海相碳酸鹽巖巖石力學特性研究及軟件開發

甘新星 (長江大學石油工程學院,湖北荊州434023)

王越之 (長江大學科學技術處,湖北荊州434023)

賈善坡 (長江大學城市建設學院,湖北荊州434023)

隨著能源需求的增大和油氣勘探開發的深入,縫洞型海相碳酸鹽巖油氣藏其儲量規模較大,具有較高產能,海相碳酸鹽巖油氣藏對于我國油氣的接替具有重要的意義。近幾年在川東北的普光氣田、塔里木塔河油田和鄂爾多斯大牛地天然氣田,海相碳酸鹽巖地層都有重大發現,由于海相碳酸鹽巖地層與常規的砂巖地層勘探開發技術有本質的不同,為了經濟、高效地勘探和開發海相碳酸鹽巖油氣藏,迫切需要進行系統研究。下面,筆者在調研和吸取國內外海相碳酸鹽巖研究成果的基礎上,運用中石化普光氣田的巖心、測井資料,通過室內試驗和現場測井資料反復的結合,確定海相碳酸鹽巖的巖石力學特性參數[1],為相關研究提供數據。

1 碳酸鹽巖力學參數預測模式

1.1 研究方法

調研國內外海相碳酸鹽巖地層資料及研究成果,針對中國石化主要海相碳酸鹽巖勘探區,選取海相碳酸鹽巖露頭地層巖樣和鉆井取芯巖樣,針對海相碳酸鹽巖復雜儲層孔縫洞發育、溫度圍壓高的特點開展聲波和力學特性研究,進行裂隙對碳酸鹽巖聲波特性影響的試驗研究和數值模擬分析,得出不同裂隙分布狀態下碳酸鹽巖的聲波響應特征;完成常規溫度和圍壓條件下碳酸鹽巖的聲波測試和力學特性試驗,得到海相碳酸鹽巖聲波、力學特性參數的分布特征和變化規律;總結分析聲波測井、實驗室聲波特性和力學特性相互間的關系,建立巖石強度、變形等力學參數預測模型[2,3]。

1.2 預測模型

運用上述實驗原理與方法,通過對海相碳酸鹽巖理學特性研究,得到碳酸鹽巖理學參數預測模型。地層條件下碳酸鹽巖靜彈性模量和動彈性模量之間的關系為:

式中,Es為靜彈性模量,GPa;Ed為動彈性模量,GPa。

在地層條件下,碳酸鹽巖的靜泊松比基本上隨聲波速度的增加而增加,泊松比的預測模型為:

式中,μs為靜泊松比;Vp為聲波速度,m/s。

碳酸鹽巖單軸抗壓強度的范圍在40～120MPa,碳酸鹽巖單軸抗壓強度與其縱波速度之間基本滿足線性關系,巖石聲波速度與高溫不同圍壓條件下巖石聲波速度具有正相關性,單軸抗壓強度預測模型:

式中,Rc為碳酸鹽巖單軸抗壓強度,MPa。

單軸抗拉強度范圍在2～4MPa,巖石聲波速度與高溫不同圍壓條件下巖石聲波速度具有正相關性,單軸抗張強度預測模型:

式中,Rt為碳酸鹽巖單軸抗拉強度,MPa。

2 海相碳酸鹽巖巖石力學參數分析計算模塊

為了便于運用測井資料求取巖石力學特性參數,筆者利用CNPC石油勘探數據中心研制開發的Forward測井軟件作為開發平臺,在開發過程中吸收了Forward軟件的一些研究成果和編程思想,實現碳酸鹽巖巖石力學參數測井綜合評價與Forward平臺的結合。程序運行流程如圖1所示。

圖1 程序流程圖

“海相碳酸鹽巖巖石力學參數分析模塊”具有如下特點:

1)交互處理功能的實現 各模塊用戶界面友好,有清楚的提示和較強的容錯能力,通過在界面上的參數卡進行編輯,將專家經驗以直接修正解釋參數的方式表達出來,實現人機交互的目的。

2)充分應用Forward SDK軟件開發工具包 基于Forward平臺,利用We11Base軟件開發工具包SDK,將各模塊集成到碳酸鹽巖巖石力學參數測井綜合評價模塊系統中。Forward SDK軟件開發工具包底層穩定,使用方便靈活,為應用模塊的進一步開發提供了有力的工具。

3)充分挖掘測井繪圖模塊的功能 根據需要充分挖掘Forward平臺測井繪圖模塊的功能,編制大量繪圖模板,所繪成果圖件精美、直觀。

4)充分利用表項的作用 表項 (Table)在該評價模塊研發過程中發揮了積極的作用,特別是在人機交互處理實現方面,讓測井解釋人員一目了然,這應該歸功于Forward軟件數據底層的穩定性。

3 工程應用

將編制的 “海相碳酸鹽巖巖石力學參數分析模塊”運用到普光氣田的5口井預測。對其5口井進行計算,然后與收集到的實測結果數據進行比較。該5口井位于河壩場構四川盆地通南巴地區通江縣境內通南巴構造最南端南陽場斷背斜構造上一個次級構造單元造高點長軸上,下三疊統飛仙關組三段氣藏是河壩場構造的主要氣藏。飛三段巖性主要為灰、深灰色微晶灰巖與灰色、深灰色亮晶砂屑鮞粒灰巖、鮞?；規r不等厚互層,儲層主要為灰色鮞?；規r。運用開發的軟件 “海相碳酸鹽巖巖石力學參數分析模塊”分別用組合測井數據和全波列測井數據計算,如圖2所示。

通過比較可知,運用有橫波全波列測井資料計算的巖石力學參數與沒有橫波資料的組合測井資料計算的巖石力學參數基本相符。將計算的巖石抗壓強度與實驗室測量得到的結果進行比較見表1,數據接近,證明上述結果具有較好的符合率。通過3個井深處實測結果與計算結果比較平均符合率為87.4%,可以滿足現場應用的需要。

表1 實測結果與計算結果比較

圖2 某井軟件處理結果圖

[1]陳勉,金衍,張廣清.石油工程巖石力學 [M].北京:科學出版社,2008.

[2]路保平,鮑洪志.巖石力學參數求取方法進展 [J].石油鉆探技術,2005,33(5):44-47.

[3]吳小林,劉向君.泥頁巖水化過程中聲波時差變化規律研究 [J].西南石油大學學報,2007,29(11):57-60.