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,Geology Domain Champion,REW,CHG,SLB,1,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,2,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,3,Source Wood Mac,*Data for Fayetteville Shale,Source:SBC Analysis;Powell Barnett Shale Newsletter 1/11/2009;,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,4,北美页岩气开发的经验：,技术进步与流程优化的有效结合,5,斯伦贝谢页岩气研究经验,Shale gas research projects,Range,Resources,钻完井优化,Conoco-Phillips,Bakken,生产优化,Southwestern,Energy,Fayetteville,生产优化,Tallisman,Energy,Marcellus,储量估算,6,页岩气综合服务流程,Hydocarbon Source Modeling,Calibrated Seismic Inversion,Shale Characterization,Core section,Heterogeneity,Geosteering,Faults,Fractures,Production Profile,30%,20%,10%,0%,Stress,L,H,70%of,production,of Perforations,Stage 2,Stage 3,Stage 1,Geomechanics&,Stimulation,Predict the Sweet Spots,Production Evaluation,优化开发方案,Reservoir Quality,Completion Quality,#1,#2,#3,#4,#6,7000,8000,9000,10000,11000,12000,-1 2,5000,6000,5 8 11 14 17,#1#2,#3,#4,#6,KOP,Landing,BHA 1,KOP*,Vertical,Landing*,High angle RSS,Increased Vertical Portion,Increased Reservoir Exposure,PowerDrive Archer*,有效储层,+,有利完井特性,7,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,8,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,Matrix,骨架,Clays,粘土类型,Water,水,Total Organic Carbon,有机质,Calcareous,Siliceous,Pyrite,Illite,Chlorite,Kaolinite,Smectite,CBW,Irr Water,Free Water,Oil,Gas,Kerogen,Bitumen,Dead Carbon,9,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,Matrix/,骨架,Clays/,粘土,Water/,水,Total Organic Carbon/,总有机碳,Calcareous,钙质,Siliceous,硅质,Pyrite,黄铁矿,Illite,伊利石,Chlorite,绿泥石,Kaolinite,高岭石,Smectite,蒙脱石,CBW,泥质束 缚水,Irr Water,束缚水,Free Water,自由水,Oil,油,Gas,气,Kerogen,干酪根,Bitumen,沥青,Dead Carbon,“,碳渣,”,10,1000,10,100,1.0,0.1,0.001,1e-04,1e-05,1e-06,0.01,md,页岩渗透率:,0.1 nD,1000 nD,；,下限渗透率,100nD,含气页岩特征 极低的渗透率,11,含气页岩特征较强的各向异性,12,Heterogeneous Rock Analysis (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,13,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,14,粘土质,粘质,钙质,硅质,含气页岩特征 组分的复杂性,15,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,16,Kerogen,Gas-filled porosity,Marcellus,WoodfordBarnettFayettevilleHaynesville,Eagle Ford,含气页岩特征 组分的复杂性,页岩,页岩,页岩,17,页岩气藏的产出机理与特征,?,10000,8000,6000,4000,2000,Drill Only Best Wells,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,Barnett Shale IP(MSCFD),18,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,19,Open Natl Fractures,Drilling Induced Fractures Borehole Breakout,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,20,1.,预探阶段：地质建模及成藏系统研究,R,o-,0.35%,R,o,-,1.3%,Region with poor RQ,and bad CQ.There is no potential (hopeless case),Region with high,RQ and good CQ.These are easy targets,Regions with,high RQ and poor CQ.These are engineering challenges.,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,21,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,22,1.,复合快速测井平台,(Multi Express,Platform),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,）,23,探入地下的眼睛微电阻率扫描成像测井,24,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,25,地层微电阻率扫描成像测井,(FMI),仪器参数,26,页岩气测井参数评价技术和流程,Shale Gas,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,n n,R,t,aR,w,(1,V,sh,),w,V,sh,S,w,R,sh,27,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,H,2,O,+,。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,28,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,S,Ca,i,Fe,S,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,29,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.log R,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%)(Rick Lewis,et,al,2004),温度压力校正,TOC,校正,30,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,31,与岩性无关的孔隙度测量核磁共振测井,32,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,SPE 49301,核磁,SDR,渗透率,岩心标定,ELANPlus,计算渗透率,H W,C,K,M,3.4,3.4,3.4,2,2,i i oi,m,k,1,M v S,Z,1.7,m,*,2,Where:,=permeability(mD),=constant,=total porosity(vol/vol),=,variable Archie cementation coefficient(variable),3,=matrix density(g/cm),k,2,Z,2,m,*,m,M,i,v,i,S,oi,2,=weight fraction of minerals(clay,qfm,kerogen,carbonate),=bulk density(g/cm3),=specific surface areas of minerals(m/g),33,页岩气储层评价 储层质量,RHOB,Sw,TOC,GIP,GR,Resistivity,Porosity,RHOM,ECS/XRD,ELAN,Porosity,Perm,Gas-Phi,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:,2,wt%,渗透率,:,100,nD,有效孔隙度,:,4 to,12,pu,饱和度,:,S,liquid,45%,粘土矿物：,40,34,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,35,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,Stage 1,Stage 2,Stage 3,Stress,High,Low,由,电,成 像,获,得,SPE 103202,占气,产,量的,70%,50,的射孔段,对,生,产,无,贡,献,36,完井过程中裂缝的发育特征与影响因素,37,强度,UCS,地应力和孔隙压力,P,p,S,h,S,H,S,V,0,Stress,MPa,200,W,E,Stress Direction S,h,N,fault?,Regional Trend,PR,1,20,UCS,400,Poissons Ratio,Youngs Modulus,100,0,Friction Angle,70,弹性,1.0,0,10,FMI,Sonic Scanner/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（,）,38,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,P,p,v,1,v,h,tect,V,P,p,h,P,p,E,h,v,V,E,V,1,v,h,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,39,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,40,3D 岩石力学模型指导侧向着陆点,Well,#,1,:,Well,#,2,:,1BCF Well3 BCF Well,3,口新钻井在低应力层段侧向钻进 起始井初始产量,1.2 MM/day,新井初始产量在,2,4 MM/day,税后回报率翻倍,EUR,增加达,20%,投资利润率翻倍,41,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,42,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,43,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,Pre Optimization (6 Wells),Post Optimization (3 Wells),3 Month BOE,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,页岩应 力指示,波松比,应力,射孔,矿物,/,岩 石组分,44,实例：综合储层质量与完井特性优化完井设计,45,储层压裂效果的听诊器水力压裂监测,46,水力压裂监测（,HFM,）,外径,2.5,英寸，长度,2.2,米,三分量检波器,检波级间距,3,到,45,米可变,HFM,一般使用,8,级,最多可组合,40,级,可连续采集数字化的信号,多功能地震测井仪,VSI,数据采集,VSI,优化的井距,实时决策、修正,实时监测,裂缝位置三维显示,持续的微,地震监测,实时的探 测和处理,一体化服务,47,水平井多级压裂的监测结果,48,有效储层,好完井性,+,=,甜点,小结：页岩气储层勘探开发的关键与重点,正确评价,正确策略,正确实施,增产效益,49,