自动矿物学分析技术在神府气田致密砂岩气中的应用_孔令强.pdf
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1、732023 年 6 月自动矿物学分析技术在神府气田致密砂岩气中的应用自动矿物学分析技术在神府气田致密砂岩气中的应用孔令强,张飞,张奇(中联煤层气有限责任公司,北京,100028)摘 要:本文介绍如何使用 RoqSCAN 自动矿物学技术优化鄂尔多斯盆地致密砂岩气区块某水平井的储层压裂改造方案(压裂选层、段/簇优化)。在非常规井完井压裂中,通常存在压裂段/簇起不到预期作用,最终达不到目标产量等问题,本文开展了 2 口井(A 井、B 井)的岩屑样品测试,其中 A 井用来标定和修正默认的岩石物理模型,B 井利用自动矿物学技术分析计算出的矿物学数据、孔隙数据和薄弱面等数据来验证此岩石物理模型,并计算出
2、 B 井水平段岩石弹性力学特征,如杨氏模量、泊松比、薄弱指数等,这些参数被直接用于优化水平井段的段、簇,以期达到最大的岩石压裂改造体积(SRV)。关键词:自动矿物学;矿物岩石;RoqSCAN;压裂优化;致密气;非常规中图分类号:TE142 文献标志码:A 文章编号:1008-3103(2023)03-0073-05Application of Automatic Mineralogical Analysis in Tight Sandstone GasKongLing-qiang,ZhangFei,ZhangQi(ChinaUnitedCoalbedMethaneCorp.,Ltd.,Beij
3、ing100028,China)Abstract:ThispaperdescribeshowtouseRoqSCANautomaticmineralogytechnologytooptimizeareservoirfracturingsolution(fracturingzoneselection,stage/clusteroptimization)forahorizontalwellinatightsandstonegasblockintheOrdosBasin.Inunconventionalcompletions,wherestages/clustersoftenfailtoperfor
4、masexpectedandultimatelyfailtoachievetheproductiontarget,cuttingssamplesfromtwoWells(AandB)weretested.WellAwasusedtocalibrateandmodifythedefaultrockphysicsmodel.Bwellusingautomatedmineralogytechnicalanalysistocalculatethemineralogydatasuchasdataandweaksurfaceandporositydatatovalidatetherockphysicalm
5、odel,andcalculatetheBwellhorizontalsectionoftherockelasticmechanicscharacteristics,suchasyoung smodulus,poisson sratio,weakindex,etc.,theseparametersaredirectlyusedforoptimizationofhorizontalwellsection,thecluster,inordertoachievemaximumrockfracturingvolume(SRV).Keywords:automaticmineralogy;mineralr
6、ock;RoqSCAN;fracturingoptimization;tightgas;unconventional作者简介:孔令强(1983),男,本科,研究方向为非常规油气勘探与开发工作。0 区块地质背景神府区块位于陕西省榆林市神木市和府谷县辖境内,构造位置地跨鄂尔多斯盆地伊陕斜坡东北段和晋西挠褶带西北缘,临近中石油苏格里气田、中石化大牛地气田。神府气田主要气藏类型为低产、特低丰度、中浅层、特大型致密砂岩气藏,前期勘探已获得较好的储量规模。气田主要产气层为上古生界石炭系本溪组和二叠系太原组、石盒子组,其次为山西组、石千峰组;气层单层厚度介于 0.5017.70m,平均厚度为 2.40m。天
7、然气主要为煤型气,以干气为主,埋深 1300.002200.00m,气藏温度 44.461.8,气藏压力10.922.3MPa,多为常压气藏。储层为大面积发育的三角洲砂岩和障壁沙坝砂岩,前者平均孔隙度为 8.8%,渗透率为 1.10mD,孔喉半径多小于 1.5m,后者平均孔隙度为 7.6%,渗透率为DOI:10.14127/ki.jiangxihuagong.2023.03.015742023 年第 3 期(总第 167 期)0.59mD,孔喉半径多小于 1.1m,石英、长石和岩屑含量高,以溶蚀孔为主,应力敏感性强1-3。神府区块致密砂岩储层一般都需要进行压裂后才有产能。储层岩石组分复杂,组分
8、差异大,导致不同层系岩石脆性和地应力差别较大,储层压裂改造效果差异明显,给随钻作业带来一定的挑战,制约了致密砂岩气的高效勘探与开发4-6。1 自动矿物学分析技术原理与优势岩石属性分析技术(RoqSCAN)是北美页岩气勘探开发中广泛应用的一项录井技术,其技术优势主要体现在“矿物检测定量化”和“微观信息可视化”两个方面,通过测得的矿物含量及分布、孔隙特征(孔隙度、孔隙分布、孔隙形状、裂缝发育程度)进行岩石物理参数建模,实现石油工程岩石力学参数计算,优化压裂选层及簇点选择方案,实现提高压裂效率及单井产量的目标7,8。岩石力学是石油工程的重要研究领域,是钻井设计、地层可钻性评价、井壁稳定性评价及压裂设
9、计、地层可压性评价的重要依据。目前,岩石力学参数的求取方法主要有两类:第一类是基于实验室内的岩心测量,包括三轴应力测量、声波测量等,这类方法的精度较高,但时效性不强,采样率低,对于页岩等脆性较强、容易破碎的样品难以完成三轴应力测量;第二类是利用电缆声波测井、随钻声波测井进行求取,这类方法的连续性较强,但电缆声波测井的及时性不强,随钻声波测井的价格昂贵,且不管哪种声波测井都受井眼扩大率、小尺寸井眼等井眼条件及高温、高压、高硫化氢等地层条件的影响,且测井工具存在置入钻孔的风险。而RoqSCAN 自动矿物分析技术能够将矿物、岩石结构分析技术与传统的岩石物理测井技术相结合,合成计算岩石力学参数,由于其
10、是垂直、侧钻或水平钻井的岩屑和岩心材料直接生成,不受井眼条件(缩径、扩径和井眼垮塌等)制约,可规避将电缆测井工具置入井中的风险,能够真实地反映地层的变化且不产生额外成本。2 岩石物理模型建模方法与流程岩样的骨架是由一种或多种矿物及有机质组成的,每一种矿物及有机质的纵波速度、横波速度、密度等岩石物理参数及杨氏弹性模量、泊松比等岩石力学参数都是固定的9。因此,基于 RoqSCAN 分析的矿物组分、孔隙及地层流体性质就可以计算地层的密度、纵波速度和横波速度,进而计算岩石物理参数。RoqSCAN 水平井岩石物理参数计算流程如下:先利用 RoqSCAN 分析直井段岩屑数据求取地层岩石物理参数,再以测井求
11、取的地层岩石物理参数为参照,标定 RoqSCAN 岩石物理模型,基于该标定模型,利用水平段岩屑分析结果,即可对水平段地层岩石物理参数进行计算。具体参数计算与建模方法如下。(1)直井段测井数据计算岩石物理参数根据弹性波动理论,利用测井纵波速度、横波速度和地层岩石密度可以实现杨氏模量、泊松比、剪切模量等岩石物理参数的计算,如式(1)(3)。PRttttspsp=()-()()-()1222222 (式 1)式中:PR 为泊松比;ts为岩石横波时差,s/m;tp为岩石纵波时差,s/m;Gtbs=()249 29 10.(式 2)式中:G 为剪切模量;ts为岩石横波时差,s/m;b为岩石密度,g/c
12、3;YMGttttspsp=()-()()-()342222 (式 3)式中:YM 为杨氏模量;G 为剪切模量;ts为岩石横波时差,s/m;tp为岩石纵波时差,s/m。(2)RoqSCAN 岩石物理参数求取模型以 RoqSCAN 岩屑分析的矿物组分、泥质含量、孔隙等参数作为输入数据,采用 VTI 颗粒有效介质模型可反演计算干岩石、饱和岩石的密度、纵波速度、横波速度、杨氏模量、泊松比等参数(图 1)。图 1 VTI 颗粒有效介质模型(3)RoqSCAN 岩石物理模型验证为了验证 RoqSCAN 岩石物理模型的精度,分别用测井分析的矿物组分+泥质含量+孔隙度、岩屑分析的矿物组分+泥质含量+孔隙度作
13、为输入数据,利用752023 年 6 月自动矿物学分析技术在神府气田致密砂岩气中的应用RoqSCAN 岩石物理模型进行密度、纵波速度和横波速度反演,并将反演结果与测井直接测量的密度、纵波速度和横波速度进行对比,如图 2、图 3 所示。图 2 中,三角形的点是测井直接测量的密度、纵波和横波速度点,圆圈的点是 RoqSCAN 岩石物理模型反演的密度、纵波和横波速度点(模型输入的矿物组分+泥质含量+孔隙度来自测井分析结果)。图 3 中,三角形的点是测井直接测量的密度、纵波和横波速度点,圆圈的点是 RoqSCAN 岩石物理模型反演的密度、纵波和横波速度点(模型输入的矿物组分+泥质含量+孔隙度来自 Ro
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