页岩地层岩石物理与钻井井壁稳定性研究及应用

成果名称 页岩地层岩石物理与钻井井壁稳定性研究及应用
成果状态 所形成的页岩气钻井井壁稳定及钻井优化技术已推广应用到重庆地区城口、酉阳、秀山等页岩气勘查示范区多口井的钻井现场,在页岩地层钻井提速、降低钻井成本方面获得了重要应用,取得了显著的社会、经济效益。
转化需求 为页岩气开发企业提供技术服务。
成果简介 围绕页岩地层开展岩石物理及井壁稳定性的系统研究。其中,针对基于页岩地层声波测井资料预测岩石强度偏离实际值的问题,编制了声场数值模拟软件,开展页岩地层多尺度孔隙空间对声波传播特性的影响研究,进而建立了利用声波测井资料预测页岩地层岩石力学参数的方法。针对页岩孔喉细小,导致水锁损害严重、电测解释储层评价符合率低的问题,建立了基于微CT扫描精确表征孔隙结构特征的三维数字岩心及孔隙网络模型,在此平台上定量考察孔隙结构参数、润湿性及饱和度等因素的影响,为入井工作液设计提供参考。最后,针对页岩钻井过程的井壁稳定问题,将钻井液对地层岩石强度的影响程度应用到钻井液配方优选中,研制了一套模拟钻井条件下钻井液与地层岩石相互作用的实验装置,并建立了一套评价页岩地层岩石强度及钻井液密度窗口受钻井液体系影响的方法。岩石物理理论、方法研究成果丰富了现有的岩石物理学研究手段,提升了页岩储层的认知水平,促进了该学科领域的发展;所形成的页岩气钻井井壁稳定及钻井优化技术已推广应用到重庆地区城口、酉阳、秀山等页岩气勘查示范区多口井的钻井现场,在页岩地层钻井提速、降低钻井成本方面获得了重要应用,取得了显著的社会、经济效益。研究成果对促进页岩气安全高效开发具有重要的工程实际应用价值,发表论文20余篇,授权专利7项。
技术特点或优势 编制了二维声场数值模拟软件,首次从量化研究的角度提高了页岩地层声波测井响应的认知水平,该成果已在国内外石油地质领域顶级期刊《石油勘探与开发》上发表。通过图像处理与定量表征相结合,形成了低渗-致密页岩储层孔隙结构精细建模技术,实现了数字岩心建模到岩石物理属性数值模拟的计算机一体化方法,有效弥补了传统岩石物理实验在研究手段上的局限,研究所攻克的建模、数值模拟技术难点为该领域相关算法的研发提供了有益借鉴。研制了一套模拟钻井条件下钻井液与地层岩石相互作用的实验装置,建立了一套评价页岩地层岩石强度及钻井液密度窗口受钻井液体系影响的方法,形成了系统的页岩气钻井井壁稳定及钻井优化技术。
主要应用范围 二维声场数值模拟软件适用于各类复杂岩性储层数字岩石模型的声波动态传播数值模拟,据此可建立层理结构与声学特性参数的统计关系,为地球物理勘探中的弹性波反演储层属性奠定相关理论基础;基于低渗页岩储层孔隙结构表征研究所形成的系统数字岩石物理分析技术,可进一步推广至当前如火如荼的页岩气开发市场,以便更好地服务于含气页岩的储层评价工作,为油气勘探开发公司提供大量的数字化岩石物理测试分析服务;项目研究所形成的页岩气钻井井壁稳定及钻井优化技术可为重庆地区今后大规模页岩气钻井提供技术支持,从而减少井壁失稳事故、降低钻井成本,助推页岩气的开发进程。
推广应用情况
(产业化情况)
利用声场数值模拟软件实现了页岩地层声场模拟300多次,与对应的物理模型试验相关性较好,避免人为误差、节约实验成本近50多万元。重庆城口页岩气勘查区的钻探工作进展显示,利用超声波资料预测岩石力学参数模型更适合该地区地层条件,在此基础上完成的钻井工程设计成功的规避了横向各项异性带来的误差,助推施工提前计划完成时间累计14.5天,节支约100余万元。重庆矿产资源开发有限公司在酉阳东页岩气勘探区、秀山页岩气区块利用页岩气钻井井壁稳定及钻井优化技术,井壁坍塌事故防治效果显著。其中,在酉阳区块预探井的现场应用表明:井壁坍塌事故大幅度减少,井眼扩径率
知识产权 授权发明专利2项。