通过煤层气井割理特征描述优化完井文档格式.docx
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在煤层中,由于几何形态和连通性的变化,普遍存在面割理和端割理有效渗透率的各向异性
,图1展示了煤层中的割理系统。
图1煤层中的裂缝系统
割理系统的渗透率是煤层气藏非常重要的性质,如果割理渗透性差,气藏就不能获得具有经济价值的产量,除非有非常发育天然裂缝系统和井壁相连通。
割理的程度、割理网的性质以及割理系统的连通性在各煤层中都是不断变化的,它们对生产特征甚至多层合采生产方案都有非常重要的作用。
本文将描述一种先进的割理特征描述方法,这种方法主要用声波全波列测井和微电阻率成像测井去识别和解释煤层的性质,以优化生产。
目前研究的井在180米长的地层段中已经钻出了8煤层,通过声波全波列测井和高分辨率电阻率成像测井对割理系统的特征进行描述,以确定各煤层的质量。
这种综合评价方法包括了对割理系统的评价以及与割理系统相关的近井壁应力的评价,制定了完井规范,确定了未来产量的影响因素。
问题阐述
更好理解煤层中割理的发育程度,对了解生产规律和制定完井标准起着至关重要的作用。
通常用密度、伽玛射线和电阻率去描述和确定煤层气藏的潜力。
然而上面提到的所有测井方法可能会受现场次生矿物、煤层性质和井眼状况的影响,因此,并不能为割理发育程度提供有结论性的依据。
本次研究,从X30-Z10层段中共确定了8个煤层,煤的密度在1.45-1.55gm/cc之间,压缩慢度值在122-133us/ft之间。
图2展示了不同煤层的综合测井资料。
对于未来的开发,单纯依靠标准的测井分析方法很难认识煤层,而且在多层合采的情况下也很难确定每个产层的特征。
下面将讨论以声波和成像测井响应为基础的割理评价方法,它能够根据割理系统的连通性确定煤层的等级,然后为理想完井方案制定标准。
理论和方法
电阻率成像测井分析
井眼电子成像测井图像具有非常高的分辨率,这些图像是使割理和裂缝系统可视化,并且还可以通过倾角数据确定割理的方向。
分析倾角数据能够识别原生和次生裂缝系,以及它们的方向和它们在三维空间中的关系。
使用成像测井,天然裂缝、机械诱发裂缝以及它们的几何形态都能够清楚的被识别。
在测井图像中,天然裂缝连续性强、方向不单一,而且有多种多样的形态。
井眼破裂和钻井诱发的裂缝往往出现在优选的方向上,这依赖于局部应力和井眼的方向。
割理是由于干燥、岩化、煤化和构造地应力共同作用的形成。
煤层中的割理空间大小从1/4到几英寸不等。
割理空间大小受煤的等级和煤层厚度的影响。
煤层中割理数目往往与煤的等级,镜质组的含量、矿物质含量和储层构造活动有关。
割理发育的程度和变化能在测井图像上看到。
图3中,大多数小割理都集中在单个煤层中,而图4中,大割理往往穿过多个煤层,这使得煤层具有更大垂直连通性。
图2:
不同煤层的体积密度、中子孔隙度,光电效应、P波慢度、S波慢度和斯通利波慢度曲线,在大多数煤层,P波的慢度范围为122-130微秒/英尺,密度的范围为1.45-1.55千克/立方厘米。
图3局限于单个煤层的小割图4穿过多个煤层的大割理,
理,垂直连通性低垂直连通好
利用成像测井对裂缝进行定量分析能够确定裂缝的一些属性,如长度、密度、孔径和孔隙度。
在裂缝分析中,首先对浅层电阻率测井进行校正,然后通过渗入带电阻率、泥浆电阻率和充满导电泥浆开启裂缝的过剩电流之间的关系计算裂缝开度。
裂缝开度与电流增加的总量成正比,其数学表达式为:
式中:
W—裂缝开度;
b—常数,b<
1;
A—电极的供电电流;
c—与仪器有关的常数;
Rm—泥浆电阻率;
Rxo—渗入带电阻率
。
声波测井分析
声波全波波形在煤层气中的传统应用是弄清楚应力剖面、圈定煤层边界等。
现在,一种去确定割理密度的新应用已经发展。
声波全波列测井分析能确定裂缝的特点
煤是一种软岩石、单极源岩,不能产生横波。
慢度只能从偶极弯曲波形中提取,用Vp-Vs(P波慢变与S波慢变的比值)的比值到P波慢度变化的交会图,研究P波和S波慢度与每一部分的关系。
图5在裂缝系统发育的煤层(煤层7)大部分割理倾斜角都超过65°
,主要裂缝组的走向方位角朝NW-SE
S波慢度是剪切模量的测量值,剪切模量也称作刚度模量。
像煤这样的软岩石中厚裂缝的存在往往会减少地层的刚度,相反,却能增加S波慢度。
割理程度高的煤层,Vp-Vs的比值也高。
煤层6和煤层7显示Vp-Vs的比值在2.65-3之间,而在浅煤层这个值将增加。
图6展示了全部层段的Vp-Vs的比值,其中粉红色的点代表的是煤层6和7的Vp-Vs的比值。
根据这种方法,煤层6和7在全井中具有最高的割理密度。
Vp-Vs的比值与DTCO交会图的对比将在下面讨论。
图6Vp-Vs比值与P波慢度的交会图,红色和洋红色点表示当Vp-Vs比值在2.6-3范围时煤层6和煤层7的响应
斯通利波波形对地层—井筒界面非常敏感。
众所周知,开启裂缝的存在和渗透性会影响慢变和引起斯通利波的衰减。
斯通利波反射率分析用于识别导电性裂缝
然而在割理非常发育的煤层,大部分能量都衰减而且反射能量可以忽略不计。
在能量衰减测量的情况下,折射系数(STTC)能更好的解释裂缝和割理发育程度。
低的折射系数和反射系数意味着非常高的衰减,这种高的衰减是由高的割理引起的,在煤层6和煤层7中折射系数(STTC)在0.65-0.75之间,在浅煤层中也有相同的增加。
图7展示了STTC在煤层中7的测量结果。
不同煤层之间的STTC比较将在下面的章节中介绍。
煤层8,可计算高折射系数,显示出好的反射系数吗?
在如此低割理发育的层,反射系数分析对裂缝的评价仍有较好的效果。
上面两种方法对割理程度提供了一种定性的测量,它们通过与另一种测井方法—电阻率成像测井相结合来确定割理密度,下面的章节将对这进行讨论。
利用弯曲声波的各向异性去计算横波方位角
,一般情况下它代表当前最大水平应力方向。
这种分析展示了煤的各向异性以及横波的方位角走向NW-SE(图8)。
在下面我们将讨论当前最大水平应力方向与割理方向之间的关系。
图7煤层7中的斯通利波折射系数(STTC)和反射系数(STRC),注意可忽略不计的反射系数和弱的折射系数
图8通过声波测井计算的快S波方位角的方向在图中显示指向NW-SE,并且一般和最大水平应力的方向重合。
声波与成像测井的综合
从割理密度的声波分析,我们可以发现,煤层6和煤层7由最高的Vp-Vs的比值。
图9展示了不同煤层Vp-Vs值与纵波慢度交会图的对比以及和成像割理密度的关系。
总体上,煤层6和煤层7的Vp-Vs的比值范围为2.65-3,中煤层4和5的Vp-Vs的比值范围为2.45-2.65,浅煤层1、2和3的Vp-Vs的比值在2.25以下。
成像测井也显示煤层6有非常高的割理密度。
从成像测井与Vp-Vs的比值的测量得出割理密度的变化具有相同的纵波慢度,这展示了它们之间具有紧密的联系。
图9从电阻率成像测井图像中,我们看到Vp-Vs的比值随割理密度的增加而增加,DTCO与Vp-Vs比值的交会图在浅(煤层1和2)、中(煤层4和5)、深(煤层6和7)变化很大,然而,P波慢度值是相似的。
如图6交会图的规模也相似。
我们发现折射系数有随Vp-Vs的比值变化的趋势,总体上看,STTC测量值在深煤层、中煤层、浅煤层的范围分别为0.65-0.75、0.75-0.85、0.85-0.95。
图10展示了这种关系。
我们还可以发现,对于割理密度,电阻率成像测井和声波测井这两个独立的测井方法得出的相似结论。
斯通利波折射系数分析方法为理解更好煤层割理提供了一种新的方法。
基于上面研究的关系不同煤层割理密度变化的定性测量被提出。
上面分析为选择煤层提供了标准以便进一步评价。
通过上面的分析,煤层6、7有较高的割理密度和较强的流通能力,在混合生产选择煤层中应该优选考虑,在割理方面煤层5是下一个响应最好的。
最大水平应力(SH)和面割理的关系是这样的,如果最大水平应力平行于面割理,面割理系统仍然张开,有利于流动,而且能增加煤层渗透率。
主要的割理组用NW-SE定向,通过声波各向异性分析可知,它与最大水平应力具有相同方向,因此,这对储层渗透率有积极的作用如图11。
图10斯通利波反射与透射系数在浅煤层2、中煤层5和深煤层7的图。
斯通利波透射系数随煤层深度的增加而增加,交会图的规模如图6所示。
完井方法
这里有大量的研究以去理解煤层气藏的生产规律。
为了选择合理的完井方法优化生产,需要提出一种综合的气藏描述方法。
除了地质特性对完井的设计起重要作用外,当前应力方向与割理方向的关系也非常重要,如图11。
割理程度对理解煤层的连通性以选择完井方法起着非常重要的作用。
我们发现在选择的作为讨论的煤层中,割理方向和最大水平应力是平行的。
井壁的稳定性和割理的密度也应该被考虑。
针对上述问题,一种完井选择的分析系统将被介绍。
所有的数据都将被分析,包括井壁稳定和煤层6和7生产类型的影响因素。
目前,对于像煤层6和7这样的煤层,最理想的完井方案是钻一个垂直于割理方向下套管的水平井。
这个井要最大量的穿过更多的面割理以增加流动能力,下套管是为了解决井壁稳定性的问题,图12展示了这种完井方案。
其它的完井方案井壁稳定性问题小,但同时压裂可能会破坏割理系统的方向,因此,产量大多为一般或好。
像洞穴和定向射孔这样有效果的完井方法在表1也被介绍。
图11通过声波数据(A)得出的最大水平应力方向与通过成像测井(B)得出的割理方向是平行的。
图12理想的完井方案设计即井眼方向与割理方向相垂直
如上所述,这个表所提供的煤层中的完井类型是代表高质量每层的方案。
然而,基于割理的性质其它煤层的相同表格将被准备。
例如,如果煤层的割理网非常差,压裂将比垂直最大水平力钻水井得到更多的产量。
完井类型的基础数据将为未来的研究做准备。
表1受井壁稳定和产量影响的高质量煤层完井类型选择
结论
像煤这样的非常规储层需要有效和经济的完井方法,对割理发育更好的认识能够解释和预测煤层气藏的特点和流动能力。
一旦综合,割理特点能够为优化完井提供关键信息。
这次研究介绍一种新的方法,该方法综合综合了两种独立的测井测量即声波测井和微电阻率成像测井去确定割理密度,这对煤层气藏的可能流通通道有直接的提示。
对割理方向以及它与当前应力方向关系的认识能确定煤层的流通能力。
本次研究还清楚的展示了基于割理发育和割理网的声波测井特征将从一个煤层到另一个煤层变化,然后通过观察微电阻率测井图像进一步被确定。
割理系统与近井壁应力的关系对完井方案的选择也起着非常重要的作用。
为了优化完井,合理的精细的完井是必需的。
完井方法选择的指导在上面已经介绍,它将在矿场上被应用,以优化生产。
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