潍北凹陷孔店组二段页岩气钻探工艺对其开采量的影响_宋昭睿.pdf
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1、第 33 卷第 1 期广东石油化工学院学报Vol 33No 12023 年 2 月Journal of Guangdong University of Petrochemical TechnologyFebruary 2023潍北凹陷孔店组二段页岩气钻探工艺对其开采量的影响宋昭睿(山东省第一地质矿产勘查院,山东 济南 250014)摘要:依托昌页参 1 井现场解析实验数据及气测录井数据,探讨了页岩开采量与钻探工艺参数的相关性,页岩气钻探工艺参数主要包括钻压、钻时及钻井液性能指标。研究表明:页岩开采量与钻压呈中等正相关;页岩开采量与钻时呈弱正相关;钻井液性能指标中,页岩开采量与钻井液密度呈弱正相
2、关,页岩开采量与钻井液温度和电导率均无相关关系;钻压、钻时和钻井液密度是影响页岩开采量的主控因素,故在勘探中可适当增加上述参数,以提高页岩开采量。关键词:钻探工艺;页岩气;页岩开采量;钻井液;潍北凹陷;昌页参 1 井中图分类号:P618 13文献标识码:A文章编号:2095 2562(2023)01 0009 05页岩气属于非常规天然气,主要储集在超低渗的暗色高碳泥页岩及泥质粉砂岩、粉砂质泥岩,甚至细砂岩中,主要以吸附态和游离态形式存在1 3。页岩气资源具备生产周期长、开发潜力大等优点,已成为当前可再生能源的研究热点。山东省陆相页岩气勘探开发多集中在昌潍坳陷区域,而昌潍坳陷次一级的潍北凹陷更是
3、研究重点。王之跃和彭文泉等分别对潍北凹陷孔店组二段泥页岩含气性特征和页岩气开采量的影响因素进行了研究,认为潍北凹陷孔店组二段泥页岩具备较好的物质基础和储层条件,页岩气勘查前景较好4,5。目前,对页岩开采量与钻探工艺参数的相关性研究较薄弱。本文为研究钻探工艺对页岩开采量的影响,探讨两者之间的相关性,分析了昌页参 1 井现场解析数据及气测录井数据,可为正确选取影响页岩开采量的评价参数提供参考。1地质概况1 1构造潍北凹陷是昌潍坳陷内重要的二级构造单元,为传统陆相油气采区,也是昌潍坳陷内页岩气形成最为有利的凹陷盆地,凹陷面积约 880 km2。潍北凹陷位于沂沭断裂带内,东侧以昌邑 大店断裂为界,西侧
4、以沂水 汤头断裂界,北侧以古城 潍河口断裂为界,南部与潍县凸起相连,整体上似菱形沉积盆地。潍北凹陷以古近系始新统分布为主,现阶段呈东西双断式、北断南超的箕状凹陷6。根据构造发育特征,将其从北到南依次划分为北部洼陷带、灶户断鼻带、瓦城断阶带和南部斜坡带。北部洼陷带西以邝部 葛沟断裂为界,北以古城 潍河口断裂为界,南以西利 渔北断裂为界,位于盆地北部深洋地带。灶户断鼻带面积约 150 km2,位于凹陷东南部。因受鄰庐断裂走滑作用,该区形成一个北西南东轴向的继承性鼻状构造,是潍北凹陷重要的含油气构造区。瓦城断阶带面积约 200 km2,与北部洼陷带以西利 渔北断裂为界,南以柳疃断层为界。向西延至潍北
5、凸起边缘以邝部葛沟断裂为界,向东过渡到灶户断鼻带。南部斜坡带面积约 110 km2,位于凹陷南部边缘,呈一个由南向北的单斜带,东以昌邑大店断裂为界,西以邝部葛沟断裂为界,南至凹陷边界,北至近东西向的柳疃断层7。收稿日期:2022 05 20;修回日期:2022 08 05基金项目:山东省国土资源厅资助项目(鲁勘字 2013 1 号,鲁勘字 2013 2 号)作者简介:宋昭睿(1988),男,山东济南人,硕士,工程师,主要从事水工环地质研究。1 2地层潍北凹陷地表被第四系覆盖,根据钻孔揭示,中生界白垩纪构成潍北凹陷的基底,在其之上发育了新生代古近纪孔店组、沙河街组,新近纪馆陶组、明华镇组及第四系
6、平原组。中生界白垩系主要揭露王氏群,岩性以红色泥岩、泥质粉砂岩、灰白色砂岩及含砾砂岩为主。新生界古近系主要发育孔店组和沙河街组四段,孔店组可分为三段:孔店组三段岩性为灰黑、灰绿、暗紫色及杂色玄武岩、安山质玄武岩、中部夹多层暗色泥岩及灰白色砂岩。孔店组二段岩性以灰色泥岩、深灰色泥岩为主,夹粉砂岩、含砾砂岩和碳质泥岩。孔店组一段岩性为浅灰、红紫色粉砂及细砂岩夹泥岩。沙河街组四段岩性以灰色、灰绿色泥岩、粉砂岩为主,夹砂岩和薄层石灰岩。新近系主要发育为馆陶组和明化镇组。馆陶组岩性以灰绿色、灰白色砂岩及含砾砂岩为主,夹棕红色、灰绿色泥岩。明化镇组岩性以棕黄色、棕红色砂岩、含砾砂岩为主,夹薄层灰白色泥岩。
7、第四系平原组由黏土、砂质黏土、砂和贝壳等组成8。2实验设备和原材料2 1实验设备1)解析实验设备。现场解析试验采用重庆地质矿产研究院研发的 CQJC QT 2 型页岩现场测试系统,解析气测量精度为0 1 mL,温度测量误差为0 1,气压测量精度为0 01 MPa。该设备可现场读取和换算损失气量、解析气量和残余气量9。损失气量是现场岩芯取出后,装入解析罐之前所释放出的气量,可通过解析试验设备采用回归法计算损失气量;解析气量是岩芯装入解析罐后,解析出的气体总量;残余气量是解析终止后残留在样品中的气体,需将样品破碎后测量。2)气测录井设备。气测录井设备为中石化胜利石油工程有限公司地质录井公司研制的
8、EXPLOEZH 2N 综合录井仪。气测录井系统分别由脱气泵、管线、干燥过滤系统和气成分分析系统组成。脱气泵可将气体从钻井液中分离,通过管线传入录井房,经干燥过滤后,将气样送入气成分分析系统中,最后将分析结果传输至电脑10。气测录井设备不仅可以利用 SLSP 2K 快速色谱分析仪对烃类组分进行实时检测分析,也可同时对现场钻探工艺参数进行检测分析,检测内容包含钻时、钻压、钻井液密度、钻井液温度和钻井液电导率。2 2原材料昌页参 1 井所采用的钻井泥浆具有低黏增效特性,可较好地解决取芯管内壁结垢问题。该钻井泥浆具有较好的流变性能、失水性能、携带岩屑以及护壁效果。其性能指标为比重1 08,黏度10
9、20 mPa s,含砂率 1 8%,胶体率 99 5%,pH9 0。3钻探工艺参数的影响3 1钻压对页岩开采量的影响表 1 为页岩开采量、钻压数据。由表 1 可知,选取岩性相同(粉砂质泥岩、泥岩)、深度相近的样品解析和气测录井数据进行分析,页岩开采量与钻压呈明显的正相关关系,粉砂质泥岩的拟合方程 Y=42 148X+33553,相关系数 2=0 7214;泥岩的拟合方程为 Y=53 262X+26 140,相关系数 2=0 5262。由于泥岩和粉砂质泥岩中的黏土矿物和脆性矿物含量较高,脆性矿物含量决定页岩的造缝能力,即含量越高岩石脆性越明显。而以高岭石、伊利石和蒙脱石为主的黏土矿物,会使地层具
10、有较强的物理化学敏感性,特别是水敏感性11,因而造成地层强度低且松软破碎。在钻进过程中泥浆滤液会沿着裂隙或地层岩石层理面侵入其中,在黏土矿物表层结合并产生一定水化应力,进而降低地层岩石间及层理面的结合力。随着钻压的逐步增大,地层岩石间及层理面原有的受力平衡被打破,致使层理面微孔中的吸附态页岩气和裂缝中的游离态页岩气得到释放,进而增大解析气量,提高页岩开采量,表明钻压是页岩开采量一个重要的控制因素。01广东石油化工学院学报2023 年表 1不同钻压下页岩开采量数据样品编号井深/m页岩开采量/(m3t1)钻压/(105kPa)cyc1 34130570107310 858cyc1 36430579
11、611081 395cyc1 36330588708291 279cyc1 36230594014911 588cyc1 36130599108351 275cyc1 36030607406350 858cyc1 35930616508491 334cyc1 35830626310991 387cyc1 35730632114411 533cyc1 35630641109561 365样品编号井深/m页岩开采量/(m3t1)钻压/(105kPa)cyc1 35530649112241398cyc1 35330665912251440cyc1 37630668809701350cyc1 3753
12、0675707021275cyc1 37430682610261436cyc1 37330690206990839cyc1 37230696006760839cyc1 37130704707341305cyc1 369307248091913463 2钻时对页岩开采量的影响表 2 为钻时对页岩开采量的影响数据。由表 2 可知,选取岩性相同(泥岩)、深度相近的样品解析和气测录井数据进行分析,页岩开采量与钻时呈弱正相关关系,泥岩的拟合方程为 Y=17 200X+81 145,相关系数 2=0 3890。钻时延长与钻压增大对泥岩地层的作用机理相似。由于泥岩地层强度低且水敏感性强,钻时延长,地层易破碎
13、产生裂缝,裂缝发育有利于微孔中的吸附态页岩气解析,形成有效的运移通道和储集空间,页岩开采量随裂缝密度的增大而提升12。若地层中的裂缝发育规模过大,将导致吸附态页岩气散失,从而减少页岩开采量。同时裂缝过度发育会破坏泥岩的密封性,影响保存条件,因而页岩开采量与钻时呈弱正相关关系。表 2钻时对页岩开采量的影响数据样品编号井深/m页岩开采量/(m3t1)钻时/(minm1)cyc1 2352973 66076610378cyc1 2562974 32069710852cyc1 2552975 6907187202cyc1 2542976 19107413152cyc1 2532977 27069586
14、26样品编号井深/m页岩开采量/(m3t1)钻时/(minm1)cyc1 25229782805756373cyc1 25129790707418806cyc1 250297985340612378cyc1 2492980302046136983 3钻井液性能指标对页岩开采量的影响钻井液性能指标主要包括密度、钻井液温度和电导率。根据气测录井设备的现场布置,分别在钻井液的进出入处进行数据采集,以考察相同岩性下钻井液性能指标对页岩开采量的影响,具体数据见表 3。表 3钻井液性能指标对页岩开采量的影响样品编号井深/m页岩开采量/(m3t1)密度/(kgL1)入口出口温度/入口出口电导率/(mScm1
15、)入口出口cyc1 142287417088913612343133334444624 06cyc1 141287516048712712144063362447423 85cyc1 140287616068013812344823393447823 40cyc1 139287662141313812444823393447823 40cyc1 157287750127314112432983383448523 83cyc1 156287853074212512438763356436124 13cyc1 154288058078412512442093331428322 69cyc1 153
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