斯伦贝谢页岩气勘探与评价技术

井眼轨迹设计 与地质导向
水力压裂监测
保证安全钻井 最大 化接触有效储层 有 利于后期增产实施
压裂设计
页岩气藏的研究
1. 预探阶段：地质建模及成藏系统研究
R o - 0.35%
Ro - 1.3%
2.勘探－开发阶段：有利开发区域预测
储层质量 完井特性 有利区域
Region withhigh RQ and good CQ. These are easy targets Regions with highRQ and poor CQ. These are engineering challenges.
12
含气页岩特征－ 组分的复杂性
粉砂质泥岩
硅质泥岩
不同页岩构 成各不相同
粘土质泥岩
白云质泥岩
生屑质泥岩
含气页岩特征－ 组分的复杂性
粘土质
钙质 粘质
硅质
主要岩相
粘土质
差 最好 一般
钙质
差
差
最好
硅质
最好
一般
没有形成硅质沉积岩的有利 沉积相
含气页岩特征－ 组分的复杂性
Woodford Barnett Fayetteville Haynesville Marcellus
干酪根特征
• • •
不溶解于水的有机质 与总有机碳含量有关 吸附甲烷气能力强
气体特征
• •
游离气—存储于孔隙中
吸附气—吸附于干酪根或 微孔隙表面
确定干酪根的含量是页岩气藏评价的关键
含气页岩特征－干酪根的润湿性
Matrix骨架
Calcareous Siliceous Pyrite Illite
Clays粘土类型
岩性模型
Fe
S 元素含量 岩性 基本元素谱 X射线荧光分析/X射线衍射分析
页岩吸附气的评价方法
1. 岩性密度和岩心TOC含量回归关系式
• • 基于 Schmoker (1979). 北美业界通行算法 变化较大，需要当地岩心分析TOC值标定
2. ∆log R 技术(Passey,1989)
• 电阻率和声波时差、岩性密度等重叠法计算TOC
有效孔隙度: 4
to ~12 pu
饱和度:
Sliquid < 45%
粘土矿物：
<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
Eagle Ford
Kerogen
页岩 页岩 页岩
Gas-filled porosity
页岩气藏的产出机理与特征
页岩气藏特征
低孔低渗 储层非均质性强 自然产能偏低 需生产改造
10000
Barnett Shale IP (MSCFD)
8000
6000
Drill Only Best Wells
页岩气勘探与评价技术
侯会军 Geology Domain Champion REW－CHG－SLB
提纲
• 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
非常规天然气
深盆气 致密岩性气藏 页岩气 煤层气 天然气水合物
页岩气基本概念：
含气页岩特征 － 极低的渗透率
1000
100
10
1.0
0.1
0.01
0.001
1e-04
1e-05
1e-06
md
页岩渗透率: 0.1 nD ～1000 nD；下限渗透率>100nD
含气页岩特征－较强的各向异性
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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
Heterogeneous RockAnalysis (HRA) - TerraTek
Chlorite Kaolinite Smectite CBW
Water水
Irr Water Free Water Oil
Total Organic Carbon有机质
Gas Kerogen Bitumen Dead Carbon
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
4000
2000
?
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：页岩 页岩 页岩
储层质量＋完井特性＝>有利产层
非常规储层勘探开发一体化综合流程
储层特征 储层分布 构造、地应力和裂缝关系
Open Nat’l Fractures Drilling Induced Fractures Borehole Breakout
1 nS n V S w sh w Rt aRw (1 Vsh ) Rsh
干酪根
有机碳含量
Langmuir 方 程
吸附气
含水饱和度
游离气
地球化学测井－元素俘获谱(ECS)测井
ECS 对23种元素敏感：
Si, Al, Ca, Mg, Fe, Na, K,
P, Ti, S, Mn, Cr, Ba, Nb, Rb, Sr, Y, Zr, B, Th, U, Gd, H2O+ 。组合出50种，
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 质页岩中的天然气 页岩气储层包括： ①富有机质页岩 ②富有机质页岩与粉砂岩、细砂岩夹 层 ③富有机质页岩与粉砂岩、细砂岩薄 互层
北美页岩气开发的经验：技术进步与流程优化的有效结合
Source WoodMac
水平井＋多级压裂技术
*Data for FayettevilleShale Source: SBC Analysis; Powell Barnett Shale Newsletter 1/11/2009; WoodMackenzie;
#6
Landing*
#2
#3
#4
HighangleRSS
Landing
Increased ReservoirExposure
Core section
Ÿ Ÿ
ŸŸ ŸŸŸŸ ŸŸŸ Ÿ
Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ ŸŸŸŸ
Geosteering Faults, Fractures
Heterogeneity
HNGS
HRMS
4.
5.
HALS
（AIT）
探入地下的眼睛－微电阻率扫描成像测井
地层微电阻率扫描成像测井(FMI)仪器参数
臂 － 极板 钮 扣电极 周向分 辨率 井眼 覆盖率
地层微电阻率扫描成像测井(FMI)仪器参数
页岩气测井参数评价技术和流程
元素俘获测 ECS 井ECS 核磁共振 CMR CMR 电阻率等常 PeX 规PEX Shale Gas 评 价模块 有效孔隙度 页岩饱和度 方程
Region with poor RQ and bad CQ. There is no potential (hopelesscase)
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
*PEX+ECS+PPC：通过ECS得到骨架密 度并进行TOC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
页岩基质渗透率的估算方法
含气孔隙度与岩心回归关系渗透率 K-Λ 渗透率, SPE 49301 核磁 SDR 渗透率 岩心标定 ELANPlus 计算渗透率
H WC K M
干酪根形成孔隙衬垫阻止潜 在的水侵
非水湿 水湿
含气页岩特征 － 孔径极小
Matrix / 骨架
Calcareous 钙质 Siliceous 硅质 Pyrite 黄铁矿 Illite 伊利石
Clays / 粘土
Chlorite 绿泥石 Kaolinite 高岭石 Smectite CBW 蒙脱石 泥质束 缚水
Z 2 1 . 7 m
*
2
k2
W h ere:

3 .4 1 3 .4 M i vi S o i m

3.4

k2 Z2
m*
= permeability (mD) = constant = total poros ity (v ol/vol) = v ariable Arc hie c em ent at ion coefficient (variable)
2
3
页岩气储层评价 － 储层质量
RHOB GR Resistivity Porosity RHOM ECS / XRD ELAN Sw Porosity TOC Perm GIP Gas-Phi
内容:

矿物组分 干酪根
有效孔隙度
渗透率 含气量
储层质量:
TOC:
> 2 wt% 渗透率: > 100 nD
目前岩库中有29 种矿物。
根据实际情况剥离出信噪 比较高的元素谱,标准测井 提供六种元素硅,钙,铁,硫, 钛,钆。这些元素也可用于 计算更为精确的岩石骨架 密度和估算有机质含量。
元素俘获谱(ECS)测井处理原理
俘获伽玛谱 硅 钙 硫 铁 钛 钆
矿物组分 骨架密度
相对产额 剥谱分析 S Ca i 氧闭合
17
L
PowerDrive –Archer*
BHA1 Vertical
-1 5000 6000 7000 8000 9000 10000
Байду номын сангаас
2
5
8
11
14
优化开发方案
KOP*
Increased Vertical Portion
KOP
11000 12000 #1
#6
#1 #3 #4
#2
有效储层 + 有利完井特性
3. 基于ECS的 ELANPlus法
•
•
温度压力校正
TOC校正
利用ELANPlus模块，基于岩心标定过的ECS和其他各 种曲线计算干酪根含量
利用如下方法转化为TOC (wt%)(Rick Lewis, et al, 2004)
页岩孔隙度的评价手段
烃 水 核磁总孔隙度 密度总孔隙度 束缚水 干酪根 矿物骨架
Water / 水
Irr Water 束缚水 Free Water 自由水
Total Organic Carbon / 总有机碳
Oil 油 Gas 气 Kerogen 干酪根 Bitumen 沥青 Dead Carbon “碳渣”
常规砂岩
矿物骨架
含气页岩
干酪根
700 m 孔隙中的自由气
孔隙系统
100 m 孔隙中的自由气和干酪根吸附气
页岩气/煤层气储层评价测井方案
1.
2. 3.
复合快速测井平台(Multi Express Platform) 可用于矿物组分估算的地球化学 测井仪 ---元素俘获测井(ECS) 三维地层非均质性及机械应力特 征参数 ---声波扫描测井仪 (SonicScanner)
直观及半定量裂缝分析的高分辨 率测井仪---地层微电阻率扫描成 像( FMI) 地层孔隙度评价和干酪根计算--高分辨率核磁共振测井(CMR)
页岩气综合服务流程
ProductionProfile
30% 20% 10% 0%
70%of production
½ ofPerforations
Stage3
H
Stage2
Stage1
Stress
Production Evaluation Predict the Sweet Spots
Geomechanics & Stimulation Reservoir Quality Completion Quality
m Mi
vi Soi
= matrix density (g/cm )
= we i g h t fraction of m i n e rals (clay, q f m , k e r o g e n , c arbonat e) = bulk density (g/cm3) = specific s urf ace a r e as of m inerals ( m /g)
Shale Characterization Calibrated Seismic Inversion
Hydocarbon Source Modeling
含气页岩特征－富含有机质
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 质页岩中的天然气
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
北美页岩气开发的经验：技术进步与流程优化的有效结
合
斯伦贝谢页岩气研究经验 Shale gas research projects

Range Resources －钻完井优化 Conoco-Phillips－Bakken生产优化 Southwestern Energy－Fayetteville生产优化 Tallisman Energy－Marcellus储量估算