斯伦贝谢页岩气勘探与评价技术.ppt

页岩气勘探与评价技术 侯会军GeologyDomainChampionREW CHG SLB 提纲 含气页岩的基本特征 页岩气储层综合评价 含气页岩完井特性评价 页岩气完井选层的优选 页岩气藏 非常规天然气 深盆气 致密岩性气藏 页岩气 煤层气 天然气水合物 页岩气基本概念 页岩既是烃源岩 也是储层和盖层 页岩气是指产自低孔 低渗 富有机质页岩中的天然气 页岩气储层包括 富有机质页岩 富有机质页岩与粉砂岩 细砂岩夹层 富有机质页岩与粉砂岩 细砂岩薄互层 SourceWoodMac DataforFayettevilleShaleSource SBCAnalysis PowellBarnettShaleNewsletter1 11 2009 WoodMackenzie 水平井 多级压裂技术 北美页岩气开发的经验 技术进步与流程优化的有效结合 北美页岩气开发的经验 技术进步与流程优化的有效结合 斯伦贝谢页岩气研究经验Shalegasresearchprojects RangeResources 钻完井优化Conoco Phillips Bakken生产优化SouthwesternEnergy Fayetteville生产优化TallismanEnergy Marcellus储量估算 页岩气综合服务流程 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 优化开发方案 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 有效储层 有利完井特性 含气页岩特征 富含有机质 游离气 存储于孔隙中 吸附气 吸附于干酪根或微孔隙表面 确定干酪根的含量是页岩气藏评价的关键 页岩既是烃源岩 也是储层和盖层 页岩气是指产自低孔 低渗 富有机质页岩中的天然气 页岩气储层包括富有机质页岩以及其中的粉砂岩和细砂岩夹层干酪根特征 不溶解于水的有机质 与总有机碳含量有关 吸附甲烷气能力强气体特征 含气页岩特征 干酪根的润湿性 干酪根是非水湿或弱水湿的 TOC含量高一般对应的含水饱和度较低 在压实 成岩或有机质成熟过程中 孔隙水被排出 一般没有水存在于干酪根的微孔中 干酪根形成孔隙衬垫阻止潜在的水侵 非水湿 水湿 含气页岩特征 孔径极小 常规砂岩 孔隙系统 矿物骨架 含气页岩 700 m孔隙中的自由气 100 m孔隙中的自由气和干酪根吸附气 干酪根 1000 10 100 1 0 0 1 0 001 1e 04 1e 05 1e 06 0 01 md页岩渗透率 0 1nD 1000nD 下限渗透率 100nD 含气页岩特征 极低的渗透率 含气页岩特征 较强的各向异性 11 HeterogeneousRockAnalysis HRA TerraTek 含气页岩特征 较强的非均质性 初始模型 地质模型 储层模型 12 不同页岩构成各不相同 粉砂质泥岩 粘土质泥岩 白云质泥岩 硅质泥岩 生屑质泥岩 含气页岩特征 组分的复杂性 粘土质 粘质 钙质 硅质 含气页岩特征 组分的复杂性 粘土质 钙质 硅质 差 差 差 一般 最好 最好 最好 一般 主要岩相 没有形成硅质沉积岩的有利沉积相 Kerogen Gas filledporosity Marcellus WoodfordBarnettFayettevilleHaynesville EagleFord 含气页岩特征 组分的复杂性 页岩 页岩 页岩 页岩气藏的产出机理与特征 10000 8000 6000 4000 2000 DrillOnlyBestWells 页岩气藏特征低孔低渗储层非均质性强自然产能偏低需生产改造BarnettShaleIP MSCFD 含气页岩组分的复杂性与储层质量和完井特性 页岩的复杂性 页岩 页岩 页岩 储层质量 完井特性 有利产层 OpenNat lFractures DrillingInducedFracturesBoreholeBreakout 非常规储层勘探开发一体化综合流程 储层特征储层分布 构造 地应力和裂缝关系 井眼轨迹设计与地质导向 压裂设计 水力压裂监测 保证安全钻井最大化接触有效储层有利于后期增产实施 1 预探阶段 地质建模及成藏系统研究 Ro 0 35 Ro 1 3 RegionwithpoorRQandbadCQ Thereisnopotential hopelesscase RegionwithhighRQandgoodCQ Theseareeasytargets RegionswithhighRQandpoorCQ Theseareengineeringchallenges 有利区域 2 勘探 开发阶段 有利开发区域预测储层质量完井特性 页岩气藏的研究 含气页岩储层质量与完井特性评价内容 储层质量 粘土含量及粘土类型 干酪根和有机碳含量 吸附气和游离气含量 孔隙度及渗透率完井特性 岩石可压裂性 三维岩石力学模型 裂缝发育特征与持续性 三维非均质性分析 裂缝起裂影响 诱导缝和天然裂缝发育特征 围岩封堵性评价 粘土矿物的敏感性分析 1 复合快速测井平台 MultiExpressPlatform 2 可用于矿物组分估算的地球化学测井仪 元素俘获测井 ECS 3 三维地层非均质性及机械应力特征参数 声波扫描测井仪 SonicScanner 4 直观及半定量裂缝分析的高分辨率测井仪 地层微电阻率扫描成像 FMI 5 地层孔隙度评价和干酪根计算 高分辨率核磁共振测井 CMR 页岩气 煤层气储层评价测井方案 HNGS HRMS HALS AIT 探入地下的眼睛 微电阻率扫描成像测井 臂 极板钮扣电极周向分辨率井眼覆盖率 地层微电阻率扫描成像测井 FMI 仪器参数 地层微电阻率扫描成像测井 FMI 仪器参数 页岩气测井参数评价技术和流程 ShaleGas评价模块 干酪根 页岩饱和度方程 有机碳含量 Langmuir方程 吸附气 游离气 ECS PeX CMR 有效孔隙度 含水饱和度 元素俘获测 井ECS 电阻率等常 规PEX 核磁共振 CMR 1 S nn RtaRw 1 Vsh w VshSw Rsh ECS对23种元素敏感 Si Al Ca Mg Fe Na K P Ti S Mn Cr Ba Nb Rb Sr Y Zr B Th U Gd H2O 组合出50种 目前岩库中有29种矿物 根据实际情况剥离出信噪比较高的元素谱 标准测井提供六种元素硅 钙 铁 硫 钛 钆 这些元素也可用于计算更为精确的岩石骨架密度和估算有机质含量 地球化学测井 元素俘获谱 ECS 测井 元素俘获谱 ECS 测井处理原理 元素含量 岩性 相对产额 基本元素谱 氧闭合 SCaiFeS 硅钙硫铁钛钆 俘获伽玛谱 剥谱分析 岩性模型 X射线荧光分析 X射线衍射分析 矿物组分骨架密度 页岩吸附气的评价方法 1 岩性密度和岩心TOC含量回归关系式 基于Schmoker 1979 北美业界通行算法 变化较大 需要当地岩心分析TOC值标定2 logR技术 Passey 1989 电阻率和声波时差 岩性密度等重叠法计算TOC 3 基于ECS的ELANPlus法 利用ELANPlus模块 基于岩心标定过的ECS和其他各种曲线计算干酪根含量利用如下方法转化为TOC wt RickLewis etal 2004 温度压力校正 TOC校正 页岩孔隙度的评价手段 烃 水 束缚水 干酪根 核磁总孔隙度密度总孔隙度 矿物骨架 PEX ECS PPC 通过ECS得到骨架密度并进行TOC校正获得岩石孔隙度 与岩性无关的孔隙度测量 核磁共振测井 页岩基质渗透率的估算方法 含气孔隙度与岩心回归关系渗透率 K 渗透率 SPE49301 核磁SDR渗透率 岩心标定ELANPlus计算渗透率 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 页岩气储层评价 储层质量 内容 矿物组分 干酪根 有效孔隙度 渗透率 含气量储层质量 TOC 2wt 渗透率 100nD 有效孔隙度 4to 12pu 饱和度 Sliquid 45 粘土矿物 40 含气页岩储层质量与完井特性评价内容 储层质量 粘土含量及粘土类型 干酪根和有机碳含量 吸附气和游离气含量 孔隙度及渗透率完井特性 岩石可压裂性 三维岩石力学模型 裂缝发育特征与持续性 三维非均质性分析 裂缝起裂影响 诱导缝和天然裂缝发育特征 围岩封堵性评价 粘土矿物的敏感性分析 储层完井特性及完井方案对生产的影响 30 20 10 0 生产剖面 Stage1 Stage2 Stage3 Stress High Low 由电成像获得SPE103202 占气产量的70 50 的射孔段对生产无贡献 完井过程中裂缝的发育特征与影响因素 强度 UCS 地应力和孔隙压力 Pp ShSH SV 0 StressMPa 200W E StressDirectionShN fault RegionalTrend PR 120UCS400 Poisson sRatio Young sModulus 1000FrictionAngle70 弹性 1 0 0 10 FMI SonicScanner DSI岩石强度参数水平主应力 MDT XPT孔隙压力 LDT 垂直主应力应力方向 地层层序 颗粒岩相泥质岩相变形机理 地质构造地层界面不整合 断层 油田尺度 页岩气完井特性评价 岩石力学模型 完井特性 页岩的岩石力学特征 页岩 层状砂岩 快 强 慢 弱 30 p V h tect P h Pp v1 v h tect V Pp h Pp EhvVEV1 vh 各向同性 横向各向同性垂向各向异性 TIV 层状页岩具有极强的各向异性 特别是存在塑性粘土和有机质时 TIV 横向各向异性 垂向轴对称 导致岩石力学参数纵横向的巨大差异 横波速度 杨氏模量 波松比 产层 岩性 红色 低应力蓝色 高应力 完井特性 各向异性岩石力学模型参数同性异性 Hmin 3D岩石力学模型指导侧向着陆点 Well 1 Well 2 1BCFWell3BCFWell 3口新钻井在低应力层段侧向钻进起始井初始产量1 2MM day新井初始产量在2 4MM day税后回报率翻倍EUR增加达20 投资利润率翻倍 完井特性 岩石结构对完井的影响 水力压裂缝的延展高度与特征 水力压裂缝的渗流连通性 侧向非均质性对生产的影响 储层质量结合完井特性优化完井设计 良好的岩石物理特性 k GIP矿物组分 低泥质含量井眼稳定性 钻井诱导缝 井眼崩落 膨胀性粘土 优化着陆点量化压裂增产 结构 诱导缝的发育特征地应力 低闭合应力 RQ CQ 实例 综合储层质量与完井特性进行完井设计 0 10000 20000 30000 40000 50000 PreOptimization 6Wells PostOptimization 3Wells 3MonthBOE 与老井相比 新井三个月平均累计产量增加33 新井采用综合储层与完井质量进行完井优化设计 有效孔隙度