超浅层-浅层页岩气地质工程一体化开发方法

超浅层
‑
浅层页岩气地质工程一体化开发方法
技术领域
1.本发明属于页岩气开发技术领域，具体涉及一种超浅层
‑
浅层页岩气地质工程一体化开发方法。


背景技术：

2.页岩气是一种资源量和开发潜力巨大的清洁能源，关乎国家能源安全和经济可持续发展的重大战略需求。我国的涪陵、长宁、威远、昭通等国家级页岩气示范区在埋深2000m
‑
3500m的中深层页岩气已实现规模效益开发，页岩气年产量持续增长，并形成了配套的开发技术及装备。超浅层
‑
浅层页岩气是指埋藏深度小于1000m的天然气，近年来，石油企业、中科院等在四川盆地周缘实钻发现了埋深150m
‑
1000m的优质超浅层
‑
浅层页岩气资源，并证实了具有一定的可采性，然而国内尚无成功规模效益开发的先例。
3.相比中深层页岩气，超浅层
‑
浅层页岩气具有分布面积较大，整体埋藏浅，系统保存条件较差，地层压力系数较低、整装储量较少的特点，适用于中深层页岩气开发的水平井大规模体积压裂技术，应用于超浅层
‑
浅层页岩气的开发投入产出比低，难以使超浅层
‑
浅层页岩气实现规模效益开发。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术中超浅层
‑
浅层页岩气的开发投入产出比低的问题，本发明提供了一种超浅层
‑
浅层页岩气地质工程一体化开发方法，该方法包括：步骤s100，基于历史地质资料、区块地质勘测资料，获取页岩储层区域范围以及沉积特征，部署钻探井位。
5.步骤s200，通过所述钻探井位进行全钻孔取芯，通过岩心观察描述，建立岩性柱状图。
6.对取出的多个不同位置的岩心样品分别采用页岩气现场解吸方法进行含气量测试，确定优质含气层段；所述优质含气层段为含气量≥。
7.步骤s300，采用应力解除法进行井下原位地应力测量，获取含气层段第一预设深度位置的最大水平主应力、最小水平主应力、最大水平主应力方位。
8.通过所述钻探井位钻孔至第二预设深度位置，采用测井仪进行自然伽、声波时差、密度、电阻率的参数获取，编制测井曲线和测井解释综合柱状图；所述第二预设深度位置的深度大于所述第一预设深度位置的深度。
9.采用数字式全景成像仪进行储层段钻孔成像，获取储层段天然裂缝的发育信息，建立含气段地质结构力学模型；所述发育信息包括天然裂缝的产状、裂隙宽度和间距参数。
10.步骤s400，选取所述优质含气层段的页岩样品进行矿物组分、岩石力学参数试验测试，制定压裂方案。
11.步骤s500，基于所述压裂方案进行压裂操作，监测水力压裂缝网信息。
12.基于获取的日产气量，判断日产气量是否满足经济效益要求，若不满足，重新部署
钻探井位，并返回执行步骤s200；若满足，则基于获取所述最大水平主应力、所述最小水平主应力、所述最大水平主应力方位、天然裂缝的发育信息滚动部署开发井网。
13.在一些优选实施例中，所述岩性柱状图的建立方法具体为：选用金刚石复合片钻头进行全孔取芯，观察描述岩性、岩相特征、生物化石及其分布特征进行地层分段，观察地层产状、地层接触关系、裂隙及断层的发育情况，建立地层岩性柱状图。
14.在一些优选实施例中，所述优质含气层段的确定方法具体为：从岩心样品中选取150g
‑
200g密封于体积为270ml的解吸罐中，锁紧解吸罐，将解吸罐置于恒温加热箱中，加热至样品初始的地层温度。
15.通过高精度压力传感器采集解吸气量，其中，自然解吸时间不小于8h。
16.采用页岩气含量测算软件进行回归分析以获取损失气量。
17.通过提高加热温度促进残余气的释放，获取吸附气量。
18.其中，含气量为解吸气量、损失气量与吸附气量的总和。
19.在一些优选实施例中，所述井下原位地应力的测量方法为：采用触头式光学地应力测量仪器，井下原位进行地应力测试。
20.采用金刚石钻头进行测试孔钻进以完成测试孔；下放触头式光学孔径变形测量系统，进行钻头解除孔套钻钻进操作，记录应力解除前后的测量孔径变形及触头式光学孔径变形测量系统进入测试孔后的空间姿态信息，通过岩石力学试验获取含气层段第一预设深度位置处的岩石力学参数杨氏模量、泊松比，基于钻孔变形法计算最大水平主应力、最小水平主应力、最大水平主应力方位。
21.其中，套钻钻进深度为，测试孔的深度为，。
22.在一些优选实施例中，所述压裂方案的制定方法具体包括：选取所述优质含气层段的页岩样品进行xrd矿物组分测试，进行岩石力学试验测试，获取含气段的杨氏模量、泊松比、抗压强度、抗拉强度和断裂韧性，以确定射孔位置设置参数。
23.所述射孔位置为脆性矿物集中层段；射孔孔密为16孔/米，射孔相位角为60
°
，采用阶梯式变排量的方式注入清水以进行压裂。
24.在一些优选实施例中，所述阶梯式变排量为阶梯升排量与阶梯降排量的交替设置。
25.所述阶梯升排量为。
26.所述阶梯降排量为。
27.在一些优选实施例中，步骤s500具体包括：基于所述压裂方案进行压裂操作，进行地面三分量检波器和光纤微地震监测，监测水力压裂缝网信息；所述水力压裂缝网信息包括水力压裂裂缝的扩展高度、半缝长、扩展方位。
28.通过地面管汇流程，控制针阀开度，测试压裂液返排率、日产气量、日产水量、地层压力系数。
29.基于获取的日产气量，判断日产气量是否不低于，若低于，则重新部署钻探井位，并返回执行步骤s200；若不低于，则基于获取所述最大水平主应力、所述最小水平主应力、所述最大水平主应力方位、所述水力压裂缝网信息，在预设间隔处部署下一钻探井位，形成用于超浅层
‑
浅层页岩气地质的开发井网。
30.在一些优选实施例中，所述预设间隔为在所述最大水平主应力方位上水力裂缝长度的两倍。
31.在一些优选实施例中，所述钻探井位的部署位置为埋藏适中、构造高点区域。
32.所述埋藏适中为埋藏深度500m
‑
800m。
33.在一些优选实施例中，所述钻探井位的井型为直井，采用二开井深结构以及套管固井完井方式。
34.本发明的有益效果为：1）与目前的中
‑
深层页岩气压裂技术相比，本发明公开的超浅层
‑
浅层页岩气地质工程一体化开发方法，充分利用其埋藏浅的特点，采用低成本技术手段获取最直观、最可靠的资料，简化工艺环节，同时考虑储层埋藏浅环保风险，地质甜点中寻找工程甜点，通过区块内以往地质工作资料综合研究，结合野外地质调查，部署钻探井位，全钻孔取芯岩心观察描述，建立岩性柱状图，现场含气量测试，确定优质含气层段，含气层段应力解除法原位地应力测试、地球物理测井、钻孔立体成像，建立含气层段地质结构力学模型，进行少量矿物组分、岩石力学参数试验测试，制定压裂方案设计，水力压裂微地震压裂缝网监测，试气求取日产气量，滚动部署开发井网，地质工程一体化，有效降低成本并获得最经济页岩气产量。
35.2）本发明工艺简单，成本低，滚动部署开发井，可以有效开发超浅层
‑
浅层页岩气资源。
36.3）现场施工具备可操作性，同时省去了地震勘探、分段射孔等作业程序，钻井、压裂、试气作业目前装备配套一般能满足要求。
37.4）本发明公开的超浅层
‑
浅层页岩气地质工程一体化开发方法，开发成本低，安全环保，可实现浅层页岩气高效经济开发，可快速提升我国页岩气产量，对能源结构调整和保障国家能源安全具有重要意义。
附图说明
38.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
39.图1是本发明的一种具体实施例的流程示意图。
40.图2是本发明中的超浅层
‑
浅层井身结构示意图。
41.图3.1是本发明中应力解除法井下原位地应力测试中的测试孔钻进示意图。
42.图3.2是本发明中应力解除法井下原位地应力测试中的应力解除套钻示意图。
43.图3.3是本发明中应力解除法井下原位地应力测试中的套钻完成示意图。
44.图3.4是本发明中应力解除法井下原位地应力测试中的工具回收示意图。
45.图3.5是本发明中应力解除法井下原位地应力测试中的测量孔触针原始状态示意图。
46.图3.6是本发明中应力解除法井下原位地应力测试中的应力解除后孔径变形状态示意图。
47.图4是本发明中超浅层
‑
浅层井滚动式部署开发井网示意图。
48.附图标记说明：1、地面，2、井轴线，3、钻井一开，4、钻井二开。
49.100、直井，200、压裂缝网，300、最大水平主应力方向，400、滚动式井位部署方位。
具体实施方式
50.下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
51.本发明提供了一种超浅层
‑
浅层页岩气地质工程一体化开发方法，该方法包括：步骤s100，基于历史地质资料、区块地质勘测资料，获取页岩储层区域范围以及沉积特征，部署钻探井位。
52.步骤s200，通过钻探井位进行全钻孔取芯，通过岩心观察描述，建立岩性柱状图；对取出的多个不同位置的岩心样品分别采用页岩气现场解吸方法进行含气量测试，确定优质含气层段；其中，优质含气层段为含气量≥。
53.步骤s300，采用应力解除法进行井下原位地应力测量，获取含气层段第一预设深度位置的最大水平主应力、最小水平主应力、最大水平主应力方位；通过钻探井位钻孔至第二预设深度位置，采用测井仪进行自然伽、声波时差、密度、电阻率的参数获取，编制测井曲线和测井解释综合柱状图；采用数字式全景成像仪进行储层段钻孔成像，获取储层段天然裂缝的发育信息，建立含气段地质结构力学模型；其中，发育信息包括天然裂缝的产状、裂隙宽度和间距参数；第二预设深度位置的深度大于第一预设深度位置的深度。
54.步骤s400，选取优质含气层段的页岩样品进行矿物组分、岩石力学参数试验测试，制定压裂方案。
55.步骤s500，基于压裂方案进行压裂操作，监测水力压裂缝网信息；基于获取的日产气量，判断日产气量是否满足经济效益要求，若不满足，重新部署钻探井位，并返回执行步骤s200；若满足，则基于获取最大水平主应力、最小水平主应力、最大水平主应力方位、天然裂缝的发育信息滚动部署开发井网。
56.本发明提供了一种充分利用超浅层
‑
浅层页岩气藏地质特点的地质工程一体化开发方法，可以有效实现浅层页岩气高效经济开发，可以快速提升我国页岩气产量，对能源结构调整和保障国家能源安全具有重要意义。
57.以下参照附图结合实施例进一步说明本发明。
58.参照附图1至附图4，本发明提供了一种超浅层
‑
浅层页岩气地质工程一体化开发方法，该方法包括：步骤s100，基于历史地质资料、区块地质勘测资料，获取页岩储层区域范围以及沉积特征，部署钻探井位。超浅层
‑
浅层页岩气整体埋藏较浅，经历多期次构造抬升、地层剥蚀，区块内往往地层已有出露，同时，工程建设、煤田勘探、中深层油气勘探开发等以往地质工作积累了大量的地质资料，全面收集区块内以往地质工作资料，通过对区块内资料的综合研究，类比以及必要的野外观测，结合工程验证，查明页岩储层区域范围及地层层序与沉积特征，阐明区块内构造及演化特征，优选埋藏适中、构造高点区域部署钻探井位。
59.其中，埋藏适中为埋藏深度500m
‑
800m；构造高点为地质学中所论高点，由于构造高点的本身是一个盘据形态，地层在下面是起伏的，一般在起伏比较高的区域容易聚集天然气，即易于油气聚集地层展布的高部位即为所述的构造高点。
60.优选地，钻探井位的井型为直井，采用二开井深结构以及套管固井完井方式。
61.进一步地参照附图2，在钻探过程中，超浅层
‑
浅层页岩气井从地面1沿着井轴线2进行钻井一开3钻进，至设计深度进行钻井一开3下套管水泥固井，然后进行钻井二开4钻进，至设计深度进行钻井二开4下套管水泥固井。
62.步骤s200，通过钻探井位进行全钻孔取芯，通过岩心观察描述，建立岩性柱状图；具体地，选用金刚石复合片钻头进行全孔取芯，观察描述岩性、岩相特征、生物化石及其分布特征进行地层分段，观察地层产状、地层接触关系、裂隙及断层的发育情况，建立地层岩性柱状图。
63.对取出的多个不同位置的岩心样品分别采用页岩气现场解吸方法进行含气量测试，确定优质含气层段；其中，优质含气层段为含气量≥。进一步地，从新鲜出筒的岩心样品中选取150g
‑
200g密封于体积为270ml的解吸罐中，锁紧解吸罐，将解吸罐置于恒温加热箱中，加热至样品初始的地层温度；通过高精度压力传感器采集解吸气量，其中，自然解吸时间不小于8h；采用页岩气含量测算软件进行回归分析以获取损失气量；通过提高加热温度促进残余气的释放，获取吸附气量；其中，含气量为解吸气量、损失气量与吸附气量的总和。
64.在本实施例中，钻孔岩心是最直观、最可靠的第一性地质资料，进行全井段钻孔取芯，岩心观察描述岩性、岩相特征、生物化石及其分布特征进行地层分段，观察地层产状、地层接触关系、裂隙及断层的发育情况。取芯过程中采用现场页岩气解吸方法对新鲜出筒的岩心进行现场含气量测试，获取损失气量、解吸气量、吸附气量的含气量参数，以确定优质含气层段的位置、厚度。
65.步骤s300，采用应力解除法进行井下原位地应力测量，获取含气层段第一预设深度位置的最大水平主应力、最小水平主应力、最大水平主应力方位；通过钻探井位钻孔至第二预设深度位置，采用测井仪进行自然伽、声波时差、密度、电阻率的参数获取，编制测井曲线和测井解释综合柱状图。
66.采用数字式全景成像仪进行储层段钻孔成像，获取储层段天然裂缝的发育信息，建立含气段地质结构力学模型；其中，发育信息包括天然裂缝的产状、裂隙宽度和间距参数；进一步地，在本实施例中，清洗钻孔，采用数字式全景钻孔摄像系统，系统采用光学锥面镜的方式获得叠加方位信息的孔壁平面展开图像和虚拟岩芯图，观察断层、裂隙、节理、岩脉等地质构造的原始状态，量测其产状、隙宽、间距等几何形态。
67.其中，第二预设深度位置的深度大于第一预设深度位置的深度，因为进行钻孔立体成像是在测试孔钻成后进行的。
68.其中，最大水平主应力指大小，最大水平主应力方位指方向。
69.进一步地，井下原位地应力的测量方法为：采用触头式光学地应力测量仪器，井下原位进行地应力测试；采用金刚石钻头进行测试孔钻进以完成测试孔；下放触头式光学孔径变形测量系统，进行钻头解除孔套钻钻进操作，记录应力解除前后的测量孔径变形及触头式光学孔径变形测量系统进入测试孔后的空间姿态信息，通过岩石力学试验获取含气层段第一预设深度位置处的岩石力学参数杨氏模量、泊松比，基于钻孔变形法计算最大水平主应力、最小水平主应力、最大水平主应力方位；其中，套钻钻进深度为，测试孔的深度为，。
70.页岩气储层地应力的大小和方向是合理布置页岩气开采钻井、获得最佳压裂效果的重要依据之一。应力解除法是发展时间最长、结果最为可靠的测试方法。采用应力解除法钻侧一体化井下原位地应力测量，获取最大水平主应力、最小水平主应力、最大水平主应力
方位等参数，进行自然伽、声波时差、密度、电阻率等4项参数测井，采用数字式全景钻孔成像技术进行储层段钻孔成像，获取储层段天然裂缝的产状、裂隙宽度、间距等几何形态，建立含气段地质结构力学模型。
71.步骤s400，选取优质含气层段的页岩样品进行矿物组分、岩石力学参数试验测试，制定压裂方案；具体地，选取优质含气层段的页岩样品进行xrd矿物组分测试，分析脆性矿物、粘土矿物含量，进行岩石力学试验测试，获取含气段的杨氏模量、泊松比、抗压强度、抗拉强度和断裂韧性等力学参数，以确定射孔位置设置参数。优选地，射孔位置为脆性矿物集中层段，射孔孔密为16孔/米，射孔相位角为60
°
，采用阶梯式变排量的方式注入清水以进行压裂。
72.即在本实施中，含气段页岩样品进行矿物组分测试，分析脆性矿物、粘土矿物含量，在脆性矿物集中层段射孔压裂，进行岩石力学试验测试，获取含气段的杨氏模量、泊松比、抗压强度、抗拉强度、断裂韧性等力学参数，制定变排量注入压裂方案设计。
73.其中，阶梯式变排量为阶梯升排量与阶梯降排量的交替设置；阶梯升排量为；阶梯降排量为，即按照进行交替注入。
74.步骤s500，基于压裂方案进行压裂操作，监测水力压裂缝网信息；基于获取的日产气量，判断日产气量是否满足经济效益要求，若不满足，重新部署钻探井位，并返回执行步骤s200，即若不满足则返回执行步骤s100；若满足，则基于获取最大水平主应力、最小水平主应力、最大水平主应力方位、天然裂缝的发育信息滚动部署开发井网。
75.进一步地参照附图4，图示是本发明中超浅层
‑
浅层井滚动式部署开发井网示意图，依据压裂缝网200的展布、缝长，方位沿最大水平主应力方向300，部署距离直井100 两倍缝长间距部署依次下一口直井100，方位沿垂直于最大水平主应力方向300，间距1/2倍缝长间距部署直井100，最终形成高效开发井网。
76.进一步地，基于压裂方案进行压裂操作，采用地面三分量检波器和光纤微地震监测水力压裂缝网信息；其中，水力压裂缝网信息包括水力压裂裂缝的扩展高度、半缝长、扩展方位等参数。
77.通过地面管汇流程，控制针阀开度，测试压裂液返排率、日产气量、日产水量、地层压力系数；基于获取的日产气量，判断日产气量是否不低于，若否（即日产气量低于），则重新部署钻探井位，并返回执行步骤s200；若是（即日产气量不低于），则基于获取最大水平主应力、最小水平主应力、最大水平主应力方位、水力压裂缝网信息，在预设间隔处部署下一钻探井位，形成适用于超浅层
‑
浅层页岩气地质特点的高效开发井网。
78.其中，预设间隔为在最大水平主应力方位上水力裂缝长度的两倍。
79.本发明提供了一种超浅层
‑
浅层页岩气地质工程一体化开发方法，包括：1）地质调查部署钻探井位；2）全井段取芯岩心观察描述；3）现场解吸附含气量测定；4）应力解除法钻侧一体化原位地应力测试；5）地球物理测井；6）数字式全景钻孔成像；7）压裂方案设计；8）压裂施工、微地震监测；9）试气求取日产气量；10）滚动式开发井网部署。超浅层
‑
浅层页岩气的资源禀赋、地质特征决定了其经济有效开发的的关键是低成本、安全环保，地质工程一
体化是实现超浅层
‑
浅层页岩气规模效益开发的必由之路。通过全面收集超浅层
‑
浅层页岩气区块内以往地质资料，对区内资料的综合研究，类比以及必要的野外踏勘、观测，查明区块内层序地层、沉积特征、构造演化特征；综合野外地质调查和地层发育情况，部署钻探井位；钻井井型以直井为主，采用二开井深结构，根据设计井深，依据钻机负荷选择钻井设备，进行全孔取芯；对钻取岩心进行观察描述，建立地层岩性柱状图；储层段取芯过程中进行现场含气量测试，获取损失气量、游离气含量、吸附气含量、总含气量等参数；优质含气储层段进行井下应力解除法钻侧一体化原位地应力测试，获取最大水平主应力、最小水平主应力、最大水平主应力方位等参数；钻井结束进行自然伽马、声波时差、密度、电阻率等4项参数测井；测井结束进行储层段钻孔全景立体成像，获取储层段天然裂缝的产状、裂隙宽度、间距等几何形态。进行二开套管固井，综合地层岩性、含气量、地球物理参数、地应力、天然裂缝等参数，进行少量的矿物组分、岩石力学参数测试，选取压裂目的层段，制定压裂方案设计；进行目的层段射孔水力压裂，压裂施工过程中进行地面三分量检波器+光纤微地震监测水力压裂缝网，试气求产能；依据地应力方位，天然裂缝发育，水力压裂缝网展布，设计合理方位、间距部署开发井网。地质与工程相结合，可以简化工艺流程，有效降低开发成本，提高超浅层
‑
浅层页岩气产能。
80.虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
81.在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
82.此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
83.术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。
84.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。