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如何用最低的勘探成本 评估页岩储层的开采潜力

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页岩层一般呈低孔、低渗透率的物性特征,气流的阻力比常规天然气大,因此所有生产井基本都需要实施储层压裂改造技术。同时,页岩气采收率要明显低于常规天然气的采收率,常规天然气采收率在60%以上,而页岩气仅为5%~60%。因此,低采收效益一直都影响着人们对它的热衷度,本文就如何降低页岩气的开采成本与提高其应用前景展开了讨论。

页岩气是指赋存于富含有机质的泥页岩及其夹层中,以吸附和游离状态为主要存在方式的非常规天然气,以甲烷为主要成分,是一种清洁、高效的能源原料。

诸如Jackson等不被人们广为所知的气田,如果可以找到其“甜点区”,可能会探索到较高的商业价值。本文所提及的方法就是在成本相对较低情况下展开的。待开发页岩层的勘探价值只能通过测试分析才能确定,尤其对于缺乏化学参数的储层必须要测试其干酪根与总有机化合物的含量水平以及地质成熟度的测试才可判定其开采价值。石油圈原创www.oilsns.com

伴随着油气价格下跌,开发商们尤其是那些私营企业就必须想方设法通过缩减成本来保证其经济效益。本文主要论述的就是在分析鲜为人知的页岩气勘探前景时如何降低勘探评估成本。

近期,即使页岩气开发方面取得了新突破,油气价格过低也使得许多区块的开采仍是举步维艰。大部分研究进展主要集中于钻井和生产方面,而勘探就相对忽视一些。大量未开发、不知名的页岩气田尚待发掘。

多数质量较差或未探测的页岩气层在本质上是具备商业价值的,但为了去评估区块的开发潜力,通常需要对这些区块的化学组成和成熟度开展有针对性的研究,这些工作费用高而且异常耗时。大部分数据是通过钻井取心、岩样、测井等方式来获得,与此同时也增加了钻井成本。

这些费用在很大程度上限制了那些待测区块的勘探钻进进程,也因此就无法获得相关数据开展研究。

待开发潜力

Jackson页岩层位于Frio Vicksburg砂岩下部、Yegua层上部。该层位从德克萨斯州的本德堡县延伸至佛罗里达州杜瓦尔县,共3000-7000英尺,层位厚度高达3500英尺。该层位已打了上千口井眼,并由此获得了大量的测井数据。石油圈原创www.oilsns.com

然而,到目前为止,开发商们仍未确定Jackson页岩层的开采潜力。在泥质砂岩互层(Tinney 和Hockley)的储层中只完成了少部分的井,并且大多数结果显示这些油气储量都是没有经济价值的。但其确实存在“甜点区”,本文主要讲述如何利用所测数据来寻找“甜点区”。

钻一口深7000英尺的常规井,包括压裂在内大概花费700,000美元左右(钻井和完井)。一般,其初期产量约为50-100桶/天,同时开发商还需要考虑通过钻水平分支井与多次压裂来达到增产的目的,因此其首要任务是搞清楚页岩层的化学组成。

公用数据

为了确定“甜点区”,电阻率和自然电位测井数据是必不可少的,对此,钻一口井径1英寸的井眼就可以完成。在墨西哥湾,所有实施过测井的井眼也都能提供这些曲线。除此之外,伽马测井、密度测井、中子测井与声波测井等数据能对地层特性进行更详尽的描述与评价。

钻探页岩层过程中若井被堵塞成为报废井将使该区块丧失勘探前景。对于较深的生产井而言,在目的层位下入套管并在尚未阻塞井眼位置处进行射孔和试井,可以获得更有效的数据。

本文提及的应用地质原理评价储层的方法,在过去50年已经在砂岩储层中得到了很好的验证,只是现在将其运用在页岩油气的评估中。石油圈原创www.oilsns.com

温压关系

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一般,钻井工程师通过绘图法(图2)来预测地层压力,而地质学家们则以此判定储层温压相关性(P/T)。在此处,该方法也被用来评估墨西哥湾海岸的Plio-Miocene储层的商业价值。图3为墨西哥湾P/T相关性,现在也可用来判断Jackson页岩是否具有商业开采价值。

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P/T关系曲线一般都是通过测井曲线推导得到的,并伴随着近年来油气价格的波动而不断更新。从图3中可以看出,除极个别点外,随着温度的升高,压力值逐渐降低。在曲线图上温度或压力的下降点都指示该区域没有开采价值。

由测井曲线可得到其对应的温度值,并可在图3中找出整个曲线上的最大泥浆比重。据此,可在图2中找出对应的泥岩深度,还可从中确定落在曲线上的P/T位置(图3)。任何落在图2蓝色区域的点都是没有开采价值的,据此可判断页岩层系是否具有开采价值。

过去,温压关系只可用在砂岩层中预测储量,而这项研究将此法延伸至页岩储层中判定其开发潜力。

迄今为止,由于Jackson页岩的利润低且未开展大规模的测试活动,因此现有的有效数据十分有限。基于此,人们更加重视对现有数据的有效利用。

Wharton County实验

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判断Jackson页岩是否具开采价值的必备数据为通过测井实验获取的电阻率-深度曲线图(图2)。为此,在Wharton County地区开钻了一口测试井(横穿Frio与Yegua油气产层),并得到了其测井曲线(图4,A井)。德克萨斯铁路委员会(TRC)将这口井列为停产井。若通过此项测试分析发现Jackson页岩具有开发潜力,那么该层位将可开展测试分析研究。Jackson层与Yegua层顶部深度分别为5930英尺和7400英尺。

这口井的压力异常过渡段起于Jackson页岩顶部即5900英尺深度处,直至地下7000英尺处。从图3可看出,该过渡段极具商业开采价值,其孔隙压力当量密度为11.5磅/加仑,属中等地层压力。此外,孔隙压力超压地区也显示有油气存在,并且孔隙压力的大小也是表征储层产能的特性参数之一。

Yegua页岩层在7000-8800英尺井段处P/T值减小(图2蓝色部分),而其更深位置处则不再具有商业价值。在Jackson层底部7220-7239英尺处进行射孔检测到有少量石油的存在,但其并没有开采价值,这主要是因为此处油气基本上都为残余油。

该方法的另一个作用是判断典型页岩层中是否含有粉砂岩或灰质夹层,其中自然电位与伽马测井曲线对此判定方法非常有用。这些夹层顶底处的页岩层属于致密的非渗透层,因此可认为是这些夹层的烃源岩。根据测井解释原理,密度或声波测井数据可确定岩层的孔隙度与饱和度,也可用来判断该区块的油气特性。

图4为具有开采价值的Jackson页岩层段的感应测井曲线图,则根据此图可得到该层位的泥岩含量分布曲线图(图2)。在图4中由于测井本身的故障,此项自然电位曲线数据无法采用,但其可由伽马曲线间接计算得到。Jackson地层6060-6600英尺井段极具开采价值,其内部存在约55英尺厚的粉砂质/灰质含油气夹层,而这些夹层都可成为储层,并可作为油气从Jackson层流向井眼的运移通道。

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当下,问题的核心在于如何将这些薄且低孔低渗夹层中的油气全部开采出来。若开发合理,则根据以往经验保守估计,对于一个30英尺厚的油藏向地下注水40公顷时其大约可开采95,000桶原油或5亿立方英尺天然气(孔隙度为15%,含水饱和度为50%)。图5是近期在Wharton County区域附近钻探的B井测井曲线。从图4中可看出,待测Jackson砂岩7130-7150英尺井段是与已测Jackson砂岩7220-7239英尺井段相对应的。同时,该储层的射孔情况与测试结果并不是很理想。此外,Wharton County区域 B井的泥岩数据(图6)表明该层段没有商业开采价值,Jackson层段只在6800英尺深度以上位置才具有开采价值。

Jackson页岩开发

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图7为德克萨斯州Duval县A井测井曲线图,从图中可看到Jackson页岩顶部位于4950英尺处。同时,图中标注了4950-5360英尺井段位置处其电阻率降低,这表明了其地层压力与深度成正相关关系。

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图8展示了泥岩电阻率曲线与P/T曲线的交叉分布。当相对应的泥岩电阻率曲线值低于P/T曲线值时,表明整段地层均具有开采价值,而且在5300英尺深度处存在30英尺厚的夹层。除此之外,图中自然电位曲线的缺失表明该层段的渗透率偏低。然而,这口井在Jackson层段的所有特征参数都表明其有开发潜力。在该井5312-5318英尺处的粉砂质页岩层进行射孔增产措施,当初期测试压力为525psi时10/64英寸井眼产油量为126桶/天,预计这口井总产量为98140桶。

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Duvall County B井(图9)测井曲线与A井曲线(图7)相似。同时,该两口井的泥岩曲线形态也十分相近(图8和图10)。石油圈原创www.oilsns.com

在该井测试曲线(图9)中增加了地层伽马测试,很好地提高了测井解释的准确性。同时,自然电位与伽马曲线的结合使粉砂质夹层的识别更加简单。同时,此曲线还显示其前景区含有较差的砂泥岩交互层,使得其自然电位值变小。然而,即使其内含有粉质与细粒度岩石,但其存在一定的渗透率。不过,对于大多数Jackson井而言,还是必须需要实施压裂增产措施。

投资潜力

目前,关于探索Jackson页岩开发潜力的有限数据甚少,并且仅有的数据也并不是很理想。因此,本文所提供的研究方法即为判断Jackson页岩层是否有开采价值的最佳经济方案。通常情况下,在Jackson页岩层段进行射孔或钻至干井时就已经停止钻进了,这可能是因为钻井距离过小以至于忽略了Jackson层段上部的Frio剖面。下文就简单列举了后一种情况。

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图11和12分别为20世纪70年代德克萨斯州Goliad County区域1英寸与5英寸钻探井(包括声波测井)的测井曲线。由于当时井眼条件的局限性,在测井之后有轻微的井喷现象出现,因此并未接着下套管,该井也成为了报废井。在Frio浅部自下向上射孔获得的测井曲线指示出有三个天然气气藏,并且该结论也由密度-中子测井曲线得到了证实。同时,井段4306-4310英尺处的Jackson层可能含有油气,该结论也经由声波测井曲线呈现出周波跳跃的现象得到了验证,因此该区域将会进入开发阶段。石油圈原创www.oilsns.com

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从上图可观察到,4355英尺深度以下由于泥岩中含有气体,导致声波测井曲线出现周波跳跃现象,并且通过Jackson剖面得到的数据也证实了油气的存在;对于井段4100-4600英尺处,通过泥岩电阻率曲线可观察到其具有开发潜力;4200-4355英尺井段的自然电位、电阻率测井和声波测井曲线都表征该段具有很好的开发潜力。据估计其总产量为52380桶原油或5.7984亿立方英尺天然气(图13)。

对于净厚度为155英尺的储层来讲,其内部2-4英尺厚的夹层难以增产,因此本井段无法通过压裂措施来达到其增产的目的,但是一个好的解决方案或许能给在页岩气研究方面无所成就的开发人员提供一个绝佳的机会。

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图14为Goliad County井的测井声波数据和电阻率数据的交会图,其中包括了Frio层段以及Jackson层段顶部至3450英尺深度的层段。图中的实心圆圈指示为Jackson层,并且在含水饱和度小于45%时其值开始减小。据此可以粗略估计粉砂质夹层的含水饱和度。

由测井曲线得到的地层压力和温度为本文的判定方法提供了基础参数。本判断方法的正确性主要取决于钻进与测井的成功率。总之,这个方法为待测区域提供了一个全新的、低成本的评估开采潜力的有效方案。

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