CN103390108A - 一种基于压裂地质体可压性的井型设计方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于压裂地质体可压性的井型设计方法及装置，通过地震资料、测井资料及关键井预处理结果来计算各个测试点的可压性值，根据各测试点的可压性值构造可压性地质体的三维分布模型，并根据该模型设计井型设计出高效沟通这些有利区域的井型，从而使得产量达到最大化。

Description

一种基于压裂地质体可压性的井型设计方法及装置

技术领域

本发明涉及地质勘探技术领域，特别是一种基于压裂地质体可压性的井型设计方法及装置。

背景技术

我国页岩气、煤层气、致密气等非常规油气藏分布广泛，远景储量大，高效开发此类油气藏是石油领域长期关注的焦点。非常规油气藏具有低孔低渗的特点，高效开发此类非常规油气藏需要大规模的压裂作业，旨在使储层形成多条甚至网状裂缝，从而改善油气运移条件。

储层可压裂性是指储层岩体在水力压裂中具有能够被有效压裂从而增产的能力的性质。目前，可压裂性的研究尚处于探索阶段。开展储层岩体可压裂性的研究，旨在整体评价岩体的可压性三维分布。

地震资料和测井资料能提供较为详细的地层信息，尤其是微地震裂缝监测技术能监测水力裂缝扩展过程中的岩体的动态响应，为评价裂缝分布提供了较为直观的手段。依据地震资料和测井资料所提供的地层数据，结合关键井所提供的准确信息，综合评价出影响该地层岩体的可压性指标的主导因素，如何建立合理的可压性评价模型，构建可压性三维分布图，是储层改造的瓶颈。

常规的储层改造思路是在设计好的井型中选层选段，找出压裂增产效果最好的层组，获得产能最优化。但是，这种方法所获得的产能最优化受到了地质体本身品位以及井筒位置的制约。

发明内容

为克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于压裂地质体可压性的井型设计方法及装置，先建立压裂地质体可压性三维分布模型，再根据该模型进行井型设计，以实现产能最优化的目的。

为达到上述目的，本发明一方面提供了一种基于压裂地质体可压性的井型设计方法，包括：

根据地震资料、测井资料及关键井预处理结果，获取所述压裂地质体的可压性参数；所述可压性参数包括：岩石脆度、地应力、弹性特征、断裂韧性、天然裂缝密度及天然裂缝产状；

将所述可压性参数进行极差变换，得到与所述可压性参数对应的标准值；

通过层次分析法计算所述可压性参数的权重值；

将所述压裂地质体各个测试点对应的所述标准值和所述权重值加权求和，得到所述各个测试点的可压性值；

根据所述各个测试点的可压性值构建所述压裂地质体的可压性三维分布模型；

根据所述可压性三维分布模型得到可压性分布函数φ=φ(x,y,z)；

获取约束条件，并根据该约束条件初选n条井眼轨道，其中n是自然数，可预先设定或根据约束条件确定；

逐一将所述n条井眼轨道离散化为离散点(x₀,y₀,z₀)；

根据以下沟通范围Ω选取所述可压性分布函数中的可压性点：

其中R_x,R_y,R_z为所述离散点对应的井眼轨道微元段椭球体的轴；

将所述n条井眼轨道中，每一条井眼轨道对应选取的可压性点分别根据以下可压性目标函数进行计算，得到n个可压性值：

$\mathrm{\Θ}=\underset{\mathrm{\Ω}}{\∫\∫\∫}\mathrm{\φ}(x,y,z)\mathrm{dxdydz};$

将所述n个可压性值中，最大值对应的井型作为最优化井型。

可选的，所述可压性参数中，所述地应力为三向地应力的大小和方向值，具体包括一个垂向主应力和两个水平主应力。

可选的，所述的可压性三维分布模型是指所述可压裂地质体的可压性值在三维空间里的分布。

本发明另外提供了一种基于压裂地质体可压性的井型设计装置，包括：

可压性参数获取单元，用于根据地震资料、测井资料及关键井预处理结果，获取所述压裂地质体的可压性参数；所述可压性参数包括：岩石脆度、地应力、弹性特征、断裂韧性、天然裂缝密度及天然裂缝产状；

标准值计算单元，用于将所述可压性参数进行极差变换，得到与所述可压性参数对应的标准值；

权重值计算单元，用于通过层次分析法计算所述可压性参数的权重值；

可压性值计算单元，用于将所述压裂地质体各个测试点对应的所述标准值和所述权重值加权求和，得到所述各个测试点的可压性值；

模型构建单元，用于根据所述各个测试点的可压性值及其相应的坐标构建所述压裂地质体的可压性三维分布模型；

可压性分布函数计算单元，用于根据所述可压性三维分布模型得到可压性分布函数φ=φ(x,y,z)；

井眼轨道初选单元，用于获取约束条件，并根据该约束条件初选n条井眼轨道，其中n是自然数，可预先设定或根据约束条件确定；

离散单元，用于逐一将所述n条井眼轨道离散化为离散点(x₀,y₀,z₀)；

可压性点选取单元，用于根据以下沟通范围Ω选取所述可压性分布函数中的可压性点：

其中R_x,R_y,R_z为所述离散点对应的井眼轨道微元段椭球体的轴；

可压性值计算单元，用于将所述n条井眼轨道中，每一条井眼轨道对应选取的可压性点分别根据以下可压性目标函数进行计算，得到n个可压性值：

$\mathrm{\Θ}=\underset{\mathrm{\Ω}}{\∫\∫\∫}\mathrm{\φ}(x,y,z)\mathrm{dxdydz};$

井型设计单元，用于将所述n个可压性值中，最大值对应的井型作为最优化井型。

可选的，所述可压性参数中，所述地应力为三向地应力的大小和方向值，具体包括一个垂向主应力和两个水平主应力。

可选的，所述的可压性三维分布模型是指所述可压裂地质体的可压性值在三维空间里的分布。

本发明所提供的节约压裂地质体可压性的设计方法及装置，通过地震资料、测井资料及关键井预处理结果来计算各个测试点的可压性值，根据各测试点的可压性值构造可压性地质体的三维分布模型，并根据该模型设计出高效沟通这些有利区域的井型，从而使得产量达到最大化。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为本发明一种基于压裂地质体可压性的井型设计方法的流程图；

图2为本发明一种基于压裂地质体可压性的井型设计装置的结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

现有技术中设计井型均通过地震资料、测井资料及关键井预处理结果等信息，直接进行井型设计，在井型设计完毕甚至开采过程中，才根据设计好的进行构造可压性三维分布模型。然而该可压性三维分布模型的构造对增加产量没有任何意义，于是本申请提出了一种新的井型设计方法，该方法先通过现有技术资料构造压裂地质体的可压性三维分布模型，然后根据该可压性三维分布模型，再设计出可高效沟通该可压性三维分布模型中有利区域的井型。

以下通过具体实施例来进行说明：

实施例一

如图1所示，为本发明一种基于压裂地质体可压性的井型设计方法的流程图，包括以下步骤：

步骤101，根据地震资料、测井资料及关键井预处理结果，获取所述压裂地质体的可压性参数；所述可压性参数包括：岩石脆度、地应力、弹性特征、断裂韧性、天然裂缝密度及天然裂缝产状；

下面将上述各可压性参数进行详细说明：

其中，岩石脆度是指可压性地质体的可压裂的难易度，即，脆度越高，压裂形成的裂缝网络越复杂，可压性就越高。

地应力为三向地应力的大小和方向值，具体包括一个垂向主应力和两个水平主应力。当垂向主应力小于两个水平主应力时，岩石中易形成水平裂缝。当垂向主应力大于水平主应力时，易形成垂直裂缝。高水平地应力差易形成主裂缝，低水平应力差易形成辐射状裂缝。

弹性参数是表征岩石发现变形的能力，高弹性模量易形成窄而长的水力裂缝，宽弹性模量易形成宽而短的水力裂缝。

断裂韧性是指可压性地质体断裂的难易度，断裂韧性越低，水力裂缝越易于扩展。

天然裂缝的存在降低了岩石的抗张强度，储层天然裂缝越发育，可压性越高；

水力裂缝与天然裂缝夹角为逼近角。高逼近角时，水力裂缝易穿透天然裂缝；低逼近角时，水力裂缝易沿着天然裂缝扩展。

当然，影响压裂地质体可压性的参数还包括其他值，但影响最大的主要包括以上所述的六个参数，对于本领域技术人员所熟知的其它参数，再次不再一一赘述。

需要说明的是，上述6个可压性参数分别有大量参数值，下述步骤102-103只对一个测试点的6个可压性参数进行说明。

步骤102，将所述可压性参数进行极差变换，得到与所述可压性参数对应的标准值；

上述6个可压性参数值的单位和量纲均不相同，因而需要首先将得到的6个可压性参数值进行极差变化，得到6个标准值。

步骤103，通过层次分析法计算所述可压性参数的权重值；

上述6个可压性参数值虽然变化成了同单位同量纲的标准值，但对于可压性的影响仍然不能直接由数值表示出来，因而需要进一步采用层次分析法确定不同因素对可压性影响的权重。

步骤104，将所述压裂地质体各个测试点对应的所述标准值和所述权重值加权求和，得到所述各个测试点的可压性值；

得到同单位同量纲的6个标准值以及各个标准值对应的权重之后，将各个标准值乘以相应的权重值再求和，得到可压性值。

步骤105，根据所述各个测试点的可压性值构建所述压裂地质体的可压性三维分布模型；

可压性三维分布模型是指所述可压裂地质体的可压性值在三维空间里的分布。

步骤106，根据所述可压性三维分布模型获取可压性分布函数；

在所述可压性三维分布模型中进行可压性的线性插值，从而得到可压性分布函数，获取到的可压性分布函数记为φ=φ(x,y,z)；

步骤107，获取约束条件，并根据该约束条件初选n条井眼轨道；

所述约束条件包括：工具造斜率，储层段井眼长度，井眼轨道方位角等，该约束条件是根据钻进工程的现有技术条件所提出的。

其中n是自然数，可预先设定或根据约束条件确定；

步骤108，将所述n条井眼轨道离散化为离散点；

逐一将n条井眼轨道进行离散化，将离散点均记为(x₀,y₀,z₀)。

步骤109，根据沟通范围选取可压性分布函数中的可压性点；

假设完井增产措施所改造的储层范围是围绕在一条井眼轨道的井筒微元段的椭球体，其轴分别为R_x,R_y,R_z，该三个轴的长度R_x,R_y,R_z受3向主渗透率的影响，渗透率越大，轴越长。

选取所述可压性分布函数中，在所述沟通范围Ω内的可压性点：

$\frac{{(x_0-x)}^2}{{R_x}^2}+\frac{{(y_0-y)}^2}{{R_y}^2}+\frac{{(z_0-z)}^2}{{R_z}^2}<1;$

本发明优选的，每个离散点对应一个椭球体，每个离散点为该椭球体的中心。据此，该椭球体即为离散点对应的沟通范围。

步骤110，将每一条井眼轨道对应选取的所有可压性点进行积分运算，得到n个可压性值；

根据以下可压性函数进行积分运算，以得到可压性值：

$\mathrm{\&Theta;}=\underset{\mathrm{\&Omega;}}{\&Integral;\&Integral;\&Integral;}\mathrm{\&phi;}(x,y,z)\mathrm{dxdydz};$

步骤111，将所述n个可压性值中，最大值对应的井型作为最优化井型。

实施例二

如图2所示，为本发明一种基于压裂地质体可压性的井型设计装置的结构图，包括：

可压性参数获取单元201，用于根据地震资料、测井资料及关键井预处理结果，获取所述压裂地质体的可压性参数；所述可压性参数包括：岩石脆度、地应力、弹性特征、断裂韧性、天然裂缝密度及天然裂缝产状；

下面将上述各可压性参数进行详细说明：

其中，岩石脆度是指可压性地质体的可压裂的难易度，即，脆度越高，压裂形成的裂缝网络越复杂，可压性就越高。

地应力为三向地应力的大小和方向值，具体包括一个垂向主应力和两个水平主应力。当垂向主应力小于两个水平主应力时，岩石中易形成水平裂缝。当垂向主应力大于水平主应力时，易形成垂直裂缝。高水平地应力差易形成主裂缝，低水平应力差易形成辐射状裂缝。

弹性参数是表征岩石发现变形的能力，高弹性模量易形成窄而长的水力裂缝，宽弹性模量易形成宽而短的水力裂缝。

断裂韧性是指可压性地质体断裂的难易度，断裂韧性越低，水力裂缝越易于扩展。

天然裂缝的存在降低了岩石的抗张强度，储层天然裂缝越发育，可压性越高；

水力裂缝与天然裂缝夹角为逼近角。高逼近角时，水力裂缝易穿透天然裂缝；低逼近角时，水力裂缝易沿着天然裂缝扩展。

当然，影响压裂地质体可压性的参数还包括其他值，但影响最大的主要包括以上所述的六个参数，对于本领域技术人员所熟知的其它参数，再次不再一一赘述。

需要说明的是，上述6个可压性参数分别有大量参数值，下述步骤102-103只对一个测试点的6个可压性参数进行说明。

标准值计算单元202，用于将所述可压性参数进行极差变换，得到与所述可压性参数对应的标准值；

上述6个可压性参数值的单位和量纲均不相同，因而需要首先将得到的6个可压性参数值进行极差变化，得到6个标准值。

权重值计算单元203，用于通过层次分析法计算所述可压性参数的权重值；

上述6个可压性参数值虽然变化成了同单位同量纲的标准值，但对于可压性的影响仍然不能直接由数值表示出来，因而需要进一步采用层次分析法确定不同因素对可压性影响的权重。

可压性值计算单元204，用于将所述压裂地质体各个测试点对应的所述标准值和所述权重值加权求和，得到所述各个测试点的可压性值；

得到同单位同量纲的6个标准值以及各个标准值对应的权重之后，将各个标准值乘以相应的权重值再求和，得到可压性值。

模型构建单元205，用于根据所述各个测试点的可压性值及其相应的坐标构建所述压裂地质体的可压性三维分布模型；

可选的，所述的可压性三维分布模型是指所述可压裂地质体的可压性值在三维空间里的分布。

可压性分布函数计算单元206，用于根据所述可压性三维分布模型得到可压性分布函数φ=φ(x,y,z)；

在所述可压性三维分布模型中进行可压性的线性插值，从而得到可压性分布函数，获取到的可压性分布函数记为φ=φ(x,y,z)。

井眼轨道初选单元207，用于获取约束条件，并根据该约束条件初选n条井眼轨道；

所述约束条件包括：工具造斜率，储层段井眼长度，井眼轨道方位角等，该约束条件是根据钻进工程的现有技术条件所提出的。其中n是自然数，可预先设定或根据约束条件确定。

离散单元208，用于将所述n条井眼轨道离散化为离散点(x₀,y₀,z₀)；

逐一将n条井眼轨道进行离散化，将离散点均记为(x₀,y₀,z₀)。

可压性点选取单元209，用于根据沟通范围选取可压性分布函数中的可压性点；

假设完井增产措施所改造的储层范围是围绕在一条井眼轨道的井筒微元段的椭球体，其轴分别为R_x,R_y,R_z，该三个轴的长度R_x,R_y,R_z受3向主渗透率的影响，渗透率越大，轴越长。

选取所述可压性分布函数中，在所述沟通范围Ω内的可压性点：

$\frac{{(x_0-x)}^2}{{R_x}^2}+\frac{{(y_0-y)}^2}{{R_y}^2}+\frac{{(z_0-z)}^2}{{R_z}^2}<1;$

本发明优选的，每个离散点对应一个椭球体，每个离散点为该椭球体的中心。据此，该椭球体即为离散点对应的沟通范围。

可压性值计算单元210，用于将每一条井眼轨道对应选取的所有可压性点进行积分运算，得到n个可压性值；根据以下可压性函数进行积分运算，以得到可压性值：

$\mathrm{\&Theta;}=\underset{\mathrm{\&Omega;}}{\&Integral;\&Integral;\&Integral;}\mathrm{\&phi;}(x,y,z)\mathrm{dxdydz};$

井型设计单元211，用于将所述n个可压性值中，最大值对应的井型作为最优化井型。

本发明所提供的节约压裂地质体可压性的设计方法及装置，通过地震资料、测井资料及关键井预处理结果来计算各个测试点的可压性值，根据各测试点的可压性值构造可压性地质体的三维分布模型，并根据该模型设计井型设计出高效沟通这些有利区域的井型，从而使得产量达到最大化。

本领域一般技术人员在此设计思想之下所做任何不具有创造性的改造，均应视为在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于压裂地质体可压性的井型设计方法，其特征在于，包括：

根据地震资料、测井资料及关键井预处理结果，获取所述压裂地质体的可压性参数；所述可压性参数包括：岩石脆度、地应力、弹性特征、断裂韧性、天然裂缝密度及天然裂缝产状；

将所述可压性参数进行极差变换，得到与所述可压性参数对应的标准值；

通过层次分析法计算所述可压性参数的权重值；

将所述压裂地质体各个测试点对应的所述标准值和所述权重值加权求和，得到所述各个测试点的可压性值；

根据所述各个测试点的可压性值构建所述压裂地质体的可压性三维分布模型；

根据所述可压性三维分布模型得到可压性分布函数φ=φ(x,y,z)；

获取约束条件，并根据该约束条件初选n条井眼轨道，其中n是自然数，可预先设定或根据约束条件确定；

逐一将所述n条井眼轨道离散化为离散点(x₀,y₀,z₀)；

根据以下沟通范围Ω选取所述可压性分布函数中的可压性点：

其中R_x,R_y,R_z为所述离散点对应的井眼轨道微元段椭球体的轴；

将所述n条井眼轨道中，每一条井眼轨道对应选取的可压性点分别根据以下可压性目标函数进行计算，得到n个可压性值：

$\mathrm{\&Theta;}=\underset{\mathrm{\&Omega;}}{\&Integral;\&Integral;\&Integral;}\mathrm{\&phi;}(x,y,z)\mathrm{dxdydz};$

将所述n个可压性值中，最大值对应的井型作为最优化井型。

2.如权利要求1所述的基于压裂地质体可压性的井型设计方法，其特征在于：所述可压性参数中，所述地应力为三向地应力的大小和方向值，具体包括一个垂向主应力和两个水平主应力。

3.如权利要求1所述的基于压裂地质体可压性的井型设计方法，其特征在于：所述的可压性三维分布模型是指所述可压裂地质体的可压性值在三维空间里的分布。

4.一种基于压裂地质体可压性的井型设计装置，其特征在于，包括：

可压性参数获取单元，用于根据地震资料、测井资料及关键井预处理结果，获取所述压裂地质体的可压性参数；所述可压性参数包括：岩石脆度、地应力、弹性特征、断裂韧性、天然裂缝密度及天然裂缝产状；

标准值计算单元，用于将所述可压性参数进行极差变换，得到与所述可压性参数对应的标准值；

权重值计算单元，用于通过层次分析法计算所述可压性参数的权重值；

可压性值计算单元，用于将所述压裂地质体各个测试点对应的所述标准值和所述权重值加权求和，得到所述各个测试点的可压性值；

模型构建单元，用于根据所述各个测试点的可压性值及其相应的坐标构建所述压裂地质体的可压性三维分布模型；

可压性分布函数计算单元，用于根据所述可压性三维分布模型得到可压性分布函数φ=φ(x,y,z)；

井眼轨道初选单元，用于获取约束条件，并根据该约束条件初选n条井眼轨道，其中n是自然数，可预先设定或根据约束条件确定；

离散单元，用于逐一将所述n条井眼轨道离散化为离散点(x₀,y₀,z₀)；

可压性点选取单元，用于根据以下沟通范围Ω选取所述可压性分布函数中的可压性点：

其中R_x,R_y,R_z为所述离散点对应的井眼轨道微元段椭球体的轴；

可压性值计算单元，用于将所述n条井眼轨道中，每一条井眼轨道对应选取的可压性点分别根据以下可压性目标函数进行计算，得到n个可压性值：

$\mathrm{\&Theta;}=\underset{\mathrm{\&Omega;}}{\&Integral;\&Integral;\&Integral;}\mathrm{\&phi;}(x,y,z)\mathrm{dxdydz};$

井型设计单元，用于将所述n个可压性值中，最大值对应的井型作为最优化井型。

5.如权利要求4所述的基于压裂地质体可压性的井型设计装置，其特征在于：所述可压性参数中，所述地应力为三向地应力的大小和方向值，具体包括一个垂向主应力和两个水平主应力。

6.如权利要求4所述的基于压裂地质体可压性的井型设计装置，其特征在于：所述的可压性三维分布模型是指所述可压裂地质体的可压性值在三维空间里的分布。

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