基于产剖校正的页岩气水平井有效复合钻遇率评价——以四川盆地东北部吴家坪组为例

《Processes》：Production Profile Calibration of Effective Composite Drilling Encounter Rate in Shale Gas Horizontal Wells: A Case Study of the Wujiaping Formation, Northeast Sichuan Basin

　　

几何钻遇率可能无法代表垂向非均质性页岩储层的产能。本研究针对四川盆地东北部吴家坪组，建立了一种基于产剖校正的有效复合钻遇率（Rce）。数据库包含13口井，其中11口商业生产井和2口评价井。利用三口基准井的生产测井数据估算各亚层相对于参考亚层4的产能，并赋予有界有效长度权重。亚层3和亚层4提供互补性产量，而亚层5的贡献取决于局部含气量和孔隙度。低效组合和差产层段被赋予较低的权重。一个示例性的1377米层段计算得到有效长度为1283.4米，Rce为93.2%。将该方法应用于商业井，揭示了为何仅凭几何钻遇率无法解释最终可采储量（EUR）差异。此前提出的90%界限被视为本地区的临时筛选标准，而非通用经济阈值。该方法区分了储层暴露与压裂覆盖范围，并支持轨迹和完井评估。其可迁移性仍受限于校准与应用样本的重叠、生产测井的不确定性以及压裂设计的差异。

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一、研究背景与问题

在页岩气开发中，水平井钻井和多级水力压裂是实现商业化开采的核心技术。地质导向将地质解释与随钻测量相结合，旨在将井眼定位在选定的储层层段内。然而，传统的钻遇率仅是一个几何度量指标，它衡量的是井眼在目标层内的钻进长度比例，并不能直接反映所钻遇层段的实际产能贡献。海相页岩储层在垂向上表现出显著的有机质含量、孔隙度、含气量、矿物组成和应力等方面的非均质性。因此，一段较短的优质产层可能比一段较长但储集或流动性质较差的层段产出更多的天然气。

这一挑战在四川盆地东北部的上二叠统吴家坪组页岩气藏中尤为突出。现场开发数据显示，虽然亚层4是该区域主要的着陆目标，但亚层3也常展现出与亚层4相当的产气密度和流动能力，是一个重要的协同甜点区。同时，亚层5的产能严格依赖于其含气量和孔隙度是否达到双重门槛，而亚层6和亚层7则基本为非产层或屏障层。更重要的是，一些亚层4几何钻遇率中等（如60-65%）的生产井，由于轨迹大量穿行于高品质的亚层3和亚层5中，反而获得了更高的压后最终可采储量（EUR）。相反，几口亚层4钻遇率超过90%的井，却因严重的压裂复杂性和无效轨迹段而表现不佳。

因此，亟需开发一种综合方法，将地质导向轨迹长度与动态产剖测井资料及相对产能效率相结合，以校准有效复合钻遇率，这对于非常规储层表征、轨迹优化和油田开发决策至关重要。

二、研究目的与技术路线

为解决上述瓶颈，本研究调查了四川盆地东北部上二叠统吴家坪组完钻的13口水平井（11口商业生产井和2口评价井Da-201和Da-202）。通过综合分析水平井轨迹、亚层地层、簇级产剖测井（PLT）数据、岩石物理与地球化学性质、微地震导出的压裂改造体积（SRV）以及压后生产历史，建立了一个有效的复合钻遇率校准框架。具体目标包括：（1）评估传统亚层4钻遇率与90天初始产气量、累积产量和归一化EUR之间的局限性；（2）将水平井段划分为标准化的亚层组合单元，并从PLT数据中量化归一化产气密度；（3）建立以合格亚层4为参照的相对产能效率系数，并制定复合钻遇率方程；（4）通过对典型井和区域平台井的综合案例研究来评估该方法，从而为现场地质导向和完井优化定义临时的本地筛选标准。

三、关键技术方法

1. 1.
   亚层组合单元分类：根据实际井眼轨迹与随钻测井（LWD）、录井和射孔深度，将水平井段划分为离散的标准化亚层组合单元，例如纯亚层4单元、复合4+5单元等，避免了长度重复计算。
2. 2.
   产剖流量分配与密度建模：利用高分辨率簇级产剖测井（PLT）数据，将气体流量分配给各个亚层单元，计算出各单元的累计贡献比（C_i）和归一化产气密度（D_i），以实现跨单元和跨井的可比性。
3. 3.
   相对产能效率校准：以合格的亚层4作为基准（效率E₄=1.00），计算其他亚层组合单元的相对效率系数（E_i）。为确保有效复合钻遇率（R_ce）不超过100%，将用于钻遇率计算的加权因子（w_i）设定为E_i与1.00之间的较小值。
4. 4.
   有效复合钻遇率公式化：提出了有效复合钻遇率（R_ce）的数学公式：R_ce = [Σ(w_i·L_i)/L] × 100%，其中L_i是各单元的长度，L是总评价长度。同时，引入压裂覆盖率（η_frac）来计算综合复合钻遇率（R_ce,syn）和有效侧向进尺（EFL）。

四、研究结果

4.1. 传统钻遇率的局限性

研究发现，传统的亚层4钻遇率（R_c4）与单井产能（如归一化EUR、90天产气量）之间不存在统计学上的显著正相关性。这种脱节源于三个根本机制：（1）高品质的亚层3和亚层5的商业贡献被R_c4忽略；（2）亚层4内部存在显著的层内非均质性；（3）几何R_c4忽略了压裂段覆盖率和工程改造效率。例如，井H2-4的R_c4仅为65.3%，但其归一化EUR却高于多口R_c4大于90%的邻井。

4.2. 产剖校准与范式修正

评价井Da-201的PLT数据显示，亚层4和亚层3分别贡献了总产量的38.5%和34.8%，共同提供了73.3%的产能。在商业井H2-4中，合格的复合4+5单元和纯亚层5单元的产气密度分别是亚层4基准线的1.36倍和1.13倍，而复合5+6单元的密度仅为0.42倍。在井H3-3中，亚层4贡献了83.7%的产量，而相邻的亚层3、5等由于未达到含气饱和度门槛，相对效率仅为0.52-0.64。这些动态观测表明，“亚层4完全有效，其他亚层完全无效”的传统二元范式存在根本缺陷。

4.3. 有效复合钻遇率的应用

以一个1377米的井段为例，该井段由562米纯亚层4、446米合格复合4+5、213米合格纯亚层5和156米复合5+6组成。应用校准后的加权方案，前三个单元加权因子为1.00，复合5+6单元为0.40，计算得到有效长度为1283.4米，R_ce为93.2%。这远高于传统R_c4的40.8%，准确地捕捉了次要甜点区的贡献和来自亚层6的惩罚损失。

4.4. 井H2-4案例研究

井H2-4是一个典型的多亚层起伏水平井。尽管其传统R_c4仅为65.3%，但应用R_ce方法后，其评价钻遇率提升至93.2%，解释了其为何能达到强劲的归一化EUR（6.94×10⁴ m³/m）。然而，结合压裂覆盖率后，其综合复合钻遇率降至83.7%，突破了90%的准入阈值，表明其底部轨迹进入亚层6带来了性能稀释。

4.5. 井H3-3案例研究

井H3-3展示了复杂断层、劣质储层和工程进尺损失共同导致的严重产能下降。其压裂覆盖率仅为79.1%，导致376米的工程进尺损失。地质上，其R_c4仅为62.2%，且亚层3和5在该断块含气量不足。计算得到的R_ce为86.8%，结合压裂覆盖率后，综合钻遇率降至68.7%，正确诊断了地质欠佳和工程进尺损失的双重机制。

4.6. 区域应用

将R_ce方法应用于所有11口商业生产井。结果显示，传统R_c4与归一化EUR无有意义的相关性，而校准后的R_ce成功地解决了异常的生产差异。R_ce值高的井通常对应更高的归一化EUR。

五、讨论与结论

讨论要点：

• •
  R_ce描述了利用产能信息加权的井筒对储层层段的暴露程度。亚层3和亚层4提供互补性产量，而亚层5的产能具有双门槛依赖性。亚层6的高脆性指数能产生复杂的裂缝网络，但由于含气量不足，几乎没有油气产出，这表明甜点识别必须优先考虑储气能力而非机械脆性。
• •
  R_ce和SRV是两个独立但高度协同的维度。R_ce量化了井筒穿过的优质储层长度，而SRV量化了被有效改造的岩石体积。二者互为前提，高R_ce不能保证高产，反之亦然。
• •
  该方法的应用存在边界条件，包括可靠的亚层划分、稳定的PLT数据、统一的空间映射和一致的作业制度。同时，必须主动应对PLT分配误差、裂缝三维高度增长、非储层采样有限、压裂强度不均和暂态流态变化等不确定性来源。
• •
  与传统单一钻遇率相比，R_ce框架整合了动态产剖资料和岩石物理门槛，将地质导向从静态的单层几何追踪转变为动态的复合模型。

研究结论：

（1）在垂向非均质性强的页岩气层中，传统的单一亚层钻遇率无法反映真实产能。在川东北吴家坪组，商业产气由多个亚层共同贡献，固守单一几何钻遇率会导致系统性评价偏差。

（2）基准井的产剖校准揭示了局部的亚层产能模式：亚层4是稳定主甜点（基准效率E=1.00）；亚层3是补充性产层（相对效率E=1.15）；亚层5的产能具有显著的双门槛依赖性；纯亚层6在报告样本中无产出（E=0）；亚层7为非储层屏障。

（3）建立了有效复合钻遇率（R_ce）的完整数学公式，并结合压裂覆盖率，实现了跨井的有效侧向进尺（EFL）统一评价。

（4）多井案例研究和区域平台评价证实，R_ce成功解决了长期存在的产能异常问题。

（5）此前提出的R_ce 90%界限应被视为该数据集的临时筛选标准，而非通用的经济准入阈值或产能转折点。

（6）本研究存在局限性：校准权重源自有限的样品和单一地层；PLT效率系数存在固有不确定性；校准井包含在应用井集中，并非独立验证；完井设计差异是潜在混淆因素。