一种页岩气靶体识别与高钻遇控制方法

摘要

本发明公开了一种页岩气靶体识别与高钻遇控制方法，涉及非常规油气增产改造技术领域，具体包括如下步骤：步骤S1：确定页岩气水平井缝网压裂的靶体位置；步骤S2：根据井的情况选择钻井方式；步骤S3：根据地质特征和钻井特征对靶体钻遇情况进行控制，获取高钻遇率；步骤S4：针对脱靶的水平段进行差异化完井布孔；本发明，利用应力差异指数、脆性指数进行了靶体的识别，形成了利用应力差异指数曲线、脆性指数曲线形态与伽马测井曲线的关系开展高钻遇靶体控制钻井，实现了水平井最优靶窗的识别和钻进，实现页岩气水平井单井产量的提升。

说明书

技术领域

本发明涉及非常规油气增产改造技术领域，具体涉及一种页岩气靶体识别与高钻遇控制方法。

背景技术

开发页岩气是目前国内实现天然气规模上产的最有效途径；目前统计结果表明，四川盆地海相页岩气最具开采价值；但盆内86％的页岩气聚焦在埋藏深度较大的区域(深度大于3500m)，给钻完井工程带来了诸多难题，例如随着埋藏深度增大，井底温度增加，钻完井工具对温度的适应条件更为苛刻；地应力更大、地应力差异更明显，水力压裂有效改造储层的难度增大。

靶体的识别是实现页岩气水平井缝网压裂取得高产的基础保障措施；现目前国内有大量学者进行了该方面的研究；文献《页岩气水平井产量影响因素分析》、《利用地球物理综合预测方法识别页岩气储层甜点——以四川盆地长宁区块下志留统龙马溪组为例》、《四川盆地五峰组—龙马溪组页岩脆性评价与“甜点层”预测》、《页岩气储层品质测井综合评价》等、专利《一种页岩气水平井靶窗选择方法》、《基于高频层序地层学的海相页岩气水平井靶窗选择方法》等主要采用了静态地质参数进行靶体的选择，沿用的是常规油气藏的靶体识别思路，未能实现对页岩气地质工程一体化的决策；文献《页岩气储层可压性评价新方法》、《新型脆性因子及其在泥页岩储集层预测中的应用》考虑工程参数，但所需参数较多，计算过程较为繁琐，矿场实际应用时的时效性难以保证；不仅如此，目前的大多数靶体识别的方法和技术，均未能考虑到页岩气水平井所处位置的地质条件和工程条件，即未能配套形成如何对靶体钻成、对靶体钻好的相应方法和技术，使得矿场钻井过程中的脱靶现象频繁，大量井因钻遇靶体的比例较低，产量普遍偏低。

此外，由于技术的进步，页岩气水平井正向着水平段长度逐渐增长的趋势发展，水平井长度由1000m已增至平均1800～2000m的水平，水平段长度的增加、埋藏深度的增加，使得整个页岩气水平井的直井段、造斜段、水平段之和普遍超越了4500m，对靶体钻遇长度的要求更高，同时对钻具的磨损、钻井的效率等方面提出了挑战，同时也使得靶体即便被识别也难以保证其钻遇率；矿场在钻前、钻井过程中，对储层的认识多通过钻前取心、钻中录井和随钻测井获得数据，取心数据不连续，不能用于钻完井直接的指导，录井与随钻测井的数据量已随着目前快节奏的施工流程，不一定能获取前述文献和专利中提到的各项参数指标，使得已有方法的实际应用难以进行。

发明内容

本发明的目的在于：针对目前的大多数靶体识别的方法和技术，未能配套形成如何对靶体钻成、对靶体钻好的相应方法和技术，使得矿场钻井过程中的脱靶现象频繁，大量井因钻遇靶体的比例较低，产量普遍偏低和随着技术的进步页岩气水平井的水平段长度逐渐增长，不一定能获取前述文献和专利中提到的各项参数指标，使得已有方法的实际应用难以进行的问题，提供了一种页岩气靶体识别与高钻遇控制方法，解决了上述问题。

本发明的技术方案如下：

一种页岩气靶体识别与高钻遇控制方法，包括如下步骤：

步骤S1：确定页岩气水平井缝网压裂的靶体位置；

步骤S2：根据井的情况选择钻井方式；

步骤S3：根据地质特征和钻井特征对靶体钻遇情况进行控制，获取高钻遇率；

步骤S4：针对脱靶的水平段进行差异化完井布孔。

进一步地，所述步骤S1的详细步骤为：

步骤S1a：确保预钻水平井附近具有至少1口直井；

步骤S1b：选择距离预钻水平井最近的1口直井，搜集所述直井各测井点对应的埋藏深度、岩石密度，并计算获取各测井点的地应力大小和应力差异系数；

步骤S1c：搜集步骤S1b中选择的直井的各测井点对应的无铀伽马数据，计算获取各测井点的力学脆性大小；

步骤S1d：搜集步骤S1b中选择的直井的各测井点对应的硅质矿物质量分数、碳酸盐矿物质量分数，计算获取各测井点的矿物脆性大小；

步骤S1e：根据各测井点的力学脆性大小和矿物脆性大小计算得到可压裂指数；

步骤S1f：根据步骤S1b计算得到的应力差异系数和步骤S1e计算得到的可压裂指数，绘制步骤S1b中选择的直井的应力差异系数测井解释曲线和可压裂指数测井解释曲线；

步骤S1g：将应力差异系数测井解释曲线和可压裂指数测井解释曲线的波峰进行对比，并根据不同的对比结果将对应测井点识别为不同种类的靶体。

进一步地，所述步骤S1g中识别规则为：

当两条曲线的波峰完全重叠时，将该波峰所对应的测井点识别为A类靶体；

当两条曲线的波峰部分重叠时，将两条曲线交叉位置所对应的测井点识别为B类靶体；

当两条曲线的波峰未重叠，两条曲线波峰之间的距离小于波峰在纵向上的厚度时，将两条曲线波峰之间的中间位置对应的测井点识别为C类靶体；

当两条曲线的波峰未重叠，两条曲线波峰之间的距离大于波峰在纵向上的厚度时，以应力差异系数测井解释曲线的波峰对应的测井点作为靶体。

进一步地，所述步骤S2的选择规则如下：

当预钻水平井的直井段长度a、造斜段长度b、水平段长度c之和小于4500m时，该预钻水平井的水平段均采用旋转导向+随钻测井的钻井方式进行钻井；

当预钻水平井的直井段长度a、造斜段长度b、水平段长度c之和大于4500m时；若直井段长度a、造斜段长度b之和小于4500m，将水平段长度c分割为水平段前段长度c

当预钻水平井的水平段埋藏深度超过3500m时，或井底温度高于130℃时，采用常规螺杆+随钻测井的钻井方式进行钻井，还需采用地面钻柱扭摆系统+全金属抗高温水力振荡器进行辅助。

进一步地，所述步骤S3的详细步骤为：

步骤S3a：搜集步骤S1b中选择的直井的各测井点对应的伽马数据；

步骤S3b：根据收集到的伽马数据绘制伽马测井解释曲线；

步骤S3c：识别出伽马测井曲线的峰值位置；

步骤S3d：将伽马曲线峰值位置所对应的波峰中部位置对应的埋藏深度记为h

进一步地，所述步骤S4的详细步骤为：

步骤S4a：当单个脱靶的水平段长度小于5m时，不进行差异化完井布孔措施；

步骤S4b：当单个脱靶的水平段长度介于5m和40m之间，则将该部分水平段拆分成相同长度的两部分，均分给相邻的左、右两侧的压裂段进行压裂作业；

步骤S4c：当单个脱靶的水平段长度大于40m，则将该部分水平段作为独立的一个压裂段进行压裂作业，同时进行定向射孔布置；当脱靶位置位于靶体上部，则采用定向向下射孔作业，当脱靶位置位于靶体下部，则采用定向向上射孔作业。

进一步地，所述步骤S1b中各测井点的地应力大小采用如下方法计算：

步骤S1b-a：根据各测井点的岩石密度计算各测井点的纵横波比，各测井点的纵横波比的计算公式如下：

式中，

R—各测井点的纵横波比；

ρ—各测井点的岩石密度；

e—数学常数；

步骤S1b-b：根据纵横波比计算各测井点对应的泊松比，各测井点对应的泊松比的计算公式如下：

式中，

ν—各测井点对应的泊松比；

步骤S1b-c：根据埋藏深度计算各测井点的孔隙压力、垂向应力；计算孔隙压力、垂向应力的公式如下：

σp＝ρoverburdengH

σz＝ρgH

式中，

σ

ρ

g—重力加速度；

H—各测井点的埋藏深度；

σ

步骤S1b-d：根据声波数据、泊松比、孔隙压力、垂向应力采用如下公式计算各测井点的最大、最小水平主应力：

式中，

σ

σ

DTC—各测井点的声波；

步骤S1b-e：根据最大、最小水平主应力计算得到各测井点的水平主应力差，采用如下公式计算：

Δσ＝σ

式中，

Δσ—各测井点的水平主应力差；

步骤S1b-f：构建应力差异指数，所述应力差异指数采用如下公式计算：

式中，

P

进一步地，所述步骤S1c中各测井点的力学脆性大小的计算公式如下：

式中，

B

KTH—各测井点的无铀伽马值；

KTH

KTH

进一步地，所述步骤S1d中各测井点的矿物脆性大小的计算公式如下：

B

式中，

B

B

B

所述步骤S1e中各测井点可压裂指数的计算公式如下：

Bo＝(B

式中，

Bo—各测井点可压裂指数。

进一步地，地面钻柱扭摆系统+全金属抗高温水力振荡器进行辅助的内容包括：

地面钻柱扭摆系统通过控制顶驱带动钻具正、反连续摆动，使上部钻柱处于旋转运动状态；

全金属抗高温水力振荡器通过沿管柱串方向产生轴向蠕动，将静摩擦转变为动摩擦，减少钻压损耗和钻柱振动。

与现有的技术相比本发明的有益效果是：

1、一种页岩气靶体识别与高钻遇控制方法，相比现有技术，本发明更注重考虑地应力条件，将应力差异指数进行优化，优化了原有应力差异指数不能反映浅埋藏、低应力和深埋藏、高应力的区别；更注重方法在矿场的快速使用性，优化了原有技术中复杂的计算流程；创新了评价指标的用法，提出利用曲线形态的方式，与钻井导向过程中最常用的伽马测井曲线联动起来，起到快速识别、快速调整的目的，能够保证钻井过程中，出现脱靶现象得到快速纠正；最后还对脱靶的情况进行了后续措施的补充，确保改造效果；整体上，本发明利用应力差异指数、脆性指数进行了靶体的识别，形成了利用应力差异指数曲线、脆性指数曲线形态与伽马测井曲线的关系开展高钻遇靶体控制钻井，实现了水平井最优靶窗的识别和钻进，实现页岩气水平井单井产量的提升。

附图说明

图1为一种页岩气靶体识别与高钻遇控制方法的流程图；

图2为实施例二中四川盆地南部CN区块的直井、部分水平井平台分布图；

图3为实施例二中四川盆地南部CN区块的基础测井曲线；

图4为实施例二中四川盆地南部CN区块的相关测井解释曲线；

图5为实施例二中四川盆地南部CN区块中B1-B7平台各井测试产量的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下面结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例一

请参阅图1-3，一种页岩气靶体识别与高钻遇控制方法，包括如下步骤：

步骤S1：确定页岩气水平井缝网压裂的靶体位置；所述步骤S1的主要目的为优选最适合页岩气水平井缝网压裂的靶体位置；

步骤S2：根据井的情况选择钻井方式；所述步骤S2的主要目的为根据不同页岩气水平井的情况，优选最合适的钻井方式；

步骤S3：根据地质特征和钻井特征对靶体钻遇情况进行控制，获取高钻遇率；

步骤S4：针对脱靶的水平段进行差异化完井布孔，准备压裂。

步骤S1的详细步骤为：

步骤S1a：确保预钻水平井附近具有至少1口直井；应确保预钻水平井附近10km内具有至少1口直井，若无直井，则不具备靶体识别和高钻遇控制条件，应优先进行直井钻井等相关作业；

步骤S1b：选择距离预钻水平井最近的1口直井，搜集所述直井各测井点对应的埋藏深度、岩石密度和声波数据，并计算获取各测井点的地应力大小和应力差异系数；

具体的，所述步骤S1b中各测井点的地应力大小采用如下方法计算：

步骤S1b-a：根据各测井点的岩石密度计算各测井点的纵横波比，各测井点的纵横波比的计算公式如下：

式中，

R—各测井点的纵横波比，无量纲；

ρ—各测井点的岩石密度，单位：g/cm

e—数学常数；

步骤S1b-b：根据纵横波比计算各测井点对应的泊松比，各测井点对应的泊松比的计算公式如下：

式中，

ν—各测井点对应的泊松比，无量纲；

步骤S1b-c：根据埋藏深度计算各测井点的孔隙压力、垂向应力；计算孔隙压力、垂向应力的公式如下：

σ

σ

式中，

σ

ρ

g—重力加速度，单位：N/kg

H—各测井点的埋藏深度，单位：m；

σ

步骤S1b-d：根据声波数据、泊松比、孔隙压力、垂向应力采用如下公式计算各测井点的最大、最小水平主应力：

式中，

σ

σ

DTC—各测井点的声波；

步骤S1b-e：根据最大、最小水平主应力计算得到各测井点的水平主应力差，采用如下公式计算：

Δσ＝σ

式中，

Δσ—各测井点的水平主应力差；

步骤S1b-f：构建应力差异指数，所述应力差异指数采用如下公式计算：

式中，

P

步骤S1c：搜集步骤S1b中选择的直井的各测井点对应的无铀伽马数据，计算获取各测井点的力学脆性大小；

具体的，所述步骤S1c中各测井点的力学脆性大小的计算公式如下：

式中，

B

KTH—各测井点的无铀伽马值，单位：API；

KTH

KTH

步骤S1d：搜集步骤S1b中选择的直井的各测井点对应的硅质矿物质量分数、碳酸盐矿物质量分数，计算获取各测井点的矿物脆性大小；

具体的，所述步骤S1d中各测井点的矿物脆性大小的计算公式如下：

B

式中，

B

B

B

步骤S1e：根据各测井点的力学脆性大小和矿物脆性大小计算得到可压裂指数；

具体的，所述步骤S1e中各测井点可压裂指数的计算公式如下：

Bo＝(B

式中，

Bo—各测井点可压裂指数。

步骤S1f：根据步骤S1b计算得到的应力差异系数和步骤S1e计算得到的可压裂指数，绘制步骤S1b中选择的直井的应力差异系数测井解释曲线和可压裂指数测井解释曲线；

步骤S1g：将应力差异系数测井解释曲线和可压裂指数测井解释曲线的波峰进行对比，并根据不同的对比结果将对应测井点识别为不同种类的靶体；所述波峰在纵向上不得小于2m厚，不得大于5m厚。

具体的，所述步骤S1g中识别规则为：

当两条曲线的波峰完全重叠时，即其中一个波峰能够完全覆盖另一个波峰，或两个波峰能相互覆盖，则将该波峰所对应的测井点识别为A类靶体；

当两条曲线的波峰部分重叠时，即两个波峰均不能完全彼此覆盖，则将两条曲线交叉位置所对应的测井点识别为B类靶体；

当两条曲线的波峰未重叠，会出现如下两种情况：

1、两条曲线的波峰未重叠，两条曲线波峰之间的距离小于波峰在纵向上的厚度时，将两条曲线波峰之间的中间位置对应的测井点识别为C类靶体；

2、两条曲线的波峰未重叠，两条曲线波峰之间的距离大于波峰在纵向上的厚度时，以应力差异系数测井解释曲线的波峰对应的测井点作为靶体。

步骤S2的选择规则如下：

当预钻水平井的直井段长度a、造斜段长度b、水平段长度c之和小于4500m时，该预钻水平井的水平段均采用旋转导向+随钻测井的钻井方式进行钻井；

当预钻水平井的直井段长度a、造斜段长度b、水平段长度c之和大于4500m时；若直井段长度a、造斜段长度b之和小于4500m，将水平段长度c分割为水平段前段长度c

当预钻水平井的水平段埋藏深度超过3500m时，或井底温度高于130℃时，采用常规螺杆+随钻测井的钻井方式进行钻井，还需采用地面钻柱扭摆系统+全金属抗高温水力振荡器进行辅助。

步骤S3的详细步骤为：

步骤S3a：搜集步骤S1b中选择的直井的各测井点对应的伽马数据；

步骤S3b：根据收集到的伽马数据绘制伽马测井解释曲线；

步骤S3c：识别出伽马测井曲线的峰值位置；伽马测井曲线的峰值位置所对应的波峰不受纵向上厚度的约束；

步骤S3d：将伽马曲线峰值位置所对应的波峰中部位置对应的埋藏深度记为h

步骤S4中，需要说明的是：脱靶即水平段钻井时未能钻遇到靶体的部分；具体的，所述步骤S4的详细步骤为：

步骤S4a：当单个脱靶的水平段长度小于5m时，不进行差异化完井布孔措施，可如期进行压裂作业；

步骤S4b：当单个脱靶的水平段长度介于5m和40m之间，则将该部分水平段拆分成相同长度的两部分，均分给相邻的左、右两侧的压裂段进行压裂作业；

步骤S4c：当单个脱靶的水平段长度大于40m，则将该部分水平段作为独立的一个压裂段进行压裂作业，同时进行定向射孔布置；当脱靶位置位于靶体上部，则采用定向向下射孔作业，当脱靶位置位于靶体下部，则采用定向向上射孔作业。

实施例二

实施例二是实施例一在四川盆地南部CN区块的实际应用；图2为四川盆地南部CN区块的地形结构图。

步骤S1：确定页岩气水平井缝网压裂的靶体位置。

步骤S1a：确保预钻水平井附近具有至少1口直井；如图2所示，该区有A井、B井等十余口直井可做选择，具备靶体识别和高钻遇控制条件；

步骤S1b：选择距离预钻水平井最近的1口直井，搜集所述直井各测井点对应的埋藏深度、岩石密度和声波数据，并计算获取各测井点的地应力大小和应力差异系数；本实施例选择B井作为具体实施方式所用的直井，同时整理好后续需要计算的基本测井参数，见附图3；其距离B1～B7等7个平台距离小于10km且相比其他直井距离最近；搜集该井各测井点对应的埋藏深度、密度、声波数据，计算获取直井各测井点的地应力大小，根据计算得到应力差异系数，见附图4；

步骤S1b-a：根据各测井点的岩石密度计算各测井点的纵横波比；利用公式(1)计算得到各测井点的纵横波比，见附图4；

步骤S1b-b：根据纵横波比计算各测井点对应的泊松比；利用公式(2)计算得到各测井点对应的泊松比，见附图4；

步骤S1b-c：根据埋藏深度计算各测井点的孔隙压力、垂向应力；利用公式(3)(4)计算得到各测井点的孔隙压力、垂向应力，见附图4；

步骤S1b-d：根据声波数据、泊松比、孔隙压力、垂向应力计算各测井点的最大、最小水平主应力；利用公式(5)(6)计算得到各测井点的最大、最小水平主应力，见附图4；

步骤S1b-e：根据最大、最小水平主应力计算得到各测井点的水平主应力差；利用公式(7)计算得到各测井点的水平主应力差，见附图4；

步骤S1b-f：构建应力差异指数；利用公式(8)计算得到各测井点的应力差异指数，见附图4。

步骤S1c：搜集B井的各测井点对应的无铀伽马数据，计算获取各测井点的力学脆性大小；利用公式(9)计算得到各测井点的力学脆性，见附图4；

步骤S1d：搜集步骤S1b中选择的直井的各测井点对应的硅质矿物质量分数、碳酸盐矿物质量分数，计算获取各测井点的矿物脆性大小；利用公式(10)计算得到各测井点的矿物脆性大小，见附图4；

步骤S1e：根据各测井点的力学脆性大小和矿物脆性大小计算得到可压裂指数；利用公式(11)计算得到各测井点的可压裂指数，见附图4；

步骤S1f：根据步骤S1b计算得到的应力差异系数和步骤S1e计算得到的可压裂指数，绘制步骤S1b中选择的直井的应力差异系数测井解释曲线和可压裂指数测井解释曲线；见附图4；

步骤S1g：将应力差异系数测井解释曲线和可压裂指数测井解释曲线的波峰进行对比，并根据不同的对比结果将对应测井点识别为不同种类的靶体；在本实施例中，由图4可知，B井的两条曲线波峰处于叠合状态，将其识别为A类靶体。

步骤S2：根据井的情况选择钻井方式；在本实施例中，以B1-1井为例，该井为预钻水平井之一，直井段和造斜段长度共计3200m，小于4500m，水平段设计钻进1800m，则前1300m采用旋转导向+随钻测井的钻井方式进行钻井，后300m采用采用常规螺杆+随钻测井的钻井方式进行钻井；该井井底温度约80～90℃，埋藏深度平均约3020m，故不采用地面钻柱扭摆系统+全金属抗高温水力振荡器进行辅助。

步骤S3：根据地质特征和钻井特征对靶体钻遇情况进行控制，获取高钻遇率；

具体的，步骤S3的详细步骤为：

步骤S3a：搜集B井的各测井点对应的伽马数据；

步骤S3b：根据收集到的伽马数据绘制伽马测井解释曲线，见附图3；

步骤S3c：识别出伽马测井曲线的峰值位置；伽马测井曲线的峰值位置所对应的波峰不受纵向上厚度的约束；

步骤S3d：识别伽马峰值位置与靶体的位置关系；B井伽马波峰中部深度为3172.5m，靶体中部位置深度为3169m，故在钻井过程中时刻保持距离高伽马位置上部3.5m进行钻井。

步骤S4：针对脱靶的水平段进行差异化完井布孔，准备压裂；在本实施例中，B1-1井按照上述步骤较好实施，未出现脱靶情况；以B8-2井为例，该井未采用上述技术进行钻井，在3985～4042m水平段部分脱靶至高伽马下部，段长为4042－3985＝57m，故将该部分单独作为一段，并设计射孔位置为定向向上。

整体上，B1-B7平台均取得较好钻完井改造效果，测试产量均在20×10

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。