 頁巖氣儲層包括 富有機質頁巖 富有機質頁巖與粉砂巖 細砂巖夾層 富有機質頁巖與粉砂巖 細砂巖薄互層 SourceWoodMac DataforFayettevilleShaleSource SBCAnalysis PowellBarnettShaleNewsletter1 11 2009 WoodMackenzie 水平井 多級壓裂技術 北美頁巖氣開發(fā)的經驗 技術進步與流程優(yōu)化的有效結合 北美頁巖氣開發(fā)的經驗 技術進步與流程優(yōu)化的有效結合 斯倫貝謝頁巖氣研究經驗Shalegasresearchprojects RangeResources 鉆完井優(yōu)化Conoco Phillips Bakken生產優(yōu)化SouthwesternEnergy Fayetteville生產優(yōu)化TallismanEnergy Marcellus儲量估算 頁巖氣綜合服務流程 HydocarbonSourceModeling CalibratedSeismicInversion ShaleCharacterization Coresection Heterogeneity GeosteeringFaults Fractures ProductionProfile 30 20 10 0 Stress L H 70 ofproduction ofPerforations Stage2 Stage3 Stage1 Geomechanics Stimulation PredicttheSweetSpots ProductionEvaluation 優(yōu)化開發(fā)方案 ReservoirQualityCompletionQuality 1 2 3 4 6 70008000 900010000 1100012000 1250006000 58111417 1 2 3 4 6 KOP Landing BHA1KOP Vertical Landing HighangleRSS IncreasedVerticalPortion IncreasedReservoirExposure PowerDrive Archer 有效儲層 有利完井特性 含氣頁巖特征 富含有機質 游離氣 存儲于孔隙中 吸附氣 吸附于干酪根或微孔隙表面 確定干酪根的含量是頁巖氣藏評價的關鍵 頁巖既是烴源巖 也是儲層和蓋層 頁巖氣是指產自低孔 低滲 富有機質頁巖中的天然氣 頁巖氣儲層包括富有機質頁巖以及其中的粉砂巖和細砂巖夾層干酪根特征 不溶解于水的有機質 與總有機碳含量有關 吸附甲烷氣能力強氣體特征 含氣頁巖特征 干酪根的潤濕性 干酪根是非水濕或弱水濕的 TOC含量高一般對應的含水飽和度較低 在壓實 成巖或有機質成熟過程中 孔隙水被排出 一般沒有水存在于干酪根的微孔中 干酪根形成孔隙襯墊阻止?jié)撛诘乃?非水濕 水濕 含氣頁巖特征 孔徑極小 常規(guī)砂巖 孔隙系統(tǒng) 礦物骨架 含氣頁巖 700 m孔隙中的自由氣 100 m孔隙中的自由氣和干酪根吸附氣 干酪根 1000 10 100 1 0 0 1 0 001 1e 04 1e 05 1e 06 0 01 md頁巖滲透率 0 1nD 1000nD 下限滲透率 100nD 含氣頁巖特征 極低的滲透率 含氣頁巖特征 較強的各向異性 11 HeterogeneousRockAnalysis HRA TerraTek 含氣頁巖特征 較強的非均質性 初始模型 地質模型 儲層模型 12 不同頁巖構成各不相同 粉砂質泥巖 粘土質泥巖 白云質泥巖 硅質泥巖 生屑質泥巖 含氣頁巖特征 組分的復雜性 粘土質 粘質 鈣質 硅質 含氣頁巖特征 組分的復雜性 粘土質 鈣質 硅質 差 差 差 一般 最好 最好 最好 一般 主要巖相 沒有形成硅質沉積巖的有利沉積相 Kerogen Gas filledporosity Marcellus WoodfordBarnettFayettevilleHaynesville EagleFord 含氣頁巖特征 組分的復雜性 頁巖 頁巖 頁巖 頁巖氣藏的產出機理與特征 10000 8000 6000 4000 2000 DrillOnlyBestWells 頁巖氣藏特征低孔低滲儲層非均質性強自然產能偏低需生產改造BarnettShaleIP MSCFD 含氣頁巖組分的復雜性與儲層質量和完井特性 頁巖的復雜性 頁巖 頁巖 頁巖 儲層質量 完井特性 有利產層 OpenNat lFractures DrillingInducedFracturesBoreholeBreakout 非常規(guī)儲層勘探開發(fā)一體化綜合流程 儲層特征儲層分布 構造 地應力和裂縫關系 井眼軌跡設計與地質導向 壓裂設計 水力壓裂監(jiān)測 保證安全鉆井最大化接觸有效儲層有利于后期增產實施 1 預探階段 地質建模及成藏系統(tǒng)研究 Ro 0 35 Ro 1 3 RegionwithpoorRQandbadCQ Thereisnopotential hopelesscase RegionwithhighRQandgoodCQ Theseareeasytargets RegionswithhighRQandpoorCQ Theseareengineeringchallenges 有利區(qū)域 2 勘探 開發(fā)階段 有利開發(fā)區(qū)域預測儲層質量完井特性 頁巖氣藏的研究 含氣頁巖儲層質量與完井特性評價內容 儲層質量 粘土含量及粘土類型 干酪根和有機碳含量 吸附氣和游離氣含量 孔隙度及滲透率完井特性 巖石可壓裂性 三維巖石力學模型 裂縫發(fā)育特征與持續(xù)性 三維非均質性分析 裂縫起裂影響 誘導縫和天然裂縫發(fā)育特征 圍巖封堵性評價 粘土礦物的敏感性分析 1 復合快速測井平臺 MultiExpressPlatform 2 可用于礦物組分估算的地球化學測井儀 元素俘獲測井 ECS 3 三維地層非均質性及機械應力特征參數 聲波掃描測井儀 SonicScanner 4 直觀及半定量裂縫分析的高分辨率測井儀 地層微電阻率掃描成像 FMI 5 地層孔隙度評價和干酪根計算 高分辨率核磁共振測井 CMR 頁巖氣 煤層氣儲層評價測井方案 HNGS HRMS HALS AIT 探入地下的眼睛 微電阻率掃描成像測井 臂 極板鈕扣電極周向分辨率井眼覆蓋率 地層微電阻率掃描成像測井 FMI 儀器參數 地層微電阻率掃描成像測井 FMI 儀器參數 頁巖氣測井參數評價技術和流程 ShaleGas評價模塊 干酪根 頁巖飽和度方程 有機碳含量 Langmuir方程 吸附氣 游離氣 ECS PeX CMR 有效孔隙度 含水飽和度 元素俘獲測 井ECS 電阻率等常 規(guī)PEX 核磁共振 CMR 1 S nn RtaRw 1 Vsh w VshSw Rsh ECS對23種元素敏感 Si Al Ca Mg Fe Na K P Ti S Mn Cr Ba Nb Rb Sr Y Zr B Th U Gd H2O 組合出50種 目前巖庫中有29種礦物 根據實際情況剝離出信噪比較高的元素譜 標準測井提供六種元素硅 鈣 鐵 硫 鈦 釓 這些元素也可用于計算更為精確的巖石骨架密度和估算有機質含量 地球化學測井 元素俘獲譜 ECS 測井 元素俘獲譜 ECS 測井處理原理 元素含量 巖性 相對產額 基本元素譜 氧閉合 SCaiFeS 硅鈣硫鐵鈦釓 俘獲伽瑪譜 剝譜分析 巖性模型 X射線熒光分析 X射線衍射分析 礦物組分骨架密度 頁巖吸附氣的評價方法 1 巖性密度和巖心TOC含量回歸關系式 基于Schmoker 1979 北美業(yè)界通行算法 變化較大 需要當地巖心分析TOC值標定2 logR技術 Passey 1989 電阻率和聲波時差 巖性密度等重疊法計算TOC 3 基于ECS的ELANPlus法 利用ELANPlus模塊 基于巖心標定過的ECS和其他各種曲線計算干酪根含量利用如下方法轉化為TOC wt RickLewis etal 2004 溫度壓力校正 TOC校正 頁巖孔隙度的評價手段 烴 水 束縛水 干酪根 核磁總孔隙度密度總孔隙度 礦物骨架 PEX ECS PPC 通過ECS得到骨架密度并進行TOC校正獲得巖石孔隙度 與巖性無關的孔隙度測量 核磁共振測井 頁巖基質滲透率的估算方法 含氣孔隙度與巖心回歸關系滲透率 K 滲透率 SPE49301 核磁SDR滲透率 巖心標定ELANPlus計算滲透率 HWCK M 3 4 3 4 3 4 2 2 iioi m k 1 MvS Z 1 7 m 2 Where permeability mD constant totalporosity vol vol variableArchiecementationcoefficient variable 3 matrixdensity g cm k 2Z2 m mMiviSoi 2 weightfractionofminerals clay qfm kerogen carbonate bulkdensity g cm3 specificsurfaceareasofminerals m g 頁巖氣儲層評價 儲層質量 內容 礦物組分 干酪根 有效孔隙度 滲透率 含氣量儲層質量 TOC 2wt 滲透率 100nD 有效孔隙度 4to 12pu 飽和度 Sliquid 45 粘土礦物 40 含氣頁巖儲層質量與完井特性評價內容 儲層質量 粘土含量及粘土類型 干酪根和有機碳含量 吸附氣和游離氣含量 孔隙度及滲透率完井特性 巖石可壓裂性 三維巖石力學模型 裂縫發(fā)育特征與持續(xù)性 三維非均質性分析 裂縫起裂影響 誘導縫和天然裂縫發(fā)育特征 圍巖封堵性評價 粘土礦物的敏感性分析 儲層完井特性及完井方案對生產的影響 30 20 10 0 生產剖面 Stage1 Stage2 Stage3 Stress High Low 由電成像獲得SPE103202 占氣產量的70 50 的射孔段對生產無貢獻 完井過程中裂縫的發(fā)育特征與影響因素 強度 UCS 地應力和孔隙壓力 Pp ShSH SV 0 StressMPa 200W E StressDirectionShN fault RegionalTrend PR 120UCS400 Poisson sRatio Young sModulus 1000FrictionAngle70 彈性 1 0 0 10 FMI SonicScanner DSI巖石強度參數水平主應力 MDT XPT孔隙壓力 LDT 垂直主應力應力方向 地層層序 顆粒巖相泥質巖相變形機理 地質構造地層界面不整合 斷層 油田尺度 頁巖氣完井特性評價 巖石力學模型 完井特性 頁巖的巖石力學特征 頁巖 層狀砂巖 快 強 慢 弱 30 p V h tect P h Pp v1 v h tect V Pp h Pp EhvVEV1 vh 各向同性 橫向各向同性垂向各向異性 TIV 層狀頁巖具有極強的各向異性 特別是存在塑性粘土和有機質時 TIV 橫向各向異性 垂向軸對稱 導致巖石力學參數縱橫向的巨大差異 橫波速度 楊氏模量 波松比 產層 巖性 紅色 低應力藍色 高應力 完井特性 各向異性巖石力學模型參數同性異性 Hmin 3D巖石力學模型指導側向著陸點 Well 1 Well 2 1BCFWell3BCFWell 3口新鉆井在低應力層段側向鉆進起始井初始產量1 2MM day新井初始產量在2 4MM day稅后回報率翻倍EUR增加達20 投資利潤率翻倍 完井特性 巖石結構對完井的影響 水力壓裂縫的延展高度與特征 水力壓裂縫的滲流連通性 側向非均質性對生產的影響 儲層質量結合完井特性優(yōu)化完井設計 良好的巖石物理特性 k GIP礦物組分 低泥質含量井眼穩(wěn)定性 鉆井誘導縫 井眼崩落 膨脹性粘土 優(yōu)化著陸點量化壓裂增產 結構 誘導縫的發(fā)育特征地應力 低閉合應力 RQ CQ 實例 綜合儲層質量與完井特性進行完井設計 0 10000 20000 30000 40000 50000 PreOptimization 6Wells PostOptimization 3Wells 3MonthBOE 與老井相比 新井三個月平均累計產量增加33 新井采用綜合儲層與完井質量進行完井優(yōu)化設計 有效孔隙度