一种页岩气靶体识别与高钻遇控制方法与流程

本发明涉及非常规油气增产改造，具体涉及一种页岩气靶体识别与高钻遇控制方法。

背景技术：

1、开发页岩气是目前国内实现天然气规模上产的最有效途径；目前统计结果表明，四川盆地海相页岩气最具开采价值；但盆内86％的页岩气聚焦在埋藏深度较大的区域(深度大于3500m)，给钻完井工程带来了诸多难题，例如随着埋藏深度增大，井底温度增加，钻完井工具对温度的适应条件更为苛刻；地应力更大、地应力差异更明显，水力压裂有效改造储层的难度增大。

2、靶体的识别是实现页岩气水平井缝网压裂取得高产的基础保障措施；现目前国内有大量学者进行了该方面的研究；文献《页岩气水平井产量影响因素分析》、《利用地球物理综合预测方法识别页岩气储层甜点——以四川盆地长宁区块下志留统龙马溪组为例》、《四川盆地五峰组—龙马溪组页岩脆性评价与“甜点层”预测》、《页岩气储层品质测井综合评价》等、专利《一种页岩气水平井靶窗选择方法》、《基于高频层序地层学的海相页岩气水平井靶窗选择方法》等主要采用了静态地质参数进行靶体的选择，沿用的是常规油气藏的靶体识别思路，未能实现对页岩气地质工程一体化的决策；文献《页岩气储层可压性评价新方法》、《新型脆性因子及其在泥页岩储集层预测中的应用》考虑工程参数，但所需参数较多，计算过程较为繁琐，矿场实际应用时的时效性难以保证；不仅如此，目前的大多数靶体识别的方法和技术，均未能考虑到页岩气水平井所处位置的地质条件和工程条件，即未能配套形成如何对靶体钻成、对靶体钻好的相应方法和技术，使得矿场钻井过程中的脱靶现象频繁，大量井因钻遇靶体的比例较低，产量普遍偏低。

3、此外，由于技术的进步，页岩气水平井正向着水平段长度逐渐增长的趋势发展，水平井长度由1000m已增至平均1800～2000m的水平，水平段长度的增加、埋藏深度的增加，使得整个页岩气水平井的直井段、造斜段、水平段之和普遍超越了4500m，对靶体钻遇长度的要求更高，同时对钻具的磨损、钻井的效率等方面提出了挑战，同时也使得靶体即便被识别也难以保证其钻遇率；矿场在钻前、钻井过程中，对储层的认识多通过钻前取心、钻中录井和随钻测井获得数据，取心数据不连续，不能用于钻完井直接的指导，录井与随钻测井的数据量已随着目前快节奏的施工流程，不一定能获取前述文献和专利中提到的各项参数指标，使得已有方法的实际应用难以进行。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对目前的大多数靶体识别的方法和技术，未能配套形成如何对靶体钻成、对靶体钻好的相应方法和技术，使得矿场钻井过程中的脱靶现象频繁，大量井因钻遇靶体的比例较低，产量普遍偏低和随着技术的进步页岩气水平井的水平段长度逐渐增长，不一定能获取前述文献和专利中提到的各项参数指标，使得已有方法的实际应用难以进行的问题，提供了一种页岩气靶体识别与高钻遇控制方法，解决了上述问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种页岩气靶体识别与高钻遇控制方法，包括如下步骤：

4、步骤s1：确定页岩气水平井缝网压裂的靶体位置；

5、步骤s2：根据井的情况选择钻井方式；

6、步骤s3：根据地质特征和钻井特征对靶体钻遇情况进行控制，获取高钻遇率；

7、步骤s4：针对脱靶的水平段进行差异化完井布孔。

8、进一步地，所述步骤s1的详细步骤为：

9、步骤s1a：确保预钻水平井附近具有至少1口直井；

10、步骤s1b：选择距离预钻水平井最近的1口直井，搜集所述直井各测井点对应的埋藏深度、岩石密度，并计算获取各测井点的地应力大小和应力差异系数；

11、步骤s1c：搜集步骤s1b中选择的直井的各测井点对应的无铀伽马数据，计算获取各测井点的力学脆性大小；

12、步骤s1d：搜集步骤s1b中选择的直井的各测井点对应的硅质矿物质量分数、碳酸盐矿物质量分数，计算获取各测井点的矿物脆性大小；

13、步骤s1e：根据各测井点的力学脆性大小和矿物脆性大小计算得到可压裂指数；

14、步骤s1f：根据步骤s1b计算得到的应力差异系数和步骤s1e计算得到的可压裂指数，绘制步骤s1b中选择的直井的应力差异系数测井解释曲线和可压裂指数测井解释曲线；

15、步骤s1g：将应力差异系数测井解释曲线和可压裂指数测井解释曲线的波峰进行对比，并根据不同的对比结果将对应测井点识别为不同种类的靶体。

16、进一步地，所述步骤s1g中识别规则为：

17、当两条曲线的波峰完全重叠时，将该波峰所对应的测井点识别为a类靶体；

18、当两条曲线的波峰部分重叠时，将两条曲线交叉位置所对应的测井点识别为b类靶体；

19、当两条曲线的波峰未重叠，两条曲线波峰之间的距离小于波峰在纵向上的厚度时，将两条曲线波峰之间的中间位置对应的测井点识别为c类靶体；

20、当两条曲线的波峰未重叠，两条曲线波峰之间的距离大于波峰在纵向上的厚度时，以应力差异系数测井解释曲线的波峰对应的测井点作为靶体。

21、进一步地，所述步骤s2的选择规则如下：

22、当预钻水平井的直井段长度a、造斜段长度b、水平段长度c之和小于4500m时，该预钻水平井的水平段均采用旋转导向+随钻测井的钻井方式进行钻井；

23、当预钻水平井的直井段长度a、造斜段长度b、水平段长度c之和大于4500m时；若直井段长度a、造斜段长度b之和小于4500m，将水平段长度c分割为水平段前段长度c1和水平段后段长度c2，其中水平段前段长度c1、直井段长度a和造斜段长度b之和等于4500m，则该预钻水平井的水平段前段采用旋转导向+随钻测井的钻井方式进行钻井，水平段后段采用常规螺杆+随钻测井的钻井方式进行钻井；若直井段长度a、造斜段长度b之和大于4500m，则该预钻水平井的水平段均采用常规螺杆+随钻测井的钻井方式进行钻井；

24、当预钻水平井的水平段埋藏深度超过3500m时，或井底温度高于130℃时，采用常规螺杆+随钻测井的钻井方式进行钻井，还需采用地面钻柱扭摆系统+全金属抗高温水力振荡器进行辅助。

25、进一步地，所述步骤s3的详细步骤为：

26、步骤s3a：搜集步骤s1b中选择的直井的各测井点对应的伽马数据；

27、步骤s3b：根据收集到的伽马数据绘制伽马测井解释曲线；

28、步骤s3c：识别出伽马测井曲线的峰值位置；

29、步骤s3d：将伽马曲线峰值位置所对应的波峰中部位置对应的埋藏深度记为h1，识别的靶体中部位置对应埋藏深度记为h0，当h1<h0时表明靶体位于伽马峰值以下，钻井过程中，着力钻进在伽马曲线峰值以下|h1－h0|位置；当h1>h0时表明靶体位于伽马峰值以上，钻井过程中，着力钻进在伽马曲线峰值以上|h1－h0|位置；当h1＝h0时，则钻进伽马峰值所处位置。

30、进一步地，所述步骤s4的详细步骤为：

31、步骤s4a：当单个脱靶的水平段长度小于5m时，不进行差异化完井布孔措施；

32、步骤s4b：当单个脱靶的水平段长度介于5m和40m之间，则将该部分水平段拆分成相同长度的两部分，均分给相邻的左、右两侧的压裂段进行压裂作业；

33、步骤s4c：当单个脱靶的水平段长度大于40m，则将该部分水平段作为独立的一个压裂段进行压裂作业，同时进行定向射孔布置；当脱靶位置位于靶体上部，则采用定向向下射孔作业，当脱靶位置位于靶体下部，则采用定向向上射孔作业。

34、进一步地，所述步骤s1b中各测井点的地应力大小采用如下方法计算：

35、步骤s1b-a：根据各测井点的岩石密度计算各测井点的纵横波比，各测井点的纵横波比的计算公式如下：

36、

37、式中，

38、r—各测井点的纵横波比；

39、ρ—各测井点的岩石密度；

40、e—数学常数；

41、步骤s1b-b：根据纵横波比计算各测井点对应的泊松比，各测井点对应的泊松比的计算公式如下：

42、

43、式中，

44、ν—各测井点对应的泊松比；

45、步骤s1b-c：根据埋藏深度计算各测井点的孔隙压力、垂向应力；计算孔隙压力、垂向应力的公式如下：

46、σp＝ρoverburdengh

47、σz＝ρgh

48、式中，

49、σp—各测井点的孔隙压力；

50、ρoverburden—上覆岩层岩石密度；

51、g—重力加速度；

52、h—各测井点的埋藏深度；

53、σz—各测井点的垂向应力；

54、步骤s1b-d：根据声波数据、泊松比、孔隙压力、垂向应力采用如下公式计算各测井点的最大、最小水平主应力：

55、

56、

57、式中，

58、σy—各测井点的最大水平主应力；

59、σx—各测井点的最小水平主应力；

60、dtc—各测井点的声波；

61、步骤s1b-e：根据最大、最小水平主应力计算得到各测井点的水平主应力差，采用如下公式计算：

62、δσ＝σy-σx

63、式中，

64、δσ—各测井点的水平主应力差；

65、步骤s1b-f：构建应力差异指数，所述应力差异指数采用如下公式计算：

66、

67、式中，

68、pstress—应力差异指数。

69、进一步地，所述步骤s1c中各测井点的力学脆性大小的计算公式如下：

70、

71、式中，

72、bmechanics—各测井点的力学脆性；

73、kth—各测井点的无铀伽马值；

74、kthmax—测井点中最大的无铀伽马值；

75、kthmin—测井点中最小的无铀伽马值；

76、进一步地，所述步骤s1d中各测井点的矿物脆性大小的计算公式如下：

77、bmineral＝bsi+bca

78、式中，

79、bmineral—各测井点的矿物脆性；

80、bsi—各测井点的硅质矿物质量分数；

81、bca—各测井点的碳酸盐矿物质量分数；

82、所述步骤s1e中各测井点可压裂指数的计算公式如下：

83、bo＝(bmechanics+bmineral)/2

84、式中，

85、bo—各测井点可压裂指数。

86、进一步地，地面钻柱扭摆系统+全金属抗高温水力振荡器进行辅助的内容包括：

87、地面钻柱扭摆系统通过控制顶驱带动钻具正、反连续摆动，使上部钻柱处于旋转运动状态；

88、全金属抗高温水力振荡器通过沿管柱串方向产生轴向蠕动，将静摩擦转变为动摩擦，减少钻压损耗和钻柱振动。

89、与现有的技术相比本发明的有益效果是：

90、1、一种页岩气靶体识别与高钻遇控制方法，相比现有技术，本发明更注重考虑地应力条件，将应力差异指数进行优化，优化了原有应力差异指数不能反映浅埋藏、低应力和深埋藏、高应力的区别；更注重方法在矿场的快速使用性，优化了原有技术中复杂的计算流程；创新了评价指标的用法，提出利用曲线形态的方式，与钻井导向过程中最常用的伽马测井曲线联动起来，起到快速识别、快速调整的目的，能够保证钻井过程中，出现脱靶现象得到快速纠正；最后还对脱靶的情况进行了后续措施的补充，确保改造效果；整体上，本发明利用应力差异指数、脆性指数进行了靶体的识别，形成了利用应力差异指数曲线、脆性指数曲线形态与伽马测井曲线的关系开展高钻遇靶体控制钻井，实现了水平井最优靶窗的识别和钻进，实现页岩气水平井单井产量的提升。