第五届中国石油工程设计大赛方案设计类赛题基础数据

第五届中国石油工程设计大赛方案设计类赛题基础数据第五届中国石油工程设计大赛方案设计类赛题基础数据一、方案设计类综合组区块概况本次设计方案研究目标区块为页岩Ⅰ区块，地形图如图 1。该区块总体为我国南方丘陵山地，受到来自北西方向挤压应力作用， 以正向构造为主，各背斜带之间以宽缓向斜带为界。海拔最高 675m，最低250m，多在400～600m之间，目标区块在图中以红色区域标出，其拐点坐标如表 1。图1区块地形图表1区块拐点坐标拐点横坐标纵坐标11874950032960002187555003296000318757500329350041875750032905005187495003290500该地区交通较为便利，区内各场镇间均有公路相通。该地区属亚热带季风性湿润气候，常年平均气温 15~17℃。其总的特点是：四季分明，热量充足，降水1第五届中国石油工程设计大赛方案设计类赛题基础数据丰沛，年降水量超过 1000mm，水系发育，季风影响突出。四季特点为：春早，常有“倒春寒”和局部的风雹灾害；夏长，炎热，旱涝交错；秋短，凉爽而多绵雨；冬迟，无严寒，雨雪少，常有冬干。在降水多的季节，需预防山洪暴发所引起的泥石流、塌方、滑坡，河道涨水所引发的洪水等自然地质灾害。地质背景2.1地层特征页岩Ⅰ区块古生界奥陶系 —中生界三叠系自下而上主要发育： 十字铺组、宝塔组、涧草沟组、五峰组、龙马溪组、小河坝组、韩家店组、黄龙组、梁山组、栖霞组、茅口组、龙潭组、长兴组、飞仙关组、嘉陵江组。根据目前勘探开发情况，将下志留统龙马溪组下部—上奥陶统五峰组约 86m层段含气泥页岩段作为本区主要的目的层。按照从老到新的顺序，由五峰组至嘉陵江组具体叙述如下：1）奥陶系（1）上统五峰组（O3w）分为上下两部分，下段为黑色碳质页岩、粉砂质页岩，厚度为 3～7m，上段为钙质云岩或粉砂质页岩，曾名 “观音桥段”，厚度很小，一般小于 1m。2）志留系（1）下统龙马溪组（S1l）上部为灰、深灰色泥岩、含粉砂质泥岩，下部为深灰色、灰黑色泥岩、炭质泥岩。与下伏五峰组地层呈整合接触关系，厚度约 300m。（2）下统小河坝组（S1x）本组地层上部及中部岩性以灰、绿灰、灰绿色泥岩、砂质泥岩为主，夹绿灰、灰绿色粉砂岩、泥质粉砂岩；下部岩性为灰、绿灰色泥岩、砂质泥岩与绿灰色粉砂岩、泥质粉砂岩呈不等厚互层。与下伏龙马溪组地层呈整合接触关系，厚度约230m。（3）中统韩家店组（S2h）上部以灰色泥岩为主，夹灰绿色粉砂岩；中、下部岩性为灰色泥岩、砂质泥岩与灰绿色粉砂岩、泥质粉砂岩呈不等厚互层。与下伏小河坝组地层呈整合接触关系，厚度约为 500m。3）石炭系2第五届中国石油工程设计大赛方案设计类赛题基础数据（1）中统黄龙组（C2h）岩性为绿灰、深灰色云岩、针孔状云岩、角砾状云岩。与下伏韩家店组地层呈假整合接触关系，厚度约 25m。4）二叠系（1）下统梁山组（P1l）灰、深灰色泥岩为主，顶部为灰黑色炭质泥岩。与下伏黄龙组地层呈假整合接触关系，厚度约25m。（2）下统栖霞组（P1q）上部为浅灰色含生屑灰岩，灰、深灰色灰岩；下部为灰、浅灰、深灰色灰岩、含泥灰岩，厚度约150m。（3）下统茅口组（P1m）上部为灰、浅灰、深灰、灰白色灰岩及灰黑色炭质页岩，中部及下部为浅灰、灰、深灰色灰岩，中下部夹薄层灰色灰质泥岩。与下伏栖霞组地层呈整合接触关系，厚度约300m。（4）上统龙潭组（P2l）中部岩性为灰、浅灰色灰岩、含泥灰岩，上、下部岩性为灰黑色炭质页岩、炭质泥岩。与下伏茅口组地层呈假整合接触关系，厚度约 50~60m。（5）上统长兴组（P2ch）上部为为灰、浅灰、深灰色灰岩、含泥灰岩、泥质灰岩、生屑灰岩，中部为灰、浅灰、深灰色生屑灰岩、灰岩，下部为灰、深灰色灰岩、含泥灰岩、含生屑灰岩。与下伏龙潭组地层呈整合接触关系，厚度约 190~200m。5）三叠系（1）下统飞仙关组（T1f）顶部为棕紫色泥质白云岩、灰色泥质白云岩，中部为灰色、浅灰色灰岩、鲕粒灰岩，下部为浅灰色灰岩、含泥灰岩、泥质灰岩，底部见一层深灰色泥灰岩。与下伏长兴组地层呈假整合接触关系，厚度约 430~480m。（2）下统嘉陵江组（T1j）上部为灰、浅灰、深灰色灰岩、含云灰岩、白云岩、灰质白云岩、含泥白云岩、膏质白云岩与灰白色石膏岩、 云质石膏岩呈不等厚互层；中部及下部为浅灰3第五届中国石油工程设计大赛方案设计类赛题基础数据色灰岩，含泥灰岩。与下伏飞仙关组地层呈整合接触关系，厚度约 250~320m。根据已钻井的资料信息，该区地层出露老、岩石硬度大、可钻性较差；浅表有溶洞、暗河发育，呈不规则分布；三叠系地层存在水层，二叠系长兴组、茅口组、栖霞组在局部地区存在浅层气， 水层和浅气层均属于低压地层； 志留系地层的坍塌压力与漏失压力之间的区间较小， 目的层龙马溪组底部页岩气层， 油气显示活跃、地层压力异常，气层压力系数为 1.41～1.55，而目的层之上的地层压力系数较正常，其大致分布如表 2。表2地层压力系数表地层地层系统组代号压力系数三叠系下统嘉陵江组T1j1.00～1.12飞仙关组T1f上统长兴组P2ch1.10～1.16龙潭组P2l二叠系茅口组P1m下统栖霞组P1q1.10～1.20梁山组P1l石炭系中统黄龙组C2h1.10～1.20中统韩家店组S2h1.10～1.25志留系下统小河坝组S1x1.10～1.30龙马溪组S1l1.21～1.40（非目的层段）奥陶系上统五峰组O3W1.41～1.55（目的层段）该地区五峰组—龙马溪组总体上分布稳定， 尤其是目的含气层段在地震剖面和连井对比剖面上都有很好的响应。 气层总厚度在83～90m，纵向上连续，中间无隔层。据现有钻井测井、录井以及岩芯特征，该地区目的含气页岩段从下到上可划分出三段、五个亚段，其中第 1段（分11亚段和12亚段）为碳质硅质泥页岩，厚度分别约为 33m和18m；第2段为含炭质粉砂质泥岩，厚度约 17m；31亚段为含炭质灰云质泥页岩， 厚度约13m；32亚段为含炭质粉砂质泥页岩， 厚度约6m，通过现有资料发现，各亚段在全区分布基本稳定。4第五届中国石油工程设计大赛方案设计类赛题基础数据2.2地化特征根据岩芯资料，有机碳含量最小为0.55%，最大为5.89%，平均为2.55%/173块，且具有自上而下有机碳含量逐渐增加趋势。纵向上五峰组—龙马溪组一段一亚段处于深水陆棚亚相，有机碳含量主要介于3%～5.5%之间；一段二亚段—三亚段下部有机碳含量降低，主要介于1.5%～3%之间；三亚段上部由于水体明显变浅，有机碳含量普遍较低。该区块下志留统龙马溪组和上奥陶统五峰组有机质类型指数为92.84和100，均为Ⅰ型干酪根，镜质体反射率分别为2.42%和2.8%，以生成干气为主。2.3储集特征五峰—龙马溪组页岩储层段发育孔隙类型包括无机孔隙、有机质孔隙、微裂缝、构造缝4种储集空间类型，其中无机孔隙主要包括粘土矿物晶间孔、粒间孔以及粒内孔；有机孔隙属于有机质在后期热演化过程形成的孔隙，页理缝则主要发育于纹层发育段，在刚性矿物与塑性矿物间易于形成页理缝，根据岩芯观察结果表明，构造缝多为直劈缝和高角度构造剪切缝，整体欠发育。储层储集层脆性矿物介于33.9%～80.3%，平均为56.5%。在纵向上，五峰组—龙马溪组一段一亚段脆性矿物含量高，多大于50%；一段二亚段—三亚段下部脆性矿物含量降低，主要介于40%～65%；三亚段上部脆性矿物含量普遍较低。储集空间以纳米级有机质孔、 粘土矿物间微孔为主，并发育晶间孔、次生溶蚀孔等，孔径主要为中孔，页岩气层孔隙度分布在1.17%～8.61%之间，平均4.87%。稳态法测定水平渗透率主要介于0.001～355mD。其中基质渗透率普遍低于1mD，最小值为0.0015mD，最大值为5.71mD，平均值为0.25mD，而层间缝发育的样品稳态法测定渗透率显著增高，普遍高于1mD，最高可达355.2mD。2.4含气性特征根据气层解释结果，储层含气量随着深度增加含气丰度逐渐增加。从单井含气量实测结果来看目的层总含气量介于 0.44～5.19m3/t，平均值为1.97m3/t，主要以损失气与解吸气为主，残余气含量低。损失气含量介于 0.11～3.9m3/t，平均值为1.14m3/t；解吸气含量介于0.31～1.4m3/t，平均值为0.79m3/t；残余气含量介于0.01～0.07m3/t，平均值为0.04m3/t。5第五届中国石油工程设计大赛方案设计类赛题基础数据含水饱和度测试结果表明该地区五峰—龙马溪组含气页岩段束缚水饱和度介于28.2～40%，平均为34.1%。实验室或现场测量资料3.1气组分测试资料经过检测，目的层气体为以甲烷为主的优质天然气，具体组分如表 3。表3气体组分表井号YY1YY2YY3YY4氢0.0020.0360.0160.050氦0.0230.0280.0230.021氮0.4120.5132.0810.399硫化氢1.1501.1861.1671.193二氧化碳0.5210.8420.0200.460甲烷97.35096.95496.19397.497组分乙烷0.4350.3350.3870.341丙烷0.0310.0120.0000.010异丁烷0.0060.0000.0000.002正丁烷0.0080.0000.0000.002异戊烷0.0100.0000.0000.000正戊烷0.0070.0000.0000.000已烷以上0.0000.0000.0000.0003.2岩石力学特性对该区块目的层岩芯开展岩石力学参数测试， 测得杨氏模量23～37GPa，泊松比0.11～0.29，体积模量为14～18GPa，剪切模量10～14GPa，实测最大主应力为61.50MPa，最小主应力为52.39MPa，根据应力剖面图可以得到上下隔层应力差约8MPa。YY1井测井数据计算脆性系数为59.9%；YY2井测井数据计算脆性系数为57.5%；YY3井测井数据计算脆性系数为53.1%；YY4井测井数据计算脆性系数为52.7%；YY5井测井数据计算脆性系数为55.3%。6第五届中国石油工程设计大赛方案设计类赛题基础数据3.3页岩特性分析3.3.1页岩岩石矿物组分根据岩芯测定结果，页岩岩石矿物组分如表 4。表4页岩Ⅰ区块含气页岩段粘土X衍射分析数据表样品编号层位岩性检测结果（wt%）SI/SItKaoC1龙马溪组深灰色泥岩/3561/42龙马溪组灰黑色页岩/5244/43龙马溪组灰黑色页岩/5441/54龙马溪组灰黑色页岩/4749/45龙马溪组灰黑色泥岩/6927/46龙马溪组黑色碳质泥岩/4945/67龙马溪组黑色碳质页岩/5542/38龙马溪组黑色碳质页岩/3658/69龙马溪组黑色碳质页岩/4549/610龙马溪组灰黑色碳质泥岩/4649/511龙马溪组灰黑色碳质泥岩/3851/1112龙马溪组灰黑色碳质泥岩/4744/913龙马溪组灰黑色碳质泥岩/6726/714龙马溪组灰黑色泥岩/3347/2015龙马溪组灰黑色碳质泥岩/3356/1116龙马溪组灰黑色泥岩/3953/817龙马溪组灰黑色粉砂质泥岩/7123/618龙马溪组灰黑色粉砂质泥岩/5146/319龙马溪组灰黑色粉砂质泥岩/3066/420龙马溪组灰黑色粉砂质泥岩/5245/321龙马溪组灰黑色粉砂质泥岩/5642/222龙马溪组灰黑色粉砂质泥岩/4444/1223龙马溪组灰黑色粉砂质泥岩/3658/624龙马溪组灰黑色粉砂质泥岩/5434/1225龙马溪组灰黑色粉砂质泥岩/4648/626龙马溪组灰黑色粉砂质泥岩/2567/87第五届中国石油工程设计大赛方案设计类赛题基础数据27龙马溪组灰黑色粉砂质泥岩/8016/428龙马溪组灰黑色粉砂质泥岩/4747/629龙马溪组灰黑色碳质泥岩/5145/430龙马溪组灰黑色碳质泥岩/4452/431龙马溪组灰黑色粉砂质泥岩/7024/632龙马溪组灰黑色粉砂质泥岩/5239/933龙马溪组灰黑色粉砂质泥岩/6529/634龙马溪组灰黑色碳质泥岩/7918/335龙马溪组灰黑色碳质泥岩/7918/336龙马溪组灰黑色碳质泥岩/7622/237龙马溪组灰黑色碳质泥岩/7323/438龙马溪组灰黑色碳质泥岩/8019/139龙马溪组灰黑色碳质泥岩/8215/340龙马溪组灰黑色碳质泥岩/8513/241五峰组灰黑色碳质泥岩/751213/42五峰组灰黑色碳质泥岩/7126/343五峰组灰黑色碳质泥岩/7422/43.3.2孔隙度数据根据岩芯测定数据，得到孔隙度数据如表 5。表5岩芯孔隙度数据表测深VOLUMEVOLUMEVOLUMEPROSITY井号样品GRAINPORESSAMPLE（m）(%)(cc)(cc)(cc)1242513.62430.757914.38234.962245614.84070.88215.72285.61YY13251814.76960.917715.68735.854254613.04690.935413.98236.695263413.88291.080314.96337.221242314.66030.487815.14814.22YY22246213.09880.702513.80135.093250915.29931.074116.37345.564253713.2540.957713.98636.388第五届中国石油工程设计大赛方案设计类赛题基础数据5259715.52561.188416.71396.971247013.97840.641814.62034.052258315.3240.673515.99754.22YY33250913.87270.76414.63675.064254814.39940.762615.1625.485260813.98570.930814.91656.241259013.52860.57414.10254.032262915.3240.673515.99754.20YY43268514.39940.762615.1625.184277116.09640.875816.97225.865321214.32170.823915.14566.441253013.2290.73313.9624.52225521386970.757714.68794.95YY53257916.36950.787517.1575.324264415.5650.678915.88955.845276015.15730.535115.69246.683.3.3渗透率数据根据岩芯测定数据，得到渗透率数据如表 6。表6岩芯渗透率数据表井号样品号测深密度平均渗透率(g/cm3)(mD)（m）124252.59110.1322224562.63110.0073YY1325182.6150.2559425462.60520.3057526342.59810.4991124232.60320.1055224622.5880.2865YY2325092.6040.3541425372.59220.0123525972.62010.4897YY3124702.58970.2569第五届中国石油工程设计大赛方案设计类赛题基础数据225832.54320.152325092.55010.089425482.580.43526082.6050.126125902.5890.0467YY4226292.440.3245326852.5540.2256427712.4450.145532122.4360.403125302.550.122225522.490.065YY5325792.4680.302426442.5230.265527602.5110.4323.3.4含气丰度、含水饱和度数据通过岩芯测试，得到含气丰度、含水饱和度数据如表 7。表7岩芯含气丰度、含水饱和度数据表井号样品号测深吸附气丰度游离气丰度总丰度含水饱和度（m）（m3/t)（m3/t)（m3/t)（%）124250.6500.1200.77036.4224560.7400.7601.50033.5YY1325181.6450.9252.57034.2425462.0071.4533.46035.1526342.4902.1404.63032.7124230.7200.1800.90038.5224620.9180.8821.80036.7YY2325091.5870.8932.48032.1425372.0301.4703.50033.0525972.3732.1074.58031.9124700.6720.1480.82035.7YY3225830.7110.7401.45134.2325091.6320.8792.51132.6425481.9561.3443.20033.110第五届中国石油工程设计大赛方案设计类赛题基础数据526082.6762.0244.60032.1125900.5140.1370.65136.2226290.6570.6831.34034.4YY4326851.3980.7532.15035.2427711.8661.2443.11032.4532122.5322.0684.70031.6125300.6210.1890.8135.9225520.710.781.4934.6YY5325791.341.212.5535.4426441.761.53.2632.7527602.552.014.5632.03.4页岩储层扩散、等温吸附测试数据选岩芯样品进行扩散系数测定，得到扩散系数在 2.987×10-7～9.503×10-7cm2·s-1的范围内，样品测试结果如表 8、9。表8岩芯扩散系数测试表（YY1）仪器名称天然气扩散系数测定装置烃类气体类型甲烷井号YY1岩性刚性饱和介质氮气直径（cm）2.5测试压力（MPa）4.0测试温度（℃）60.0长度（cm）2.42-1）9.503×10-7扩散系数（cm·s表9岩芯扩散系数测试表（YY2）仪器名称天然气扩散系数测定装置烃类气体类型甲烷井号YY3岩性刚性饱和介质氮气直径（cm）2.50测试压力（MPa）4.0测试温度（℃）60.0长度（cm）2.41扩散系数（cm2·s-1）2.987×10-7从目前五峰-龙马溪组等温吸附测试结果来看，30℃试验温度下，吸附气量介于1.52m3/t～3.86m3/t，平均为2.53m3/t。11第五届中国石油工程设计大赛方案设计类赛题基础数据图2吸附测试数据3.5储层敏感性分析数据岩芯敏感性和应力敏感性分析结果表明：流速不敏感；水敏指数0.66～0.75，中偏强—强水敏；临界盐度2×104PPM；酸敏指数0.67～0.75，中—强酸敏；中等偏强应力敏。现场生产动态资料4.1生产井基本数据目前，该区块共有 5口生产井，其中 4口进行了压裂试采，YY5井仅完成了完井施工，基本信息如表 10。表10生产井基本数据坐标（m）地面海拔补心高钻遇目的层目的层垂向压力地温梯度井号深度/MD厚度横坐标纵坐标（m）（m）系数℃/100m（m）（m）YY11875095832948665528.5241390.51.412.83YY21875139032920985555.3241589.21.472.85YY31875456532947525007246286.31.432.80YY41875632532920286005.82585831.422.86YY51875456732931685307.6252384.51.402.84其中井轨迹数据见附件 1。12第五届中国石油工程设计大赛方案设计类赛题基础数据4.2压裂施工数据该区块YY1～YY4井都进行了压裂施工，施工后微地震监测数据见附件 2（附件中x，y，z是井口相对坐标）。4.3试气数据对YY1和YY3井进行了试气，其结果如下：4.3.1 YY1井试气分析YY1井钻完塞后开始放喷测试，共完成6个制度测试，井口压力8.8～29.6MPa，瞬时产量4.53～16.72×104m3/d。共获4个稳定点：采用临界速度流量计装10mm油嘴27mm孔板，稳定产量134339m3；8mm油嘴27mm孔板，/d稳定产量123616m3；油嘴27mm孔板，稳定产量3；油嘴/d6mm112722m/d4mm27mm孔板，稳定产量59621m3/d。根据放喷测试求取的4个稳定点，采用一点法求得该稳定点的平均无阻流量为15.33×104m3/d。4.3.2 YY3井试气分析YY3井进行放喷求产，前后共计采用 12、17、10、8、6、4mm油嘴、26mm孔板进行放喷排液，按标准测气求产。其中10、8、6、4mm油嘴测试数据压力和产量都相对稳定，稳产产量分别为201966m3/d、171667m3/d、106591m3/d，66318m3/d。根据放喷测试测得的4个测试制度，采用一点法求取测试点的无阻流量，求得平均无阻流量为21.18×104m3/d。4.4生产数据从2012年7月1日开始，该区块的4口水平井压裂后进行了试生产，生产数据如表11。表11区块试采数据初期生产情况目前生产情况累积累积累积井号套压日产气日产水套压油压日产气日产水生产时间产气量产水量（×104m3）（m3）(MPa)(m3)(m3)(MPa)(MPa)(m3)(m3)（d）YY126.8602302.320.620.06641010363245185YY229.99653460.924.236631706340323YY327.81101364224.261154652.51011347YY430.1314053411.627.651496300325181713第五届中国石油工程设计大赛方案设计类赛题基础数据页岩气外输本区块生产的气需输送到已建管线中，接口位置如图 1（S点）所示。经济评价相关参数6.1财政补贴等相应政策根据2012年11月1日财政部、国家能源局《关于出台页岩气开发利用补贴政策的通知》（财建[2012]847号），中央财政对页岩气开采企业给予补贴， 2012年-2015年的补贴标准为0.4元/立方米，补贴标准将根据页岩气产业发展情况予以调整。14第五届中国石油工程设计大赛方案设计类赛题基础数据二、方案设计类单项组气藏工程单项组气藏工程单项组方案设计所需数据参照综合组基础数据。钻完井工程单项组2.1基础数据钻完井工程单项组方案设计所需数据除参考综合组基础数据外，还应考虑以下特需数据，并在这些数据基础上，从以下两种方案中选择一种完成钻完井设计。方案一：根据给定的井口坐标和靶点坐标，完成单井设计。表12单井井口和靶点坐标靶点坐标井名井口坐标ABXYXY垂深XY垂深YY1118753051329473818752666329426724181875159632932902450方案二：根据给定的井口坐标（中心井）和靶