CN107288626B - 一种页岩气地质甜度与工程甜度计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种页岩气地质甜度与工程甜度的计算方法。该方法选取具有独立性的评价参数，以压后累产量为依据，采用灰色关联度方法计算各参数的权重分配，应用欧式贴进度的计算方法表征页岩“甜度”。本发明成功解决了页岩油气藏中的井进行压裂施工段簇划分针对性不强、有效出气段簇比例不高的难题，为水平井分段压裂段、簇位置优选提供了有力依据，从而最大限度地实现“降本增效”的目标。

Description

一种页岩气地质甜度与工程甜度计算方法

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，尤其涉及一种页岩气地质甜度与工程甜度计算方法。

背景技术

目前，关于页岩地质甜点与工程甜点的评价方法有很多种。地质甜点的评价参数主要包括有机碳含量(TOC)、热成熟度(R_O)、含气量、孔隙度、天然裂缝特性参数及孔隙压力等；工程甜点的评价参数主要包括岩石矿物组分及岩石力学参数等。但是目前已知的评价方法主要存在以下问题：

1)参与地质甜点及工程甜点计算的评价参数的独立性有待商榷。这是因为把有关联性的参数都放进模型中往往会使计算结果出现偏差。例如，有机碳含量TOC与含气量有一定的相关性，有机碳含量高只能表明页岩储层具有高含气量的物质基础，但不代表含气量一定高，其还取决于热演化程度R_O的高低。因此通常选择含气量作为表征页岩含气性的评价参数。

2)甜点的程度没有进一步界定，甜点值的大小与压后产量的相关性不强。为了进一步表征页岩甜点的好坏程度，引入“甜度”的概念来表征甜点的程度大小，并将甜度与压后产量相关联(注：甜度是一个相对值，例如通常以蔗糖作为基准物，一般以10％或15％的蔗糖水溶液在20℃时的甜度为1.0，其他糖的甜度则与之相比较得到)。

3)地质甜点与工程甜点的权重计算方法有待改进。以往大多采用对等的权重分配来计算总的甜点指标，而没有从压后产量的关联性来寻求地质甜点与工程甜点的权重分配。

综上所述，有必要改进现有地质甜点及工程甜点的评价指标及计算方法，以增加水平井分段压裂段、簇位置选择的科学性和针对性，更好地实现页岩气开发的“降本增效”目标。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种新的适用于页岩油气藏的地质甜度与工程甜度计算方法，以增加水平井分段压裂段、簇位置选择的科学性和针对性，更好地实现页岩气开发的“降本增效”目标。

一种页岩气地质甜度与工程甜度计算方法，包括以下步骤：

S110，分析页岩地层的各项地质参数之间的相关性，从中选出彼此独立的地质参数作为评价参数；

S120，将各项评价参数的最佳值作为理想地质条件，计算目标井层实际地质参数与理想地质条件的欧式贴近度作为地质甜度指标；

S130，计算近井工程甜点和远井工程甜点，从中确定最大的近井工程甜点和最大的远井工程甜点；

S140，将最大的近井工程甜点和最大的远井工程甜点作为理想井层工程甜点，计算目标井层工程甜点与理想井层工程甜点的欧式贴近度作为工程甜度指标；

S150，以压后累积产量为依据，对地质甜度指标和工程甜度指标分配权重系数，进而获得综合甜度指标；

S160，根据现场页岩气勘探结果修正步骤S150中的权重系数，进而修正综合甜度指标。

根据本发明的实施例，上述步骤S110中，评价参数主要包括总孔隙度、有机质孔隙度、基质渗透率、页岩厚度、天然裂缝发育程度、总含气量、游离气比例、压力系数、热演化程度、脆性矿物含量、杨氏模量、泊松比。

根据本发明的实施例，上述欧式贴近度的计算方法如下：

设A为由n-1个待选的页岩区块A₁、A₂、A₃、……、A_n-1及理想的页岩区块

组成的集合，P是对应于待选的页岩区块A₁，A₂，A₃……A_n-1及理想的页岩区块

的m个特征参数P₁、P₂、……、P_m组成的集合，由集合A到集合P的一个模糊关系记为R：

其中，r_ij表示待选的页岩区块或理想的页岩区块A_i具有参数P_j特征的隶属度；

按最大最小法求取集合A到集合P之间的模糊关系R：

式中，x为待选的页岩区块或理想的页岩区块的任一特征参数，

a₁为待选的页岩区块或理想的页岩区块的任一特征参数的最小值，

a₂为待选的页岩区块或理想的页岩区块的任一特征参数的最大值；

将模糊矩阵R划分为n个次级模糊矩阵R₁、R₂、……、R_n-1及

通过下式计算R_j(j＝1、2、……、n-1)与

的接近程度：

根据本发明的实施例，上述步骤S130中，基于压裂施工破裂压力曲线，可以通过以下算式计算近井工程甜点：

式中，S_E表征近井工程甜点，无量纲；S_T0TCBD和S_T0TCCD分别为压裂施工破裂压力曲线所包络的脆性覆盖区域的面积和塑性覆盖区域的面积，单位为MPa·min。

根据本发明的实施例，上述步骤S130中，可以通过计算总的加砂量与总的入井压裂液量的比值来表征远井工程甜点。

根据本发明的实施例，上述总的加砂量为不同种类的支撑剂按照平均粒径比值折算成一种主体支撑剂后的总量，和/或所述总的入井压裂液量为不同种类的压裂液按照黏度比折算成一种主体压裂液后的总量。

根据本发明的实施例，上述主体支撑剂粒径可以是40-70目，和/或所述主体压裂液为滑溜水。

根据本发明的实施例，上述步骤S150中，优选以压后累积产量为依据，计算其与地质甜度指标和工程甜度指标的灰色关联度，再对灰色关联度进行归一化处理，获得地质甜度指标和工程甜度指标的权重系数。

根据本发明的实施例，计算压后累积产量与地质甜度指标和工程甜度指标的灰色关联度的方法包括以下步骤：

1)设置j个标准序列{X_o(i)}＝{X_o(1),X_o(2),X_o(3),…,X_o(n)}，比较序列{X_t(i)}＝{X_t(1),X_t(2),X_t(3),…,X_t(n)}，(i＝1,2,3,…,n)，其中，标准序列为地质甜度指标和工程甜度指标，比较序列为压后若干年的累积产量；

2)采用均值化法对各评价参数进行无量纲化处理：

3)通过下式计算无量纲化处理后的序列{X’_o(i)}与{X’_t(i)}序列的关联系数Y_ot(j)：

式中，ρ为分辨系数，其取值范围为[0,1]；

4)综合关联系数，获得各比较序列与标准序列之间的灰色关联度：

根据本发明的实施例，上述步骤S160中，现场页岩气勘探结果可以是现场页岩气水平井分段压裂后的产气剖面测试结果。

与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：

1)该方法选取具有独立性的评价参数，避免因重复考虑而导致计算结果出现较大的偏差。

2)该方法选择评价参数的最佳值组合成理想页岩模型，通过计算页岩实际地质参数与理想地质模型之间的欧式贴进度来表征页岩地质甜度，更加科学合理。

3)该方法综合考虑近井工程甜点和远井工程甜点，获得综合的工程甜度更加科学和具有针对性。

4)该方法以压后累产量为依据，采用灰色关联度方法对地质甜度和工程甜度进行权重分配，从而规避了常规段簇划分中不考虑页岩气井产量的技术风险，为最大限度地实现“降本增效”的目标提供了技术支持。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明提供的计算方法的流程图；

图2是本发明一示例中计算近井工程甜点的方法的示意图；

图3是本发明一示例中通过本发明提供的计算方法获得的地质甜度，并据此进行段簇划分的结果的示意图。

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，以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。

图1是本发明提供的计算方法的流程图。从图中可以看出，该方法主要包括六大步骤：

S110，确定页岩关键的地质参数。

在该步骤中，主要分析页岩地层的各项地质参数之间的相关性，从中选出彼此独立的地质参数作为评价参数。

例如，与地质甜度关联的独立参数主要包括总孔隙度、有机质孔隙度、基质渗透率、页岩厚度、天然裂缝发育程度(0不发育、0.5一般发育、1极发育)、总含气量、游离气比例、压力系数、热演化程度R_O、石英及碳酸盐岩等脆性矿物含量、杨氏模量、泊松比。评价方法包括岩心测试、测井及录井等方法，这些都为常规方法，在此不赘。如背景技术中提及的那样，由于有机碳含量TOC与总含气量不是相互独立，因此在此略去有机碳含量这一参数。

S120，计算页岩地质甜度指标。

将上述12项评价参数的最佳值(注，最佳值不一定是最大值，也可能是最小值或中间值)作为理想地质条件，计算目标井层实际地质参数与理想地质条件的欧式贴近度作为地质甜度指标。

欧式贴近度的计算原理如下：

设A为由n-1个待选的页岩区块A₁、A₂、A₃、……、A_n-1及理想的页岩区块

组成的集合，P是对应于待选的页岩区块A₁，A₂，A₃……A_n-1及理想的页岩区块

的m个特征参数P₁、P₂、……、P_m组成的集合，由集合A到集合P的一个模糊关系记为R：

其中，r_ij表示待选的页岩区块或理想的页岩区块A_i具有参数P_j特征的隶属度；

按最大最小法求取集合A到集合P之间的模糊关系R：

式中，x为待选的页岩区块或理想的页岩区块的任一特征参数，

a₁为待选的页岩区块或理想的页岩区块的任一特征参数的最小值，

a₂为待选的页岩区块或理想的页岩区块的任一特征参数的最大值；

将模糊矩阵R划分为n个次级模糊矩阵R₁、R₂、……、R_n-1及

通过下式计算R_j(j＝1、2、……、n-1)与

的接近程度：

S130，计算近井工程甜点和远井工程甜点，从中确定最大的近井工程甜点和最大的远井工程甜点。

常规的工程甜点计算方法一般采用脆性矿物含量或岩石力学参数的方法，而本方法的关键的地质参数中已包含了这些内容。在此，本发明的工程参数的计算主要是指近井工程甜点的计算和远井工程甜点的计算。

I、计算近井工程甜点

计算方法主要基于压裂施工破裂压力曲线的形态进行。破裂压力曲线的特征可以精细刻画岩石脆性在宏观上的表现。只要压裂液性质及排量稳定，井口压力在破裂压力峰值后会出现不同程度的下降。压力下降的越快，说明页岩的脆性特征越强，下降得越慢说明页岩的塑性特征越强。因此，基于压裂施工破裂压力曲线能够得出近井工程甜点。

在本实施例中，可以以破裂压力峰值至压力降落平稳时的时间区间为界，破裂压力曲线所包络的面积(破裂压力曲线对时间进行积分)与排量(选择恒定排量时发生的破裂)的乘积，即为页岩破裂期间所消耗的功。显然地，脆性地层破裂后，压力快速下降，消耗的功小，而塑性地层压力下降慢或几乎不降，消耗的功就较多。为简化起见，假设塑性页岩破裂后压力维持不变，则近井脆性指数(也即近井工程甜点)的计算公式为：

式中，S_E为工程甜点，无量纲；S_T0TCBD和S_T0TCCD分别为图2所示的压裂施工破裂压力曲线多边形T₀T_CBDT₀所包络的脆性覆盖区域的面积和多边形T₀T_CCDT₀所包络的塑性覆盖区域的面积，单位为MPa·min。

如果有多次破裂压力显示，说明页岩的脆性更好(工程甜点更好)。按照上述同样的方法计算，只是要把每个排量对应的脆性面积相加，以及每个排量对应的塑性面积相加，然后将结果代入上式进行计算即可。

II、计算远井工程甜点

在该步骤中，通过计算总的加砂量与总的入井压裂液量的比值来表征远井工程甜点。在实际施工中，往往存在多种不同类型的支撑剂和/或多种不同类型的压裂液，因此需要对它们进行折算，以方便计算。例如，将多种支撑剂按照平均粒径比值折算为例如40-70目的主体支撑剂，从而获得总的加砂量，和/或将多种压裂液按照黏度比折算成一种主体压裂液的量，例如滑溜水的体积，从而获得总的入井压裂液量。然后求取折算的总加砂量与折算的总入井压裂液量的比值，也即综合砂液比。显然地，综合砂液比反应了远井地带的页岩可压性大小(工程甜点)，其值越大，裂缝导流能力维持时间越长，压后的累产量应当越高。因此，本发明选用它来表征远井工程甜点。

S140，计算页岩工程甜度指标。

根据I和II的计算结果，从中选取最大的近井甜点及最大的远井甜点作为理想井层工程甜点，通过计算目标井层工程甜点与理想井层工程甜点的欧式贴近度来作为页岩的工程甜度指标。

S150，以压后累积产量为依据，对地质甜度指标和工程甜度指标分配权重系数，进而获得综合甜度指标。

具体地，以压后累积产量为依据，计算其与地质甜度指标和工程甜度指标的灰色关联度，再对灰色关联度进行归一化处理，获得地质甜度指标和工程甜度指标的权重系数。具体计算过程如下：

1)设置j个标准序列{X_o(i)}＝{X_o(1),X_o(2),X_o(3),…,X_o(n)}，比较序列{X_t(i)}＝{X_t(1),X_t(2),X_t(3),…,X_t(n)}，(i＝1,2,3,…,n)，其中，标准序列为地质甜度指标和工程甜度指标，比较序列为压后若干年的累积产量(在本实施例中，以压后三年累产量为依据)。

2)采用均值化法对各评价参数进行无量纲化处理：

3)通过下式计算无量纲化处理后的序列{X’_o(i)}与{X’_t(i)}序列的关联系数Y_ot(j)：

式中，ρ为分辨系数，其取值范围为[0,1]。

4)综合关联系数，获得各比较序列与标准序列之间的灰色关联度：

5)其中，参数的权重系数可通过该参数的灰色关联度值与各参数灰色关联度的集合之间的比值求得。换言之，通过对灰色关联度进行归一化处理获得地质甜度指标和工程甜度指标的权重系数。

最后进行计算，最终可获得综合地质甜度指标与工程甜度指标的总的甜度指标，也称为综合甜度指标。

S160，检验和修正综合甜度指标。

在该步骤中，根据现场页岩气勘探结果修正步骤S150中的权重系数，进而修正综合甜度指标。

在本实施例中，可以结合现场页岩气水平井分段压裂后的产气剖面测试结果进行验证，由此建立目标区块页岩气的甜度指标规范，以指导后续的水平井分段压裂段、簇位置优选，从而最大限度地实现“降本增效”的目标。

图3所示的实施例是本发明的计算方法在川东南地区某井体积压裂改造施工中得到应用的结果。该井垂深2402.6m，测深4100m，水平段长1530m。通过本发明所提供的方法，计算了沿水平井筒连续分布的地质“甜度”，然后以此为基础进行段簇划分。由最终的实施结果可以得知，该井5个月累产气量达1651×104m3，与同平台另外一口井相比，该井5个月累产气量提高14.2％，取得了显著的经济效益。

以上所述，仅为本发明的具体实施案例，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术的技术人员在本发明所述的技术规范内，对本发明的修改或替换，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种页岩气地质甜度与工程甜度计算方法，包括以下步骤：

S110，分析页岩地层的各项地质参数之间的相关性，从中选出彼此独立的地质参数作为评价参数；

S120，将各项评价参数的最佳值作为理想地质条件，计算目标井层实际地质参数与理想地质条件的欧式贴近度作为地质甜度指标；

S130，计算近井工程甜点和远井工程甜点，从中确定最大的近井工程甜点和最大的远井工程甜点，其中，

基于压裂施工破裂压力曲线，通过以下算式计算近井工程甜点：

式中，S_E表征近井工程甜点，无量纲；S_T0TCBD和S_T0TCCD分别为压裂施工破裂压力曲线所包络的脆性覆盖区域的面积和塑性覆盖区域的面积，单位为MPa·min，

通过计算总的加砂量与总的入井压裂液量的比值来表征远井工程甜点；

S140，将最大的近井工程甜点和最大的远井工程甜点作为理想井层工程甜点，计算目标井层工程甜点与理想井层工程甜点的欧式贴近度作为工程甜度指标；

S150，以压后累积产量为依据，对地质甜度指标和工程甜度指标分配权重系数，进而获得综合甜度指标；

S160，根据现场页岩气勘探结果修正步骤S150中的权重系数，进而修正综合甜度指标。

2.如权利要求1所述的页岩气地质甜度与工程甜度计算方法，其特征在于：

所述步骤S110中，评价参数包括总孔隙度、有机质孔隙度、基质渗透率、页岩厚度、天然裂缝发育程度、总含气量、游离气比例、压力系数、热演化程度、脆性矿物含量、杨氏模量、泊松比。

3.如权利要求1所述的页岩气地质甜度与工程甜度计算方法，其特征在于，所述欧式贴近度的计算方法如下：

设A为由n-1个待选的页岩区块A₁、A₂、A₃、……、A_n-1及理想的页岩区块

组成的集合，P是对应于待选的页岩区块A₁，A₂，A₃……A_n-1及理想的页岩区块

的m个特征参数P₁、P₂、……、P_m组成的集合，由集合A到集合P的一个模糊关系记为R：

其中，r_ij表示待选的页岩区块或理想的页岩区块A_i具有参数P_j特征的隶属度；

按最大最小法求取集合A到集合P之间的模糊关系R：

式中，x为待选的页岩区块或理想的页岩区块的任一特征参数，

a₁为待选的页岩区块或理想的页岩区块的任一特征参数的最小值，

a₂为待选的页岩区块或理想的页岩区块的任一特征参数的最大值；

将模糊矩阵R划分为n个次级模糊矩阵R₁、R₂、……、R_n-1及

通过下式计算R_j(j＝1、2、……、n-1)与

的接近程度：

4.如权利要求1所述的页岩气地质甜度与工程甜度计算方法，其特征在于：

所述总的加砂量为不同种类的支撑剂按照平均粒径比值折算成一种主体支撑剂后的总量，和/或所述总的入井压裂液量为不同种类的压裂液按照黏度比折算成一种主体压裂液后的总量。

5.如权利要求4所述的页岩气地质甜度与工程甜度计算方法，其特征在于：

所述主体支撑剂粒径为40-70目，和/或所述主体压裂液为滑溜水。

6.如权利要求1所述的页岩气地质甜度与工程甜度计算方法，其特征在于：

所述步骤S150中，以压后累积产量为依据，计算其与地质甜度指标和工程甜度指标的灰色关联度，再对灰色关联度进行归一化处理，获得地质甜度指标和工程甜度指标的权重系数。

7.如权利要求6所述的页岩气地质甜度与工程甜度计算方法，其特征在于，以压后累积产量为依据，计算其与地质甜度指标和工程甜度指标的灰色关联度的方法包括以下步骤：

1)设置j个标准序列{X_o(i)}＝{X_o(1),X_o(2),X_o(3),…,X_o(n)}，比较序列{X_t(i)}＝{X_t(1),X_t(2),X_t(3),…,X_t(n)}，(i＝1,2,3,…,n)，其中，标准序列为地质甜度指标和工程甜度指标，比较序列为压后若干年的累积产量；

2)采用均值化法对各评价参数进行无量纲化处理：

3)通过下式计算无量纲化处理后的序列{X’_o(i)}与{X’_t(i)}序列的关联系数Y_ot(j)：

式中，ρ为分辨系数，其取值范围为[0,1]；

4)综合关联系数，获得各比较序列与标准序列之间的灰色关联度：

8.根据权利要求1所述的页岩气地质甜度与工程甜度计算方法，其特征在于：

所述步骤S160中，现场页岩气勘探结果为现场页岩气水平井分段压裂后的产气剖面测试结果。

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