CN108661628B - 一种基于参数优选的工程甜点定量评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于参数优选的工程甜点定量评价方法，所述方法包括：利用工程甜点参数与携砂比之间的相关性来确定主要工程甜点参数；采用独立性权系数法确定每个所述主要工程甜点参数的权重；基于所述主要工程甜点参数的权重计算页岩地层用权重表示的工程甜点系数；根据所述工程甜点系数定量评价所述页岩地层的工程甜点。根据本发明的方法可以快速准确的获取页岩地层的工程甜点定量评价结果；相较于现有技术，根据本发明的评价结果更符合实际情况；本发明的方法所获取到的工程甜点评价结果可以有效的辅助进行选择页岩储层压裂层段的选择、预测压裂规模的预测和压裂成本的控制，从而大大提高页岩气开发效率、降低开发成本。

Description

一种基于参数优选的工程甜点定量评价方法

技术领域

本发明涉及地质勘探领域，具体涉及一种基于参数优选的工程甜点定量评价方法。

背景技术

在地质勘探领域中，页岩地层中“甜点”是页岩地层具有较好的储层地质品质和可压裂工程改造特点。页岩地层“甜点”对页岩地层开发非常重要，找到“甜点”有利于降低页岩勘探开发成本、提高含气页岩地层产能。

在现有技术中，存在多种针对页岩地层的甜点评价分析方法。其通常的做法是利用地质统计的方法来描述“甜点”：页岩地层脆性矿物含量、孔隙度、热成熟度、有机质含量、净厚度、埋藏深度、气体含量和含水饱和度等参数，但这些参数并没有区分地质甜点参数和工程甜点参数，以及每个参数的权重。这就导致按照现有方法评价分析出的页岩地层的甜点并不能很好地反映实际情况，尤其的，无法在地质以及工程方向上进行细致划分。

发明内容

本发明提供了一种基于参数优选的工程甜点定量评价方法，所述方法包括：

利用工程甜点参数与携砂比之间的相关性来确定主要工程甜点参数；

采用独立性权系数法确定每个所述主要工程甜点参数的权重；

基于所述主要工程甜点参数的权重计算页岩地层用权重表示的工程甜点系数；

根据所述工程甜点系数定量评价所述页岩地层的工程甜点。

在一实施例中，利用工程甜点参数与携砂比之间的相关性来确定主要工程甜点参数，包括：

收集测井解释的工程甜点参数；

收集页岩地层压裂过程中加砂量和注液量，并计算携砂比；

计算各个所述工程甜点参数与所述携砂比之间的相关系数；

根据所述相关系数的大小从所述工程甜点参数中优选所述主要工程甜点参数。

在一实施例中，计算各个所述工程甜点参数与所述携砂比之间的相关系数，其中，采用相关系数法计算各个所述工程甜点参数与所述携砂比之间的相关系数。

在一实施例中，基于独立性权系数法计算获取所述权重，其中：

计算各个所述主要工程甜点参数与所述携砂比之间的相关系数；

计算所述主要工程甜点参数与其他主要工程甜点参数之间的复相关系数；

计算所述主要工程甜点参数的综合系数，其中：综合系数＝相关系数/复相关系数；

根据所述综合系数计算所述权重。

在一实施例中，在计算所述复相关系数之前修正相关系数为负值的主要工程甜点参数。

在一实施例中，根据所述综合系数计算所述权重，其中，对所述综合系数进行归一化处理以计算获取所述权重。

在一实施例中，对所述综合系数进行归一化处理为：

其中，W_i’为第i个参数的权重系数，W_i为第i个参数的综合系数，i和n为正整数，n表示主要工程甜点参数的个数。

在一实施例中，基于所述主要工程甜点参数的权重计算页岩地层用权重表示的工程甜点系数，包括：

对所述主要工程甜点参数进行归一化处理，

其中，X_i为主要工程甜点参数，X'_i为主要工程甜点参数的归一化结果，X_max、X_min分别为主要工程甜点参数X_i数值区间的最大、最小值；

计算所述工程甜点系数，

其中，X_E为所述工程甜点系数。

在一实施例中：

所述工程甜点参数包括泥质含量、硅质含量、钙质含量、脆性指数、破裂压力、孔隙压力和应力差异系数；

所述主要工程甜点参数包括泥质含量、脆性指数、钙质含量和应力差异系数。

根据本发明的方法可以快速准确的获取页岩地层的工程甜点定量评价结果；相较于现有技术，根据本发明的评价结果更符合实际情况；本发明的方法所获取到的工程甜点评价结果可以有效的辅助进行选择页岩储层压裂层段的选择、预测压裂规模的预测和压裂成本的控制，从而大大提高页岩气开发效率、降低开发成本。

本发明的其它特征或优点将在随后的说明书中阐述。并且，本发明的部分特征或优点将通过说明书而变得显而易见，或者通过实施本发明而被了解。本发明的目的和部分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步骤来实现或获得。

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是一压裂作业过程中加砂量和注液量变化示意图；

图2是根据本发明一实施例的方法的流程图；

图3～图6是根据本发明一实施例的主要工程甜点参数与携砂比关系示意图；

图7是根据本发明一实施例的工程甜点系数与携砂比关系示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此本发明的实施人员可以充分理解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并依据上述实现过程具体实施本发明。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个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。

在地质勘探领域中，页岩地层中“甜点”是页岩地层具有较好的储层地质品质和可压裂工程改造特点。页岩地层“甜点”对页岩地层开发非常重要，找到“甜点”有利于降低页岩勘探开发成本、提高含气页岩地层产能。

在现有技术中，存在多种针对页岩地层的甜点评价分析方法。其通常的做法是利用地质统计的方法来描述“甜点”：页岩地层脆性矿物含量、孔隙度、热成熟度、有机质含量、净厚度、埋藏深度、气体含量和含水饱和度等参数，但这些参数并没有区分地质甜点参数和工程甜点参数，以及每个参数的权重。这就导致按照现有方法评价分析出的页岩地层的甜点并不能很好地反映实际情况。

针对上述问题，本发明提出了一种针对页岩地层的工程甜点定量评价方法。

工程甜点参数包括脆性矿物含量、断裂韧度、脆性指数、杨氏模量、泊松比、微裂缝数量、最大、最小水平地应力、水平地应力差异系数、孔隙压力、破裂压力和埋藏深度等多个参数。这些工程甜点参数之间既相互关联，也相互独立。比如脆性指数与矿物含量和力学参数有关，地应力差异系数与最大、最小地应力有关，破裂压力与孔隙压力有关。在实际应用中，上述参数对于工程甜点的状况影响程度是不同的，如果采用同一标准，一视同仁的对所有参数进行评价并以该评价结果来进行工程甜点的评价分析，势必不能获取符合实际情况的分析结果。

因此，在本发明一实施例中，首先从众多的工程甜点参数中优选出多个对工程甜点状况影响最为显著的几个主要工程甜点参数；然后在进一步的根据不同的主要工程甜点参数对工程甜点状况的影响大小划分权重(具体的，对于页岩地层工程甜点参数来说，影响大的参数就应该赋予大的权重，影响小的参数给予小的权重)；最后根据主要工程甜点参数对工程甜点进行评价并将权重因素引入该分析评价中。这样，就可以获取到可以反映实际情况的评价结果。

进一步的，页岩地层成功开发的关键要素是钻长井段水平井和大型压裂，但考虑经济效益对页岩气开发来说也是至关重要的。钻水平井主要是为了提高特低孔、特低渗页岩地层的泄油面积，采用大型压裂时首先要进行页岩地层工程甜点参数评价，好的工程甜点具有容易压裂施工、压裂成本低的特点。

由于工程甜点反映了压裂规模和压裂成本大小，工程甜点越好，页岩地层压裂规模越高，并且压裂成本低；反之，工程甜点越差，页岩地层压裂规模越小，并且压裂成本高。而在页岩地层压裂过程中，加砂量通常随着工程甜点增大而略微减小，注液量随着工程甜点增大而增大。

如图1所示，为某含气页岩地层压裂井，该井共进行了19段压裂，每段射孔长度为3米。从图中看出，每段注入到地层中的砂量是不同的，而且每段注入到地层中的砂量和液量之间并没有明显的对应关系。利用破裂实验和实际压裂数据，能定性地分析工程甜点参数的非均质性对压裂施工的影响。

因此，在一实施例中，采用携砂比(加砂量与注液量的百分比)作为优选主要工程甜点参数以及附加响应权重的标杆。即通过这些参数与携砂比之间的关系有效地确定这些参数对压裂成本的贡献，根据各个工程甜点参数对携砂比的影响大小来优选主要工程甜点参数并附加权重。

接下来基于附图详细描述根据本发明实施例的方法的详细流程，附图的流程图中示出的步骤可以在包含诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。虽然在流程图中示出了各步骤的逻辑顺序，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。

如图2所示，在一实施例中，首先利用工程甜点参数与携砂比之间的相关性来确定主要工程甜点参数(步骤S210)；然后确定每个主要工程甜点参数的权重(步骤S220)；接下来基于主要工程甜点参数的权重计算页岩地层用权重表示的工程甜点系数(步骤S230)；最后根据工程甜点系数定量评价页岩地层的工程甜点(步骤S240)。

具体的，在一实施例中，在步骤S210中，首先收集测井解释的工程甜点参数；然后收集页岩地层压裂过程中总的加砂量(F_sand)和注液量(F_fluid)；接着计算各个工程甜点参数与携砂比(F_sand/F_fluid*100)之间的相关系数；最后根据相关系数的大小从工程甜点参数中优选主要工程甜点参数。

进一步的，在一实施例中，采用相关系数法计算各个工程甜点参数与携砂比之间的相关系数。具体的，相关系数法是根据各指标与输出指标之间的共线性强弱来确定指标的重要性和作用。设有指标项X(X₁，X₂，…,X_n)，若指标X_i与输出指标Y的相关系数越大，则说明X_i与输出指标Y之间的共线性关系越强，因此输出指标受该指标的影响也就应该越大。相关系数为：

其中，COV(X，Y)为X，Y的协方差，D(X)为X的方差，D(Y)为Y的方差。

计算出每个工程甜点参数与携砂比之间的相关系数后，对每个相关系数进行排序，按照从大到小的顺序优选出主要工程甜点参数。

进一步的，在一实施例中，在步骤S220中采用独立性权系数法计算各个主要工程甜点参数的权重。独立性权系数法是根据各指标与其他指标之间的共线性强弱来确定指标权重的。设有指标项X(X₁，X₂，…,X_m)，若指标X_k与其他指标的复相关系数越大，则说明X_k与其他指标之间的共线性关系越强，越容易由其他指标的线性组合表示，重复信息越多，因此该指标的权重也就应该越小。

即若指标X_k与其他指标的复相关系数CR越大，该指标的权重越小。其中复相关系数为：

其中，X为指标值；

为其平均值；

为X的期望。

因此，在一实施例中，首先计算各个主要工程甜点参数与携砂比之间的相关系数；并计算主要工程甜点参数与其他主要工程甜点参数之间的复相关系数；接着结合复相关系数法计算主要工程甜点参数的综合系数，其中：综合系数＝相关系数/复相关系数，即综合系数W_i为

W_i＝R_i/CR_i (3)；

进一步的，在一实施例中，在主要工程甜点参数与其他工程甜点参数的复相关系数之前，需要修正相关系数为负值的主要工程甜点参数。

在获取到主要工程甜点参数的综合系数后，再计算各个主要工程甜点参数的相对重要性系数，即权重。进一步的，在一实施例中，对综合系数进行归一化处理以计算获取权重。

具体的，在一实施例中，对综合系数进行归一化处理为：

其中，W_i’为权重系数，W_i为第i个参数的综合系数，i和n为正整数，n表示主要工程甜点参数的个数。

进一步的，在一实施例中，基于上述计算过程计算出的主要工程甜点参数的权重计算页岩地层用权重表示的工程甜点系数。考虑到工程甜点参数数值区间不一致，因此为了统一和方便研究，在计算工程甜点系数前还需要对工程甜点参数进行归一化处理。

具体的，在一实施例中，基于主要工程甜点参数的权重计算页岩地层用权重表示的工程甜点系数的过程包括：

对主要工程甜点参数进行归一化处理，

其中，X_i为主要工程甜点参数，X'_i为主要工程甜点参数的归一化结果，X_max、X_min分别为主要工程甜点参数X_i数值区间的最大、最小值。

则页岩地层用权重表示的修正后的工程甜点系数，称为视工程甜点参数X'_E为：

地层的实际工程甜点系数X_E为：

X_E＝1-X'_E (7)

即，

综上，在一具体应用实例中，评价工程甜点过程如下：

(a)收集测井解释的工程甜点参数，包括泥质含量Vs、硅质含量Vq、钙质含量Vc、脆性指数Brit、破裂压力Pp、孔隙压力Pf和应力差异系数Δσ；

(b)收集页岩地层压裂过程中总的加砂量F_sand和注液量F_fluid，计算携砂比(F_sand/F_fluid*100)；

(c)根据(a)和(b)收集的数据，基于公式(1)计算工程甜点参数与携砂比之间的相关系数，R_i；

(d)根据相关系数大小优选主要工程甜点参数，X_i；

(e)修正主要相关系数为负值的工程甜点参数，Vc‘＝100-Vc，Vs’＝100-Vs，Δσ‘＝1/Δσ；

(f)基于公式(2)计算每个修正后的主要工程甜点参数与其他参数的复相关系数大小，CR_i；

(g)基于公式(3)计算综合系数W_i；

(h)根据公式(4)对各参数的综合系数进行归一化，得到每个参数的权重W_i'；

(i)按照公式(5)对主要工程甜点参数进行归一化，得到主要工程甜点参数的归一化结果X_i'；

(j)按照公式(8)计算含气页岩地层X_E；

(k)判断含气页岩地层工程甜点优劣。

进一步的，为便于理解评价结果，在一实施例中，将最终的评价结果简单划分为优劣两等，其中，X_E大于0.5说明工程甜点为优，小于0.5说明工程甜点为劣。

综上，本发明的方法运优选了主要的工程甜点参数，用独立性权系数法确定了页岩地层主要工程甜点参数的权重；根据本发明的方法所获取到的工程甜点评价结果可以有效的辅助进行选择页岩储层压裂层段的选择、预测压裂规模的预测和压裂成本的控制，从而大大提高页岩气开发效率、降低开发成本。

接下来以一具体应用实例描述本发明的方法的实施过程。在一应用场景中，根据页岩地层测井解释结果，选择泥质含量Vs、硅质含量Vq、钙质含量Vc、脆性指数Brit、破裂压力Pp、孔隙压力Pf和应力差异系数Δσ。通过研究这些甜点参数与加砂量和液量之间的相关系数，发现Vs、Brit、Vc、Δσ对加砂量影响较大，相关系数大于0.25，而Vq、Pp、Pf对加砂量的影响不大，相关系数小于0.25(如表1所示)

表1

通过对页岩地层工程甜点参数的分析，优选出泥质含量、脆性指数、钙质含量和应力差异系数四个参数为页岩地层工程甜点的主要影响参数，并且其对加砂量的影响大小为：Brit>Vs>Δσ>Vc。(如表2所示)

表2

计算表1中的主要工程甜点参数，与页岩地层的实际携砂比比较，如图3-6所示(图3、4、5、6的横坐标为携砂比，纵坐标分别为脆性指数、泥质含量、应力差异系数、钙质含量，图中标记的R²为相关系数的平方)，图3、5、6中页岩地层脆性指数、应力差异系数和钙质含量越高，携砂比越低；图4中页岩地层泥质含量越高，地层携砂比越高。这四个主要甜点参数与携砂比的相关系数最大的是脆性指数，R²是0.45。

进一步的，计算工程甜点系数，与页岩地层的实际携砂比比较，如图7所示(横坐标为携砂比，纵坐标为工程甜点系数，图中标记的R²为相关系数的平方)。通过工程甜点模型评价之后，工程甜点系数与携砂比的R²达到0.7，说明工程甜点系数能有效描述携砂比。

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。本发明所述的方法还可有其他多种实施例。在不背离本发明实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变或变形，但这些相应的改变或变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于参数优选的工程甜点定量评价方法，其特征在于，所述方法包括：

利用工程甜点参数与携砂比之间的相关性来确定主要工程甜点参数，其中包括：收集测井解释的工程甜点参数；收集页岩地层压裂过程中加砂量和注液量，并计算携砂比；计算各个所述工程甜点参数与所述携砂比之间的相关系数；根据所述相关系数的大小从所述工程甜点参数中优选所述主要工程甜点参数；

采用独立性权系数法确定每个所述主要工程甜点参数的权重，其中包括：计算各个所述主要工程甜点参数与所述携砂比之间的相关系数；计算所述主要工程甜点参数与其他主要工程甜点参数之间的复相关系数；计算所述主要工程甜点参数的综合系数，其中：综合系数＝相关系数/复相关系数；对所述综合系数进行归一化处理以计算所述权重，并利用如下表达式进行归一化处理：

其中，W_i’为第i个参数的权重，W_i为第i个参数的综合系数，i和n为正整数，n表示主要工程甜点参数的个数；

基于所述主要工程甜点参数的权重计算页岩地层用权重表示的工程甜点系数，包括：

对所述主要工程甜点参数进行归一化处理，

其中，X_i为主要工程甜点参数，X′_i为主要工程甜点参数的归一化结果，X_max、X_min分别为主要工程甜点参数X_i数值区间的最大、最小值；

计算所述工程甜点系数，

其中，X_E为所述工程甜点系数；

根据所述工程甜点系数定量评价所述页岩地层的工程甜点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算各个所述工程甜点参数与所述携砂比之间的相关系数，其中，采用相关系数法计算各个所述工程甜点参数与所述携砂比之间的相关系数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在计算所述复相关系数之前修正相关系数为负值的主要工程甜点参数。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：

所述工程甜点参数包括泥质含量、硅质含量、钙质含量、脆性指数、破裂压力、孔隙压力和应力差异系数；

所述主要工程甜点参数包括泥质含量、脆性指数、钙质含量和应力差异系数。

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