斯伦贝谢页岩气勘探与评价技术.pptx

1、页岩气勘探与评价技术提纲 含气页岩的基本特征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页岩气藏页岩气藏非常规天然气非常规天然气 深盆气 致密岩性气藏 页岩气页岩气 煤层气 天然气水合物页岩气基本概念：页岩气基本概念：页岩既是烃源岩，也是储层和盖层页岩既是烃源岩，也是储层和盖层页岩气是指产自低孔、低渗页岩气是指产自低孔、低渗、富有机富有机 质页岩中的天然气质页岩中的天然气页岩气储层包括：页岩气储层包括：富有机质页岩富有机质页岩富有机质页岩与粉砂岩、富有机质页岩与粉砂岩、细细砂岩砂岩夹夹 层层富有机质页岩与粉砂岩、富有机质页岩与粉砂岩、细细砂岩砂岩薄薄互层互

2、层Source Wood Mac*Data for Fayetteville ShaleSource:SBC Analysis;Powell Barnett Shale Newsletter 1/11/2009;WoodMackenzie;水平井多级压裂技术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北美页岩气开发的经验：北美页岩气开发的经验：技术进步与流程优化的有效结技术进步与流程优化的有效结合合斯伦贝谢页岩气研究经验Shale gas research projects Range Resources 钻完井优化 Conoco-PhillipsBakken生产优化

3、Southwestern EnergyFayetteville生产优化 Tallisman EnergyMarcellus储量估算页岩气综合服务流程Hydocarbon Source ModelingCalibrated Seismic InversionShale CharacterizationCore sectionHeterogeneity GeosteeringFaults,FracturesProduction Profile30%20%10%0%StressLH70%of production of PerforationsStage 2Stage 3Stage 1Geomech

4、anics&StimulationPredict the Sweet SpotsProduction Evaluation优化优化开发开发方方案案Reservoir QualityCompletion Quality#1#2#3#4#670008000900010000 1100012000-1 2500060005 8 11 14 17#1#2#3#4#6KOPLandingBHA 1KOP*VerticalLanding*High angle RSSIncreased Vertical PortionIncreased Reservoir ExposurePowerDrive Archer

5、*有效储层有效储层+有利完井特性有利完井特性含气页岩特征富含有机质游离气游离气存储于孔隙中存储于孔隙中吸附气吸附气吸附于干酪根或吸附于干酪根或 微孔隙表面微孔隙表面 确定干酪根的含量是页岩气藏评价的关键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、富有机页岩气是指产自低孔、低渗、富有机 质页岩中的天然气质页岩中的天然气 页岩气储层包括富有机质页岩以及其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中的粉砂岩和细砂岩夹层干酪根特征干酪根特征不溶解于水的有机质不溶解于水的有机质与总有机碳含量有关与总有机碳含量

6、有关吸附甲烷气能力强吸附甲烷气能力强气体特征气体特征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非水湿水湿水湿Matrix骨架骨架Clays粘土类型粘土类型Water水水Total Organic Carbon有机质有机质CalcareousSiliceousPyriteIlliteChloriteKaoliniteSmectiteCBWIrr WaterFree WaterOilGasKerogenBitumenDead C

7、arbon含气页岩特征 孔径极小常规砂岩常规砂岩孔隙系统孔隙系统矿矿物骨物骨架架含气页岩含气页岩700700 m m孔隙中孔隙中的的自由气自由气100100 m m孔隙中的自由气和干酪根吸附气孔隙中的自由气和干酪根吸附气干干酪酪根根Matrix/骨架骨架Clays/粘土粘土Water/水水Total Organic Carbon/总有机碳总有机碳Calcareous钙质钙质Siliceous硅质硅质Pyrite黄铁矿黄铁矿Illite伊利石伊利石Chlorite绿泥石绿泥石Kaolinite高岭石高岭石Smectite蒙脱石蒙脱石CBW泥质束泥质束 缚水缚水Irr Water束缚水束缚水Fre

8、e Water自由水自由水Oil油油Gas气气Kerogen干酪根干酪根Bitumen沥青沥青Dead Carbon“碳渣碳渣”1000101001.00.10.0011e-041e-051e-060.01md页岩渗透率页岩渗透率:0.1 nD 1000 nD；下限渗透率下限渗透率100nD含气页岩特征 极低的渗透率含气页岩特征较强的各向异性11Heterogeneous 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12不同页岩构不同页岩构成各不相同成各不相同粉砂质泥岩粉砂质泥岩粘土质泥岩粘土质泥岩白云质泥岩白云质

9、泥岩硅质泥岩硅质泥岩生屑质泥岩生屑质泥岩含气页岩特征 组分的复杂性粘土质粘土质粘质粘质钙质钙质硅质硅质含气页岩特征 组分的复杂性粘土质粘土质钙质钙质硅质硅质差差差差差差一般一般最好最好最好最好最好最好一般一般主要岩相主要岩相没有形成硅质沉积岩的有利没有形成硅质沉积岩的有利 沉积相沉积相KerogenGas-filled porosityMarcellusWoodfordBarnettFayettevilleHaynesvilleEagle Ford含气页岩特征 组分的复杂性页页岩岩 页页岩岩 页岩页岩页岩气藏的产出机理与特征?100008000600040002000Drill Only Be

10、st Wells页岩气藏特征页岩气藏特征低孔低渗低孔低渗储层非均质性强储层非均质性强自然产能偏低自然产能偏低需生产改造需生产改造Barnett Shale IP(MSCFD)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：页页岩的复杂性：页岩岩 页页岩岩 页岩页岩储层质量完井特性储层质量完井特性有利产层有利产层Open Natl FracturesDrilling 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特征 储层分布储层分布构造、地应力和裂缝关系构造、地应力和裂缝关系井眼轨迹设计井眼轨迹设计 与地质导向与地质导向

11、压裂设计压裂设计水力压裂监测水力压裂监测保证安全钻井保证安全钻井 最大最大化接触有效储层化接触有效储层 有有利于后期增产实施利于后期增产实施1.预探阶段：地质建模及成藏系统研究Ro-0.35%Ro-1.3%Region with poor RQand bad CQ.There is no potential (hopeless case)Region with highRQ and good CQ.These are easy targetsRegions withhigh RQ and poor CQ.These are engineering challenges.有利区域有利区域2.2.

12、勘探开发阶段：有利开发区域预测储层质量储层质量完井特性完井特性页岩气藏的研究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1.复合快速测井平台复合快速测井平台(Multi ExpressPlatform)2.可用于矿物组分估算的地球化学可用于矿物组分估算的地球化学测井仪测井仪 -元素俘获测井元素俘获测井(ECS)3.三维地层非均质性及机械应力特三维地层非均质性及机械应力特征

13、参数征参数 -声波扫描测井仪声波扫描测井仪 (SonicScanner)4.直观及半定量裂缝分析的高分辨直观及半定量裂缝分析的高分辨 率率测井仪测井仪-地层微电阻率扫描成地层微电阻率扫描成 像像(FMI)5.地层孔隙度评价和干酪根计算地层孔隙度评价和干酪根计算-高分辨率核磁共振测井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HNGSHRMSHALS（AIT）探入地下的眼睛微电阻率扫描成像测井探入地下的眼睛微电阻率扫描成像测井臂臂 极板极板 钮钮扣电极扣电极 周向分周向分辨率辨率 井井眼眼覆盖率覆盖率地层微电阻率扫描成像测井地层微电阻率扫描成像测井(FMI)(FMI)仪器参数仪器

14、参数地层微电阻率扫描成像测井地层微电阻率扫描成像测井(FMI)(FMI)仪器参数仪器参数页岩气测井参数评价技术和流程Shale Gas 评评 价模块价模块干酪根干酪根页岩饱页岩饱和度和度方程方程有机碳有机碳含量含量Langmuir 方方 程程吸附气吸附气游离气游离气ECSPeXCMR有效孔有效孔隙度隙度含水饱含水饱和度和度元素俘元素俘获测获测井井ECS电阻率电阻率等常等常规规PEX核磁共振核磁共振CMR 1 Sn nRtaRw(1 Vsh)w Vsh SwRshECS 对对23种元素敏感：种元素敏感：Si,Al,Ca,Mg,Fe,Na,K,P,Ti,S,Mn,Cr,Ba,Nb,Rb,Sr,Y,

15、Zr,B,Th,U,Gd,H2O+。组合出。组合出50种，种，目前岩库中有目前岩库中有29 种矿物。种矿物。根据实际情况剥离出信噪根据实际情况剥离出信噪 比较高的元素谱比较高的元素谱,标准测井标准测井 提供六种元素硅提供六种元素硅,钙钙,铁铁,硫硫,钛钛,钆。这些元素也可用于钆。这些元素也可用于 计算更为精确的岩石骨架计算更为精确的岩石骨架 密度和估算有机质含量。密度和估算有机质含量。地球化学测井元素俘获谱地球化学测井元素俘获谱(ECS)测井测井元素俘获谱元素俘获谱(ECS)(ECS)测井处理原理测井处理原理元素含量元素含量岩性岩性相对产额相对产额基本元素谱基本元素谱氧闭合氧闭合SCaiFeS

16、硅硅钙钙硫硫铁铁钛钛钆钆俘获伽玛谱俘获伽玛谱剥谱分析剥谱分析岩性模型岩性模型X X射线荧光分析射线荧光分析/X/X射线衍射分析射线衍射分析矿物组分矿物组分 骨架密度骨架密度页岩页岩吸吸附附气气的的评评价价方法方法1.1.岩性密度和岩心岩性密度和岩心TOC含量回归关系式含量回归关系式基于基于 Schmoker(1979).北美业界通行算法北美业界通行算法变化较大，需要当地岩心分析变化较大，需要当地岩心分析TOC值标定值标定2.log R 技术技术(Passey,1989)电阻率和声波时差、岩性密度等重叠法计算电阻率和声波时差、岩性密度等重叠法计算TOCTOC3.基于基于ECS的的 ELANPlu

17、s法法利利用用ELANPlus模模块，基于岩心标定过的块，基于岩心标定过的E EC CS S和其他各和其他各 种曲线计算干酪根含量种曲线计算干酪根含量利用如下方法转化为利用如下方法转化为TOC(wt%)(Rick Lewis,et al,2004)温度压力温度压力校正校正TOC校正校正页岩孔隙度的评价手段烃烃水水束缚水束缚水干酪根干酪根核磁总孔隙度核磁总孔隙度密度总密度总孔隙度孔隙度矿物骨架矿物骨架*PEX+ECS+PPC：通过：通过ECS得到骨架密得到骨架密度并进行度并进行TOC校正获得岩石孔隙度校正获得岩石孔隙度与岩性无关的孔隙度测量核磁共振测井与岩性无关的孔隙度测量核磁共振测井页岩基质渗

18、透率的估算方法含气孔隙度与岩心回归关系渗透率含气孔隙度与岩心回归关系渗透率K-渗透率渗透率,SPE 49301核磁核磁 SDR 渗透率渗透率岩心标定岩心标定 ELANPlus 计算渗透率计算渗透率H W CKM3.43.43.42 2i i oimk1 M v SZ 1.7m*2W here:=permeability(mD)=constant=total porosity(vol/vol)=variable Archie cementation coefficient(variable)3=matrix density(g/cm)k 2Z2m*mMivi So i 2=weight frac

19、tion of minerals(clay,qfm,kerogen,carbonate)=bulk density(g/cm3)=specific surface areas of minerals(m/g)页岩气储层评价 储层质量RHOBSwTOCGIPGRResistivityPorosityRHOMECS/XRDELANPorosityPermGas-Phi内容内容:矿物组分矿物组分干酪根干酪根有效孔隙度有效孔隙度渗透率渗透率含气量含气量储层质量储层质量:TOC:2 wt%渗透率渗透率:100 nD有效孔隙度有效孔隙度:4 to 12 pu饱和度饱和度:Sliquid 45%粘土矿物：粘

20、土矿物：40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储层完井特性及完井方案对生产的影响储层完井特性及完井方案对生产的影响30%20%10%0%生生产产剖面剖面Stage 1Stage 2Stage 3StressHighLow由由电电成成 像像获获得得SPE 103202占气占气产产量的量的70%50的射孔段的射孔段对对生生产产无无贡贡献献完井过程中裂缝的发育特征与影

21、响因素完井过程中裂缝的发育特征与影响因素强度强度UCS 地应力和孔隙压力地应力和孔隙压力PpS hS HS V0StressMPa200 WEStress Direction ShNfault?Regional TrendPR 120UCS 400Poissons RatioYoungs Modulus100 0 Friction Angle70弹性弹性1.0010FMISonic Scanner/DSI 岩石强度参数岩石强度参数 水平主应力水平主应力MDT/XPT孔隙压力孔隙压力LDT垂直主应力垂直主应力 应力方向应力方向地层层序地层层序颗粒岩相颗粒岩相 泥质岩相泥质岩相 变形机理变形机理地

22、质构造地质构造地层界面地层界面 不整合不整合/断层断层（油田尺度）（油田尺度）页岩气完井特性评价岩石力学模型（页岩气完井特性评价岩石力学模型（）完井特性 页岩的岩石力学特征页页岩、岩、层层状状砂砂岩岩快快强强慢慢弱弱30pVhtect P h Pp v1 v htectV Pp h Pp EhvV EV 1 vh各向同性各向同性横向各向同性横向各向同性 垂向各向异性垂向各向异性 (TIV)层状页岩具有极强的各向异性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（特别是存在塑性粘土和有机 质时）质时）TIV TIV 横向各向异性，垂横向各向异性，垂向轴对称向轴对称导致岩石力学参数纵横向的巨

23、导致岩石力学参数纵横向的巨 大差异大差异 横波速度横波速度 杨氏模量杨氏模量 波松比波松比产层产层岩性岩性红红色色 低应力低应力 蓝蓝色色 高应力高应力完完井井特特性性 各各向向异异性岩性岩石石力学模力学模型型参参数数同同性性异性异性 Hmin3D 岩石力学模型指导侧向着陆点Well#1:Well#2:1BCF Well3 BCF Well3口新口新钻井在低钻井在低应应力层力层段段侧向侧向钻进钻进 起始井初始产量起始井初始产量 1.2 MM/day新井初始产量在新井初始产量在 2 4 MM/day税后回报率翻倍税后回报率翻倍 EUR 增加达增加达 20%投资利润率翻倍投资利润率翻倍完井特性岩石

24、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良好的岩石物理特性,k,GIP矿物组分矿物组分低泥质含量低泥质含量井眼稳定性井眼稳定性钻井诱导缝钻井诱导缝井眼崩落井眼崩落膨胀性粘土膨胀性粘土优化着陆点优化着陆点 量化压裂增产量化压裂增产结构结构诱导缝的发育特征诱导缝的发育特征地应力地应力低闭合应力低闭合应力RQCQ实例：综合储层质量与完井特性进行完井设计01000020000300004000050000Pre Optimization (6 Wells)Post Optimization (3

25、Wells)3 Month BOE 与老井相比，新井三个月平均累计产与老井相比，新井三个月平均累计产 量增加量增加33%33%.新井采用综合储层与完井质量进行完新井采用综合储层与完井质量进行完井优化设计井优化设计.有效孔有效孔 隙度隙度页岩应页岩应 力指示力指示波松比波松比应力应力射孔射孔矿物矿物/岩岩 石组分石组分实例：综合储层质量与完井特性优化完井设计实例：综合储层质量与完井特性优化完井设计储层压裂效果的听诊器水力压裂监测储层压裂效果的听诊器水力压裂监测水力压裂监测（水力压裂监测（HFM）外径外径2.5英寸，长度英寸，长度2.2米米三分量检波器三分量检波器检波级间距检波级间距3到到45米可变米可变HFM一般使用一般使用8级级最多可组合最多可组合40级级可连续采集数字化的信号可连续采集数字化的信号多功能地震测井仪多功能地震测井仪VSI数据采集数据采集VSI优化的井距优化的井距实时决策、修正实时决策、修正实时监测实时监测裂缝位置三维显示裂缝位置三维显示持续的微持续的微地震监测地震监测实时的探实时的探 测和处理测和处理一体化服务一体化服务水平井多级压裂的监测结果有效储层有效储层好好完井完井性性+=甜点甜点小结：页岩气储层勘探开发的关键与重点小结：页岩气储层勘探开发的关键与重点正确评价正确评价正确策略正确策略正确实施正确实施增产效益增产效益