CN105626025A - 一种页岩储层压裂的可压性评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种页岩储层压裂的可压性评价方法，属于页岩储层压裂增产改造领域。本方法包括：(1)采用近井9参数法获得考虑近井筒储层动静态资料的可压性指数FI₁；(2)采用远井施工参数法获得考虑远井压裂施工情况的可压性指数FI₂；(3)利用步骤(1)获得的考虑近井筒储层动静态资料的可压性指数FI₁和步骤(2)获得的考虑远井压裂施工情况的可压性指数FI₂，获得综合可压性指数FI。

Description

一种页岩储层压裂的可压性评价方法

技术领域

本发明属于页岩储层压裂增产改造领域，具体涉及一种页岩储层压裂的可压性评价方法。

背景技术

页岩储层的可压裂性是指在水力压裂中页岩储层具有能够被有效压裂从而增产能力的性质，是页岩开发中最关键的评价参数。储层可压性的评价对于优选压裂井段、预测经济效益等具有重要意义。可压裂性是页岩地质、储层特征的综合反映，其主要影响因素包括页岩脆性、石英含量、粘土矿物含量、天然裂缝及成岩作用，另外还包括地应力、沉积环境、内部构造等其他因素。

国外学者在总结了北美页岩区块过去20年中成功压裂的方法基础上，提出具有不同可压裂性的页岩在水力压裂过程中会形成不同的裂缝网络，可压裂性与可生产性、可持续性是页岩气井评价的关键参数；同时认为页岩可压裂性与页岩的脆塑性有关，可以通过杨氏模量和泊松比来表征，还可以使用无侧限抗压强度和内摩擦角等来反映。国外研究通过页岩的脆性矿物含量或岩石力学参数来表征可压裂性，为可压裂性的定量评价提供了思路；但研究结果仅仅反映了页岩在矿物组成或岩石力学单一因素方面的特征，无法真实反映储层压裂的难易程度(如部分岩石的弹性模量和泊松比相近，而脆性差别却很大)，难以全面反映页岩在水力压裂过程中的综合特征。

国内对于页岩储层可压裂性研究报道相对较少，目前研究主要集中在通过结合室内岩石力学和物性参数测试结果以及脆性指数计算方法，尝试对目标页岩储层进行可压性评价。

总之，目前对于页岩储层的可压性评价研究，还处在探索并形成较为系统的评价方法阶段，还尚无形成一套成熟的、统一的综合评价方法。通过查阅相关文献与专利库检索，以及所了解的压前评价技术方法，目前还没有形成系统有效的页岩储层压裂的压前评价方法。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种页岩储层压裂的可压性评价方法，提高页岩储层的可压性，以期为提高页岩气水平井分段压裂的段簇出气有效率提供基础，确保页岩储层压裂的施工成功率，提高页岩储层的压裂改造效果及储层动用程度。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种页岩储层压裂的可压性评价方法，包括：

(1)采用近井9参数法获得考虑近井筒储层动静态资料的可压性指数FI₁；

(2)采用远井施工参数法获得考虑远井压裂施工情况的可压性指数FI₂；

(3)利用步骤(1)获得的考虑近井筒储层动静态资料的可压性指数FI₁和步骤(2)获得的考虑远井压裂施工情况的可压性指数FI₂，获得综合可压性指数FI。

所述步骤(1)是这样实现的：

所述参数包括：泊松比、杨氏模量、石英含量、脆性矿物含量、粘土含量、地应力差异系数、裂缝发育情况、水层情况和地应力状态/裂缝方向/地层倾角/井身轨迹/断层类型，这些参数是通过地震资料、测井解释、地质资料、室内岩心实验及软件分析解释获得的；

采用层次分析法确定9个参数的权重：首先对各个参数进行归一化处理，然后结合各参数的权重进行权重系数的加权，最后得到唯一一个无量纲值，即为可压性指数FI₁，其数学计算公式为：

${\mathrm{FI}}_1=(S_1,S_2,S_3,...,S_n){(W_1,W_2,W_3,...,W_n)}^T={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{S}_i{W}_i(i=\mathrm{1,2,3},...,n)$

式中，FI₁为可压性指数，无量纲；S_i(i＝1，2，3，...，n)为页岩储层参数的归一化值，无量纲；W_i(i＝1，2，3，...，n)为储层参数的权重系数(表1)，无量纲；n为参数的个数。

所述归一化处理是这样实现的：

采用极差变换法；极差变换中参数分为正向指标、逆向指标两种，正向指标即指标值越大越好，逆向指标即指标值越小越好。

对于正向指标，页岩储层参数的归一化值S_i计算式为：

$S_i=\frac{X_i-\min X_i}{\max X_i-\min X_i}$

对于逆向指标，页岩储层参数的归一化值S_i计算式为：

$S_i=\frac{\max X_i-X_i}{\max X_i-\min X_i}$

式中，S_i为参数归一化后的值，X_i为参数归一化前的原始值，maxX_i为参数数据样本中的最大值，minX_i参数数据样本中的最小值。

所述步骤(2)是这样实现的：

①假如某地层压裂加入了100目、40～70目、30～50目三种类型支撑剂，则总支撑剂量按100目粒径的支撑剂进行等效，等效后总支撑剂量为：100目支撑剂量+(40～70目支撑剂量×40～70目平均粒径÷100目平均粒径)+(30～50目支撑剂量×30～50目平均粒径÷100目平均粒径)；若某地层压裂加入了其他目数的支撑剂，则以此类推进行等效；

②假如某地层压裂加入了滑溜水和压裂液两种类型的液体，则总液体量按黏度比进行等效，等效为滑溜水量；

③支撑剂量的归一化处理：利用步骤(1)中所述的归一化处理方法，以某一区块或最大加砂规模井为例，对支撑剂量进行归一化处理，得到归一化处理后的支撑剂量；

④液体量的归一化处理：利用步骤(1)中所述的归一化处理方法，以某一区块或最大加砂规模井为例，对液体量进行归一化，得到归一化处理后的压裂液量；

⑤可压性指数FI₂＝归一化处理后的支撑剂量/归一化处理后的压裂液量。

所述步骤(3)是这样实现的：

综合考虑近井筒储层动静态资料的可压性指数FI₁与考虑远井压裂施工情况的可压性指数FI₂，结合压裂设计时所设计的压裂裂缝长度的不同权重，最终综合可压性指数FI＝(考虑近井筒储层动静态资料的可压性指数FI₁×近井权重η₁)+(考虑远井压裂施工情况的可压性指数FI₂×远井权重η₂)，近井权重η₁+远井权重η₂＝1。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：对页岩储层可压性有了定量化的认识，在压裂设计时，可根据可压性指数的大小，为压裂规模、压裂工艺及压裂材料选择提供指导依据。从现场试验情况及压后分析来看，该方法理念合理，成效显著，成功解决了页岩压裂过程中的难题，提高了页岩储层压裂的施工成功率和压裂改造效果。

具体实施方式

(1)考虑近井筒储层动静态资料的可压性指数评价方法(近井9参数法)(近井9参数可以通过地震资料、测井解释、地质资料、室内岩心实验及软件分析解释获得)：基于近井筒的动静态资料，反映近井筒的可压性指数大小，近井9个参数(如表1所示)采用层次分析法确定不同参数的权重。可压裂性主要影响因素各参数具有不同的单位和量纲，而且各参数数值大小和有效范围不同，为了计算可压性指数，借助工程数学方法，将各影响因素进行归一化处理后结合各影响因素权重进行权重系数的加权，最后得到唯一一个无量纲值，即为可压性指数FI₁。其数学计算公式为：

${\mathrm{FI}}_1=(S_1,S_2,S_3,...,S_n){(W_1,W_2,W_3,...,W_n)}^T={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{S}_i{W}_i(i=\mathrm{1,2,3},...,n)$

式中，FI₁为可压性指数，无量纲；S_i(i＝1，2，3，...，n)为页岩储层参数的归一化值，无量纲；W_i(i＝1，2，3，...，n)为储层参数的权重系数(表1)，无量纲；n为参数的个数。

页岩脆性矿物、石英含量等参数与可压裂性成正相关关系，粘土含量等参数与可压裂性成负相关关系。所以，在对页岩储层参数的归一化计算中采用极差变换法；极差变换中参数分为正向指标、逆向指标两种，正向指标即指标值越大越好，逆向指标即指标值越小越好。

对于正向指标，页岩储层参数的归一化值S_i计算式为：

$S_i=\frac{X_i-\min X_i}{\max X_i-\min X_i}$

对于逆向指标，页岩储层参数的归一化值S_i计算式为：

$S_i=\frac{\max X_i-X_i}{\max X_i-\min X_i}$

式中，S_i为参数归一化后的值，X_i为参数归一化前的原始值，maxX_i为参数数据样本中的最大值，minX_i参数数据样本中的最小值。

权重系数可根据具体区块及井况进行调整：例如：①某区块目的储层临近底水和边水，是该区块压裂设计及施工时重点关注的核心问题，那么，水层情况的权重系数就会根据该储层实际情况情况进行适当上调；②某区块目的储层中岩心的粘土含量异常高(高于附近区块或类似储层)，压裂设计中就需重点关注储层的水敏性及压裂液的优选问题，此时，粘土含量的权重系数就会根据该储层岩心实验结果，进行适当上调。

表1

(2)考虑远井压裂施工情况的可压性指数评价方法(远井施工参数法)：总支撑剂量(不同粒径的支撑剂量等效为同一粒径的支撑剂量与入井总液体量(前置液阶段和其它段塞阶段的液量都是为了最终的加砂阶段创造条件，故入井总液量＝前置液阶段液量+段塞阶段液量+加砂阶段液量)的比值大小，从施工和远井储层的角度，变相反映了页岩可压性指数的大小，其具体方法为：

①假如某地层压裂加入了100目、40～70目、30～50目三种类型支撑剂，则总支撑剂量按100目粒径的支撑剂进行等效，等效后总支撑剂量为：100目支撑剂量+(40～70目支撑剂量×40～70目平均粒径÷100目平均粒径)+(30～50目支撑剂量×30～50目平均粒径÷100目平均粒径)；若某地层压裂加入了其他目数的支撑剂，可以按该方法等效即可。

②假如某地层压裂加入了滑溜水和压裂液两种类型的液体，则总液体量按黏度比进行等效，等效为滑溜水量：假如压裂液黏度是滑溜水黏度的3倍，则100方压裂液可以等效为300方滑溜水；

③支撑剂量的归一化处理：参照近井9参数法中所述的页岩储层参数的归一化方法，以某一区块或中石化最大加砂规模井为例，对支撑剂量进行归一化；

④液体量的归一化处理：参照近井9参数法中所述的页岩储层参数的归一化方法，以某一区块或中石化最大加砂规模井为例，对液体量进行归一化；

⑤可压性指数FI₂＝(归一化处理后的支撑剂量)/(归一化处理后的压裂液量)。

(3)综合可压性指数评价方法

近井9参数法基于近井筒的各种动静态资料，反映的是近井筒可压性指数大小。远井施工参数法从压裂施工角度、远井储层的角度，变相反映了页岩可压性指数的大小。综合近井9参数法与远井施工参数法两种计算方法，结合压裂设计时所设计的压裂裂缝长度的不同权重，最终综合可压性指数FI＝(考虑近井筒储层动静态资料的可压性指数FI₁×近井权重η₁)+(考虑远井压裂施工情况的可压性指数FI₂×远井权重η₂)，近井权重η₁+远井权重η₂＝1。

由于远井施工情况更能真实的反映储层实际的情况，故远井施工参数法一般情况下应占更高的权重，而且压裂施工规模越大，裂缝越长，远井施工参数法所占的比例应更大。例如：对于某区块压裂设计时所设计的压裂裂缝长度在100m～200m时，远井施工参数法所占权重η₂可以取为60％；对于压裂裂缝长度在200m～300m时，远井施工参数法所占权重η₂可以取为70％；对于压裂裂缝长度在300m以上时，远井施工参数法所占权重η₂可以取为75％。

以下实施例仅用于进一步说明本发明，但不限制本发明。

应用本发明所述方法，应用于中国石化所属四川及周缘重点页岩气区块(焦石坝、元坝、彭水、涪陵等)水平井压裂方案优化设计及试验中，得到了焦石坝、元坝、彭水、涪陵综合可压性指数，如表2所示。对于综合可压性指数相对较高的区块(如表2中焦石坝、彭水区块)，压裂时应适当加大滑溜水在总液体量中的比例，采用低砂比的施工的策略；反之，压裂时应增加压裂液在总液体量中的比例(如表2中涪陵区块)及适当增加压裂加砂量的策略。

表2

本发明所述的可压性评价新方法，基本上对页岩储层可压性有了定量化的认识，根据可压性指数的大小在具体压裂设计时，为选择适当的压裂规模、压裂工艺、压裂材料提供了一定的指导依据。比如，可压性指数越高，页岩脆性指数越高，在选择压裂工艺时可考虑单一滑溜水为主或加大混合压裂中滑溜水用量比例，规模及砂比上应适当加以控制，应尽可能利用低粘滑溜水开启更多的弱面缝或微裂隙，以达到扩大页岩储层改造体积的目的。

本发明综合近井参数与远井施工参数两种计算方法，结合压裂设计时所设计的压裂裂缝长度的不同权重，最终给出了页岩储层压裂综合可压性指数。本发明所述可压性评价的方法，对页岩储层可压性有了定量化的认识，依据综合可压性指数的大小，对压裂方案进行优化设计时的压裂规模、压裂工艺、压裂材料等的选择及优化提供了一定的指导依据。

本发明方法主要应用于页岩储层压裂的可压性评价中，也可以借鉴参考本专利对页岩储层可压性评价的方法，应用于其他储层的可压性评价研究中。

我国有着十分丰富的页岩气资源储量，目前，非常规油气藏的开发力度正在逐步加大，页岩气、非常规油气藏已经成为国内外下步发展的重要阵地。页岩气储层非常致密，为实现其经济开发必须进行压裂增产作业。通过对页岩储层压裂可压性评价的深入研究，可以为压裂井段优选及提高页岩储层压裂的施工成功率提供技术参考，从而提高页岩储层的压裂改造效果及储层动用程度。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (5)

1.一种页岩储层压裂的可压性评价方法，其特征在于：所述方法包括：

(1)采用近井9参数法获得考虑近井筒储层动静态资料的可压性指数FI₁；

(2)采用远井施工参数法获得考虑远井压裂施工情况的可压性指数FI₂；

(3)利用步骤(1)获得的考虑近井筒储层动静态资料的可压性指数FI₁和步骤(2)获得的考虑远井压裂施工情况的可压性指数FI₂，获得综合可压性指数FI。

2.根据权利要求1所述的页岩储层压裂的可压性评价方法，其特征在于：所述步骤(1)是这样实现的：

所述参数包括：泊松比、杨氏模量、石英含量、脆性矿物含量、粘土含量、地应力差异系数、裂缝发育情况、水层情况和地应力状态/裂缝方向/地层倾角/井身轨迹/断层类型，这些参数是通过地震资料、测井解释、地质资料、室内岩心实验及软件分析解释获得的；

采用层次分析法确定9个参数的权重：首先对各个参数进行归一化处理，然后结合各参数的权重进行权重系数的加权，最后得到唯一一个无量纲值，即为可压性指数FI₁，其数学计算公式为：

${\mathrm{FI}}_1=(S_1,S_2,S_3,\·\·\·S_n){(W_1,W_2,W_3,\·\·\·,W_n)}^T={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{S}_i{W}_i(i=\mathrm{1,2,3},\·\·\·\·,n)$

式中，FI₁为可压性指数，无量纲；S_i(i＝1，2，3，....，n)为页岩储层参数的归一化值，无量纲；W_i(i＝1，2，3，....，n)为储层参数的权重系数，无量纲；n为参数的个数。

3.根据权利要求2所述的页岩储层压裂的可压性评价方法，其特征在于：所述归一化处理是这样实现的：

采用极差变换法；极差变换中参数分为正向指标、逆向指标两种，正向指标即指标值越大越好，逆向指标即指标值越小越好；

对于正向指标，页岩储层参数的归一化值S_i计算式为：

$S_i=\frac{X_i-\min X_i}{\max X_i-\min X_i}$

对于逆向指标，页岩储层参数的归一化值S_i计算式为：

$S_i=\frac{\max X_i-X_i}{\max X_i-\min X_i}$

式中，S_i为参数归一化后的值，X_i为参数归一化前的原始值，maxX_i为参数数据样本中的最大值，minX_i参数数据样本中的最小值。

4.根据权利要求3所述的页岩储层压裂的可压性评价方法，其特征在于：所述步骤(2)是这样实现的：

①假如某地层压裂加入了100目、40～70目、30～50目三种类型支撑剂，则总支撑剂量按100目粒径的支撑剂进行等效，等效后总支撑剂量为：100目支撑剂量+(40～70目支撑剂量×40～70目平均粒径÷100目平均粒径)+(30～50目支撑剂量×30～50目平均粒径÷100目平均粒径)；若某地层压裂加入了其他目数的支撑剂，则以此类推进行等效；

②假如某地层压裂加入了滑溜水和压裂液两种类型的液体，则总液体量按黏度比进行等效，等效为滑溜水量；

③支撑剂量的归一化处理：利用步骤(1)中所述的归一化处理方法，以某一区块或最大加砂规模井为例，对支撑剂量进行归一化处理，得到归一化处理后的支撑剂量；

④液体量的归一化处理：利用步骤(1)中所述的归一化处理方法，以某一区块或最大加砂规模井为例，对液体量进行归一化，得到归一化处理后的压裂液量；

⑤可压性指数FI₂＝归一化处理后的支撑剂量/归一化处理后的压裂液量。

5.根据权利要求4所述的页岩储层压裂的可压性评价方法，其特征在于：所述步骤(3)是这样实现的：

综合考虑近井筒储层动静态资料的可压性指数FI₁与考虑远井压裂施工情况的可压性指数FI₂，结合压裂设计时所设计的压裂裂缝长度的不同权重，最终综合可压性指数FI＝(考虑近井筒储层动静态资料的可压性指数FI₁×近井权重η₁)+(考虑远井压裂施工情况的可压性指数FI₂×远井权重η₂)，近井权重η₁+远井权重η₂＝1。