CN104428492B - 使用矿物学确定压裂刺激点的布置的系统、方法、和计算机程序产品 - Google Patents

Abstract

本发明一般地涉及压裂完井策略，且更特定地，涉及基于地层的矿物学分析来优化压裂区间的布置。常规地，使用非常单纯的方法来确定沿井眼的压裂初始点。随机地或基于钻探同时遭遇的气苗(对低伽马段给予权重)来选择第一压裂段，然后后续压裂点彼此均匀地间隔。这个方法基于沿井眼长度几乎没有地质学和矿物学变化这样的假设。

Description

使用矿物学确定压裂刺激点的布置的系统、方法、和计算机程 序产品

技术领域

本发明一般地涉及压裂完井(completion)策略，且更特定地，涉及基于地层的矿物学分析来优化压裂区间的布置。

背景技术

常规地，使用非常单纯的方法来确定沿井眼的压裂初始点。随机地或基于钻探同时遭遇的气苗(对低伽马段给予权重)来选择第一压裂段，然后后续压裂点彼此均匀地间隔。这个方法基于沿井眼长度几乎没有地质学和矿物学变化这样的假设。尽管这是沿井眼相等地分布压裂处理的简单容易的方法，但该方法无法针对潜在的高产区间(interval)。相反，操作者几乎是在不考虑合理工程学的情况下盲目地选择压裂点。作为结果，约有40％的完井簇从未产出碳氢化合物。

因此，鉴于上述缺点，本领域中存在对于的压裂完井策略的需要，这种压裂完井策略利用合理工程学来使得操作者能够选择优化压裂区间，藉此增加压裂布置的效率并改进井生产。

附图说明

图1示出表示根据本发明的示例性实施例的压裂优化系统的框图；

图2示出根据本发明的示例性方法论的压裂优化方法的流程图；

图3示出根据本发明的示例性实施例的压裂优化测井记录；且

图4示出根据本发明的备选的示例性实施例的压裂优化测井记录。

具体实施方式

下文描述本发明的说明性实施例和相关的方法，因为它们可被采用在用于优化压裂完井策略的系统中。为清楚起见，未在此说明书中描述实际实现或方法论的所有特征。当然应当理解，在任何此类实际实施例的开发中，必须作出多个实现特有的判断以达到开发者的特定目标，诸如遵循系统相关和商业相关的约束，这些约束将随实现不同而变化。此外，应当理解，此类开发努力可能是复杂且费时的，但对于获益于本公开的本领域技术人员而言仍然是日常事务。从如下说明和附图的考虑中，本发明的各实施例和相关方法的进一步方面和优势将变得明显。

图1示出根据本发明示例性实施例的压裂优化系统100的框图。在一个实施例中，压裂优化系统100包括至少一个处理器102、非瞬态计算机可读存储器104、收发器/网络通信模块105、任选的I/O设备106、以及任选的显示器108，所有这些经由系统总线109互连。可由处理器102执行的用于根据此处描述的示例性实施例实现存储在压裂优化模块110内的软件指令的软件指令，可存储在存储器104或某种其他计算机可读介质内。

尽管没有在图1中明示，可了解的是，压裂优化系统100可经由合适的网络连接来连接至一个或多个公众和/或私有的网络。还要理解，包含压裂优化模块110的软件指令还可经由有线或无线装置，从CD-ROM或其它合适的存储介质被加载到存储器104。

参看图2的示例性方法论，现在将描述压裂优化系统100如何利用矿物学来研发促成压裂区间的优化布置的测井记录(log)。一般而言，可将矿物学定义为对于矿物的化学、结构、和物理性质的研究。在步骤202，处理器102，利用地层优化模块110，校准矿物学分析。为了完成该校准，可沿井眼对地层取心。然后按需在整个岩心处获取样本并一般使用诱导耦合等离子体发射光谱/质谱(“ICP”)来分析样本。然后，取决于期望的数据种类，例如使用Spectros X射线荧光(“XRF”)仪器或激光诱导击穿光谱(“LIB”)仪器来分析另一组岩心样本。在这个示例性实施例中，可每1.5英尺获取岩心样本。利用化学地层学，处理器102然后在取心区间上将ICP数据与XRF或LIB数据相关，藉此确定岩心样本的元素以及主要和次要元素/化合物的浓度，如具有本公开优势的本领域普通技术人员所将理解地。如下所述，这个信息以及元素比被用于确定和建模粘土含量、相对脆性指数(“RBI”)、氧化还原金属、以及提升因子氧化还原金属(elevated factor redox metal,“EFRM”)。

在本发明的测试期间，所分析的岩心结果标识出其中粘土含量大于15％的八个矿床以及其中中粘土含量大于30％的四个矿床。基于此，发现在井眼的EFRM(如，提升因子钒、铀、镍、钴、铜、铬等)值与粘土含量之间具有直接关联。作为结果，示出EFRM等于氧化还原金属相比于在后太古代澳大利亚页岩(“PAAS”)中的平均氧化还原金属含量富集所达的倍数，使用下式标准化为铝：

式1.1：EFRM＝(RMV/Al(样本))/(RM/Al(PAAS))

进一步，测试数据显示，EPRM是总有机碳的相对指标，有机碳暗示着碳氢化合物的存在。还有，当粘土含量增加时RBI值变得更低，这指示更韧性(ductile)的环境。

在步骤202处完成校准后，在步骤204处在井眼钻探期间收集地层样本。在该示例性实施例中，随钻测量(“MWD”)和泥浆录井(mudlogging)方法可被利用来检索并分析从中将导出元素信息的钻屑样本。同样，可在井眼的垂直或水平段中以期望捕获率来获取样本。例如，在井眼的水平段中一般是每20到30英尺的样本捕获率。在收集后，筛选钻屑样本、用溶剂漂洗以尽可能多地去除钻探泥浆，并使用磁铁来清除被发现在钻探过程期间自行进入样本的任何金属。在这个示例性实施例中，现场执行分析来帮助定向钻探。然而，如具有本公开益处的本领域普通技术人员将理解地，也可不在现场执行分析。此后，对样本进行干燥、称重、碾碎、和颗粒化(pelletized)。

在步骤206，处理器102利用必要的仪器(诸如XRF)来分析样本从而确定构成颗粒化样本的元素。在步骤208，处理器102利用这些元素数据来生成测井记录数据。所得元素数据，诸如镍、铜、钒、或其他氧化还原金属，指示富含碳的地带。例如，如果发现该地层中的钒浓度较高，则计算提升因子钒(“EFV”)。如果你发现，出现多于一个的氧化还原金属浓度较高，则可选择一个或两个。因此，在步骤208(a)，处理器102利用氧化还原金属中的一个，钒，使用式1.1，来确定EFV(用于替代EFRM)，其中V等于使用XRF仪器确定的样本的钒含量。如果EFV大于1，这指示出其中生产碳氢化合物的环境。如果EFV大于10，这指示强产出地带。因此，如受益于本公开的本领域普通技术人员将理解地，可采用分级排序系统，标识较差、中等、和强产出区间。

在步骤208(b)，处理器102基于颗粒化样本的铀含量来生成伽马测井记录。此处，将钻探期间接收到的伽马数据与电缆(wireline)数据相关，来确定深度方面的变化是否是必需的。接着，处理器102生成光谱伽马(钾、钍、和铀)，这指示着火山灰的存在。如果存在火山灰，这指示不期望的压裂点。在步骤208(c)，处理器102建模粘土含量并将其分离为总粘土和伊利(illite)粘土。在本发明的测试期间，发现高总粘土含量地带并不良好地产出。接着，处理器102确定矿物学(208(d))、RBI(208(e))、气体值(208(f)))、和ROP(208(g))。受益于本公开的本领域普通技术人员将理解，有各种手段来建模和/或生成步骤208中确定的测井记录数据。

在步骤210，处理器102利用经相关的数据来生成并输出井眼的压裂优化测井记录，这将被用于确定优化压裂初始区间。在备选实施例中，如果确认数据完整，处理器102还可将生成的测井记录数据与电缆(wireline)数据相关，特别是在新的盆地中。

图3示出由根据本发明的示例性实施例的压裂优化系统100(步骤210)产生的压裂优化(fracture optimization)测井记录(log)300。列302绘出井眼轨迹，这可被用于示出井眼的倾斜。列304绘出对于各种岩石层和地层的终端用户命名惯例(即，岩性标记)，这提供了两个不同单元之间的相关(如，来示出专有(proprietary)岩性单元和标准化学地层单元之间的相关)。列306绘出化学地层单元，它们是被用于定义化学上类似的岩石的层的单元。列308在0-150API的标度上绘出伽马和化学伽马覆盖(overlay)，从而确定样本测井记录(lag)准确度、与其他测井记录的深度联测(depth tie-in to other logs)、压裂布置、样本质量、和井眼情况。

进一步参看图3，列310在0-100API的标度上绘出铀、钾、和钍(光谱伽马)数据，这被用于定义陆源岩石(一般是火山灰)，其可反映高粘土含量且因此反应潜在钻探风险。列312绘出氧化还原金属，其指示总的有机碳含量，如本发明测试期间发现的；因此，氧化还原金属的存在指示高有机富含地带。在这个示例性实施例中，镍和铀可被用作氧化还原金属，因为示例性井眼包括这些金属。然而，受益于本公开的本领域普通技术人员了解不同地层将包括指示碳存在的不同氧化还原金属。在0-20的标度上绘制镍，而在0-4的标度上绘制铀。

列314在0-40％的标度上绘制伊利粘土含量，这可被用于确定沉淀物(sediment)的伊利石-蒙脱石分数。当将伊利粘土含量与XRD数据相比较时，其指示地层中该粘土的膨胀潜力。在这个示例性实施例中，沿绘制的线来列出实际伊利粘土含量百分比，因此使得更易于确定在任何给定深度处的各百分比。列316绘出总粘土和EFV，这可被用于确定岩石的总粘土含量和钒含量(钒含量也指示出沉积环境)。在0-40％的标度上绘制总粘土，而在1-25的标度上绘制EFV。在这个示例性实施例中，沿绘制的线来列出总粘土百分比值，因此使得更易于确定在任何给定深度处的各百分比。列318在70-100的标度上绘出RBI，其为指示沿着岩石地层的断裂度(fracability)的经计算曲线。一般而言，如在本发明的测试期间所发现地，更高的RBI指示增加的断裂可能性。

列320沿0-100的标度绘出地层钻屑的矿物学。盒321包括沿列320绘出的所有矿物的列表，以及它们被颜色编码的指示符。然而，可利用其他指示符来将一个矿物绘图线和另一个矿物绘图线相区分，如受益于本公开的本领域普通技术人员所能理解地。列322绘出从泥浆记录仪接收的C1-C5气体值，各自绘制在0.1-100的标度上。列324绘出MWD机械钻速(“ROP”)以及泥浆测井仪总碳氢化合物气体。在0-300ft/hr标度上绘制ROP，而在0-2500标度上绘制总气体单位。

图4示出由根据本发明的备选示例性实施例的压裂优化系统100产生的压裂优化测井记录400。本质上，压裂优化测井记录400是压裂优化测井记录300的简化版本，仅绘出钻探伽马射线数据402、总粘土含量404、氧化还原金属406、伊利粘土408、和RBI 410。在这个实施例中，氧化还原金属406被反映为EFV。伽马射线数据402被绘制在0-150API的标度上，总粘土404和伊利粘土绘制在0-100％的标度上，EFV绘制在0-25的标度上，且RBI绘制在70-100的标度上。然而，如前文所提及，其他地层可包含可被替代地利用的其他氧化还原金属。另外，受益于本公开的本领域普通技术人员将了解，压裂优化测井记录300、400中利用的标度和范围可被按需修改。

如上所述，通过利用包含在地层优化测井记录300和400中的矿物学信息来确定优化压裂区间位置。在示例性实施例中，在这个确定中所利用的主要参数是RBI、EFV、和总粘土。然而，在其他实施例中，还可利用其他氧化还原金属，诸如例如，铀、镍、铜、钴、铬等。还有，压裂优化测井记录300包括附加信息来帮助地质学者获得对于井眼特性的更深的理解。

通过本发明的测试，已经发现具有高RBI、高EFRM、和低粘土的区间是最为期望的(“优化规范”)。满足这些规范的压裂区间易于启动作业，而且它们的高RBI使得它们具有能力来生成适中的裂缝复杂性。目标是较高的EFRM值，因为它们推断出碳氢化合物的存在，而较低的粘土含量也是优选，以最小化由于粘土膨胀和嵌入(导致被阻流的裂缝)引起丢失裂缝和井眼之间的连接的可能性。

因此，在由压裂优化系统100(步骤210)产生压裂优化测井记录300和400之后，终端用户(油田工作人员等)可查看测井记录来确定压裂区间的自由化的位置。操作人员然后将查看测井记录300、400来标识这些区间、以及它们各自深度，这些区间具有较高的RBI和EFRM值、以及较低的总粘土含量。例如，参看地层优化测井记录400，目标区间412满足这些规范。因此，这个区间应该是压裂操作的主要目标。在分级方法中，或以其他方式所需的，随后针对的是满足优化规范的其他区间。

在本发明的备选示例性实施例中，压裂优化系统100可基于压裂优化测井记录300和400中绘制的数据来自己确定压裂区间的最优化位置。此处，在步骤210，处理器102，使用压裂优化模块110，将分析压裂优化测井记录300和400中绘制的数据。此后，处理器102将确定满足优化规范的那些区间，并输出结果。可用各种形式输出结果，诸如例如，地层优化测井记录300和400可包括额外的列，指示优化压裂位置及其各自深度，或者以单独报告的形式输出这个信息。另外，可以分级格式(诸如较差、中等、和强产出区间)来标识所标识的区间。

如对于本领域技术人员而言显而易见地，尽管已经示出和描述可各种实施例和方法，本发明并不限制于这样的实施例和方法，且可被理解为包括所有的修改和变型。因此，应该理解，本发明不旨在限于所公开的特定实施例。相反，本发明旨在覆盖如所附权利要求书所定义那样落入本发明的精神和范围内的所有修改、等同和替代。

Claims (21)

1.一种计算机实现的确定沿井眼的压裂初始点的布置的方法，所述方法包括：

(a)分析沿所述井眼的一个或多个区间的地层样本；

(b)确定所述地层样本的总粘土含量、提升因子氧化还原金属、以及相对脆性指数，其中所述提升因子氧化还原金属等于氧化还原金属相比于在后太古代澳大利亚页岩中的平均氧化还原金属含量富集所达的倍数；且

(c)输出压裂优化测井记录，所述测井记录绘出沿所述井眼的所述一个或多个区间的所述总粘土含量、提升因子氧化还原金属、和相对脆性指数，

其中基于所述压裂优化测井记录来确定压裂初始点的布置。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化还原金属是钒、铀、镍、铜、钴、或铬中的至少一项。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中步骤(b)还包括确定所述地层的伽马射线、机械钻速、或伊利石粘土含量中的至少一项。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，其中步骤(c)还包括：输出还绘出沿所述井眼的所述一个或多个区间的伽马射线、机械钻速、或伊利石粘土含量中的至少一项的压裂优化测井记录。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

基于所述压裂优化测井记录来确定沿所述井眼的压裂初始点的布置；以及

输出所确定的压裂初始点。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，确定压裂初始点的布置的步骤还包括：确定哪些区间包括高相对脆性指数、高提升因子氧化还原金属、和低总粘土含量。

7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，包括高相对脆性指数、高提升因子氧化还原金属，和低总粘土含量的一个或多个区间被确定为压裂初始点。

8.一种系统，包括处理电路来确定沿井眼的压裂初始点的布置，所述处理电路执行如下步骤：

(a)分析沿所述井眼的一个或多个区间的地层样本；

(b)确定所述地层样本的总粘土含量、提升因子氧化还原金属、以及相对脆性指数，其中所述提升因子氧化还原金属等于氧化还原金属相比于在后太古代澳大利亚页岩中的平均氧化还原金属含量富集所达的倍数；且

(c)输出压裂优化测井记录，所述测井记录绘出沿所述井眼的所述一个或多个区间的所述总粘土含量、提升因子氧化还原金属、和相对脆性指数，

其中基于所述压裂优化测井记录来确定压裂初始点的布置。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述氧化还原金属是钒、铀、镍、铜、钴、或铬中的至少一项。

10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，其中步骤(b)还包括确定所述地层的伽马射线、机械钻速、或伊利石粘土含量中的至少一项的步骤。

11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，其中步骤(c)还包括步骤：输出还绘出沿所述井眼的所述一个或多个区间的伽马射线、钻进速度、或伊利石粘土含量中的至少一项的压裂优化测井记录。

12.如权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括如下步骤：

基于所述压裂优化测井记录来确定沿所述井眼的压裂初始点的布置；以及

输出所确定的压裂初始点。

13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，确定压裂初始点的布置的步骤还包括确定哪些区间包括高相对脆性指数、高提升因子氧化还原金属、和低总粘土含量的步骤。

14.如权利要求9所述的系统，其特征在于，包括高相对脆性指数、高提升因子氧化还原金属，和低总粘土含量的一个或多个区间被确定为压裂初始点。

15.一种存储有包含指令的计算机程序的存储介质，当由至少一个处理器执行所述指令时，所述指令使得所述处理器执行方法，所述方法包括如下步骤：

(a)分析沿井眼的一个或多个区间的地层样本；

(b)确定所述地层样本的总粘土含量、提升因子氧化还原金属、以及相对脆性指数，其中所述提升因子氧化还原金属等于氧化还原金属相比于在后太古代澳大利亚页岩中的平均氧化还原金属含量富集所达的倍数；且

(c)输出压裂优化测井记录，所述测井记录绘出沿所述井眼的所述一个或多个区间的所述总粘土含量、提升因子氧化还原金属、和相对脆性指数，

其中基于所述压裂优化测井记录来确定压裂初始点的布置。

16.如权利要求15所述的存储介质，其特征在于，所述氧化还原金属是钒、铀、镍、铜、钴、或铬中的至少一项。

17.如权利要求15所述的存储介质，其特征在于，其中步骤(b)还包括确定所述地层的伽马射线、机械钻速、或伊利石粘土含量中的至少一项的步骤。

18.如权利要求17所述的存储介质，其特征在于，其中步骤(c)还包括输出还绘出了沿所述井眼的所述一个或多个区间的伽马射线、机械钻速、或伊利石粘土含量中的至少一项的压裂优化测井记录的步骤。

19.如权利要求15所述的存储介质，其特征在于，还包括如下步骤：

基于所述压裂优化测井记录来确定沿所述井眼的压裂初始点的布置；以及

输出所确定的压裂初始点。

20.如权利要求19所述的存储介质，其特征在于，确定压裂初始点的布置的步骤还包括确定哪些区间包括高相对脆性指数、高提升因子氧化还原金属、和低总粘土含量的步骤。

21.如权利要求16所述的存储介质，其特征在于，包括高相对脆性指数、高提升因子氧化还原金属，和低总粘土含量的一个或多个区间被确定为压裂初始点。