CN111608649B - 外源补给型页岩气勘探有利区预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种外源补给型页岩气勘探有利区预测方法公开了一种能够对低勘探程度区的天然页岩气流的预测，对于富有机质泥页岩内区域性天然裂缝的识别与预测，通过拟合获取泥页岩内裂缝渗透率应力敏感性函数以减小误差，并将虚拟井单井产能预测技术引入有利区评估，以降低投资风险的页岩气勘探有利区预测方法，能够进行泥页岩内天然区域性滑脱断层的结构识别、滑脱断层位移量的定量计算及裂缝带空间展布特征预测，规避现有页岩气须人工压裂开发的行业瓶颈，通过拟合获取泥页岩内裂缝渗透率敏感性函数，实现对渗透率空间变化规律的定量预测，弥补现有采用单一固定渗透率值单井产能预测误差大的技术缺陷。
Description
技术领域
本发明外源补给型页岩气勘探有利区预测方法，涉及一种对外源补给型页岩气勘探有利区进行预测的方法，属于天然气识别领域。特别涉及一种能够对低勘探程度区内天然页岩气流的预测，对于富有机质泥页岩内区域性天然裂缝的识别与预测，通过拟合获取泥页岩内裂缝渗透率应力敏感性函数以减小误差，并将虚拟井单井产能预测技术引入有利区评估，以降低投资风险的页岩气勘探有利区预测方法。
背景技术
页岩气是富有机质泥页岩等细粒沉积岩中产出的天然气，其赋存状态以游离和吸附态为主，与常规气藏相比其具有封闭机理微妙、盖层岩性多样和烃类运移距离相对较短的特征，因富有机质泥页岩常为特低渗致密地层，现有的页岩气开发常须借助人工水力压裂实现开采，但随着页岩气行业的快速发展，页岩气开发压裂成本高昂、环境污染严重、可能诱发地震、4000m以深页岩气资源尚无法充分开发利用，这一系列技术瓶颈日益凸显，尽管现有工艺尝试从提高压裂液返排率降低压裂成本、提高压裂能力增大可开发页岩气资源埋深缓解行业技术瓶颈，但其仍无法充分突破现有页岩气行业技术瓶颈。何江林、王剑、余谦、刘伟、葛祥英、苟其勇、邱振在《外源补给型页岩气的发现及油气地质意义》(石油学报，2018，1(39)：1-11.)一文中，在对国内典型页岩气藏页岩气富集规律总结和大量剖面、岩心资料的基础上，将页岩气划分为：原位富集型页岩气与外源补给型页岩气，并根据外源补给型页岩气富集模式指导华地1 井钻获天然页岩气流，获得页岩气重大发现，“外源补给型页岩气”指富有机质泥页岩内不仅存在排烃后残留的天然气，也存在周缘泥页岩通过断层侧向供给或下伏气藏微渗漏垂向供给的天然气。尽管其存在排烃和天然气逸散作用，但天然气的补给速率大于散失速率，形成动态富集，其内页岩气富集主要受流体势控制，外源补给型页岩气因存在高渗透率的油气输导层传导超压而可能具有天然产能，因该类页岩气尚未得到业内的高度重视，截止目前，尚无该针对类页岩气勘探有利区的预测方法。
发明内容
为了改善上述情况，本发明外源补给型页岩气勘探有利区预测方法提供了一种能够对低勘探程度区内天然页岩气流的预测，对富有机质泥页岩内区域性天然裂缝的识别与预测，通过拟合获取泥页岩内裂缝渗透率应力敏感性函数以减小误差，并将虚拟井单井产能预测技术引入有利区评估，以降低投资风险的页岩气勘探方法。
本发明一种外源补给型页岩气勘探有利区预测方法，步骤如下：
1)估算研究区内页岩气静态资源量；
2)查明页岩气目标层是否发育有易形成滑脱断层的典型岩性组合及其岩性组合的分布范围；
3)查明研究区内目标层构造样式、几何形态；
4)滑脱断层上下盘位移量定量预测；
5)进行典型岩性组合力学测试；
6)总结研究区内裂缝空间分布规律；
7)进行不同围压与孔隙压条件下渗流实验测试，建立裂缝渗透率应力敏感性函数；
8)进行页岩气解吸规律测试研究；
9)虚拟井单井影响半径分析；
10)虚拟井可动用页岩气资源量估算；
11)结合研究区流体势分析，获取不同构造部位渗流关键参数值；
12)估测虚拟井位单井产能；
13)圈定外源补给型页岩气有利区范围；
进一步的，所述步骤1估算研究区内页岩气静态资源量采用体积法完成；
进一步的，所述步骤2中查明页岩气目标层是否发育有易形成滑脱断层的典型岩性组合采用野外调查、岩心观察、测井岩性解释查明；
进一步的，所述步骤2中查明岩性组合的分布范围通过结合沉积相、已有的区域构造或地震资料初步查明该岩性组合的分布范围，在野外露头和岩心中根据不同尺度下滑脱断层裂缝带的典型特征，对裂缝带的分布规律进行总结；
进一步的，所述步骤3查明研究区内目标层构造样式、几何形态通过构造地质调查、二维地震剖面构造解释，明确研究区地伏构造样式和几何形态；
进一步的，所述步骤4根据地伏构造几何形态和岩性组合特征，获取滑脱位移量计算涉及的地层厚度、倾角、曲面函数，针对不同构造样式部位选用对应滑脱位移量定量计算公式，获取滑脱位移量的半定量预测结果；
进一步的，所述步骤5进行典型岩性组合力学测试，获取裂缝预测所需力学参数；
进一步的，所述步骤6采用离散元数值模拟方法实现对研究区内裂缝空间分布规律的预测，并结合露头观察、微米CT、扫描电镜方法对裂缝空间展布规律的总结和预测结果进行校正；
进一步的，所述步骤7进行不同围压与孔隙压条件下渗流实验测试通过测试获取不同孔隙压与围压状态下裂缝渗透率值，通过二元非线性拟合，获取裂缝渗透率随孔隙压与围压变化的函数关系；
进一步的，所述步骤8进行页岩气解吸规律测试研究，采用人工模拟地层温压条件，待样品饱和吸附甲烷后，再模拟逐步降压解吸过程，获取邻层泥页岩的页岩气解吸规律；
进一步的，所述步骤9的虚拟井单井影响半径分析采用分析构造几何形态和裂缝预测分析，识别研究区的圈闭条件，确定单井影响半径；
进一步的，所述步骤10的单井可动用页岩气资源量在单井影响半径和解吸规律的基础上，采用体积法完成；
进一步的，所述步骤11结合研究区流体势分析，获取不同构造部位渗流关键参数值，通过将孔隙压与围压参数值输入裂缝渗透率与孔隙压、围压的函数关系，获取渗透率的空间变化规律；
进一步的，所述步骤12估测虚拟井位单井产能，通过将虚拟井的渗透率、裂缝带厚度、井底压力、地层边界压力、产层温度、气体粘度、气体平均偏差系数值输入工区内常规天然气井产能计算经验公式获取；
进一步的，所述步骤13圈定外源补给型页岩气有利区范围，经钻探验证或通过预探井修正预测参数取值后进行圈定。
有益效果
一、能够进行泥页岩内天然区域性滑脱断层的结构识别、滑脱断层位移量的定量计算及裂缝带空间展布特征预测，规避现有页岩气须人工压裂开发的行业瓶颈。
二、通过拟合获取泥页岩内裂缝渗透率敏感性函数，实现对渗透率空间变化规律的定量预测，弥补现有采用单一固定渗透率值单井产能预测误差大的技术缺陷。
三、将虚拟井单井产能预测技术引入有利区评估，有利于预探井井位优选和有利区商业开发价值评估，能大幅降低低勘探程度区投资风险。
附图说明
图1为本发明的外源补给型页岩气勘探有利区预测方法的实施流程图；
图2为本发明的外源补给型页岩气勘探有利区预测方法步骤4中不同褶皱类型构造滑脱断层移量定量预测函数的地质含义示意图；
图3为本发明一具体实例中在实测数据基础上，二元非线性拟合得出某地区泥页岩内裂缝渗透率随孔隙压与围压变化的函数关系；
图4为本发明的一具体实施例中虚拟单井产能预测参数示意图；
图5为富有机质泥页岩内天然裂缝带不同地质尺度下的识别特征；
具体实施方式：
本发明一种外源补给型页岩气勘探有利区预测方法，步骤如下：
1)估算研究区内页岩气静态资源量：根据体积法完成对研究区内目标层页岩气静态资源量的估算；
进一步的，在区域地质调查，或者在已有钻井资料的基础上，参照现行的行业规范DZT0254-2014页岩气资源储量计算与评价技术规范；
2)查明页岩气目标层是否发育有易形成滑脱断层的典型岩性组合及其岩性组合的分布范围：通过野外调查、岩心观察、测井岩性解释查明富有机质泥页岩目标层是否具发育易形成滑脱断层的典型岩性组合，即是否具有“二厚层能干层，夹一薄层软弱层”的岩性组合特征，结合沉积相、已有的区域构造或地震资料初步查明该岩性组合的分布范围，在野外露头和岩心中根据不同尺度下滑脱断层裂缝带的典型特征，对裂缝带的分布规律进行总结；
3)查明研究区内目标层构造样式、几何形态：通过构造地质调查、二维地震剖面构造解释，明确研究区地伏构造样式和构造几何形态；
4)滑脱断层上下盘位移量定量预测：根据地伏构造几何形态和岩性组合特征，获取滑脱位移量计算涉及的地层厚度、倾角、曲面函数，获取滑脱位移量的半定量预测结果；
进一步的，针对不同构造样式部位选用对应滑脱位移量定量计算公式(附图2)；
5)进行典型岩性组合力学测试：对典型岩性组合中各岩性单元进行力学测试，获取样品抗压、抗拉、抗剪强度、杨氏模量力学参数；
6)总结研究区内裂缝空间分布规律：在典型岩性单元力学测试的基础上，运用离散元数值模拟方法，对裂缝的三维空间分布规律进行预测，
进一步的，对裂缝空间展布规律的总结和预测结果进行校正方法，可采用剖面观察、微米CT、扫描电镜方法；
进一步的，在步骤6中运用离散元数值模拟方法需要结合研究区构造几何形态、地应力、构造作用期次背景资料；
7)进行不同围压与孔隙压条件下渗流实验测试，建立裂缝渗流应力敏感性函数：测试获取不同孔隙压与围压状态下裂缝渗透率值，通过二元非线性拟合，获取裂缝渗透率随孔隙压与围压变化的函数关系；
在步骤7中，选取代表性裂缝样品，模拟不同围压状态下，沿其内油气运移主体方向施加不同孔隙压差；
8)进行页岩气解吸规律测试研究：选取区域裂缝带邻层裂缝不发育段中富有机质泥页岩样品，采用人工模拟地层温压条件，待样品饱和吸附甲烷后，再模拟逐步降压解吸，获取邻层泥页岩的页岩气解吸规律；
9)虚拟井单井影响半径分析：根据步骤3的构造几何形态与步骤6裂缝预测分析，识别研究区的圈闭条件，确定典型构造部位虚拟井位的供烃半径，即单井影响半径；
10)虚拟井可动用页岩气资源量估算：根据步骤9获取的虚拟井单井影响半径，参照DZT0254-2014页岩气资源储量计算与评价技术规范和步骤8中页岩气解吸规律，估算单井可动用页岩气资源量；
11)结合研究区流体势分析，获取不同构造部位渗流关键参数值：将预测值输入步骤7获取的裂缝渗透率与孔隙压与围压的函数关系，获取研究区内，裂缝渗透率的空间变化规律；
进一步的，在区域水文、钻录井资料或地层压力预测的基础上，明确研究区流体势分布规律，并据其获取区内不同构造部位孔隙压与围压变化规律及预测值；
12)估测虚拟井位单井产能：将虚拟井的渗透率、裂缝带厚度、井底压力、地层边界压力、产层温度、气体粘度、气体平均偏差系数值输入工区内常规天然气井产能计算经验公式，获取虚拟井单井产能，如某地区单井产能计算公式：
qsc-是气井地面状态下的流量，m3/d；T-产层地层温度，K；k-地层渗透率， 10-3μm)；μ-气体粘度，mPa·s；Pwf-井底压力，MPa；Pe-地层边界压力，MPa； h-地层有效厚度(m)，re-泄油半径(m)，rw-井筒半径(m)，Z地层气体平均偏差系数，在某地区其经验值为0.94；
13)圈定外源补给型页岩气有利区范围：
经钻探验证或通过预探井修正预测参数取值后，圈定外源补给型页岩气有利区范围。并根据步骤8，考虑页岩气开采过程中存在吸附态向游离态转变减缓地层压力衰减速率的影响，粗略评估有利区的开发价值；
进一步的，在对研究区不同构造部位虚拟井产能预测的基础上，优选预探井井位。
附图5中，a表示在露头中滑脱断层破碎带厚度稳定，其顶底面与围岩呈突变接触，原状围岩层面平直，破碎带内剪切应力形成的S-C解理特征明显；b表示位移量较小部位破碎带以断层角砾为主，裂缝发育；c表示局部多期不同应力方向作用区，发育多层裂缝层；d表示在岩心中滑脱层可见由围岩至破碎带，断层角砾尺寸逐渐变小的规律；e表示微米CT三维影像中裂缝带内溶蚀孔洞和裂缝发育；f表示薄片中，部***缝带内可见剪切作用形成的多期方解石脉，通过对方解石脉测年，可确定活动时间；g表示裂缝伴生的方解石脉雁列式排列，指示相对剪切应力作用方向；
达到能够对低勘探程度区内天然页岩气流的预测，对于富有机质泥页岩内区域性天然裂缝的识别与预测，通过拟合获取泥页岩内裂缝渗透率应力敏感性函数以减小误差，并将虚拟井单井产能预测技术引入有利区评估，以降低投资风险的目的。
须知，本发明外源补给型页岩气勘探有利区预测方法中步骤方法具有特定的组成和结构，所述技术领域的技术人员在重现本发明的时候，需要本发明步骤中具有特定的组成，本发明的各技术特征在功能上是彼此支持的，并取得了新的技术效果。
此外，单井产能计算公式源于常规气井单井产能计算公式，其部分参数为经验取值，因地质条件和井型差异计算公式和参数取值存在一定差异。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同改进，应为本发明的范围所涵盖。
Claims (5)
1.一种外源补给型页岩气勘探有利区预测方法，其特征在于包括以下步骤：
1）估算研究区内页岩气静态资源量；
2）查明页岩气目标层是否发育有易形成滑脱断层的典型岩性组合及其岩性组合的分布范围；
3）查明研究区内目标层构造样式、几何形态，通过构造地质调查、二维地震剖面构造解释，明确研究区地伏构造样式和几何形态；
4）滑脱断层上下盘位移量定量预测，根据地伏构造几何形态和岩性组合特征，获取滑脱位移量计算涉及的地层厚度、倾角、曲面函数，针对不同构造样式部位选用对应滑脱位移量定量计算公式，获取滑脱位移量的半定量预测结果；
5）进行典型岩性组合力学测试，获取裂缝预测所需力学参数；
6）总结研究区内裂缝空间分布规律，采用离散元数值模拟方法实现对研究区内裂缝空间分布规律的预测，并结合露头观察、微米CT、扫描电镜方法对裂缝空间展布规律的总结和预测结果进行校正，运用离散元数值模拟方法需要结合研究区构造几何形态、地应力、构造作用期次背景资料；
7）进行不同围压与孔隙压条件下渗流实验测试，建立裂缝渗透率应力敏感性函数，通过测试获取不同孔隙压与围压状态下裂缝渗透率值，通过二元非线性拟合，获取裂缝渗透率随孔隙压与围压变化的函数关系；
8）进行页岩气解吸规律测试研究，采用人工模拟地层温压条件，待样品饱和吸附甲烷后，再模拟逐步降压解吸过程，获取邻层泥页岩的页岩气解吸规律；
9）虚拟井单井影响半径分析，根据步骤3）的构造几何形态与步骤6）的裂缝预测分析，识别研究区的圈闭条件，确定单井影响半径；
10）虚拟井可动用页岩气资源量估算，单井可动用页岩气资源量在步骤9）的单井影响半径和步骤8）的页岩气解吸规律的基础上，采用体积法完成；
11）结合研究区流体势分析，获取不同构造部位渗流关键参数值，将预测值输入步骤7）获取的裂缝渗透率与孔隙压与围压的函数关系，获取研究区内，裂缝渗透率的空间变化规律；
12）估测虚拟井位单井产能，通过将虚拟井的渗透率、裂缝带厚度、井底压力、地层边界压力、产层温度、气体粘度、气体平均偏差系数值输入工区内常规天然气井产能计算经验公式获取；
13）在对研究区不同构造部位虚拟井产能预测的基础上，优选预探井井位，经钻探验证或通过预探井修正预测参数取值后，圈定外源补给型页岩气有利区范围。
2.根据权利要求1所述的一种外源补给型页岩气勘探有利区预测方法，其特征在于所述步骤12）估测虚拟井位单井产能，通过将虚拟井的渗透率、裂缝带厚度、井底压力、地层边界压力、产层温度、气体粘度、气体平均偏差系数值输入工区内常规天然气井产能计算经验公式获取，单井产能计算公式为：
q sc—是气井地面状态下的流量，m3/d；T—产层地层温度，K； k—地层渗透率，10-3 μm；μ—气体粘度，mPa·s；P wf—井底压力，MPa；P e—地层边界压力，MPa；h—地层有效厚度m，r e—泄油半径m， r w—井筒半径m， Z 地层气体平均偏差系数。
3.根据权利要求1所述的一种外源补给型页岩气勘探有利区预测方法，其特征在于所述步骤2）中查明岩性组合的分布范围通过结合沉积相、已有的区域构造或地震资料初步查明该岩性组合的分布范围，在野外露头和岩心中根据不同尺度下滑脱断层裂缝带的典型特征，对裂缝带的分布规律进行总结。
4.根据权利要求1所述的一种外源补给型页岩气勘探有利区预测方法，其特征在于步骤11）中，在区域水文、钻录井资料或地层压力预测的基础上，明确研究区流体势分布规律，并据其获取区内不同构造部位孔隙压与围压变化规律，并将预测值输入步骤7）获取的裂缝渗透率与孔隙压与围压的函数关系，获取研究区内，裂缝渗透率的空间变化规律。
5.根据权利要求1所述的一种外源补给型页岩气勘探有利区预测方法，其特征在于在步骤13）中还包括根据步骤8），考虑页岩气开采过程中存在吸附态向游离态转变减缓地层压力衰减速率的影响，粗略评估有利区的开发价值。
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