页岩气水平井井眼轨迹优化设计与地质导向理论研究-课件.ppt
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- 页岩 水平 井井眼 轨迹 优化 设计 地质 导向 理论研究 课件
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1、2014年年3月月973973中国南方海相页岩气高效开发的基础研究中国南方海相页岩气高效开发的基础研究页岩气水平井钻完井关键基础研究页岩气水平井钻完井关键基础研究 页岩气水平井井眼轨迹优化设计与地质导向理论研究页岩气水平井井眼轨迹优化设计与地质导向理论研究阶段成果汇报阶段成果汇报 专题专题3任务完成情况:任务完成情况:进展顺利,完成了研究内容进展顺利,完成了研究内容1和和研究内容研究内容2的前部分工作。的前部分工作。A. A. 完成的研究内容和工作量完成的研究内容和工作量: :以威远以威远-长宁工区为研究对象,完成了资料调研与统计分析,得到了工长宁工区为研究对象,完成了资料调研与统计分析,得到
2、了工区钻井地质特征,为页岩气水平井井眼轨迹优化设计与地质导向理论研究提区钻井地质特征,为页岩气水平井井眼轨迹优化设计与地质导向理论研究提供了地质和工程依据。供了地质和工程依据。取露头页岩岩心取露头页岩岩心8 8块,开展了岩石力学实验和波速各向异性测试;块,开展了岩石力学实验和波速各向异性测试;借鉴借鉴常规水平井井眼轨迹设计方法,并结合页岩气储层特征、地应力常规水平井井眼轨迹设计方法,并结合页岩气储层特征、地应力状态以及层理面和裂缝等弱结构面存在,分析了页岩气水平井井眼轨迹优化状态以及层理面和裂缝等弱结构面存在,分析了页岩气水平井井眼轨迹优化设计需要考虑的主要影响因素,建立了页岩气水平井井眼轨迹
3、的优化数学模设计需要考虑的主要影响因素,建立了页岩气水平井井眼轨迹的优化数学模型,提出了页岩气水平井井眼轨迹的优化设计方案。型,提出了页岩气水平井井眼轨迹的优化设计方案。基于上述方法模型,结合完钻的页岩气井资料,对威基于上述方法模型,结合完钻的页岩气井资料,对威201-H1、威、威201-H3井、宁井、宁201-H1井等井进行了井眼轨迹优化设计与分析,绘制出了井等井进行了井眼轨迹优化设计与分析,绘制出了2D-3D井眼轨迹图,与实钻井眼轨迹具有可比性。井眼轨迹图,与实钻井眼轨迹具有可比性。同时开展了页岩气水平井地质导向的随钻测井精细解释方法研究,尤同时开展了页岩气水平井地质导向的随钻测井精细解释
4、方法研究,尤其是页岩气储层的随钻识别。其是页岩气储层的随钻识别。参加学术会议参加学术会议3 3次,项目组内部讨论交流次,项目组内部讨论交流8 8次,次, 在西南石油大学学报和在西南石油大学学报和测井技术等刊物上测井技术等刊物上发表学术论文发表学术论文3篇。篇。一、页岩气水平井井眼轨迹优化设计方案一、页岩气水平井井眼轨迹优化设计方案(一)(一)威远威远- -长宁工区长宁工区水平井井眼轨迹优化设计依水平井井眼轨迹优化设计依据据(二)页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法(二)页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法(三)页岩气水平井井眼轨迹优化设计应用(三)页岩气水平井井眼轨迹优化设计应用B. 取得的研究成果及
5、其创新性取得的研究成果及其创新性二、页岩气随钻测井识别方法二、页岩气随钻测井识别方法(一)工区水平井井眼轨迹优化设计依据(一)工区水平井井眼轨迹优化设计依据1、页岩气藏构造特征、页岩气藏构造特征典型的穹窿状背斜构造典型的穹窿状背斜构造地面形态平缓地面形态平缓背斜形态呈现为东宽西窄背斜形态呈现为东宽西窄,南南陡北缓的不对称特征陡北缓的不对称特征威远低陡褶带威远低陡褶带属于典型的穹窿状构造,地面形态平缓,背斜形态呈属于典型的穹窿状构造,地面形态平缓,背斜形态呈现东宽西窄、南陡北缓的不对称特征。现东宽西窄、南陡北缓的不对称特征。(一)工区水平井井眼轨迹优化设计依据(一)工区水平井井眼轨迹优化设计依据
6、长宁背斜构造长宁背斜构造由多组构造复杂组合而成,位于川南褶皱带与娄山断褶带的由多组构造复杂组合而成,位于川南褶皱带与娄山断褶带的交界部位。构造复杂增加了钻水平井的难度,需要优化井眼轨迹。交界部位。构造复杂增加了钻水平井的难度,需要优化井眼轨迹。西为贾村溪构造西为贾村溪构造东隔凤凰山向斜与东隔凤凰山向斜与高木顶构造相望高木顶构造相望北邻莲花寺老翁场构造北邻莲花寺老翁场构造南接柏杨林大寨背斜构造南接柏杨林大寨背斜构造(一)工区水平井井眼轨迹优化设计依据(一)工区水平井井眼轨迹优化设计依据2、页岩气的地层产状特征、页岩气的地层产状特征 地地 层层底界底界深度深度 (m)地层地层厚度厚度 (m)岩性简
7、述岩性简述 地层地层产状产状复杂情况提示复杂情况提示倾向倾向倾角倾角 龙龙马溪马溪 1570 170页岩、砂质页岩、底生物灰岩 SE5 8防垮塌 筇筇竹寺竹寺 2840 440页岩、砂质页岩、粉砂岩SE20 8防垮塌威远页岩气层产状威远页岩气层产状地地 层层底界深度底界深度 (m) 地层地层厚度厚度 (m)岩性简述岩性简述 地层地层产状产状复杂情况复杂情况 倾向倾向 倾角倾角龙马溪龙马溪 2640 500页岩、底部生物灰岩SE2545-65防垮塌威远工区龙马溪组地层倾角大于威远工区龙马溪组地层倾角大于8,倾向,倾向SE5、走向、走向NE85;筇竹;筇竹寺组地层倾角大于寺组地层倾角大于8,倾向,
8、倾向SE20、走向、走向NE70。长宁页岩气层产状长宁页岩气层产状长宁工区龙马溪组地层倾角为长宁工区龙马溪组地层倾角为4565,倾向,倾向SE25,走向,走向NE65。(一)工区水平井井眼轨迹优化设计依据(一)工区水平井井眼轨迹优化设计依据3、页岩气储层岩性特征、页岩气储层岩性特征u龙马溪组1503.6-1543.3m中深:1523m厚度:39.7m灰黑色页岩,质纯、致密、性脆,夹黄铁矿条纹及条带u筇竹寺组2652.0-2704.0m中深:2678m厚度:52m灰黑色砂质页岩,致密、性脆硬,水平层理发育,星散状分布黄铁矿局部夹黄铁矿条纹u龙马溪组矿物含量:石英龙马溪组矿物含量:石英41.19%
9、,碳酸盐,碳酸盐26.24%,粘土,粘土32.56%;u筇竹寺组矿物含量:石英筇竹寺组矿物含量:石英66.7%,碳酸盐,碳酸盐11.0%,粘土,粘土22.1%。威远工区:威远工区:(一)工区水平井井眼轨迹优化设计依据(一)工区水平井井眼轨迹优化设计依据长宁地区龙马溪组以粘土矿物为主、长宁地区龙马溪组以粘土矿物为主、 含量约为含量约为50% , 其次为石英、其次为石英、 含含量接近量接近30% , 方解石含量接近方解石含量接近10% 。长宁地区龙马溪组泥页岩与美国长宁地区龙马溪组泥页岩与美国 Barnett页岩石英、方解石及粘土矿物含量页岩石英、方解石及粘土矿物含量威远、长宁几口重点井的石英、长
10、石威远、长宁几口重点井的石英、长石及粘土矿物含量对比图及粘土矿物含量对比图长宁工区:长宁工区:(一)工区水平井井眼轨迹优化设计依据(一)工区水平井井眼轨迹优化设计依据 威远地区龙马溪组地层发育1套页岩气藏,优质页岩气层段为1503.6-1543.3m(厚39.7m):粘土含量低,钙质含量高;测井曲线特征为密度低、声波时差高、中子高,与美国页岩气较相似,页岩气藏特征明显;平均含气总量2.99m3/t,最高含气量5.0 m3/t。4、页岩气储层物性特征、页岩气储层物性特征龙马溪组龙马溪组(一)工区水平井井眼轨迹优化设计依据(一)工区水平井井眼轨迹优化设计依据 威远地区筇竹寺组地层发育5套潜在页岩气
11、储层,共计109.5m,其中2号储层2652.0-2704.0m(厚52m)物性最好:声波时差增大、密度减小的趋势较明显;核磁测井在该层段较好的反映了储层孔隙结构,长T2谱发育表征有大孔隙存在,总孔隙度约3-4%,有效孔隙度约2%;平均含气总量3.25 m3/t。筇竹寺组筇竹寺组(一)工区水平井井眼轨迹优化设计依据(一)工区水平井井眼轨迹优化设计依据 长宁地区龙马溪组地层发育2套潜在页岩气储层,共计47m,其中优质页岩储层为2504-2525m:地层粘土含量低,钙质含量高;测井曲线特征为密度低、声波时差高、中子高,与美国页岩气较相似,页岩气藏特征明显;平均含气总量2.03m3/t,最高含气量3
12、.5m3/t。长宁龙马溪组长宁龙马溪组(一)工区水平井井眼轨迹优化设计依据(一)工区水平井井眼轨迹优化设计依据5、页岩气地层的地应力特征、页岩气地层的地应力特征 Nn=18largest petal: 3.00 Valueslargest petal: 16 % of all values Nn=18max. dens.=17.76 (at 30/ 78)min. dens.=0.00Contours at:0.50,1.00,1.50,2.00,2.50,3.00,3.50,4.00,4.50,5.00,5.50,6.00,6.50,7.00,7.50,8.00,(Multiples of
13、random distribution)Nn=18max. dens.=27.42 (at 120/ 12)min. dens.=0.00Contours at:0.50,1.00,1.50,2.00,2.50,3.00,3.50,4.00,4.50,5.00,5.50,6.00,6.50,7.00,7.50,8.00,(Multiples of random distribution) Nn=18largest petal: 6.00 Valueslargest petal: 33 % of all values井号井号层位层位井深井深三向主应力梯度,三向主应力梯度,MPa/100m最大主应
14、最大主应力方向力方向水平最大水平最大垂向垂向水平最小水平最小威威201井井龙马溪龙马溪1525m3.092.301.90NE135筇竹寺筇竹寺2685m2.532.301.72NE119威远工区威远工区(一)工区水平井井眼轨迹优化设计依据(一)工区水平井井眼轨迹优化设计依据 威远工区威远工区龙马溪和筇龙马溪和筇竹寺组竹寺组产层地应力大小产层地应力大小关系均为:关系均为: SHmax S v SHmin且最大主应力和最小主且最大主应力和最小主应力差值较大。应力差值较大。威威201井龙马溪组地应力剖面井龙马溪组地应力剖面一、工区水平井井眼轨迹优化设计依据一、工区水平井井眼轨迹优化设计依据井号井号层
15、层 位位井深井深三向主应力梯度,三向主应力梯度,MPa/100m最大主应最大主应力方向力方向水平最大水平最大垂向垂向水平最小水平最小宁宁201井井龙马溪龙马溪2574m2.82.562.15NE115长宁工区长宁工区(一)工区水平井井眼轨迹优化设计依据(一)工区水平井井眼轨迹优化设计依据 长宁工区龙马溪组地长宁工区龙马溪组地应力受走滑断层机制控应力受走滑断层机制控制:制:SHmax S v SHmin且最大主应力和最小主且最大主应力和最小主应力差值较大。应力差值较大。宁宁201井龙马溪组地应力剖面井龙马溪组地应力剖面(一)工区水平井井眼轨迹优化设计依据(一)工区水平井井眼轨迹优化设计依据根据上
16、述分析可知根据上述分析可知:威远龙马溪组、筇竹寺组和长宁龙马溪组的页岩地层为优质储层,威远龙马溪组、筇竹寺组和长宁龙马溪组的页岩地层为优质储层,可将靶区设置在上述层段;可将靶区设置在上述层段;储层岩石力学参数在同一井段变化较大,说明储层非均质性较强,储层岩石力学参数在同一井段变化较大,说明储层非均质性较强,且岩石脆性指数高,井壁易发生张性破裂和剪切垮塌;且岩石脆性指数高,井壁易发生张性破裂和剪切垮塌;实钻过程中水平段井壁垮塌严重,说明储层段页岩中含有薄弱的实钻过程中水平段井壁垮塌严重,说明储层段页岩中含有薄弱的层理面和裂缝,对井壁稳定性的影响较大;层理面和裂缝,对井壁稳定性的影响较大;水平段井
17、壁稳定性与地应力类型密切相关,工区储层段的地应力水平段井壁稳定性与地应力类型密切相关,工区储层段的地应力状态属于走滑地应力,确定水平段井眼方位时需要考虑此应力状状态属于走滑地应力,确定水平段井眼方位时需要考虑此应力状态下的井壁稳定性。态下的井壁稳定性。优化设计思路优化设计思路地应力类型地应力类型地应力影响井眼方位的选取:地应力影响井眼方位的选取:正常地应力:水平井段与最大地正常地应力:水平井段与最大地应力方向呈应力方向呈90;走滑地应力:水平井段与最大水走滑地应力:水平井段与最大水平主应力呈平主应力呈45夹角;夹角;反转地应力:水平井段沿最大地反转地应力:水平井段沿最大地应力方向。应力方向。层
18、理面产状层理面产状层理面影响井眼方位的层理面影响井眼方位的选取选取:水平段井眼井壁稳水平段井眼井壁稳定性最优方位为与层理面定性最优方位为与层理面走向呈走向呈180左右。左右。综合分析得出最优水平井段井眼方位综合分析得出最优水平井段井眼方位储层裂缝特征储层裂缝特征裂缝特征影响井眼方位的选取裂缝特征影响井眼方位的选取:储层压裂缝沿最大水平主应力方储层压裂缝沿最大水平主应力方向延伸,结合地应力和层理面分向延伸,结合地应力和层理面分析得到水平段方位,判断压裂缝析得到水平段方位,判断压裂缝是否与井眼垂直或斜交,以此评是否与井眼垂直或斜交,以此评价所选方位的后期增产压裂效果价所选方位的后期增产压裂效果。工
19、区钻井地质环境描述工区钻井地质环境描述(二)页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法(二)页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法水平段长度优化水平段长度优化多目标最优化理论多目标最优化理论页岩气水平井最优井眼轨迹页岩气水平井最优井眼轨迹(二)页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法(二)页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法1. 地应力对页岩气水平井井眼轨迹优化的影响地应力对页岩气水平井井眼轨迹优化的影响不同地应力分布条件下,水平段井眼方位对井壁稳定影响的规不同地应力分布条件下,水平段井眼方位对井壁稳定影响的规律存在较大的差异律存在较大的差异。研究地应力类型如何影响井壁稳定性,对页岩。研究地应力类型如何影响井壁稳定性,对
20、页岩气水平井井眼轨迹优化设计有重要意义。气水平井井眼轨迹优化设计有重要意义。(工区地应力状态为第二(工区地应力状态为第二种)种)正常地应力走滑地应力反转地应力maxminvHHSSSmaxminHvHSSSmaxminHHvSSS(二)页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法(二)页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法正常地应力正常地应力(SvSHmaxSHmin) 井斜角一定,井斜角一定,水平段沿与最大地应力方向呈水平段沿与最大地应力方向呈9090时时( (即沿最小水平主应力方即沿最小水平主应力方向向) ),井壁上最大剪切应力最小且井周剪应力变化趋势小,井壁上最大剪切应力最小且井周剪应力变化趋势小,井壁稳
21、定性最好。,井壁稳定性最好。(二)页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法(二)页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法走滑地应力走滑地应力(SHmaxSvSHmin)井斜角为井斜角为90时,井壁上的最大剪应力先减小后增大。时,井壁上的最大剪应力先减小后增大。井眼方位与最大井眼方位与最大水平主应力呈水平主应力呈45夹角时,井壁周围剪应力变化最小夹角时,井壁周围剪应力变化最小,井壁稳定性较好。,井壁稳定性较好。(二)页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法(二)页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法反转地应力反转地应力(SHmaxSHminSv) 井斜角为井斜角为90,井眼方位角从,井眼方位角从0到到90时,井壁应力增加,井
22、壁稳定性变时,井壁应力增加,井壁稳定性变差。差。井眼方位沿最大地应力方向时,井壁稳定性最好井眼方位沿最大地应力方向时,井壁稳定性最好。2. 层理面产状对井眼方位优化的影响层理面产状对井眼方位优化的影响(1) 含弱层理面岩石破坏准则含弱层理面岩石破坏准则层理面模型的假设:层理面模型的假设:对于页岩地层,地层除了有一组平行的强度较低对于页岩地层,地层除了有一组平行的强度较低的弱面以外,在其他方向上,地层的强度是相同的的弱面以外,在其他方向上,地层的强度是相同的。 层理面破坏准则层理面破坏准则313222()(1cot) sin 2 wwwC13213132()sin22()()cos222tanw
23、wC 式中: 层理面内聚力(MPa); 层理面内摩擦角()。 层理面破坏时正应力(MPa) 层理面破坏时剪应力(MPa) 最大有效主应力(MPa); 最小有效主应力(MPa); 层理面的内摩擦系数 ; 层理面的法向与 夹角() wCw13w=tanww21(二)页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法(二)页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法(二)页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法(二)页岩气水平井井眼轨迹优化设计方法 本体破坏准则本体破坏准则131313()cos2()()sin22tan=C 12213321C式中: 岩石本体黏聚力(MPa); 岩石本体内摩擦系数 ; 岩石本体内摩擦角()。C=tan
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