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小尺寸偶極工具優化致密油氣開采(上)

小尺寸偶極工具優化致密油氣開采(上)

致密油氣的開采高度依賴壓裂作業,新出現的過鉆頭小尺寸測量工具能夠更精準的測量數據,幫助優化模型和作業結果。

來自 |?WorldOil
編譯 |?白小明 驚蟄

近日,一種新型過鉆頭聲波服務使作業公司能夠對比小尺寸套管井水力壓裂前、后測量的裂縫數據,這些數據可用于確定儲層改造后裂縫開啟的井段,估算支撐裂縫的高度。

目前業界使用的裂縫模型可以根據巖性、巖石力學特性、應力大小和方向等變量,確定作業產生水力裂縫的幾何復雜性。盡管如此,工作人員仍然需要使用可信度較高的模型來驗證裂縫的幾何形狀。

現在,聲波技術在油氣行業的應用得到普及,能夠更好地理解裂縫的幾何形狀特征,并用于優化每一級儲層的改造效果。測量數據還可以確定裂縫的幾何形狀是否符合模型的預測,或者是否需要進一步調整參數以優化模型。

如今,工作人員正在使用一種套管井聲波各向異性差分模型來比較水力壓裂作業前、后采集的聲波數據。分析數據可以確定裂縫開啟的井段,使工作人員能夠準確估算支撐裂縫的高度。然而,這種技術的使用僅限于較大尺寸的套管。

作業挑戰

阿根廷Neuquén盆地的Lajas地層是一個致密儲層,具備經濟可行性,但需要大量的水力壓裂增產作業。2000年,作業公司開始應用大規模的壓裂改造作業,目的是盡可能的從Lajas地層開采商業油氣,但進展有限。進展緩慢主要受幾個因素限制,包括地層地質、巖石物理特性、機械特性和場應力分布等。

描述裂縫的幾何形狀非常困難,不僅因為儲層固有的復雜性,還因為不同測量技術的局限性。在阿根廷,使用聲波數據分析裂縫高度被證明是優化水力壓裂作業的有力手段。然而,如果沒有小尺寸的偶極工具,這種技術就不能應用于非常規油氣開發過程中普遍采用的小直徑套管井。

地質復雜性

Lajas地層是Cuyo組的一部分,后者屬于Neuquén盆地的首次大規模海相沉積。Cuyo地層是重要的含烴沉積,自該地區開始勘探以來就成為作業目標。

Cuyo組由Los Molles地層的泥質海相沉積和隔離的濁積巖沉積組成,被從海洋大陸架到大陸沉積的砂巖和礫巖所覆蓋。Lajas地層由不同厚度的泥巖和砂巖夾層組成。從巖相學來說,Lajas地層由中到細粒的長石質巖屑巖和粗到極粗的巖屑砂巖組成,分選差到中等。

已存在的形態特征,如Huincul隆起和上覆載荷,是Neuquén盆地Lajas地層巖石物理特性的主要控制因素。地層孔隙度為7 – 10 p.u.,滲透率為0.001 – 0.1 mD。通過X射線衍射分析,粘土含量范圍為5% – 12%,主要對應于伊利石和綠泥石。

裂縫幾何形狀評估

了解水力裂縫的幾何形狀,在改造過程中以及后續的設計優化過程中都至關重要。根據數據采集工具的探測深度(DOI),評估裂縫在形成過程中及之后幾何形狀的方法被分為近井方法和遠場方法。

近井評估方法,例如放射性示蹤劑和溫度、生產測井,被廣泛用于確定水力裂縫高度并獲得支撐劑的位置信息。然而,這些測量工具的DOI很小,因此測量結果不能代表比近井眼地帶更遠區域的情況。此外,這些測量數據是時間相關的,這意味著必須在水力壓裂作業后立即進行測井,數據才具有代表性。

在壓裂改造期間進行的遠場評估方法是確定裂縫幾何形狀的首選,因為它們能提供裂縫的高度、長度、方位和對稱性等可靠信息。缺點是它們可能受到作業特點或儲層流體類型的限制,例如由于受到監視井和改造井之間的距離限制,只能采用速度模型。

為了彌合遠距離和近距離這兩種方法在評估水力裂縫幾何形狀(主要是高度)時的差距,引入了延時聲波各向異性分析,這可算作一種“中距離”的方法,分析中采用了Lajas地層水力壓裂前、后獲得的數據。

套管井聲波數據采集

套管井中聲波數據的可靠性和質量一直備受工作人員的關注。通常應用于裸眼井的現有技術可以精確測量地層的橫波和縱波慢度。然而,在套管井中,傳播模式(如隨水泥膠結質量不同而變化的套管信號)的增加提高了記錄波形的復雜性。一般來說,采集自套管外的聲波數據質量主要受水泥膠結質量和地層速度的影響。

由于非常規地層通常是硬巖石,是一種快速地層,因此影響縱波慢度質量的主要因素是膠結質量,而不是偶極橫波,偶極橫波通常具有高質量。這意味著工程師可以控制好處理過程和質量,來準確測量套管井中的偶極快、慢橫波。

最終的快橫波數據可用于評估沿膠結質量較差井段缺失的縱波慢度。根據膠結質量不同,使用一個巖石物理模型,結合快橫波和來自光譜工具的巖石物理評估數據,可以重建縱波值。

波形色散的各向異性分析

聲波工具的偶極彎曲波是分散波,其行為受測井工具的能力、井眼尺寸、泥漿密度和速度,以及地層特性(體積密度、縱波和橫波波速)的影響。通過分析頻域中的橫波慢度變化,并在寬頻帶上反演離散的慢度值,可以獲得不同的DOI。對于低頻域,可以獲得井眼直徑2-3倍的DOI,這就是中距離方法。

橫波在不同方向以不同速度通過巖石傳播。這種現象被稱為聲波各向異性,它由很多機理造成,如整齊的斷層、地質分層或應力不平衡。與工具方向正交的方位聲波各向異性,可以通過測井和處理加工來測量,處理加工時可以識別和旋轉快、慢橫的分量。

對偶極彎曲分散數據的分析,可以使工作人員僅用聲波測量數據來識別聲波各向異性的機理。例如,對于水力誘導的裂縫,就非交叉偶極分散而言,長軸向裂縫實際上引入了一個TIH各向異性特征。

因此,工作人員研發了套管井聲波各向異性差分(DCHSA)技術,它利用Sonic Sc??anner*聲波掃描平臺數據,通過延時對比水力壓裂前、后各向異性結果來確定水力裂縫高度。 DCHSA使用以下兩個指標之一確定水力裂縫高度:

  • 最小和最大能量間差距的增加和橫波慢度的各向異性:當對巖石進行水力壓裂時,這種各向異性指標的增加,代表著壓裂后觀察到的裂縫高度;
  • 對比壓裂前、后的快速橫波和慢速橫波,對于觀察到的裂縫高度而言,橫波慢度差距大于1%。

當存在明顯的橫波各向異性增量,且用陀螺儀或磁力計(取決于井斜,需要了解工具的相對方位和相對于北方的位置)采集到了數據時,就可以得到被支撐的水力裂縫的高度,以及水力裂縫或裂縫的優先破裂面方向。(待續)

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