CN110516016A - 一种基于gis技术的煤系气纵向开发层段优选方法 - Google Patents

一种基于gis技术的煤系气纵向开发层段优选方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110516016A
CN110516016A CN201910680664.XA CN201910680664A CN110516016A CN 110516016 A CN110516016 A CN 110516016A CN 201910680664 A CN201910680664 A CN 201910680664A CN 110516016 A CN110516016 A CN 110516016A
Authority
CN
China
Prior art keywords
interval
measure gas
coal
gas
coal measure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910680664.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN110516016B (zh
Inventor
王冉
桑树勋
刘世奇
余悠然
张婷
王鹤
吴翔
谢雨心
郑礼儒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Mining and Technology CUMT
Original Assignee
China University of Mining and Technology CUMT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Mining and Technology CUMT filed Critical China University of Mining and Technology CUMT
Priority to CN201910680664.XA priority Critical patent/CN110516016B/zh
Publication of CN110516016A publication Critical patent/CN110516016A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110516016B publication Critical patent/CN110516016B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B49/00—Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F16/00—Information retrieval; Database structures therefor; File system structures therefor
    • G06F16/20—Information retrieval; Database structures therefor; File system structures therefor of structured data, e.g. relational data
    • G06F16/29—Geographical information databases
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A10/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE at coastal zones; at river basins
    • Y02A10/40—Controlling or monitoring, e.g. of flood or hurricane; Forecasting, e.g. risk assessment or mapping

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Computer Graphics (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于GIS技术的煤系气纵向开发层段优选方法。搭建煤系气纵向开发层段基础数据库，根据煤系气气藏组合模式初步确定煤系气纵向开发层段；构建煤系气层段优选评价指标体系，利用层段筛选条件得到层段筛选结果；选取加权指标，通过专家打分的方式确定煤系气层段内各项加权指标的权重及得分；对各层段内指标得分进行加权计算，并计算各层段累计得分在所有层段累计得分中的占比，依据该占比大小将各层段排序；根据各层段的得分占比及各层段间的距离，确定层段开采优先级及煤系气开发方式。本发明步骤简单，减少大量重复操作，实现纵向上煤系气层段优选，具有直观、形象、快速高效的特点，为煤系气勘探开发提供更为可靠的依据。

Description

一种基于GIS技术的煤系气纵向开发层段优选方法
技术领域
本发明属于煤系气地质选区技术领域，尤其涉及一种基于GIS技术的煤系气纵向开发层段优选方法。
背景技术
煤系气是我国非常规天然气的重要组成部分，煤系气的勘探开发已成为现阶段能源界热点之一。煤系气(Coal Measure Gas)是指煤系地层中赋存的各类天然气，包括煤层气、致密气和页岩气，也被称之为“煤系三气”，具体参见：秦勇.中国煤系气共生成藏作用研究进展[J].天然气工业，2018，38(4):25－35；秦勇，申建，沈玉林.叠置含气系统共采兼容性—煤系“三气”及深部煤层气开采中的共性地质问题[J].煤炭学报，2016，41(1):14－23。
目前，学术界对于煤系气的评价主要集中于成藏机理、储层特征、生排烃规律及开发方式选择等；具体参见：梁冰，石迎爽，孙维吉，等.中国煤系“三气”成藏特征及共采可能性[J].煤炭学报，2016，41(1):167－173；曹代勇，姚征，李靖.煤系非常规天然气评价研究现状与发展趋势[J].煤炭科学技术，2014，42(1):89－92，105；朱炎铭，侯晓伟，崔兆帮，等.河北省煤系天然气资源及其成藏作用[J].煤炭学报，2016，41(1):202－211；王海超.沁水盆地中南部煤系气储层物性及叠置成藏模式[D].中国矿业大学，2017。随着研究的不断深入和开发条件的不断成熟，煤系气亦取得一定进展，如北美的皮尔森盆地和阿尔伯塔盆地；具体参见：BUSTIN A M M，BUSTIN R M.Total gas-inplace，gas composition andreservoir properties of coal of the Mannville coal measures，Central Alberta[J].International Journal of Coal Geology，2016，153，127－143；HAWKINS S J，CHARPENTIER R R，SCHENK C J，et al.Assessment of continuous(unconventional)oiland gas resources in the late cretaceous mancos shale of the Piceance basin[J].Uinta Piceance Prov.olo.Utah，2016:2016-3030；我国的鄂尔多斯盆地、沁水盆地和黔西地区，具体参见：曹代勇，刘亢，刘金城，等.鄂尔多斯盆地西缘煤系非常规气共生组合特征[J].煤炭学报，2016，41(2):277－285；易同生，高为.六盘水煤田上二叠统煤系气成藏特征及共探共采方向[J].煤炭学报，2018，43(06):1553-1564。部分地区实现了煤层气-页岩气的共采。
然而，煤系地层多类型储层共存、储层条件差异大、地质条件复杂以及多相态气共生共存，特别是不同岩性储层的产气原理存在较大差异；由此造成煤系气合采过程中产层的层间矛盾突出，合采难度较大；合采产层的优选成为制约煤系气合采技术的突出矛盾。具体参见：吴建光.临兴－神府地区煤系地层煤层气、致密气、页岩气合采示范工程[R].北京:中联煤层气有限责任公司，2015；具体参见：秦勇，吴建光，申建，等.煤系气合采地质技术前缘性探索[J].煤炭学报，2018，43(6):1504－1516。
成功的合采产层组合优选，要求既能保证有足够的资源潜力/产气贡献，同时又必须保障层段内地质条件的兼容性。而目前国内外对于煤系气层段优选的研究较少，仅停留在产层兼容性评价和数值模拟等方面；难以应用于煤系气层段优选的直观判识；具体参见：孟尚志，李勇，王建中，等.煤系“三气”单井筒共采可行性分析(1)—基于现场试验井的讨论[J].煤炭学报，2018，43(1):168-174；张芬娜，张晧，綦耀光，等.共采技术现状与在煤系气共采中的适应性分析[J].煤炭学报,2017,42(S1):203-208；蔺海晓.基于损伤理论的煤系气储层改造缝网演化规律研究[D].河南理工大学,2016。
因此，如何利用钻完井、测试分析和测井资料评价煤系气储层品质并进行层段优选，同时能将优选结果直观、形象的展示出来成为亟待解决的技术难题。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种基于GIS技术的煤系气纵向开发层段优选方法，该方法利用GIS技术构建一套煤系气层段优选工作流程，用简单的步骤，达到减少大量重复操作的目的，实现纵向上煤系气层段优选，具有直观、形象、快速高效的特点，为煤系气勘探开发提供更为可靠的依据。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于GIS技术的煤系气纵向开发层段优选方法，包括以下步骤：
S1：收集煤系气单井基础数据，搭建煤系气纵向开发层段基础数据库，确定各地层的岩性，利用GIS技术构造钻孔三维模型；
S2：根据煤系气气藏组合模式初步确定煤系气纵向开发层段；
S3：构建煤系气层段优选评价指标体系，根据步骤S2初步确定的煤系气纵向开发层段，判断各层段指标参数是否满足层段筛选条件，将不满足筛选条件的层段剔除，保留满足筛选条件的层段；所述优选指标体系包括：资源丰度系数、储集条件指数、保存条件指数、层段内差异系数；
S4：选取资源丰度系数中的层段总含气性、保存条件指数中的层段顶底板岩性、层段内差异系数中的层段内力学性质差异、渗透率差异、储集空间差异、资源丰度差异、孔隙分形维数作为加权指标，通过专家打分的方式确定煤系气层段内各项加权指标的权重及得分；
S5：对各煤系气层段内加权指标得分进行加权计算，并计算各层段累计得分在所有层段累计得分中的占比，将该占比作为层段的优选性参数，依据优选性数值的大小，将各层段从大到小进行排序；
S6：根据各煤系气层段的优选性及各层段间的间隔距离，确定层段开采优先级及煤系气开发方式。
进一步，步骤S1所述收集煤系气单井基础数据，搭建煤系气纵向开发层段基础数据库，确定各地层的岩性，利用GIS技术构造钻孔三维模型，方法如下：
(1-1)收集煤系气富集成藏与开发要素，包括：煤系气的生烃能力、储层储集性能、气藏盖层条件、易开采性信息；收集物探、钻井、录井、地质基础数据；
(1-2)获取工区参数井/预探井的岩心编录、地化测试、储层测试和测井的数据；其中，地化测试数据包括：有机碳含量(TOC)、热成熟度(Ro)、高压等温吸附测试；储层测试数据包括：X射线衍射(XRD)、核磁共振、CT扫描、低温液氮吸附；测井数据包括：气测录井、纵波时差、自然伽马、自然电位、中子孔隙度；
(1-3)将步骤(1-1)～(1-2)所述数据汇总整理，得到煤系气基础数据库；
(1-4)通过煤系气基础数据库确定各地层的岩性、顶层高程及底层高程值，汇总得到地层岩性表格数据；
(1-5)在ArcGIS软件中，利用地层岩性表格数据生成钻孔地层分界节点，得到钻孔地层分界节点的shp格式文件；
(1-6)利用python语言编写的程序，通过循环的方式实现shp文件中各个地层分界节点的遍历，并以相邻两节点作为端点，生成各段矢量线，即获得三维钻孔矢量线数据，并设置其显示效果，得到钻孔三维模型；所述程序步骤如下：
首先，将步骤(1-5)得到的钻孔地层分界节点的shp格式文件作为程序输入，根据已知的各地层顶层高程及底层高程，确定各层段两端点的空间位置；接着，利用迭代的方法使各地层两端的点连接成线，最后，输出三维钻孔矢量线数据，并设置其显示效果，得到钻孔三维模型。
进一步，步骤S2所述根据煤系气气藏组合模式初步确定煤系气纵向开发层段，方法如下：
(2-1)根据煤系气不同的成藏模式，将煤系气共存系统分为四个组合模式，分别为单源双储，单源多储，双源双储及双源多储，每一种组合模式即为一种煤系气共存子系统；对应的岩性组合为：页岩-砂岩、煤-砂岩；煤-页岩-砂岩；页岩-煤；页岩-煤-砂岩；根据步骤S1所得各地层岩性，确定煤系气气藏组合模式，即确定煤系气共存子系统；
(2-2)根据步骤(2-1)所述的气藏模式及所对应的岩性组合，利用ArcGIS软件的Modelbuilder工具中的筛选工具、缓冲区工具、迭代器工具，以岩性组合为初步划分依据，搭建煤系气的初步层段划分工具，将步骤S1所得钻孔三维模型的三维钻孔矢量线数据作为输入数据，按不同的岩性组合筛选得到层段的划分结果，所得结果即为不同气藏模式下的煤系气备选开发层段；
(2-3)在ArcGIS软件中，将步骤(2-2)得到的筛选层段进行合并，初步确定煤系气纵向开发层段，获得层段数量及层段厚度。
进一步，步骤S3所述构建煤系气层段优选评价指标体系，根据步骤S2初步确定的煤系气纵向开发层段，判断各层段指标参数是否满足层段筛选条件，将不满足筛选条件的层段剔除，保留满足筛选条件的层段，方法如下：
(3-1)构建煤系气层段优选评价指标体系，并确定相应的参数阈值；所述优选指标体系包括：资源丰度系数、储集条件指数、保存条件指数、层段内差异系数；所述资源丰度系数包括：平均TOC含量、平均含气量、地层累积厚度、层段综合含气性、层段总含气性；所述储集条件指数包括：平均孔隙度、平均渗透率、平均黏土矿物含量及平均杨氏模量，脆性指数；所述保存条件指数包括：层段顶底板岩性；所述层段内差异系数包括：力学性质差异、渗透率差异、储集空间差异、资源丰度差异、孔隙分形维数；
(3-2)将步骤S2中得到的煤系气纵向开发层段在ArcGIS中加载，得到煤系气纵向开发层段属性表，并将其属性表中的地层岩性、底层高程、顶层高程信息复制到Excel表格中；
(3-3)根据Excel表格中的煤系气纵向开发层段数据，利用Matlab计算得到各地层的杨氏模量、渗透率；从煤系气纵向开发层段基础数据库中获取各地层的TOC含量、含气量、地层厚度、黏土矿物含量、孔隙度；计算各层段的平均TOC含量、平均含气量、地层累积厚度、层段综合含气性、平均孔隙度、平均渗透率、平均黏土矿物含量及平均杨氏模量，脆性指数；
(3-4)将层段的平均TOC含量、平均含气量、地层累积厚度、层段综合含气性、平均孔隙度、平均渗透率、平均黏土矿物含量及平均杨氏模量，脆性指数作为煤系气层段筛选条件，根据筛选条件及其相应参数阈值对步骤S2中得到的煤系气纵向开发层段划分结果进一步筛选，剔除不符合筛选条件的层段，保留符合筛选条件的层段。
进一步，步骤(3-3)中，杨氏模量、渗透率、脆性指数的计算公式分别为：
其中，Es为静态杨氏模量，Δtp为纵波时差，ρ为介质体积密度；
其中，K为渗透率，hf为裂缝宽度，hm为裂缝间距，R、F为比例因子，φf为裂缝孔隙度；
其中，BRIT为岩石脆性指数，Va表示硅质矿物体积，Vb表示长石体积，Vc表示碳酸盐岩体积，V表示全部矿物体积；
步骤(3-3)所述层段综合含气性指标参数判断条件为：煤系气层段资源量不小于厚度15m，含气量2.0m3/t的页岩层段。
进一步，步骤S4所述加权指标衡量方法如下：
层段总含气性通过各层段单位面积气量累加求和得到；
层段顶底板岩性采用打分法进行衡量，根据各类岩石的致密程度及渗透性的不同，赋予其不同分值，其中，致密盖层分值为g1；中等致密盖层分值为g2；砂岩分值为g3；所述致密盖层包括岩盐、富含干酪根的页岩、粘土质泥岩；所述中等致密盖层包括粉砂质页岩、泥灰岩、碳酸盐岩；优选地，g1＝100，g2＝70，g3＝50；
层段内力学性质差异通过计算层段内杨氏模量差异系数来衡量；公式为：
其中，Vy是杨氏模量变异系数，Yi是地层样品的杨氏模量值，i＝1，2，3，...，n，n为层段内地层的个数，是层段内所有地层杨氏模量的平均值；
渗透率差异通过计算层段内渗透率变异系数来衡量；公式为：
其中，Vk是渗透率变异系数，Ki是地层样品的渗透率值，i＝1，2，3，...，n，n为层段内地层的个数，是层段内所有地层渗透率的平均值；
储集空间差异通过计算孔隙分形维数来衡量；公式为：
ln V＝K ln[ln(p0/p)]+C
D＝K+3
其中，D为孔隙分形维数；V为平衡压力p对应的气体吸附量，单位为cm3/g；p0为吸附气体饱和蒸汽压力，单位为MPa；p为吸附平衡压力，单位为MPa；C为常数，K为斜率；
资源丰度差异通过计算含气量差异系数来衡量；公式为：
其中，Vq是含气量差异系数，Qi是地层样品的含气量值，i＝1，2，3，...，n，n为层段内地层的个数，是层段内所有地层含气量的平均值。
进一步，步骤S5所述对各煤系气层段内加权指标得分进行加权计算，方法如下：
根据步骤S4的指标计算结果，对步骤S3筛选后所保留的各层段进行归一化处理，并根据各项指标权重计算各层段内累计得分；
其中，Wj为第j个层段内的累计得分，N为加权指标个数，αi为第i个指标所占权重，Pi为第i个指标得分。
进一步，步骤S6所述根据各煤系气层段的优选性及各层段间的间隔距离，确定层段开采优先级及煤系气开发方式，方法如下：
(6-1)根据各煤系气层段的优选性，若存在单层层段优选性数值达到r％及以上，则选择水平井开发方式进行开采；优选地，优选性数值r％为40％；
(6-2)若所有煤系气层段优选性数值均未达到r％，则选择直井开发方式进行开采；若所有的层段中任意相邻的两个层段之间距离均大于d2，则直接采用直井开发方式，分段压裂，逐段突破；否则，根据各层段的优选性排序结果，若两个不相邻的层段，满足层段之间距离大于d2，则将该两层段作为一个组合，从所有组合中，选取相对的优选性排序最前的组，作为最终的开发层段，采用直井开发方式分段压裂。优选地，d2＝30m。
进一步，步骤(6-1)所述选择水平井开发方式进行开采分为两种情况：其一，若测井只存在一个层段资源量即优选性数值达到r％及以上，采用水平井开发方式；其二，若存在两个层段优选性数值均达到r％及以上，且两层段之间间距小于d1，采用反向双分支水平井开发方式；若两个层段优选性数值均达到r％及以上，且两层段之间间距大于或等于d1，采用多分支水平井开发方式，所述多分支水平井选择迭加式或Y形多分支井。优选地，d1＝60m。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益的技术效果：
基于GIS技术的煤系气层段优选方法能较为全面、充分的考虑煤系气层段优选的影响因子，并实现了优选结果的直观显示，其中煤系气层段子系统得分的加权计算是最为关键的内容。本发明方法解决了目前缺少纵向煤系气层段优选的系统方法，无法直观展示优选结果的技术难题，同时本发明纵向层段优选的方法不仅适合于煤系气的开采层段优选，对于煤层气、页岩气等的开采层段及开采方式的选择同样具有重要的指导和实际意义。
附图说明
图1是本发明流程图；
图2是ArcGIS软件中搭建的层段初步划分工具；
图3是层段开采优先级及开发方式选区逻辑图；
图4是迭加式或Y形多分支井及直井示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
本实例提供了一种基于GIS技术的煤系气纵向开发层段优选方法，流程如图1所示，包括如下步骤：
S1：收集煤系气单井基础数据，搭建煤系气纵向开发层段基础数据库，确定各地层的岩性，利用GIS技术构造钻孔三维模型；具体方法如下：
(1-1)收集煤系气富集成藏与开发要素，包括：煤系气的生烃能力、储层储集性能、气藏盖层条件、易开采性信息；收集物探、钻井、录井、地质基础数据；
(1-2)获取工区参数井/预探井的岩心编录、地化测试、储层测试和测井的数据；其中，地化测试数据包括：有机碳含量(TOC)、热成熟度(Ro)、高压等温吸附；储层测试数据包括：x射线衍射(XRD)、核磁共振、CT扫描、低温液氮吸附；测井数据包括：气测录井、纵波时差、自然伽马、自然电位、中子孔隙度；
(1-3)将步骤(1-1)～(1-2)所述数据汇总整理，得到煤系气基础数据库；
(1-4)通过煤系气基础数据库确定各地层的岩性、顶层高程及底层高程值，汇总得到地层岩性表格数据；
(1-5)在ArcGIS软件中，利用地层岩性表格数据生成钻孔地层分界节点，得到钻孔地层分界节点的shp格式文件；
(1-6)利用python语言编写的程序，通过循环的方式实现shp文件中各个地层分界节点的遍历，并以相邻两节点作为端点，生成各段矢量线，即获得三维钻孔矢量线数据，并设置其显示效果，得到钻孔三维模型；所述程序步骤如下：
首先，将步骤(1-5)得到的钻孔地层分界节点的shp格式文件作为程序输入，根据已知的各地层顶层高程及底层高程，确定各层段两端点的空间位置；接着，利用迭代的方法使各地层两端的点连接成线，最后，输出三维钻孔矢量线数据，并设置其显示效果，得到钻孔三维模型。
S2：根据煤系气气藏组合模式初步确定煤系气纵向开发层段；具体方法如下：
(2-1)根据煤系气不同的成藏模式，将煤系气共存系统分为四个组合模式，分别为单源双储，单源多储，双源双储及双源多储，每一种组合模式即为一种煤系气共存子系统；对应的岩性组合为：页岩-砂岩、煤-砂岩；煤-页岩-砂岩；页岩-煤；页岩-煤-砂岩；根据步骤S1所得各地层岩性，确定煤系气气藏组合模式，即确定煤系气共存子系统；
其中，煤系气气藏组合模式与岩性组合对应关系如表1所示；
表1
(2-2)根据步骤(2-1)所述的气藏模式及所对应的岩性组合，利用ArcGIS软件的Modelbuilder工具中的筛选工具、缓冲区工具、迭代器工具，以岩性组合为初步划分依据，搭建煤系气的初步层段划分工具，如图2所示，将步骤S1所得钻孔三维模型的三维钻孔矢量线数据作为输入数据，按不同的岩性组合筛选得到层段的划分结果，所得结果即为不同气藏模式下的煤系气备选开发层段；
(2-3)在ArcGIS软件中，将步骤(2-2)得到的筛选层段进行合并，初步确定煤系气纵向开发层段，获得层段数量及层段厚度。
S3：构建煤系气层段优选评价指标体系，根据步骤S2初步确定的煤系气纵向开发层段，判断各层段指标参数是否满足层段筛选条件，将不满足筛选条件的层段剔除，保留满足筛选条件的层段；所述优选指标体系包括：资源丰度系数、储集条件指数、保存条件指数、层段内差异系数；具体方法如下：
(3-1)构建煤系气层段优选评价指标体系，并确定相应的参数阈值；所述优选指标体系包括：资源丰度系数、储集条件指数、保存条件指数、层段内差异系数；所述资源丰度系数包括：平均TOC含量、平均含气量、地层累积厚度、层段综合含气性、层段总含气性；所述储集条件指数包括：平均孔隙度、平均渗透率、平均黏土矿物含量及平均杨氏模量，脆性指数；所述保存条件指数包括：层段顶底板岩性；所述层段内差异系数包括：力学性质差异、渗透率差异、储集空间差异、资源丰度差异、孔隙分形维数；煤系气层段优选指标如表2所示；
表2
(3-2)将步骤S2中得到的煤系气纵向开发层段在ArcGIS中加载，得到煤系气纵向开发层段属性表，并将其属性表中的地层岩性、底层高程、顶层高程信息复制到Excel表格中；
(3-3)根据Excel表格中的煤系气纵向开发层段数据，利用Matlab计算得到各地层的杨氏模量、渗透率；从煤系气纵向开发层段基础数据库中获取各地层的TOC含量、含气量、地层厚度、黏土矿物含量、孔隙度；计算各层段的平均TOC含量、平均含气量、地层累积厚度、层段综合含气性、平均孔隙度、平均渗透率、平均黏土矿物含量及平均杨氏模量，脆性指数；其中，杨氏模量、渗透率、脆性指数的计算公式分别为：
其中，Es为静态杨氏模量，Δtp为纵波时差，ρ为介质体积密度；
其中，K为渗透率，hf为裂缝宽度，hm为裂缝间距，R、F为比例因子，可以由地区经验得到或根据各地区统计数据求得，也可由实验测得，φf为裂缝孔隙度；
其中，BRIT为岩石脆性指数，Va表示硅质矿物体积，Vb表示长石体积，Vc表示碳酸盐岩体积，V表示全部矿物体积；
所述层段综合含气性指标参数判断条件为煤系气层段资源量不小于厚度15m，含气量2.0m3/t的页岩层段；
(3-4)将层段的平均TOC含量、平均含气量、地层累积厚度、层段综合含气性、平均孔隙度、平均渗透率、平均黏土矿物含量及平均杨氏模量，脆性指数作为煤系气层段筛选条件，根据筛选条件及其相应参数阈值对步骤S2中得到的煤系气纵向开发层段划分结果进一步筛选，剔除不符合指标参数条件的层段，保留符合指标参数条件的层段。
S4：选取资源丰度系数中的层段总含气性、保存条件指数中的层段顶底板岩性、层段内差异系数中的层段内力学性质差异、渗透率差异、储集空间差异、资源丰度差异、孔隙分形维数作为加权指标，通过专家打分的方式确定煤系气层段内各项加权指标的权重及得分；所述加权指标衡量方法如下：
层段总含气性通过各层段单位面积气量累加求和得到；
层段顶底板岩性采用打分法进行衡量，根据各类岩石的致密程度及渗透性的不同，赋予其不同分值，其中，致密盖层分值为100分；中等致密盖层分值为70分；砂岩分值为50分；所述致密盖层包括岩盐、富含干酪根的页岩、粘土质泥岩；所述中等致密盖层包括粉砂质页岩、泥灰岩、碳酸盐岩；
层段内力学性质差异通过计算层段内杨氏模量差异系数来衡量；公式为：
其中，Vy是杨氏模量变异系数，Yi是地层样品的杨氏模量值，i＝1，2，3，...，n，n为层段内地层的个数，是层段内所有地层杨氏模量的平均值；
渗透率差异通过计算层段内渗透率变异系数来衡量；公式为：
其中，Vk是渗透率变异系数，Ki是地层样品的渗透率值，i＝1，2，3，...，n，n为层段内地层的个数，是层段内所有地层渗透率的平均值；
储集空间差异通过计算孔隙分形维数来衡量；公式为：
ln V＝K ln[ln(p0/p)]+C
D＝K+3
其中，D为孔隙分形维数，V为平衡压力p对应的气体吸附量，单位为cm3/g；p0为吸附气体饱和蒸汽压力，单位为MPa；p为吸附平衡压力，单位为MPa；C为常数，K为斜率，为一常数；
资源丰度差异通过计算含气量差异系数来衡量；公式为：
其中，Vq是含气量差异系数，Qi是地层样品的含气量值，i＝1，2，3，...，n，n为层段内地层的个数，是层段内所有地层含气量的平均值。
S5：对各煤系气层段内加权指标得分进行加权计算，并计算各层段累计得分在所有层段累计得分中的占比，将该占比作为层段的优选性参数，依据优选性数值的大小，将各层段从大到小进行排序；
对各煤系气层段内加权指标得分进行加权计算，方法如下：
根据步骤S4的指标计算结果，对步骤S3筛选后所保留的各层段进行归一化处理，并根据各项指标权重计算各层段内累计得分；
其中，Wj为第j个层段内的累计得分，N为加权指标个数，αi为第i个指标所占权重，Pi为第i个指标得分。
S6：根据各煤系气层段的优选性及各层段间的间隔距离，确定层段开采优先级及煤系气开发方式。如图3所示，具体方法如下：
(6-1)根据各煤系气层段的优选性，若存在单层层段优选性数值达到40％及以上，则选择水平井开发方式对相应层段进行开采；具体分为两种情况：其一，若只存在一个层段资源量占比即优选性数值达到40％及以上，则只针对该层段进行开发，采用水平井开发方式；其二，若存在两个层段优选性数值均达到40％及以上，则两个层段均作为开发层段，开发方式根据二者间距进行选择：(1)两层段之间间距小于60m，采用反向双分支水平井开发方式，如图4所示；(2)两层段之间间距大于或等于60m，采用多分支水平井开发方式；所述多分支水平井选择迭加式或Y形多分支井，如图4所示；
(6-2)若所有煤系气层段优选性数值均未达到40％，则选择直井开发方式进行开采；若所有的层段中任意相邻的两个层段之间距离均大于或等于30m，则直接采用直井开发方式，分段压裂，逐段突破；否则，根据各层段的优选性排序结果，若两个不相邻的层段，满足层段之间距离大于或等于30m，则将该两层段作为一个组合，从所有组合中，选取相对的优选性排序最前的组，作为最终的开发层段，采用直井开发方式分段压裂。根据实际工程应用，目标压裂层段大于或等于30m，压裂效果满足预期。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于GIS技术的煤系气纵向开发层段优选方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
S1：收集煤系气单井基础数据，搭建煤系气纵向开发层段基础数据库，确定各地层的岩性，利用GIS技术构造钻孔三维模型；
S2：根据煤系气气藏组合模式初步确定煤系气纵向开发层段；
S3：构建煤系气层段优选评价指标体系，根据步骤S2初步确定的煤系气纵向开发层段，判断各层段指标参数是否满足层段筛选条件，将不满足筛选条件的层段剔除，保留满足筛选条件的层段；所述优选指标体系包括：资源丰度系数、储集条件指数、保存条件指数、层段内差异系数；
S4：选取资源丰度系数中的层段总含气性、保存条件指数中的层段顶底板岩性、层段内差异系数中的层段内力学性质差异、渗透率差异、储集空间差异、资源丰度差异、孔隙分形维数作为加权指标，通过专家打分的方式确定煤系气层段内各项加权指标的权重及得分；
S5：对各煤系气层段内加权指标得分进行加权计算，并计算各层段累计得分在所有层段累计得分中的占比，将该占比作为层段的优选性参数，依据优选性数值的大小，将各层段从大到小进行排序；
S6：根据各煤系气层段的优选性及各层段间的间隔距离，确定层段开采优先级及煤系气开发方式。
2.根据权利要求1所述的一种基于GIS技术的煤系气纵向开发层段优选方法，其特征在于：步骤S1所述收集煤系气单井基础数据，搭建煤系气纵向开发层段基础数据库，确定各地层的岩性，利用GIS技术构造钻孔三维模型，方法如下：
(1-1)收集煤系气富集成藏与开发要素，包括：煤系气的生烃能力、储层储集性能、气藏盖层条件、易开采性信息；收集物探、钻井、录井、地质基础数据；
(1-2)获取工区参数井/预探井的岩心编录、地化测试、储层测试和测井的数据；其中，地化测试数据包括：有机碳含量(TOC)、热成熟度(Ro)、高压等温吸附测试；储层测试数据包括：X射线衍射(XRD)、核磁共振、CT扫描、低温液氮吸附；测井数据包括：气测录井、纵波时差、自然伽马、自然电位、中子孔隙度；
(1-3)将步骤(1-1)～(1-2)所述数据汇总整理，得到煤系气基础数据库；
(1-4)通过煤系气基础数据库确定各地层的岩性、顶层高程及底层高程值，汇总得到地层岩性表格数据；
(1-5)在ArcGIS软件中，利用地层岩性表格数据生成钻孔地层分界节点，得到钻孔地层分界节点的shp格式文件；
(1-6)遍历shp文件中各个地层分界节点，并以相邻两节点作为端点，生成各段矢量线，即获得三维钻孔矢量线数据，并设置其显示效果，得到钻孔三维模型。
3.根据权利要求2所述的一种基于GIS技术的煤系气纵向开发层段优选方法，其特征在于：步骤S2所述根据煤系气气藏组合模式，初步确定煤系气纵向开发层段，方法如下：
(2-1)根据煤系气不同的成藏模式，将煤系气共存系统分为四个组合模式，分别为单源双储，单源多储，双源双储及双源多储，每一种组合模式即为一种煤系气共存子系统；对应的岩性组合为：页岩-砂岩、煤-砂岩；煤-页岩-砂岩；页岩-煤；页岩-煤-砂岩；根据步骤S1所得各地层岩性，确定煤系气气藏组合模式，即确定煤系气共存子系统；
(2-2)根据步骤(2-1)所述的气藏模式及所对应的岩性组合，利用ArcGIS软件的Modelbuilder工具中的筛选工具、缓冲区工具、迭代器工具，以岩性组合为初步划分依据，搭建煤系气的初步层段划分工具，将步骤S1所得钻孔三维模型的三维钻孔矢量线数据作为输入数据，按不同的岩性组合筛选得到层段的划分结果，所得结果即为不同气藏模式下的煤系气备选开发层段；
(2-3)在ArcGIS软件中，将步骤(2-2)得到的筛选层段进行合并，初步确定煤系气纵向开发层段，获得层段数量及层段厚度。
4.根据权利要求1所述的一种基于GIS技术的煤系气纵向开发层段优选方法，其特征在于：步骤S3所述构建煤系气层段优选评价指标体系，根据步骤S2初步确定的煤系气纵向开发层段，判断各层段指标参数是否满足层段筛选条件，将不满足筛选条件的层段剔除，保留满足筛选条件的层段，方法如下：
(3-1)构建煤系气层段优选评价指标体系，并确定相应的参数阈值；所述优选指标体系包括：资源丰度系数、储集条件指数、保存条件指数、层段内差异系数；所述资源丰度系数包括：平均TOC含量、平均含气量、地层累积厚度、层段综合含气性、层段总含气性；所述储集条件指数包括：平均孔隙度、平均渗透率、平均黏土矿物含量及平均杨氏模量，脆性指数；所述保存条件指数包括：层段顶底板岩性；所述层段内差异系数包括：力学性质差异、渗透率差异、储集空间差异、资源丰度差异、孔隙分形维数；
(3-2)将步骤S2中得到的煤系气纵向开发层段在ArcGIS中加载，得到煤系气纵向开发层段属性表，并将其属性表中的地层岩性、底层高程、顶层高程信息复制到Excel表格中；
(3-3)根据Excel表格中的煤系气纵向开发层段数据，利用Matlab计算得到各地层的杨氏模量、渗透率；从煤系气纵向开发层段基础数据库中获取各地层的TOC含量、含气量、地层厚度、黏土矿物含量、孔隙度；计算各层段的平均TOC含量、平均含气量、地层累积厚度、层段综合含气性、平均孔隙度、平均渗透率、平均黏土矿物含量及平均杨氏模量，脆性指数；
(3-4)将层段的平均TOC含量、平均含气量、地层累积厚度、层段综合含气性、平均孔隙度、平均渗透率、平均黏土矿物含量及平均杨氏模量，脆性指数作为煤系气层段筛选条件，根据筛选条件及其相应参数阈值对步骤S2中得到的煤系气纵向开发层段划分结果进一步筛选，剔除不符合筛选条件的层段，保留符合筛选条件的层段。
5.根据权利要求4所述的一种基于GIS技术的煤系气纵向开发层段优选方法，其特征在于：步骤(3-3)中，杨氏模量、渗透率、脆性指数的计算公式分别为：
其中，Es为静态杨氏模量，Δtp为纵波时差，ρ为介质体积密度；
其中，K为渗透率，hf为裂缝宽度，hm为裂缝间距，R、F为比例因子，φf为裂缝孔隙度；
其中，BRIT为岩石脆性指数，Va表示硅质矿物体积，Vb表示长石体积，Vc表示碳酸盐岩体积，V表示全部矿物体积；
步骤(3-3)所述层段综合含气性指标参数判断条件为：煤系气层段资源量不小于厚度15m，含气量2.0m3/t的页岩层段。
6.根据权利要求4所述的一种基于GIS技术的煤系气纵向开发层段优选方法，其特征在于：步骤S4所述加权指标衡量方法如下：
层段总含气性通过各层段单位面积气量累加求和得到；
层段顶底板岩性采用打分法进行衡量，根据各类岩石的致密程度及渗透性的不同，赋予其不同分值，其中，致密盖层分值为g1；中等致密盖层分值为g2；砂岩分值为g3；所述致密盖层包括岩盐、富含干酪根的页岩、粘土质泥岩；所述中等致密盖层包括粉砂质页岩、泥灰岩、碳酸盐岩；
层段内力学性质差异通过计算层段内杨氏模量差异系数来衡量；公式为：
其中，Vy是杨氏模量变异系数，Yi是地层样品的杨氏模量值，i＝1,2,3,…,n，n为层段内地层的个数，是层段内所有地层杨氏模量的平均值；
渗透率差异通过计算层段内渗透率变异系数来衡量；公式为：
其中，Vk是渗透率变异系数，Ki是地层样品的渗透率值，i＝1,2,3,…,n，n为层段内地层的个数，是层段内所有地层渗透率的平均值；
储集空间差异通过计算孔隙分形维数来衡量；公式为：
lnV＝Kln[ln(po/p)]+C
D＝K+3
其中，D为孔隙分形维数；V为平衡压力p对应的气体吸附量，单位为cm3/g；p0为吸附气体饱和蒸汽压力，单位为MPa；p为吸附平衡压力，单位为MPa；C为常数，K为斜率；
资源丰度差异通过计算含气量差异系数来衡量；公式为：
其中，Vq是含气量差异系数，Qi是地层样品的含气量值，i＝1,2,3,…,n，n为层段内地层的个数，是层段内所有地层含气量的平均值。
7.根据权利要求4-6任一所述的一种基于GIS技术的煤系气纵向开发层段优选方法，其特征在于：步骤S5所述对各煤系气层段内加权指标得分进行加权计算，方法如下：
根据步骤S4的指标计算结果，对步骤S3筛选后所保留的各层段进行归一化处理，并根据各项指标权重计算各层段内累计得分；
其中，Wj为第j个层段内的累计得分，N为加权指标个数，αi为第i个指标所占权重，Pi为第i个指标得分。
8.根据权利要求4-6任一所述的一种基于GIS技术的煤系气纵向开发层段优选方法，其特征在于：步骤S6所述根据各煤系气层段的优选性及各层段间的间隔距离，确定层段开采优先级及煤系气开发方式，方法如下：
(6-1)根据各煤系气层段的优选性，若存在单层层段优选性数值达到r％及以上，则选择水平井开发方式进行开采；
(6-2)若所有煤系气层段优选性数值均未达到r％，则选择直井开发方式进行开采；若所有的层段中任意相邻的两个层段之间距离均大于d2，则直接采用直井开发方式，分段压裂，逐段突破；否则，根据各层段的优选性排序结果，若两个不相邻的层段，满足层段之间距离大于d2，则将该两层段作为一个组合，从所有组合中，选取相对的优选性排序最前的组，作为最终的开发层段，采用直井开发方式分段压裂。
9.根据权利要求8所述的一种基于GIS技术的煤系气纵向开发层段优选方法，其特征在于：步骤(6-1)所述选择水平井开发方式进行开采分为两种情况：
其一，若只存在一个层段资源量占比即优选性数值达到r％及以上，采用水平井开发方式；其二，若存在两个层段优选性数值均达到r％及以上，且两层段之间间距小于d1，采用反向双分支水平井开发方式；若两个层段优选性数值均达到r％及以上，且两层段之间间距大于或等于d1，采用多分支水平井开发方式。
10.根据权利要求9所述的一种基于GIS技术的煤系气纵向开发层段优选方法，其特征在于：所述多分支水平井选择迭加式或Y形多分支井。
CN201910680664.XA 2019-07-26 2019-07-26 一种基于gis技术的煤系气纵向开发层段优选方法 Active CN110516016B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910680664.XA CN110516016B (zh) 2019-07-26 2019-07-26 一种基于gis技术的煤系气纵向开发层段优选方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910680664.XA CN110516016B (zh) 2019-07-26 2019-07-26 一种基于gis技术的煤系气纵向开发层段优选方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110516016A true CN110516016A (zh) 2019-11-29
CN110516016B CN110516016B (zh) 2023-05-30

Family

ID=68623685

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910680664.XA Active CN110516016B (zh) 2019-07-26 2019-07-26 一种基于gis技术的煤系气纵向开发层段优选方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110516016B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113607621A (zh) * 2021-07-30 2021-11-05 中国矿业大学 一种煤系复合储层封闭孔隙及连通性的表征方法
CN114382466A (zh) * 2021-12-28 2022-04-22 中海油田服务股份有限公司 优化测试参数方法及装置
CN115354991A (zh) * 2022-08-31 2022-11-18 成都理工大学 一种煤系气储层有利压裂层段优选方法
CN115354992A (zh) * 2022-08-31 2022-11-18 成都理工大学 一种基于岩性组合含气性特征的煤系气储层评价方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190100997A1 (en) * 2017-09-30 2019-04-04 Petrochina Company Limited Oil and gas zone effectiveness evaluation method and apparatus
CN109630099A (zh) * 2018-10-29 2019-04-16 中国矿业大学 一种煤层气水平井塌孔造洞穴卸压开采模拟试验方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190100997A1 (en) * 2017-09-30 2019-04-04 Petrochina Company Limited Oil and gas zone effectiveness evaluation method and apparatus
CN109630099A (zh) * 2018-10-29 2019-04-16 中国矿业大学 一种煤层气水平井塌孔造洞穴卸压开采模拟试验方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
侯淞译: "近年国内煤层气产业发展现状", 《中国煤层气》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113607621A (zh) * 2021-07-30 2021-11-05 中国矿业大学 一种煤系复合储层封闭孔隙及连通性的表征方法
CN113607621B (zh) * 2021-07-30 2022-04-12 中国矿业大学 一种煤系复合储层封闭孔隙及连通性的表征方法
US11781962B2 (en) 2021-07-30 2023-10-10 China University Of Mining And Technology Characterization method of closed pores and connectivity of coal measure composite reservoirs
CN114382466A (zh) * 2021-12-28 2022-04-22 中海油田服务股份有限公司 优化测试参数方法及装置
CN114382466B (zh) * 2021-12-28 2023-06-06 中海油田服务股份有限公司 优化测试参数方法及装置
CN115354991A (zh) * 2022-08-31 2022-11-18 成都理工大学 一种煤系气储层有利压裂层段优选方法
CN115354992A (zh) * 2022-08-31 2022-11-18 成都理工大学 一种基于岩性组合含气性特征的煤系气储层评价方法
CN115354991B (zh) * 2022-08-31 2023-08-15 成都理工大学 一种煤系气储层有利压裂层段优选方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110516016B (zh) 2023-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110516016A (zh) 一种基于gis技术的煤系气纵向开发层段优选方法
Clarkson et al. Optimization of coalbed-methane-reservoir exploration and development strategies through integration of simulation and economics
Zhao et al. Estimating permeability of shale-gas reservoirs from porosity and rock compositions
Solano et al. Cumulative-gas-production distribution on the nikanassin tight gas formation, alberta and British Columbia, Canada
CA2867583C (en) Fracking method for fracking intervals of a horizontal drilling zone in a sweet spot range based on measurements of resistivity and neutron logging data in the horizontal drillingzone
US20210270130A1 (en) Method and system for diagenesis-based rock classification
Tang et al. A Quantitative Evaluation of Shale Gas Content in Different Occurrence States of the Longmaxi Formation: A New Insight from Well JY‐A in the Fuling Shale Gas Field, Sichuan Basin
CN106032751B (zh) 一种钻井轨迹岩石相标定方法
Wood et al. Sustainable geoscience for natural gas SubSurface systems
Liang et al. Opportunities and challenges for gas coproduction from coal measure gas reservoirs with coal‐shale‐tight sandstone layers: A review
CN103744121A (zh) 碳氢比地层流体饱和度测井方法
CN112832738B (zh) 一种碎屑岩累计生烃强度确定方法及甜点层的识别与评价方法
Burns et al. The challenges of shale gas exploration and appraisal in Europe and North Africa
Porlles et al. Integrated porosity methods for estimation of gas-in-place in the Muerto Formation of Northwestern Peru
Huang et al. Geophysical evaluation technology for shale gas reservoir: A case study in Silurian of Changning Area in Sichuan Basin
CN101487387A (zh) 一种复杂层状坝基岩性分层方法
Ali Akbar et al. Rock Typing and Shale Quality Index Methods Based on Conventional Log: A Case Study for Organic-Rich Shale in the North Sumatra Basin
CN112282751B (zh) 一种地质工程三维耦合的致密油气水平井开采检测方法
Wang et al. An evaluation workflow for shale oil and gas in the Jiyang Depression, Bohai Bay Basin, China: A case study from the Luojia area in the Zhanhua Sag
Belhaj Tight Oil Reservoirs: Characterization, Modeling, and Field Development
CN114429075A (zh) 一种基于bp神经网络的页岩比表面积参数建模方法
CN116774279B (zh) 基于气水平衡岩性组合单元的页岩含水饱和度预测方法
Khan et al. A Workflow for Shale Play Exploration and Exploitation
Olusola et al. A case study on formation evaluation of horizontal wells in the Tight Gas Nikanassin Group of the Western Canada Sedimentary Basin Using Drill Cuttings
Lobo et al. Methodology for Petrophysical and Geomechanical Analysis of Shale Plays. Case Study: La Luna and Capacho Formations, Maracaibo Basin.

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant