安纪星, 董银梦, 檀玉松, 苏敏, 许菲, 李娜

(中国石油集团测井有限公司华北事业部, 河北 任丘 062552)

0 引 言

华北油田束鹿凹陷泥灰岩致密油储层是一类比较特殊的致密油储层。首先是岩性复杂,主要分布有纹层状泥灰岩、块状泥灰岩、颗粒支撑砾岩、杂基支撑砾岩、泥岩、砂岩等4大类十几个小类岩石[1]。复杂的岩性造成复杂的孔隙结构,泥灰岩储层基质孔隙度通常很低,一般为1%～3%[2],但是储层局部裂缝、孔洞较发育;颗粒支撑砾岩储层基质孔隙相对发育,缝洞发育为砾间缝、贴砾缝、粒间溶孔等微小缝洞发育,储层有效性评价与射孔段、射孔簇划分困难。最初在ST1井进行大型施工压裂改造时,第1段施工顺利(破裂压力50 MPa,加液、加砂正常),第2段遇到了困难,压力增加到80 MPa储层没有压开,所选择的2个射孔簇无效,没有达到压裂效果。2015年袁吉诚教授提出,面对低渗透油气田数量不断增多、非常规油气资源开发力度逐渐加大、新型压裂技术不断涌现的新局面,射孔技术不再是石油开采的临门一脚,提出射孔为压裂酸化服务的新观点[3]。而射孔簇的优化选取是顺利完成射孔和酸化压裂的前提。

1 测井资料评价射孔簇有效性的方法

通过研究发现,束鹿泥灰岩储层的有效性与流体侵入特征、孔隙结构特征、脆性特征、渗透性特征、裂缝发育特征等参数相关,在此基础上,构建测井综合参数AR评价射孔簇有效性。

AR=f(BRSTIBIMRZVFSRT)

(1)

式中,BRST为阵列声波斯通利波渗透性指数,%;IB为脆性指数,%;IMRZ为核磁共振孔隙结构指数,%;VF为裂缝指数,%;SRT为电阻率比值,%;f为权重系数。

1.1 斯通利波渗透性指数BRST

根据斯通利波传播理论,斯通利波是一种管波,它沿井壁传播,其衰减受储层孔隙连通性以及裂缝有效性影响。对于利用斯通利波计算渗透率的研究,1989年Hornby提出了利用斯通利波相速度(或慢度)方法[4],1995年伍先运提出井径变化及泥质含量对斯通利波反演渗透率的影响校正[5]。本文采用了幅度衰减的方法,同时考虑并提出了井径变化和泥质含量影响的校正模型,计算所谓的斯通利波性指数BRST为

(2)

式中,BRST为斯通利波渗透性指数,%;RST、RST,max、RST,min分别为斯通利波幅度平均值、斯通利波幅度最大值、斯通利波幅度最小值,无量纲;Vsh为泥质含量,%;γCALS微差井径(井径与钻头直径的差),cm;BRST与裂缝有效性及孔隙的连通性相关,用其指示储层渗透性,BRST越大,指示渗透性越好。

1.2 脆性指数IB

在压裂过程中只有不断产生各种形式的裂缝,形成裂缝网络,气井才能获得较高产气量。裂缝网络形成的必要条件除与地应力分布有关,岩石的脆性特征是内在的重要影响因素。脆性特征同时也决定了压裂设计中液体体系与支撑剂用量选择。脆性特征通过弹性模量、泊松比计算的脆性指数来表征。

(3)

(4)

(5)

式中,IB为脆性指数,%;IB,POIS为泊松比计算的脆性指数,%;IB,YMOB为弹性模量计算的脆性指数,%;μ、μmax、μmin分别为泊松比、泊松比极大值、泊松比极小值,无量纲;E、Emax、Emin分别为弹性模量、弹性模量极大值、弹性模量极小值,MPa。

1.3 核磁共振孔隙结构指数IMRZ

利用核磁共振测井特征参数定量评价孔隙结构[6]已有很多研究,在这里利用核磁共振10个bin的区间孔隙度和核磁共振有效孔隙度,建立核磁孔隙结构指数IMRZ,孔隙结构指数越大,反映孔隙结构越好,储层渗透性也越好。

(5)

式中,IMRZ为核磁共振孔隙结构指数,%;bin1～bin10为区间孔隙度(代表不同孔径大小),%;φMPHIT为核磁共振有效孔隙度,%;a为不同区间孔隙度的权重系数。

1.4 裂缝指数VF

利用电成像资料评价储层裂缝参数不仅可以从图像直观地看到储层裂缝发育,还能用于裂缝定量计算,定量计算主要提供缝洞密度、缝洞长度、缝洞宽度、缝洞视孔隙度[7]。在束鹿泥灰岩储层,有天然裂缝的储层适于压裂改造,而且裂缝密度大,裂缝宽度大的储层压裂后容易形成网状缝网,构建的裂缝指数更能反映裂缝的有效性。

(6)

式中,VF为裂缝指数,%;AFV为裂缝宽度,mm;DFV为裂缝密度,条/m;φFV为裂缝面孔隙度,%。

1.5 电阻率比值SRT

储层孔隙或裂缝发育时,浅侧向电阻率受泥浆侵入影响,数值明显降低,造成深浅侧向差异增大。因此,电阻率差异可以判断流体的径向侵入特征和裂缝发育情况,电阻率比值越大,储层渗透性越好。

(7)

式中,SRT为电阻率比值,%;Rd为深电阻率,Ω·m;Rs为浅电阻率,Ω·m。

1.6 测井综合参数评价射孔簇有效性的标准

由ST1井射孔段实际产能分析,可以分为3类储层:Ⅰ类储层为高产层,产能大于20 t;Ⅱ类储层产能一般在1～20 t之间;Ⅲ类储层为目前施工尚不能压开的储层,为无效射孔段。测井综合评价参数AR分布为:Ⅰ类储层AR>800,Ⅱ类储层AR在100～800之间,Ⅲ类储层AR<100,建立射孔簇的有效性评价标准。(见表1)

ST3井共设置射孔段5段,设置射孔簇14簇,将每段射孔簇有效性逐一分析(见图1)。

表1 射孔簇有效性解释标准

图1 ST3井5段射孔簇有效性评价图

第Ⅰ段,设置2簇,岩性为陆源颗粒支撑砾岩,为孔隙型储层,电阻率比值为1.7%、1.8%,斯通利波渗透性指数为1.29%、1.90%,核磁共振孔隙结构指数为13.78%、21.40%,裂缝指数为0.3%、0.51%,脆性指数为38.56%、41.14%,测井射孔簇综合评价指数为34.96、153.56,依据标准评价第1个射孔簇难以压开,第2个射孔簇有效性好。

第Ⅱ段,设置1个簇射孔簇,岩性为陆源颗粒支撑砾岩,为孔隙型储层,电阻率比值为2.02%,斯通利波渗透性指数为0.58%,核磁共振孔隙结构指数为27.20%,裂缝发育,裂缝指数为7.10%,脆性指数为42.24%,测井射孔簇综合评价指数为955.72,为高效射孔簇。

第Ⅲ段,设置3个射孔簇,岩性为块状泥灰岩和纹层状泥灰岩,为裂缝型储层,电阻率比值为1.21%、0.95%、1.20%,斯通利波渗透性指数为0.5%左右,核磁共振孔隙结构指数为11.5%、18.45%、20.34%,裂缝指数为6.10%、2.84%,3.10%,脆性指数35.24%、36.14%、41.47%,测井综合评价指数为164.52、80.95、160.03,第1和第3射孔簇有效性好。

第Ⅳ段,设置3个射孔簇,岩性为纹层状泥灰岩和块状泥灰岩,为裂缝型储层,其中只有中间的射孔簇好,电阻率比值为1.59%,斯通利波渗透性指数为0.39%,核磁孔隙结构指数为29.84%,裂缝发育,裂缝指数为7.5%,脆性指数为30.12%,射孔簇综合评价指数为404.12,为有效射孔簇。另外2个射孔簇为无效射孔簇。

第Ⅴ段,设置射孔簇5簇,选取射孔簇的岩性为纹层状泥灰岩,为裂缝型储层,该段射孔簇选取较好,测井综合评价指数分别为157.97、322.99、380.33、102.64、65.74,其中4个射孔簇为有效射孔簇。

依据构建的测井综合评价参数AR对ST3井射孔簇的有效性进行评价,ST3井14个射孔簇分别为高效射孔簇1簇,有效射孔簇8簇,无效射孔簇5簇。

2 压裂效果评价参数的构建

评价压裂是否成功,目前主要是基于施工压裂资料和监测资料评价。工程施工通常认为储层注入压裂液多,加砂量大,储层压裂效果好,在同等的排量下,破裂压力低的储层,储层物性、脆性好。监测资料目前主要有2类,一类是直接注入示踪剂,监测示踪剂的流入、流出量,示踪剂流出量大,认为压裂效果好;另一类是利用井间微地震监测资料,微地震监测的裂缝长度、宽度、高度大,反映压裂效果好。

利用施工参数和监测参数对压裂效果分析,是检验射孔簇有效性的重要方法。通过构建压裂效果评价参数BR作为压裂有效性指示参数。

BR=f(LFA×VS×VY×SZ/pB)

(8)

式中,BR为压裂效果评价参数,无量纲;LFA为监测压裂缝长度,m;VS为加砂量,t;VY为注入液体量,m3;pB为破裂压力,MPa;SZ为示踪液流量,m3。

表2为ST3井工程压裂施工与监测参数数据表,井段4 057.0～4 289.0 m共划分射孔段为5段,从5段施工及监测数据分析可知,最好的是第5段,压裂效果综合评价参数达到68 924;其次是第2段,压裂效果综合评价指数为54 965;最差的是第1段,压裂效果评价指数为9 901。

表2 ST3井施工监测参数统计表

3 测井评价参数与压裂效果评价参数相关性分析

测井评价射孔簇有效性综合参数AR是利用测井参数对射孔簇的有效性进行评价的方法,构建的压裂效果评价参数BR是目前利用工程参数与监测参数评价压裂有效性的方法,从二者建立的交会图(见图2)分析,两者相关性良好,相关系数达到0.95,因此,利用测井资料评价射孔簇的有效性技术,可以在压裂施工之前,优化射孔簇,是增加高效射孔簇、减少无效射孔簇的有效方法。

图2 测井参数与压裂效果评价参数交会图

4 结 论

(1) 一般油井没有直接测量产液能力的方法,储层的压裂效果,只能采用工程压裂施工参数及其后续的监测资料评价。

(2) 在华北束鹿泥灰岩储层,施工破裂压力、注入液体总量、加砂量等是可以表征施工状况的资料;微地震裂缝监测、示踪流量是监测施工效果的有效方法,利用上述参数构建的压裂效果评价参数BR是可以定量评价压裂效果。

(3) 利用测井资料构建的评价射孔簇有效性的参数AR,与储层压裂效果评价参数BR有很好的相关性,在新井中利用测井综合参数AR优选射孔簇,是减少无效射孔簇的产生,减少施工费用,获得单井最大产能的有效手段之一。

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