CN108960651A - 一种致密油气藏多级压裂水平井完井效率的综合评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种致密油气藏多级压裂水平井完井效率的综合评价方法，包括以下步骤：1)建立评价指标数据库U，包括样本集S、水平井完井效率影响因素集C和评价指标参考集R；2)根据评价指标数据库U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，明确影响完井效率主控因素；4)根据各影响因素权重系数计算综合评价因子E，并对综合评价因子E进行排序和等级划分，评价多级压裂水平井完井效率。本方法综合考虑了储层物性参数和水力压裂施工参数这两类参数对完井效率的影响，考虑因素更加全面，能够综合反映各个因素对完井效率的影响。
Description
技术领域
本发明涉及石油天然气开发领域，具体涉及到水力压裂过程中一种致密油气藏多级压裂水平井完井效率综合评价的方法。
背景技术
致密油气在非常规油气领域中具有重要的勘探开发前景，鄂尔多斯、四川、松辽、柴达木等大型含油气盆地均具有丰富的致密油气资源潜力。水平井多级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，我国大部分致密油气藏具有储层物性差、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水平井多级压裂改造成功经验，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，水平井完井参数与储层不匹配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。完井效率是影响产能的重要因素，是油藏工程师水力压裂后评估的重要工作，是优化开发方案的重要依据。但完井效率受众多参数综合影响，包括储层物性参数和水力压裂施工参数，这些参数在不同程度上影响完井效率，并且存在交叉现象，难以用数学关系式来表征，同时在现有的技术上，水平井多级压裂后各压裂段产能无法获取，大大增加大了完井效率评价的难度。因此，急需开展综合考虑不同因素对完井效率的评价和明确影响完井效率关键因素等工作。
研究学者对压裂井完井效率的评价方法做了大量的研究，主要包括经验方法、微地震监测技术和数学方法，评价方法也由定性评价逐步发展为定量评价。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生产动态的角度分析油气井完井效率的好坏，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。但大多数单纯的从生产井产量的高低定性评价完井效果，分析参数较少。近年来，微地震监测技术广泛的应用于非常规资源水平井多级压后完井效率的评估，通过识别、定位微地震事件，反演出微地震事件的震源位置，对监测数据进行分析与处理，得到裂缝的长度、高度、主裂缝方位等参数(Mamer P and Kashikar S. Increasing Completions Efficiencyand Cost Savings Using Microseismic Monitoring.SPE 175895,2015)，但该方法也是定性的评价完井效率。随后一些学者有学者利用数学方法结合生产动态资料，提出了非均质指数，对注水油田完井效率进行了评估，通过统计大量生产井的日产油量和日产水量，并对生产指标划分象限，通过象限分析法对储层质量和完井效率进行定量评估(Salman A,Chen J and Rasdi F.Analyzing Completion Efficiency Using ModifiedHeterogeneity Index.SPE166227,2013)，但该法考虑的因素较少无法对完井效率综合评价。目前对致密油气藏水平井多级压裂完井效率的综合定量评价方法较少，同时现有的方法都没有同时考虑多级压裂水平井特有的储层物性参数和水力压裂施工参数，每一类因素考虑参数较少，不够全面。并且储层物性参数和水力压裂施工参数这两类参数是相互影响、相互制约的，如含油砂岩长度会制约压裂簇数、裂缝间距的设计，同时水力压裂施工参数也会对改造区域的孔渗产生影响，因此如果仅仅考虑储层物性参数或水力压裂施工参数时，其综合评价结果不能全面地反映各个因素对完井效率的影响程度。
因此本发明综合考虑了储层物性参数和水力压裂施工参数这两类参数对完井效率的影响，相比先前单方面考虑储层物性参数或水力压裂施工参数，其考虑因素更加全面，能够综合反映各个因素对完井效率的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种致密油气藏多级压裂水平井完井效率综合评价的方法，该方法首先利用层次分析法综合考虑多级压裂水平井特有的储层物性参数和水力压裂施工参数，建立完井效率影响因素多层次评价体系，其次利用灰色关联法，以水平井产能为目标，计算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，明确影响完井效率主控因素。最后根据权重系数计算完井效率综合评价因子，并对其排序和等级划分，综合评价因子越高，完井效率越高，储层改造效果越好，从而达到对致密油气藏多级压裂水平井完井效率综合评价的目的。
为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。
一种致密油气藏多级压裂水平井完井效率的综合评价方法，依次包括以下步骤：
1)建立评价指标数据库U，包括样本集S、水平井完井效率影响因素集C和评价指标参考集R；
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，明确影响完井效率主控因素；
4)根据各影响因素权重系数计算综合评价因子E，并对综合评价因子排序和等级划分，评价多级压裂水平井完井效率。
在本发明中，所述步骤1)建立评价指标数据库U，包括样本集S、水平井完井效率影响因素集C和评价指标参考集R，包括以下内容：
(1)样本集S为多级压裂水平井样本；
(2)水平井完井效率影响因素集C包括10个参数：储层有效厚度с1、孔隙度с2、渗透率с3、含油饱和度с4、自然伽马с5、含油砂岩长度с6、压裂簇数с7、裂缝间距с8、单簇压裂液量с9、单簇砂量с10；
(3)评价指标参考集R为各水平井压裂后一年累积产量。
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，包括主因素层和子因素层的两层次评价体系来综合反映对完井效率的影响，具体内容如下：
(1)主因素层为储层物性参数B1和水力压裂施工参数B2；
(2)子因素层为水平井完井效率影响因素集C，其中储层有效厚度、孔隙度、渗透率、含油饱和度、自然伽马、含油砂岩长度属于储层物性参数B1；压裂簇数、裂缝间距、单簇压裂液量、单簇砂量属于水力压裂施工参数B2。
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，明确主控因素，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和评价指标参考系列X0，其中评价矩阵元素为每口水平井完井效率影响因素，评价指标参考系列为各水平井压裂后一年累积产量。
X0＝(X1(0),L,Xi(0),L,Xm(0))T i＝1,2,L,m (2)
式中：X为评价矩阵；Xi(j)为评价矩阵元素；m为多级压裂水平井样本个数；n为水平井完井效率影响因素个数；X0为评价指标参考系列；本发明中n＝10。
(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对于评价数据与产能成正相关的指标，用单个参数数据除以本指标中的最大值，计算表达是如下：
式中：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对于评价数据与产能成负相关的指标，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。
(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，可以计算出各影响因素与评价指标参考系列之间的灰关联系数表达式(5)，进而确定各影响因素与参考系列的灰关联度表达式(6)，计算表达式如下：
式中：ξi(j)为灰关联系数；rj为灰关联度；其中为评价指标参考系列标准化后的数据；为影响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：衡量各影响因素对完井效率的影响程度，用权重系数来表征。根据多层次评价体系，计算子因素层中每个影响因素的权重系数，计算表达式(7)如下：
式中：cj为完井效率影响因素权重系数；rj为灰关联度。
在本发明中，所述步骤4)计算每口水平井的综合评价因子E，并对其排序和等级划分，综合评价因子越高，完井效率越高，储层改造效果越好，计算表达式如下：
式中：E为完井效率综合评价因子；cj为影响因素权重系数；为评价指标标准化数据；m为多级压裂水平井样本个数；n为完井效率影响因素个数；本发明中n＝10。
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多级压裂水平井完井效率的储层物性参数和水力压裂施工参数，并利用层次分析法建立多层次评价体系，对完井效率进行综合评价，相比单因素评价更加符合实际情况，准确度较高，是值得推广的一种综合评价方法。
(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，对产能影响越大，从而明确关键影响因素，同时根据综合评价因子对完井效率进行综合评价和等级划分，其值越大，完井效率越高，储层改造效果越好。该方法对致密油气藏多级压裂水平井完井参数优化有重要的指导意义。
附图说明
图1为本发明多级压裂水平井完井效率影响因素评价体系示意图。
图2为本发明多级压裂水平井完井效率等级划分图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，结合实施例1对本发明的评价过程做了详细的描述。
下面根据附图1、2和实施例1进一步说明本发明。
实施例1
某致密油藏区块储层孔隙度6.9～14.5％，平均10.5％，渗透率0.1～6.8mD，平均1.27mD，平均含油饱和度46.5％，原油粘度7.05mPa.s，油藏埋深1645m，初始地层压力17.5MPa，地层温度87.5℃，储层物性和含油性较差，非均质性强，属于致密砂岩储层。该区块采用水平井多级压裂技术弹性开发，压后初期开发效果相差较大，日产油量变化范围为11.6t/d～35.5t/d。急需开展不同储层物性参数和水力压裂施工参数下，水平井完井效率综合评价，明确影响完井效率主控因素，使得水力压裂施工参数和储层物性参数有较高的匹配度，水平井单井产能最大化，为后续压裂井优化设计提供理论支持。
采用多级压裂水平井完井效率综合评价方法，对目标区块其中13口水平井进行完井效率综合评价，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、计算完井效率综合评价因子。
1、建立评价指标数据库：根据步骤1)统计目标区块13口多级压裂水平井作为样本集，完井效率影响因素参数集和评价指标参考集，如表1和表2所示。
表1储层物性参数集
表2水力压裂施工参数集和评价指标参考集
2、建立多层次评价体系：根据评价指标数据库，由步骤2)建立主因素层和子因素层多层次评价体系，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，明确主控因素，根据步骤2)具体计算过程如下：
(1)建立影响因素评价矩阵：根据评价指标数据库，并结合表达式(1)和(2)建立13口水平井完井效率影响因素评价矩阵和评价指标参考集，如表达式(9)和(10)所示。
X0＝[4745 4558 5931 2800 5925 4823 6935 2937 3872 4142 1506 61156282]T (10)
(2)灰关联度计算：根据步骤3)中表达式(3)和(4)对评价矩阵和评价指标参考集进行标准化，并结合表达式(5)和(6)计算各影响因素的灰关联度，计算结果如表3所示。
(3)权重系数计算：根据步骤3)中表达式(7)计算多层次评价体系完井效率影响因素的权重系数，并按照权重系数大小，将子因素层中的影响因素进行排序，如表3所示。从表可以看出，含油砂岩长度权重系数最大，排名第1，对完井效率影响最大，其次为单簇砂量和压裂簇数，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，压裂改造体积对完井效率影响较大，在不产生缝间干扰的前提下，尽可能提高布缝密度和压裂砂量，提高水力裂缝改造体积和导流能力，从而提高致密储层水平井开发效果。
表3完井效率影响因素灰关联度与权重系数计算结果表
4、计算每口井的综合评价因子E：根据步骤4)中表达式(8)计算综合评价因子，计算结果如表4所示。由表可知，水平井w5的综合评价因子最大为 0.738，表明针对该井特定的储层物性参数，完井效率最大，即水力压裂施工参数和储层参数由较高的匹配度，储层改造效果好，并对其排序。同时根据综合评价因子的分布范围，将完井效率分为I等级(综合评价因子0.600～0.750)和 II等级(综合评价因子0.450～0.600)，其中w5，w3，w12，w7，w2，w4，w13 属于I等级，w1，w10，w6，w8，w9，w11属于II等级，完井效率：I等级>II等级，分类结果如图2所示。
表4水平井完井效率综合评价因子计算结果表
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 (6)
1.一种致密油气藏多级压裂水平井完井效率的综合评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)建立评价指标数据库U，包括样本集S、水平井完井效率影响因素集C和评价指标参考集R；
2)根据评价指标数据库U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，明确影响完井效率主控因素；
4)根据各影响因素权重系数计算综合评价因子E，并对综合评价因子E进行排序和等级划分，评价多级压裂水平井完井效率。
2.如权利要求1所述的致密油气藏多级压裂水平井完井效率的综合评价方法，所述步骤1)建立评价指标数据库U，包括样本集S、水平井完井效率影响因素集C和评价指标参考集R，其特征在于，包括以下内容：
(1)样本集S为多级压裂水平井样本；
(2)水平井完井效率影响因素集C包括10个参数：储层有效厚度с1、孔隙度с2、渗透率с3、含油饱和度с4、自然伽马с5、含油砂岩长度с6、压裂簇数с7、裂缝间距с8、单簇压裂液量с9、单簇砂量с10；
(3)评价指标参考集R为各水平井压裂后一年累积产量。
3.如权利要求1所述的致密油气藏多级压裂水平井完井效率的综合评价方法，所述步骤2)根据评价指标数据库建立多层次评价体系，包括主因素层和子因素层的两层次评价体系来综合反映对完井效率的影响，其特征在于，包括以下内容：
(1)主因素层为储层物性参数B1和水力压裂施工参数B2；
(2)子因素层为水平井完井效率影响因素集C，其中储层物性参数B1包括储层有效厚度、孔隙度、渗透率、含油饱和度、自然伽马、含油砂岩长度；水力压裂施工参数B2包括压裂簇数、裂缝间距、单簇压裂液量、单簇砂量。
4.如权利要求1所述的致密油气藏多级压裂水平井完井效率的综合评价方法，所述步骤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，明确影响完井效率主控因素，其特征在于，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和评价指标参考系列X0，其中评价矩阵元素为每口水平井完井效率影响因素，评价指标参考系列为各水平井压裂后一年累积产量；
X0＝(X1(0),L,Xi(0),L,Xm(0))T i＝1,2,L,m (2)
式中：X为评价矩阵；Xi(j)为评价矩阵元素；m为多级压裂水平井样本个数；n为水平井完井效率影响因素个数；X0为评价指标参考系列；本发明中n＝10；
(2)评价矩阵数据标准化：对各项参数进行标准化处理，转换为可比较的无因次序列；
(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，可以计算出各影响因素与评价指标参考系列之间的灰关联系数表达式(5)，进而确定各影响因素与参考系列的灰关联度表达式；
(4)权重系数计算：衡量各影响因素对完井效率的影响程度，用权重系数来表征；根据多层次评价体系，计算子因素层中每个影响因素的权重系数。
5.如权利要求1所述的致密油气藏多级压裂水平井完井效率的综合评价方法，所述步骤4)各影响因素权重系数计算综合评价因子E，并对综合评价因子E进行排序和等级划分，评价多级压裂水平井完井效率，综合评价因子越高，完井效率越高，储层改造效果越好，计算表达式如下：
式中：E为完井效率综合评价因子；cj为影响因素权重系数；为评价指标标准化数据；m为多级压裂水平井样本个数；n为完井效率影响因素个数；本发明中n＝10。
6.如权利要求4所述的致密油气藏多级压裂水平井完井效率的综合评价方法，其特征在于，所述步骤评价矩阵数据标准化中采用极大值法，根据参数的不同意义，极大值处理方法分为两种情况：
①对于评价数据与产能成正相关的指标，用单个参数数据除以本指标中的最大值，计算表达是如下：
式中：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对于评价数据与产能成负相关的指标，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；
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