CN108009716B - 一种水平井体积压裂效果影响因素多层次评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水平井体积压裂效果影响因素多层次评价方法，依次包括以下步骤：1）建立评价指标数据库，包括样本集、压裂效果影响子因素集和评价指标主因素集；2）根据评价指标数据库建立多层次评价体系；3）利用灰色关联分析法，计算多层次评价体系中各个影响因素权重系数，并对其排序，明确主次关系，评价压裂效果；4）计算储层综合评价因子，并对各个压裂井所在储层进行分类，评价压裂效果。本发明综合考虑体积压裂水平井储层物性、压裂施工、生产动态等因素，通过计算不同层次各影响因素的权重系数和储层综合评价因子，达到对水平井体积压裂效果影响因素多层次评价的目的，对水平井体积压裂优化设计和开发致密油藏有重要的指导作用。

Description

一种水平井体积压裂效果影响因素多层次评价方法
技术领域
本发明涉及石油天然气开发领域，尤其是水力压裂过程中一种水平井体积压裂效果影响因素多层次评价方法。
背景技术
水平井体积压裂技术是北美实现页岩气革命的关键技术，在世界范围内得到广泛的应用，我国大部分致密油藏具有储层物性差、非均质性强、自然产能低等特点，其部分油藏不能采用常规注水开发，形成有效的注采井网，投产之前必须进行水力压裂。近年来，国内各大油气田借鉴国外体积改造成功经验，开展了对致密油气藏的探索与现场试验，取得良好的增产效果。但由于地质和工程等多种影响因素认识不清，初次压裂改造不充分和水力裂缝失效等原因造成产量递减快，严重影响开发效果，因此，明确体积压裂效果影响因素，优选改造储层和施工参数对高效开发致密油藏尤为重要。
研究学者对压裂井开发效果评价方法做了大量的研究，主要包括经验方法和数学方法，逐步由定性评价发展为定量评价。经验方法是基于矿场统计资料的研究方法，油藏工程师大多数从储层物性和生产动态的角度分析油气井储层品质的好坏，定性预测压裂改造后单井的增产效果，主要有动态分析法、监测资料法、小层对比法等。但大多数单纯的从储层的好坏定性评价压裂井开发效果，分析参数较少。随后有学者综合考虑了储层物性和压裂施工等因素对压裂效果的影响，但都是定性的分析，无法定量化明确影响压裂效果的关键因素(龙学，川西水平井分段压裂效果影响因素分析[J].天然气勘探与开发，2013，36(2)：57-60)。
对于采用水平井体积压裂的致密油藏，影响压裂效果因素很多，包括各压裂段储层物性和初次压裂施工、生产动态等因素。同时各因素之间关系复杂，在不同层次上对压裂效果起着不同的作用，而且某些因素存在交叉影响现象，这种关系难以用传统的数学表达式来描述。目前水平井体积压裂效果影响因素评价方法主要有以下几种：
(1)林旺等(林旺，范洪富，刘立峰.工程参数对致密油藏压裂水平井产能的影响[J].油气地质与采收率，2017，24(6)：120-126)利用数值模拟方法，建立大规模体积压裂后的单井产能模型，分析不同工程参数对压裂效果影响规律。同时利用正交试验法，将工程参数对产能的影响程度排序，从而达到对压裂效果影响因素评价的目的。该方法只考虑了工程参数对压裂效果的影响，而没有考虑储层物性参数和生产动态参数。
(2)文华(文华，刘义坤，孙娜.基于正交灰关联法的气藏水平井体积压裂影响因素研究[J].数学的实践与认识，2015，45(7)：133-140)运用正交试验设计结合灰关联分析法对水平井段内多缝体积压裂效果的各个影响因素进了分析，计算各个指标影响权重大小、因素影响主次顺序及最优方案。但同样只考虑了压裂施工参数并且选择的参数较少，对于多段多簇体积压裂水平井关键参数没有考虑到。
(3)王瑞(王瑞.致密油藏水平井体积压裂效果影响因素分析[J].特种油气藏，2015，22(2)：126-128)针对致密油试验区体积压裂水平井，选择了7种影响水平井体积压裂效果的因素，应用灰色关联法，分析压后不同时期各因素对产油量的影响大小和原因，并提出了改进工艺。该方法综合考虑了储层物性参数和压裂施工参数，但没有考虑生产动态关键参数如地层压力等参数。
上述三种方法都没有同时综合考虑储层物性、压裂施工、生产动态等因素，同时对于每一类因素考虑参数较少，不够全面。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水平井体积压裂效果影响因素多层次评价的方法，该方法利用灰色关联分析法综合考虑体积压裂水平井储层物性、压裂施工、生产动态等因素，建立多层次压裂效果影响因素评价体系，通过计算不同层次各影响因素的权重系数，并将各影响因素按照权重系数大小排序，明确影响因素主次关系，权重系数越大表明对压裂效果影响越大。同时计算储层综合评价因子，对储层进行分类，综合评价因子越大，压裂效果越好，从而达到对水平井体积压裂效果影响因素进行多层次评价的目的。
为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。
一种水平井体积压裂效果影响因素多层次评价方法，依次包括以下步骤：
1)建立评价指标数据库A，包括样本集U、压裂效果影响子因素集C和评价指标主因素集W；
2)根据评价指标数据库建立多层次评价体系；
3)利用灰色关联分析法，计算多层次评价体系中各个影响因素权重系数，并对其排序，明确主次关系，评价压裂效果；
4)计算储层综合评价因子Q，并对各个压裂井所在储层进行分类，评价压裂效果。
在本发明中，所述步骤1)建立评价指标数据库A，包括样本集U、压裂效果影响子因素集C和评价指标主因素集W，包括以下内容：
(1)样本集U为体积压裂水平井样本；
(2)压裂效果影响子因素集C包括15个参数：含油砂岩长度、储层有效厚度、孔隙度、渗透率、含油饱和度、自然伽马、压裂段数、压裂簇数、裂缝间距、单簇压裂液量、单簇砂量、初期日产油量、地层压力、返排率、含水率；
(3)评价指标主因素集W为各水平井体积压裂后一年累积产油量。
在本发明中，所述步骤2)根据评价指标数据库建立多层次评价体系，是指建立包括目标层、决策层、指标层的三层次评价体系来综合反映对压裂效果的影响，具体内容如下：
(1)目标层为体积压裂水平井样本；
(2)决策层为储层物性参数B1、压裂施工参数B2、生产动态参数B3三大类；
(3)指标层为压裂效果影响子因素集，其中含油砂岩长度、储层有效厚度、孔隙度、渗透率、含油饱和度、自然伽马属于储层物性参数B1；压裂段数、压裂簇数、裂缝间距、单簇压裂液量、单簇砂量属于压裂施工参数B2；初期日产油量、地层压力、返排率、含水率属于生产动态参数B3。
在本发明中，所述步骤3)利用灰色关联分析法(刘思峰.灰色系统理论及应用[M].北京：科学出版社，2008)，计算多层次评价体系中各个影响因素权重系数，并对其排序，明确主次关系，评价压裂效果，包括以下内容：
(1)建立影响因素评价矩阵：根据评价指标数据库建立评价矩阵X，矩阵维数为m×(n+1)，其中矩阵第一列元素为评价指标主因素数据，其余列为压裂效果影响子因素数据：
Figure BDA0001486156510000031
式中：X为评价矩阵；Xi(j)为评价矩阵元素，i＝1,2,…,m；j＝0,1,2,…,n；m为体积压裂水平井样本个数；n为压裂效果影响子因素个数，本发明中n＝15。
(2)评价矩阵数据标准化：由于不同层次的评价指标的量纲不一定相同，绝对值很难进行比较，因此需要对各项参数进行标准化处理，转换为可比较的无因次序列。本发明采用极大值法，根据参数的不同意义，极大值处理方法分为两种情况：
①对于评价数据与压裂效果成正相关的指标，用单个参数数据除以本指标中的最大值，计算表达式如下：
Figure BDA0001486156510000041
式中：
Figure BDA0001486156510000042
为标准化后的数据；(Xi(j))max为样本中第j个评价指标数据中的最大值。
②对于评价数据与压裂效果成负相关的指标，先用本指标中的最大值减去单个参数数据，用其差值再除以最大值：
Figure BDA0001486156510000043
(3)灰关联度计算：对各个评价指标数据进行标准化处理以后，可以计算出各子因素与主因素之间的灰关联系数表达式(4)，进而确定各子因素与主因素的灰关联度表达式(5)，计算表达式如下：
Figure BDA0001486156510000044
Figure BDA0001486156510000045
式中：ξi(j)为灰关联系数；rj为灰关联度；
Figure BDA0001486156510000046
其中
Figure BDA0001486156510000047
为主因素标准化后的数据；
Figure BDA0001486156510000048
为子因素标准化后的数据；ρ为分辨系数，其作用是削弱最大绝对误差值太大而失真的影响，通常ρ∈[0.1，1]，本发明取0.5。
(4)权重系数计算：衡量各子因素对压裂效果的影响程度，用权重系数来表征。根据多层次评价体系，将指标层影响子因素集称为一级权重系数C＝[c1,c2,…,cn]，计算表达式如下：
Figure BDA0001486156510000049
式中：cj为压裂效果影响子因素权重系数；rj为灰关联度。
决策层为储层物性参数B1、压裂施工参数B2、生产动态参数B3三个不同的权重集合，称为二级权重系数，即B＝[B1,B2,B3]，其中B1为储层物性参数子因素的权重系数之和；B2为压裂施工参数子因素的权重系数之和；B3为生产动态参数子因素的权重系数之和。
在本发明中，所述步骤4)计算储层综合评价因子Q，并对各个压裂井所在储层进行分类，评价压裂效果，过程如下：根据表达式(7)计算储层综合评价因子Q，并绘制各压裂井的综合评价因子曲线图，其拐点为储层分类阀值，从而将各个压裂井所在储层进行分类，综合评价因子越大，表明储层物性越好，压裂效果越好：
Figure BDA0001486156510000051
式中：Q为储层综合评价因子；cj为储层物性参数子因素权重系数；
Figure BDA0001486156510000052
为评价指标标准化数据；m为体积压裂水平井样本个数；k为储层物性参数压裂效果影响子因素个数，此处k＝6。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
(1)本发明能够同时考虑影响体积压裂水平井开发效果的储层物性、压裂施工、生产动态等因素，并建立多层次评价体系，提高了评价的准确性，避免了仅通过单一评价指标来进行决策的不科学性，同时该方法对于直井压裂效果影响因素评价同样适用。
(2)本发明通过灰色关联分析法，定量计算多层次影响因素的权重系数和综合评价因子，根据权重系数大小将影响因素优先级别进行排序，权重值越大，对开发效果影响越大，从而明确关键影响因素，同时根据综合评价因子确定储层分类阀值，综合评价因子越大，表明储层物性越好，压裂效果越好。该方法对水平井体积压裂优化设计和高效开发致密油藏有重要的指导作用。
附图说明
图1为本发明水平井体积压裂效果影响因素多层次评价体系示意图。
图2为本发明水平井体积压裂效果影响子因素评价指标权重系数排序图。
图3为本发明体积压裂水平井所在储层分类图。
具体实施方式
下面根据附图和实施例进一步说明本发明。
实施例1
某油藏区块储层孔隙度7.9～15.8％，平均11.5％，渗透率0.1～10.5mD，平均1.52mD，原油饱和度46.2％，原油粘度8.05mPa.s，油藏埋深1780m，初始地层压力19.2MPa，地层温度92.5℃，储层物性和含油性较差，非均质性强，属于致密砂岩储层。该区块采用水平井大规模多段多簇体积压裂技术开发，初期开发效果相差很大，日产油量变化范围为10.5t/d～46.2t/d。开发效果影响因素不明确，需要开展水平井体积压裂效果影响因素分析，为后续压裂井优化设计提供理论支持。
采用水平井体积压裂效果影响因素多层次评价方法，对目标区块其中15口水平井进行体积压裂效果影响因素评价，具体过程包括：建立评价指标数据库、建立多层次评价体系、运用灰色关联分析法计算各个影响因素权重系数，并对其排序，明确关键影响因素、计算储层综合评价因子。
1、建立评价指标数据库：统计目标区块15口体积压裂水平井作为样本集，压裂效果影响子因素参数和评价指标主因素参数如表1～表3所示。
表1储层物性参数集
Figure BDA0001486156510000061
表2压裂施工参数集
Figure BDA0001486156510000062
Figure BDA0001486156510000071
表3生产动态参数集
Figure BDA0001486156510000072
2、建立多层次评价体系：根据评价指标数据库，建立目标层、决策层、指标层三层次评价体系，如图1所示。
3、运用灰色关联分析法计算各个影响因素权重系数，并对其排序，明确关键影响因素，具体过程如下：
(1)建立影响因素评价矩阵：根据评价指标数据库，建立15口水平井影响因素评价矩阵，其中矩阵第一列为各压裂井一年累积产油量，作为评价压裂效果主因素，其他列为压裂效果影响子因素，如表达式(8)所示：
Figure BDA0001486156510000081
(2)对评价矩阵元素标准化：根据表达式(2)和(3)标准化方法得到标准化后的矩阵，如表达式(9)所示：
Figure BDA0001486156510000082
(3)灰关联度计算：根据表达式(4)和(5)计算各个评价指标的灰关联度，计算结果如表4所示。
(4)权重系数计算：根据表达式(6)计算多层次评价体系中一级权重系数，并按照一级权重系数大小，将指标层影响子因素进行排序，如表4和图2所示。从表4和图2中可以看出，含油砂岩长度权重系数最大，排名第1，对压裂效果影响对最大，其次为压裂簇数和压裂段数，分别排名第2和第3，由此可知对于低渗透致密储层，在储层物质基础一定的情况下，压裂改造体积对产能影响较大，在不产生缝间干扰的前提下，尽可能提高布缝密度，可提高致密油藏水平井体积压裂效果。
二级权重系数大小为：B＝[B1,B2,B3]＝[0.3996,0.3396,0.2608]，加权二级权重系数为：B＝[B1,B2,B3]＝[0.0666,0.06792,0.0652]，由此可知，在致密砂岩油藏体积压裂开发中，压裂施工参数对压裂效果影响最大，储层改造体积为主导因素。同时从表4可知：储层物参数中权重系数最大为含油砂岩长度，压裂施工参数中最大为压裂簇数，生产动态参数中最大为初期日产油量，掌握各类参数的主导因素，有利于提高压裂方案设计的决策性。
表4多层次影响因素灰关联度与权重系数表
Figure BDA0001486156510000091
4、计算储层综合评价因子：根据表达式(7)计算储层综合评价因子，提取的评价指标为：含油砂岩长度、储层有效厚度、孔隙度、渗透率、含油饱和度、自然伽马计算结果如表5所示。根据压裂井所在储层综合评价因子分布范围，采用拐点法将储层分为I类(综合评价因子0.29～0.37)和II类(综合评价因子0.26～0.29)，如图3所示，针对该应用实例，分类阀值为0.29。综合评价因子越高，代表储层物性越好，开发效果越好。
表5储层综合评价因子表
井号 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8
综合评价因子 0.2795 0.3191 0.2882 0.2898 0.2757 0.2761 0.2618 0.2925
储层类型 II I II II II II II II
井号 P9 P10 P11 P12 P13 P14 P15
综合评价因子 0.3695 0.3415 0.3111 0.3446 0.2868 0.2921 0.3756
储层类型 I I I I II II I
以上通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是，本实施例仅是本发明的优选实施例，并非对本发明作任何限制，也并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除。而本领域人员所进行的改动和简单变化不脱离本发明技术思想和范围，则均属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (2)

1.一种水平井体积压裂效果影响因素多层次评价方法，依次包括以下步骤：
1)建立评价指标数据库A，包括样本集U、压裂效果影响子因素集C和评价指标主因素集W，包括以下内容：
(1)样本集U为体积压裂水平井样本；
(2)压裂效果影响子因素集C包括15个参数：含油砂岩长度、储层有效厚度、孔隙度、渗透率、含油饱和度、自然伽马、压裂段数、压裂簇数、裂缝间距、单簇压裂液量、单簇砂量、初期日产油量、地层压力、返排率、含水率；
(3)评价指标主因素集W为各水平井体积压裂后一年累积产油量；
2)根据评价指标数据库建立多层次评价体系，是指建立包括目标层、决策层、指标层的三层次评价体系来综合反映对压裂效果的影响，具体内容如下：
(1)目标层为体积压裂水平井样本；
(2)决策层为储层物性参数B1、压裂施工参数B2、生产动态参数B3三大类；
(3)指标层为压裂效果影响子因素集，其中含油砂岩长度、储层有效厚度、孔隙度、渗透率、含油饱和度、自然伽马属于储层物性参数B1；压裂段数、压裂簇数、裂缝间距、单簇压裂液量、单簇砂量属于压裂施工参数B2；初期日产油量、地层压力、返排率、含水率属于生产动态参数B3；
3)利用灰色关联分析法，计算多层次评价体系中各个影响因素权重系数，并对其排序，明确主次关系，评价压裂效果，包括以下内容：
(1)建立评价矩阵X，矩阵维数为m×(n+1)，其中矩阵第一列元素为评价指标主因素数据，其余列为压裂效果影响子因素数据：
Figure FDA0002419708890000011
式中：Xi(j)为评价矩阵元素，i＝1,2,…,m；j＝0,1,2,…,n；
m为体积压裂水平井样本个数；
n为压裂效果影响子因素个数，n＝15；
(2)评价矩阵数据标准化：
对于评价数据与压裂效果成正相关的指标：
Figure FDA0002419708890000021
对于评价数据与压裂效果成负相关的指标：
Figure FDA0002419708890000022
式中：
Figure FDA0002419708890000023
为标准化后的数据；
(Xi(j))max为样本中第j个评价指标数据中的最大值；
(3)计算各子因素与主因素之间的灰关联系数ξi(j)和灰关联度rj：
Figure FDA0002419708890000024
Figure FDA0002419708890000025
式中：
Figure FDA0002419708890000026
Figure FDA0002419708890000027
为主因素标准化后的数据，
Figure FDA0002419708890000028
为子因素标准化后的数据；
ρ为分辨系数；
(4)计算权重系数：
指标层影响子因素集，即一级权重系数C＝[c1,c2,…,cn]：
Figure FDA0002419708890000029
式中：cj为压裂效果影响子因素权重系数；
决策层为储层物性参数B1、压裂施工参数B2、生产动态参数B3的权重集合，称为二级权重系数，即B＝[B1,B2,B3]，其中B1为储层物性参数子因素的权重系数之和，B2为压裂施工参数子因素的权重系数之和，B3为生产动态参数子因素的权重系数之和；
4)计算储层综合评价因子Q，并对各个压裂井所在储层进行分类，评价压裂效果，过程如下：根据下式计算储层综合评价因子Q，并绘制各压裂井的综合评价因子曲线图，其拐点为储层分类阀值，从而将各个压裂井所在储层进行分类，综合评价因子越大，表明储层物性越好，压裂效果越好：
Figure FDA0002419708890000031
式中：cj为储层物性参数子因素权重系数；
Figure FDA0002419708890000032
为评价指标标准化数据；
m为体积压裂水平井样本个数；
k为储层物性参数压裂效果影响子因素个数，k＝6。
2.如权利要求1所述的一种水平井体积压裂效果影响因素多层次评价方法，其特征在于，所述分辨系数ρ∈[0.1，1]。
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