济阳坳陷页岩油勘探实践与现状.pdf

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孔隙度为5%~16%;层状泥质灰岩和灰质泥岩相穿层缝-顺层缝-基质孔隙连通,孔隙度为4%~10%;块状泥质灰岩和泥岩相不规则缝-基质孔隙连通,孔隙度为3%~8%。通过对比有机溶剂洗提前后样品的孔隙体积变化,发现富碳酸盐矿物页岩样品增孔峰值为8~9nm,高黏土矿物含量页岩样品增孔峰值为5~6nm,表明5~6nm:..孔隙具备储油能力(图8)。FY1-1469样品氩离子抛光电镜抽真空,孔径大于10nm储集空间中有原油渗出,高压压***-GRI孔隙度-含油饱度法联测表明,页岩油主要赋存于孔径为10nm以上孔隙中,孔径为10nm是泥页岩基质孔赋存游离油的下限(图9)。,、外表面,各种赋存位置的物理和化学性质存在差异[10]。模拟实验证实,页岩油赋存状态可分成孔隙游离态以及外表面和内表面吸附态等3种,其中孔隙游离态和外表面吸附态属物理吸附,饱和烃和芳烃丰富,而内表面吸附态属化学吸附,且非烃和沥青质丰富。由于黏土矿物和有机质表面积大,特别是内表面积大,对烃类吸附能力强(黏土矿物吸附量小于20mg/g,有机质吸附量一般大于50mg/g),因此,烃类的赋存状态一定程度上受干酪根和黏土矿物吸附能力控制,随深度的增加,页岩中干酪根-烃类相互作用强度随成熟度增加而降低,游离烃比例显著增加。垂向上,受生烃演化的控制,埋深小于2600m,页岩油赋存状态主要为内表面吸附态,以非烃和沥青质为主,流动性差;埋深为2600~3500m,出现游离态烃,纹层状岩相游离态烃富集,总烃含量增高,非烃、沥青质含量降低,流动性增强。埋深大于3500m,纹层状岩相和层状岩相泥页岩中游离态烃富集,孔隙减小,总烃含量大于非烃和沥青质含量,轻重比迅速增加(图10)。:..、水平井井眼轨迹设计、压裂设计方面均起着重要作用[11]。地震技术在胜利油田页岩油勘探中的应用相对较晚,在泥页岩层组界面反射、时频特征、岩相、裂缝预测等方面取得一些初步的认识。在泥页岩层组界面反射特征方面,传统认识认为泥页岩内幕为空白反射,通过精细研究认为,不同层组泥页岩成分、组合、含油性、电阻率不同,速度、密度也存在明显差异,泥页岩内幕可以形成中强反射、中弱反射,也有空白反射。垂向上差异大、平面上环境变化小的泥页岩为中强连续反射,垂向上差异较小、平面上环境变化大的泥页岩则为中弱断续反射,厚度较小的层组难以形成独立的强反射,表现为弱的波形或空白反射。在泥页岩时频方面,泥页岩纵向时频特征明显,能够揭示湖平面的变化规律,伴随着湖平面的上升,沉积物钙质含量降低、互层减少,地震反射频率降低,表现为反韵律的特征;湖平面下降时,沉积物钙质含量增加、互层增多,地震反射频率升高,表现为正韵律的特征。在岩相预测方面,以地震属性表征三参数(TOC、岩性、物性)为基础,通过三参数组合的神经网络融合来表征岩相,避免了直接利用地震属性预测岩相的多解性,预测结果与实钻井吻合较好,实现了有利岩相的有效预测。在裂缝预测方面,按裂缝发育特征选取针对性方法进行预测,实现了裂缝定量表征。利用小波边缘检测、相关分析、各向异性分析等主要识别断层、大型陡倾角裂缝(大于70°);利用属性剥分检测技术,选取裂缝敏感属性突出缓倾角裂缝特征;通过数据归一化处理,利用各敏感属性对缓倾角裂缝特征进行差异表征,提取裂缝发育概率,实现裂缝密度的定量化表征。另外,改造了地震集成微地震采集设备,研发了多项微地震核心技术,自主研发了微地震处理、解释软件。:..胜利油田实施了多口页岩油专探井,在施工过程中遇到井身质量难保证、井壁稳定性差、水平段井眼清洁困难、钻速慢、井身轨迹控制难等诸多难题(表2)。针对上述问题,在钻井过程中,使用“扶正器+钻铤”常规钻具组合保证井身圆滑;利用油基钻井液显著降低滑动钻进井下摩阻(每钻进1000m,摩阻仅增加50kN),同时选用的油基钻井液具有良好的抑制性和封闭性,保持井壁稳定和水平段井眼清洁,平均井眼扩大率控制在2%左右;选用宽大水槽、薄而尖锐刀翼的PDC钻头,防止了泥包,提高机械钻速30%以上,提速效果明显;利用近钻头仪器能够实时反映地层岩性的变化趋势,准确探测地层界面,初步实现了地质导向功能。另外,胜利油田集成了油基钻井液回收(页岩滚动回收率大于等于90%)及钻屑随钻处理技术(处理后钻屑含油量小于3%),填补了中国油基钻屑处理技术的空白,为大面积推广油基钻井液施工奠定了基础。表2济阳坳陷页岩油井钻井参数统计Table2SummaryofdrillingparametersofshaleoilwellsinJiyangDepression井号BYP1BYP2LY1-2FY1LY1NY1井深/..、井涌、井轨迹偏移钻井面临的问题给后期固井提出了巨大的挑战,在施工过程中遇到固井管串下入困难、油基泥浆在一二界面易形成油膜、套管居中困难等页岩油水平井固井共性难题。针对以上问题,引进和自主研发套管旋转下入引导系统,在完井管串下入遇阻时,可以边转边下套管或尾管,提高了完井管串的一次性到位率;配制高效驱油前置液,提高油基钻井液的冲洗效率(高于80%),前置液和钻井液、水泥浆的相容性良好,同时配制遇水自愈合塑性微膨胀水泥浆体系(提高水泥环耐冲击能力,降低射孔压裂时水泥环的破裂,提高二界面胶结质量),可保证压裂投产后整个油井寿命周期中水泥环一直保持完整性和封隔效果;用外径比常规扶正器小的液压膨胀式套:..管扶正器,解决常规扶正器下入困难问题,胀开后比常规扶正器大,实现了井下套管居中的目的,如5-1/2″液压式扶正器的最大外径为185mm(常规扶正器为215mm),%,胀开后最大外径为320mm,%,在井眼扩大率较大的井段也可取得良好扶正效果。、储集性和含油性快速识别问题。在岩性识别方面,由于泥页岩颗粒细小、组分复杂,目前主要采用X射线荧光元素录井技术,对泥页岩地层的元素特征进行系统分析与总结,建立了包括黏土矿物在内的矿物计算方法,进而由元素转换矿物,实现岩性的快速识别[12]。国外三大服务公司都有各自的测录井商业化产品,如斯伦贝谢公司的ECSTM(ElementalCaptureSpectrosco?py)元素俘获能谱测井仪、哈里伯顿公司的GEMTM(ElementalAnalysisTool)地层元素测井仪和LIBS(Laser-inducedBreakdownSpectroscopy)激光诱导击穿光谱仪(LaserStrat井场化学地层服务)、贝克休斯公司的地层岩性测井仪FLEXTM(FormationLitholo?gyExplorer),并在页岩油气领域发挥了突出的作用。胜利地质录井主要引进斯伦贝谢公司的EC?STM进行岩性快速识别。页岩油储层的孔喉直径均在纳米级别,如此微小的孔隙需要较高分辨率的设备进行物性评价,胜利地质录井引进的核磁共振设备检测孔隙下限可低至8nm,实现了不同级别孔隙贡献率及孔隙结构的快速评价。钻井液固体粉末荧光添加剂、油基钻井液一直是困扰油气显示识别的一道难题,虽然采用气测、定量荧光等油气识别手段有一定的效果,但不能解决同源原油混入的问题,不能定量评价地层油气含量。为此,胜利地质录井利用混油基泥浆+泥岩样品地化谱图与混油基泥浆前的泥岩样品地化谱图进行对比分析,先确定油基泥浆谱图,进而确定泥岩地层的含油性,实现油基泥浆钻遇地层含油性的快速识别。泥页岩岩相、储集性、含油性、油气赋存方式复杂多变的特点,导致利用测井信息:..对其认识和评价较为困难。在采集电成像测井、元素测井、三维声波扫描成像测井等资料的基础上,采用系统化验数据刻度特殊测井,特殊测井刻度常规测井的思路,构建了泥页岩组构、孔隙度、含油饱和度、总有机碳含量、S1和S2等评价参数的定量计算模型,实现了泥页岩“岩石组分与沉积构造、物性、地化特性、含油气性、可压裂性、测井属性”六性定量表征,从而解决了泥页岩岩相、有利储集段类别划分及流体性质测井评价等难题。,胜利油田立项进行泥页岩可压性理论攻关,2012年以来在BYP1井、BYP2井、FY1井和Y283井进行现场试验(表3)。通过前期理论攻关和现场试验,建立了综合页岩脆性矿物含量、力学性能、水平应力各向异性及天然裂缝等因素的可压性评价方法,评价结果表明,地质“甜点”岩相——纹层状-,可压性属中等。在页岩压裂裂缝破裂方式、压裂裂缝起裂扩展物理模拟以及压裂裂缝起裂扩展数值模拟等方面取得一系列研究进展。压裂裂缝破裂方式实验结果表明,济阳坳陷古近系页岩以张破裂和剪切破裂为主,主裂缝为垂直的张裂缝,分支缝以平行于层理面的剪裂缝为主;压裂裂缝起裂扩展物理模拟实验结果表明,压裂液黏度越低,越容易形成复杂裂缝网络,,应力比越小,裂缝复杂程度越高;,容易形成相对复杂的缝网。胜利油田页岩油储层受区域构造影响,水平主应力差异较大,难以形成复杂裂缝网络,制约了体积压裂技术的应用。采用大排量、低黏度多级交替压裂工艺技术,通过一次或多次投送水溶性多裂缝暂堵剂,形成滤饼临时封堵裂缝,提高缝内压力,迫使层内高应力区开启一条或多条新裂缝,从而提高改造体积。针对页岩油多级、大规模体积压裂改造的需求,开展了多级分段压裂完井管柱研究,形成了泵送桥塞-射孔联作分段压裂完井技术、裸眼多级分段压裂完井技术、固井滑套多级分段压裂完井技术,同时结合泥页岩储层泥质含量高、水基压裂对储层伤:..害大等技术难题,开展了滑溜水压裂液、在线混配速溶胍胶压裂液及高效防膨剂、高效助排剂等体系的研发工作。表3济阳坳陷页岩油井压裂改造参数统计Table3Summaryoftheparametersofshaleoilwells’fracturingstimulationinJiyangDepression井号BYP1(水平井)BYP2(水平井)FY1(直井)Y283(直井)完井方式套管裸眼套管套管主压裂工艺滑溜水/线性胶造复杂缝网+高黏液造主裂缝的主导工艺线性胶造复杂缝网+高黏液造主裂缝的主导工艺滑溜水+交联液体积压裂技术低黏液造复杂缝网+高黏液携砂造高导流通道裂缝的主导工艺最大压裂段数2513排量/(m3·min-1)**********初期产油量/(t·d-1).、裂缝型和混合型,其中,基质型页岩油主要富集在泥页岩基质孔隙中,裂缝型页岩油主要富集在与裂缝相关的储集空间和基质孔隙中,混合型页岩油主要富集在与夹层相关的储集空间和基质孔隙中。需要指出的是,夹层必须与生油岩紧密接触,裂缝型和混合型页岩油仅有短距离源内运移[13]。研究区37口出油井精细解剖结果表明,岩相是页岩油富集的有利条件,目前发现的页岩油井绝大部分分布在含油性和储集性好的富有机质纹层状泥质灰岩相、富有机质纹层状灰质泥岩相及其所夹的薄夹层中。通常情况下,规模大、物性好的夹层发育段,页岩油产能相对高。含油性通常用TOC和S1来表征,其不仅反映烃源岩的品质和原始生烃能力,更是评价泥页岩含油性和可动性的主要参数。埋深与日产油量具有较好的相关关系,埋深代表烃源岩演化程度,埋深越大演化程度越高,原油生成量越大,同时原油密度和黏度较小,原油可动性较好,从而页岩油较容易:..采出。压力是页岩油富集的动力,与页岩油产能呈明显的正相关。另外,微裂缝发育程度决定页岩油产能,微裂缝发育则页岩油相对富集高产。总的来看,页岩油产能主要受压力、埋深、总有机碳含量、S1、原油密度、原油黏度、岩相、距断层距离、断距、断裂组合方式以及断层数量等多种因素控制,各控制因素的具体标