CN105221140A

CN105221140A - 一种确定页岩地层可压裂性指数的方法

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Publication number: CN105221140A
Application number: CN201410280794.1A
Authority: CN
Inventors: 廖东良; 张卫; 王志战; 刘江涛; 秦黎明; 魏历灵
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering
Priority date: 2014-06-20
Filing date: 2014-06-20
Publication date: 2016-01-06

Abstract

本发明公开了一种确定页岩地层可压裂性指数的方法，包括以下步骤：根据测井资料确定用于表征页岩地层的储层质量和压裂工程质量的多项可压裂影响因素；采用层次分析法分别确定所述各项可压裂影响因素的权重系数；对各个可压裂影响因素进行加权求和得到可压裂性指数。本发明根据页岩地层的脆性、应力状态、裂缝分布、孔隙度、渗透率，以及压裂效果、地层本身的岩石物理性质确定可压裂性指数，实现对页岩地层可压性的定量描述。

Description

一种确定页岩地层可压裂性指数的方法

技术领域

本发明涉及页岩油气勘探开发技术领域，尤其涉及一种确定页岩地层可压裂性指数的方法。

背景技术

页岩地层通常是低孔、低渗地层，常规开采方式难以有效开发。压裂是页岩地层开发过程中的一项必不可少的手段。压裂设计需要考虑如何选定层位、射孔和压裂数量等参数，并且对于不同的页岩地层需要选定不同的参数。JonathanC在2012年通过岩石力学参数，运用数值模拟方法计算了不同参数下的压裂裂缝间距。C.Cipolla在2011年根据页岩地层的脆性指数和应力各向异性来设计射孔和压裂层位和数量。

现有技术中设计压裂裂缝间距的主要依据是避免缝间干扰，该方法需要利用数值模拟的方法来完成，计算过程复杂，实际可操作性不强。并且，利用脆性指数和应力各向异性来设计射孔和压裂数量只是给出了一个定性的方案，并没有给出一个定量的方法。

因此，亟需一种能够定量确定页岩地层可压裂性指数的方法。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种确定页岩地层可压裂性指数的方法，包括以下步骤：

根据测井资料确定用于表征页岩地层的储层质量和压裂工程质量的多项可压裂影响因素；

采用层次分析法分别确定所述各项可压裂影响因素的权重系数；

对各个可压裂影响因素进行加权求和得到可压裂性指数。

根据本发明的实施例，所述采用层次分析法分别确定所述可压裂影响因素的权重系数包括：

分别确定各项可压裂影响因素的重要性系数；

构建判断矩阵，其中的元素表示各项可压裂性因素中任意两者之间的比例标度系数；

根据判断矩阵得到各项可压裂影响因素的权重系数。

根据本发明的实施例，所述根据判断矩阵得到各项可压裂影响因素的权重系数包括：

计算判断矩阵中各行元素的几何平均数W_i；

对各行元素的几何平均数W_i进行归一化处理获得各项可压裂影响因素的权重系数。

根据本发明的实施例，所述对各行元素的几何平均数W_i进行归一化处理为：

{W_{i}}^{'} = \frac{W_{i}}{Σ_{i = 1}^{n} W_{i}}

其中，W_i'为权重系数，W_i为各行元素的几何平均数，i和n为正整数，i表示判断矩阵A的行数，n表示可压裂影响因素的个数。

根据本发明的实施例，所述压裂影响因素包括页岩地层的脆性指数。

根据本发明的实施例，所述压裂影响因素还从下列页岩地层参数中至少选择两项：

工程地质指数、流动指数、有效应力和裂缝数量。

根据本发明的实施例，根据测井资料利用脆性矿物比重法或者岩石力学参数法的计算所述脆性指数。

根据本发明的实施例，所述工程地质指数用页岩地层的裂缝条数和最小地应力数值的比值表示。

根据本发明的实施例，所述流动指数表示为：

其中，Z为流动指数，k为渗透率，为孔隙度。

根据本发明的实施例，所述可压裂影响因素的数值为根据地质区域内的最大值计算的归一化处理结果。

本发明带的有益效果在于，本发明确定的页岩地层可压裂指数不仅考虑页岩地层的脆性，还考虑其应力状态、裂缝分布、孔隙度和渗透率，以及页岩地层是否含气、是否能够产生压裂裂缝。根据压裂效果、地层本身的岩石物理性质得到可压裂指数，对页岩地层的可压性提供定量评价，以使得压裂改造后页岩地层中气体能有效开采。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1是本发明实施例中确定页岩地层可压裂性指数的方法的思路图；

图2是本发明实施例中确定页岩地层可压裂性指数的方法的步骤流程图；

图3是本发明实施例中确定脆性指数、工程地质指数和流动指数的权重系数的步骤流程图。

具体实施方式

以下将结合附图来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明各实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

一般而言，页岩地层是否可压裂从广义上来说取决于两方面，一是页岩地层含有较丰富的天然气，二是这些天然气通过有效的手段能开采出来。即一个方面涉及到页岩地层的储层质量，另一个方面涉及到页岩地层的工程质量。其中，储层质量主要通过孔隙度、渗透率、含气饱和度、TOC含量、泥质含量和页岩厚度等来评价；工程质量主要由脆性矿物含量、脆性指数、地应力大小及其差异、破裂压力和裂缝系统等来评价。

如图1所示，本发明提供的方法是计算页岩地层的脆性指数、工程地质指数、地层流动指数、有效应力指数和裂缝数量等参数，并对其加权求和来表征页岩地层可压裂性指数，从而实现对页岩地层可压性的定量描述。

实施例一

以下结合图2对本发明实施例中确定页岩地层可压裂性指数的方法的步骤做详细说明。

在步骤S201中，根据测井资料确定用于表征页岩地层的储层质量和压裂工程质量的多项可压裂影响因素。根据不同地质区域的实际测井情况选择不同的可压裂影响因素，例如，脆性指数、工程地质指数、流动指数、有效应力和裂缝数量等等。

在本实施例中，选择脆性指数、工程地质指数、流动指数这三项作为可压裂影响因素。需要说明的是，脆性指数是必选的，其他可压裂影响因素从工程地质指数、流动指数、有效应力和裂缝数量中至少选择两项即可。

具体而言，根据测井资料计算页岩地层的脆性指数X。通常，可根据测井资料，利用脆性矿物比重法或者岩石力学参数法的计算页岩地层的脆性指数X。

根据测井资料识别页岩地层的裂缝条数和地应力数值，确定工程地质指数Y。其中，工程地质指数Y用页岩地层的裂缝条数和最小地应力数值的比值表示。

根据测井资料确定页岩地层的渗透率和孔隙度，计算流动指数Z。所述流动指数表示为：

其中，Z为流动指数，k为渗透率，为孔隙度。k和的数值通过常规的测井资料确定。

在步骤S202中，采用层次分析法分别确定所述各项可压裂影响因素的权重系数。具体而言，首先，分别确定各项可压裂影响因素的重要性系数；其次，构建判断矩阵，其中的元素表示各项可压裂性因素中任意两者之间的比例标度系数；最后根据判断矩阵得到各项可压裂影响因素的权重系数。

在本实施例中，可采用层次分析法分别确定脆性指数X、工程地质指数Y和流动指数Z的权重系数。

层次分析法AHP(Analytichierarchyprocess)又称构权法，用于将复杂的评价对象排列为一个有序的递阶层次结构的整体，然后在各个评价项目之间进行两两比较、判断，计算各个评价项目的相对重要性系数，即权重。

在本实施例中，如何确定脆性指数X、工程地质指数Y和流动指数Z之间的相对重要性系数是定量评价页岩地层可压裂性的关键因素。页岩地层可压裂性是根据大量复杂因素来评价的。不仅需要考虑页岩地层的脆性，还考虑其应力状态、裂缝分布、孔隙度和渗透率，以及页岩地层是否含气、是否能够产生压裂裂缝，还需考虑压裂效果、地层本身的岩石物理性质，以使得压裂改造后页岩地层中气体能有效开采。通过确定权重系数可以使本实施例中提出的脆性指数X、工程地质指数Y和流动指数Z能够充分描述上述的复杂因素。

层次分析法的核心问题是构造一个合理、统一的判断矩阵，判断矩阵的合理性受到标度合理性的影响。所谓标度是指评价者对各个评价指标重要性等级差异的量化概念。确定指标重要性量化标准常用的方法有：比例标度法和指数标度法。

其中，比例标度法以对目标评判的差别为基础。一般以5种判别等级表示对目标评价的差别，因素i对目标j的重要程度划分为1,3,5,7,9五种，分别表示因素对目标的重要程度为同等重要、较为重要、更为重要、强烈重要和极端重要。如果重要程度介于两者之间，可以进行细化。表1所示为比例标度值(重要性系数x_ij)体系级别。

表1

在本实施例中，采用比例标度法对页岩地层可压裂性指数评价。共需要三种评价指数，i＝1，2，3分别代表的因素为脆性指数X、工程地质指数Y和流动指数Z。j＝1，表示只有一项评价目标，为可压裂性指数P。

在步骤S2021中，分别确定脆性指数、工程地质指数和流动指数的重要性系数。

根据实际地质构成情况，脆性指数越高，页岩地层压裂时越发容易形成微裂缝，压裂工程改造成本越低，因此，脆性指数是压裂工程中最重要参数；工程地质指数越高，对压裂工程改造越有利，其重要性仅次于脆性指数；流动指数决定了页岩地层压裂后的流体流动能力，反映了压裂后页岩地层中的油气是否能有效生产，也是压裂工程中的重要参数。

本实施例中确定的脆性指数X、工程地质指数Y和流动指数Z对压裂工程的重要性系数分别为6,4,2。

在步骤S2022中，构建判断矩阵A，其中的元素表示脆性指数X、工程地质指数Y和流动指数Z中任意两者之间的比例标度系数。表2为上述三个指数的判断矩阵A。

表2

判断矩阵A中第i行和第j列的元素x_ij表示指数x_i与x_j比较后所得的比例标度值。如表2所示，脆性指数与工程地质指数的比例标度值为6/4＝1.5，脆性指数与流动指数的比例标度值6/2＝3，工程地质指数与流动指数的比例标度值为4/2＝2。

在步骤S2023中，根据判断矩阵A分别确定脆性指数、工程地质指数和流动指数的权重系数。

在本步骤中，首先计算判断矩阵A中各行元素的几何平均数W_i：

W_{1} = \sqrt[3]{1 \times \frac{6}{4} \times 3} = 1.65

W_{2} = \sqrt[3]{1 \times \frac{6}{4} \times 3} = 1.10

W_{3} = \sqrt[3]{\frac{2}{6} \times \frac{2}{4} \times 1} = 0.55

然后，对各行元素的几何平均数W_i进行归一化处理获得脆性指数、工程地质指数和流动指数的权重系数，使得权重系数的取值范围为(0,1)。

所述对各行元素的几何平均数Wi进行归一化处理为：

{W_{i}}^{'} = \frac{W_{i}}{Σ_{i = 1}^{n} W_{i}}

其中，W_i'为权重系数，W_i为各行元素的几何平均数，i和n为正整数，i表示判断矩阵A的行数，n表示用于判断页岩地层可压裂性指数的因素的个数。

{W_{1}}^{'} = \frac{W_{1}}{Σ_{i = 1}^{n} W_{i}} = 0.50

{W_{2}}^{'} = \frac{W_{2}}{Σ_{i = 1}^{n} W_{i}} = 0.33

{W_{3}}^{'} = \frac{W_{3}}{Σ_{i = 1}^{n} W_{i}} = 0.17

至此为止，可以确定脆性指数、工程地质指数和流动指数的权重系数分别为：0.5、0.33和0.17。全部指标的权重之和等于1。

在本实施例中，n＝3。需要说明的是，n可以为大于3的整数，从而可分析更多的表征参数，如脆性指数、工程地质指数、流动指数、有效应力、裂缝情况等。

在步骤S203中，对各个可压裂影响因素进行加权求和得到可压裂性指数。具体而言，根据权重系数0.5、0.33和0.17对脆性指数X、工程地质指数Y和流动指数Z进行加权求和得到可压裂性指数P。

进一步的，在计算过程中可以对脆性指数X、工程地质指数Y和流动指数Z根据其指数最大值分别进行归一化处理，使这三项指数的数值区间为[0,100]。然后再加权求和得到可压裂性指数P。

从而可实现对页岩地层可压性的定量描述，有利于制定射孔和压裂方案，提高压裂效果，提升页岩气产能。地层可压裂性指数高，说明地层容易被压裂后形成微裂缝网络，射孔数和压裂段数可以减少，以节约成本。

实施例二

在本实施例中，利用中国西南部区块页岩地层某井的测井资料为例对本实施例提供的方法进行说明。

该区块优质页岩岩性主要以黄灰色页岩、粉砂质页岩夹薄层透镜状灰岩为主。在XX10-XX20段地层平均脆性指数X为53。平均裂缝数为6条/米，平均最小地应力25Mpa，计算出工程地质指数Y为0.24，由于该区块中最大工程地质指数为0.4，因此该井段工程地质指数归一化结果为60。该井页岩地层主要划分为3类流动单元，在该井段主要以第二类流动单元为主，平均流动指数Z为2.1。由于该区块最大页岩地层流动指数为2.65，归一化该流动指数为79。根据这三个参数的权重计算出该层段的可压性指数P为53*0.5+60*0.15+79*0.35＝59.35。

优选的，在本实施例中P>50％说明可压裂性比较好。可压裂性高说明地层容易被压裂，也更容易形成微裂缝网络，有利于油气生产。实际施工过程中，可压裂性高时射孔数和压裂段数可以减少，以节约成本；可压裂性指数低时射孔数和压裂段数要求更多，否则不利于油气生产。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims

1.一种确定页岩地层可压裂性指数的方法，其特征在于，包括以下步骤：

对各个可压裂影响因素进行加权求和得到可压裂性指数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用层次分析法分别确定所述可压裂影响因素的权重系数包括：

分别确定各项可压裂影响因素的重要性系数；

根据判断矩阵得到各项可压裂影响因素的权重系数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据判断矩阵得到各项可压裂影响因素的权重系数包括：

计算判断矩阵中各行元素的几何平均数W_i；

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对各行元素的几何平均数W_i进行归一化处理为：

{W_{i}}^{'} = \frac{W_{i}}{Σ_{i = 1}^{n} W_{i}}

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述压裂影响因素包括页岩地层的脆性指数。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述压裂影响因素还从下列页岩地层参数中至少选择两项：

工程地质指数、流动指数、有效应力和裂缝数量。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据测井资料利用脆性矿物比重法或者岩石力学参数法的计算所述脆性指数。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述工程地质指数用页岩地层的裂缝条数和最小地应力数值的比值表示。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述流动指数表示为：

其中，Z为流动指数，k为渗透率，为孔隙度。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于，所述可压裂影响因素的数值为根据地质区域内的最大值计算的归一化处理结果。