CN112418597B - 一种适用于页岩气老区开发调整井的储层可压性评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及非常规油气勘探与开发页岩储层评价领域，具体是一种适用于页岩气老区开发调整井的储层可压性评价方法，包括以下步骤：步骤1，储层页岩脆性评价；步骤2，获取储层原始条件下各项可压性相关参数；步骤3，开发调整井周边地层压力变化分析；步骤4，开发调整井应力场变化分析；步骤5，建立开发调整井可压性评价模型；步骤6，评价未压裂的开发调整井取得的压裂改造效果。本发明能够解决现有技术只适用于无老井生产影响新区块的可压性评价，不能为老井后续压裂施工提供指导的问题，本发明充分考虑老井地层压力系数以及岩石骨架应力场变化，可客观、真实反映开发调整井压前情况，计算便捷、有利于现场操作，可为后续压裂施工提供指导。
Description
技术领域
本发明涉及非常规油气勘探与开发页岩储层评价领域，具体是一种适用于页岩气老区开发调整井的储层可压性评价方法。
背景技术
页岩气储层可压性是指页岩储层能被有效改造的难易程度，国内外学者针对如何科学评价页岩可压性开展了大量工作，形成了多种有效的评价方法。方法众多，但思路大致相同，即基于页岩气田开发前地球物理勘探资料或岩心实验结果，获取储层页岩脆性、断裂韧性、天然弱面等关键参数，再根据气田区块特征，综合考虑各项参数，评价页岩储层可压性。
随着页岩气田进入开发调整期（平面上部署加密井，纵向上部署不同层位页岩气井），由于老井周边的页岩气不断采出，孔隙压力下降，导致老井周边地层压力以及骨架地应力场均发生改变。若在开发调整井继续应用现有的页岩储层可压性评价方法，一方面，影响因素考虑不周全（未考虑老井地层压力降低对新井裂缝延伸的影响），另一方面，评价应用的地应力信息不准确（从经济效益角度出发，绝大多数的页岩气田老区在进入商业开发后不会再进行大规模的地球物理勘探、取芯试验甚至生产测井，无法获得老井生产后的地应力场），导致开发调整井可压性评价结果对后续压裂施工造成误导。因此，提出一种适用于页岩气老区开发调整井的储层可压性评价方法，将有助于指导开发调整井的压裂施工，提升压裂改造效果。
现有发明专利号为ZL201710104111.0的专利文件中公开一种描述页岩储层可压性的评价方法，此方法是基于原始地层静态参数，未充分考虑老井地层压力系数以及岩石骨架应力场变化，只适用于无老井生产影响的新区块的可压性评价，不能为老井后续压裂施工提供指导。
发明内容
本发明意在提供一种适用于页岩气老区开发调整井的储层可压性评价方法，以解决现有评价方法只适用于无老井生产影响的新区块的可压性评价，不能为老井后续压裂施工提供指导的问题。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种适用于页岩气老区开发调整井的储层可压性评价方法，包括以下步骤：
步骤1，储层页岩脆性评价；
步骤2，获取储层原始条件下各项可压性相关参数；
步骤3，开发调整井周边地层压力变化分析；
步骤4，开发调整井应力场变化分析；
步骤5，建立开发调整井可压性评价模型；
步骤6，评价未压裂的开发调整井取得的压裂改造效果。
本发明的原理和有益效果为：
本发明创新发明了一种针对页岩气老区开发调整井的储层可压性评价方法，可在不花费巨额费用开展地球物理勘探及岩心实验的基础上，准确掌握储层条件变化情况，有效指导开发调整井的储层可压性评价，充分考虑了老井地层压力系数以及岩石骨架应力场变化，可客观、真实反映开发调整井的压前情况，计算便捷、有利于现场操作，为后期开展针对性的压裂工艺设计奠定坚实基础。
进一步，步骤1中通过开展岩心全岩X-射线衍射定量分析，明确储层脆性矿物含量，根据脆性矿物含量计算储层岩石脆性指数。
有益效果：岩石的脆性矿物含量与储层的可压性呈现一定的相关性，通过测量岩石脆性矿物含量有助于准备评价储层可压性。
进一步，利用以下式子计算储层岩石脆性指数：
Brit=（WQFR+WCarb）/WTot
式中：Brit为脆性指数，0~1；WQFR为石英、长石和云母的总含量；WCarb为碳酸盐矿物含量；WTot为总矿物量。
有益效果：综合考虑各项矿物含量，有助于准确评价岩石矿物脆性指数。
进一步，步骤2中利用地球物理勘探、取芯试验以及测井资料，获取储层原始条件下岩石力学、地应力场以及天然弱面相关参数；相关参数为最大水平主应力σH、最小水平主应力σh、上覆岩层压力σv、弹性模量E、泊松比μ、天然裂缝条数α。
有益效果：岩石物理性质和天然裂缝会对裂后的裂缝形态产生显著影响，获取相关参数有助于初步预测压后裂缝形态及规模。
进一步，步骤3中采用井底测静压的方式，获取老井区域地层压力Pf’，通过微注测试获取开发调整井地层压力Pf，根据测试结果计算老井生产低压区与开发调整井地层压力差：
△P=Pf- Pf’
式中：△P为老井生产低压区与开发调整井地层压力差，MPa。
有益效果：地层压力的大小决定了储层能量的高低，同时地层压力的分布也会对压裂过程中裂缝的延伸产生影响，因此准确评价老区开发调整井地层压力，有助于评价该地区储层开发潜力大小。
进一步，步骤4中开发调整井应力场变化分析：结合应力场与渗流场，基于有效应力理论，先建立岩石流固耦合变形数学模型，再根据模拟结果，得到老井生产后的地应力场及相关核心参数，包括以下步骤：
①建立平衡微分方程；
②建立岩石变形几何方程；
③建立页岩本构方程；
④求取老井生产后的地应力场及相关核心参数。
有益效果：地应力场的大小和方向会影响压裂过程中裂缝扩展的方向，准确描述地应力场有助于预测压裂过程中裂缝的延伸。
进一步，步骤5中利用步骤1至步骤4各可压性评价指标参数对可压性指数的影响权重，构建综合可压性指数CI计算式，该CI计算式即可直接用于评价页岩气井的可压性：
可压性指数： CI=r1·x1+r2·x2+r3·x3
式中，x1-x3分别代表Brit、△P、Δσ’等可压性指标参数标准化后的数据；r1-r3为各项参数权重大小。
有益效果：各项可压性评价参数对储层可压性的影响大小并不相等，对各项可压性参数赋予权重，有助于准确描述储层可压性大小。
进一步：步骤5和步骤6之间还包括步骤5A，步骤5A
确定各项参数权重ri的大小，根据可压性指数CI计算式获取已完成压裂微地震监测的开发调整井各项关键参数，采用灰色关联法评价原理，明确受老井生产影响后开发调整井各核心参数与压裂改造有效体积的相关性系数ri，该系数即为各项参数权重大小。
有益效果：通过已有微地震资料可以获取各项参数对储层改造有效体积的影响权重，从而更加准确描述储层可压性大小。
进一步：步骤5A中相关性系数：
式中，ri为比较数列与参考数列关联度，N为序列数据个数，ζ（k）为单对数据关联系数。
有益效果：有助于量化评价各项参数与可压性指数之间的相关性大小。
进一步：步骤6中按照上述步骤1到步骤5A获取未压井各项参数，并将参数代入步骤5中可压性指标式中，得到该井的可压性指数，可压性指数越大代表取得的压裂改造效果越好。
有益效果：通过灰色关联法可以同时确定多个因素的影响权重大小，方便快捷且准确。
附图说明
图1一种适用于页岩气老区开发调整井的储层可压性评价方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
实施例一
具体流程见图1：
本发明提供了一种适用于页岩气老区开发调整井的储层可压性评价方法，包括以下步骤：步骤1，储层页岩脆性评价；步骤2，利用地球物理勘探、取芯试验以及测井资料，获取储层原始条件下岩石力学、地应力场以及天然弱面相关参数；步骤3，开发调整井周边地层压力变化分析；步骤4，开发调整井应力场变化分析；步骤5，建立开发调整井可压性评价模型；步骤6，评价未压裂的开发调整井取得的压裂改造效果。
（1）储层页岩脆性评价。通过开展岩心全岩X-射线衍射定量分析，明确储层脆性矿物含量（石英、长石、云母、碳酸盐等），并根据脆性矿物含量计算储层岩石脆性指数（见式1）。
Brit=（WQFR+WCarb）/WTot（1）
式中：Brit为脆性指数，0~1；WQFR为石英、长石和云母的总含量；WCarb为碳酸盐矿物含量；WTot为总矿物量。
（2）利用地球物理勘探、取芯试验以及测井资料，获取储层原始条件下岩石力学、地应力场以及天然弱面相关参数（最大水平主应力σH、最小水平主应力σh、上覆岩层压力σv、弹性模量E、泊松比μ、天然裂缝条数α）；
（3）开发调整井周边地层压力变化分析。采用井底测静压的方式，获取老井区域地层压力Pf’，通过微注测试获取开发调整井地层压力Pf，根据测试结果计算老井生产低压区与开发调整井地层压力差（见式2）。
△P=Pf- Pf’（2）
式中：△P为老井生产低压区与开发调整井地层压力差，MPa。
（4）开发调整井周边地应力场变化分析。由于气藏的开采，孔隙流体压力的变化，会引起岩土骨架有效应力的改变，导致岩土骨架变形。因此，结合应力场与渗流场，基于有效应力理论，先建立岩石流固耦合变形数学模型，再根据模拟结果，得到老井生产后的地应力场及相关核心参数，具体步骤如下：
①建立平衡微分方程
在有效应力原理的基础上，建立流固耦合岩土弹塑性变形的平衡微分方程，反映所受应力与孔隙流体压力对于岩石固体变形的影响（见式3、4）。
（3）
（4）
式中：σx、σy、τxy分别为单元体在x、y方向和xy平面所受正应力，MPa；为平均孔隙压力，MPa。
②建立岩石变形几何方程
建立岩石变形几何方程描述了位移与应变之间的关系，当岩石的位移分量完全确定时，应变分量也可完全确定。
（5）
式中：εx、εy、γxy分别为单元体在x、y方向和xy平面的线应变；u为单元体内任意一点在x轴方向位移，m；v为单元体内任意一点在y轴方向位移，m。
③建立页岩本构方程
本构方程描述了岩石变形过程中应力与应变之间关系。由于认为岩石只发生弹性变形，所以岩石的弹性本构关系为：
（6）
其中：[D]为弹性矩阵，由广义虎克可知：
（7）
④求取老井生产后的地应力场及相关核心参数
基于上述模型，模拟老井生产对应力场变化的影响，并计算变化后的应力差值Δσ’（变化后最大水平主应力σH’、变化后最小水平主应力σh’）。
Δσ’=σH’- σh’（8）
步骤5，建立开发调整井可压性评价模型；利用上述各可压性评价指标参数对可压性指数的影响权重，构建综合可压性指数CI计算式，该式即可直接用于评价类似页岩气井的可压性
可压性指数： CI=r1·x1+r2·x2 +r3·x3（9）
（10）
（11）
（12）
式中，x1-x3分别代表Brit、△P、Δσ’等可压性指标参数标准化后的数据；r1-r3为各项参数权重大小。
步骤5A，确定各项参数权重ri的大小；应用上述方法获取已完成压裂微地震监测的开发调整井各项关键参数，采用灰色关联法评价原理，明确受老井生产影响后开发调整井各核心参数与压裂改造有效体积的相关性系数ri（式9），该系数即为各项参数权重大小。
相关性系数：（13）
式中，ri为比较数列与参考数列关联度，N为序列数据个数，ζ（k）为单对数据关联系数。
步骤6，评价未压裂的开发调整井取得的压裂改造效果；按照上述方法获取未压井各项关键参数，代入式（9）中，得到该井的可压性指数，可压性指数越大代表取得的压裂改造效果越好。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (4)
1.一种适用于页岩气老区开发调整井的储层可压性评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，储层页岩脆性评价；
步骤2，获取储层原始条件下各项可压性相关参数；
步骤3，开发调整井周边地层压力变化分析；
步骤4，开发调整井应力场变化分析；
步骤5，建立开发调整井可压性评价模型；
步骤6，评价未压裂的开发调整井取得的压裂改造效果；
所述步骤1中通过开展岩心全岩X-射线衍射定量分析，明确储层脆性矿物含量，根据脆性矿物含量计算储层岩石脆性指数；
利用以下式子计算储层岩石脆性指数：
Brit=（WQFR+WCarb）/WTot
式中：Brit为脆性指数，0~1；WQFR为石英、长石和云母的总含量；WCarb为碳酸盐矿物含量；WTot为总矿物量；
所述步骤2中，利用地球物理勘探、取芯试验以及测井资料，获取储层原始条件下岩石力学、地应力场以及天然弱面相关参数；相关参数为最大水平主应力σH、最小水平主应力σh、上覆岩层压力σv、弹性模量E、泊松比μ、天然裂缝条数α；
所述步骤3中采用井底测静压的方式，获取老井区域地层压力Pf’，通过微注测试获取开发调整井地层压力Pf，根据测试结果计算老井生产低压区与开发调整井地层压力差：
△P=Pf - Pf’
式中：△P为老井生产低压区与开发调整井地层压力差，MPa；
所述步骤4中开发调整井应力场变化分析：结合应力场与渗流场，基于有效应力理论，先建立岩石流固耦合变形数学模型，再根据模拟结果，得到老井生产后的地应力场及相关核心参数，包括以下步骤：
①建立平衡微分方程；
②建立岩石变形几何方程；
③建立页岩本构方程；
④求取老井生产后的地应力场及相关核心参数，模拟老井生产对应力场变化的影响，并计算变化后的应力差值Δσ’，变化后最大水平主应力σH’、变化后最小水平主应力σh’，
Δσ’=σH’- σh’；
所述步骤5中利用步骤1至步骤4各可压性评价指标参数对可压性指数的影响权重，构建综合可压性指数CI计算式，该CI计算式即可直接用于评价页岩气井的可压性：
可压性指数： CI=r1·x1+r2·x2 +r3·x3
式中，x1-x3分别代表Brit、△P、Δσ’等可压性指标参数标准化后的数据；r1-r3为各项参数权重大小。
2.根据权利要求1所述的适用于页岩气老区开发调整井的储层可压性评价方法，其特征在于，所述步骤5和步骤6之间还包括步骤5A，步骤5A确定各项参数权重ri的大小，根据权利要求1中所述的评价方法获取已完成压裂微地震监测的开发调整井各项关键参数，采用灰色关联法评价原理，明确受老井生产影响后开发调整井各核心参数与压裂改造有效体积的相关性系数ri，该系数即为各项参数权重大小。
3.根据权利要求2所述的适用于页岩气老区开发调整井的储层可压性评价方法，其特征在于，所述步骤5A中相关性系数：
式中，ri为比较数列与参考数列关联度，N为序列数据个数，ζ（k）为单对数据关联系数。
4.根据权利要求3所述的适用于页岩气老区开发调整井的储层可压性评价方法，其特征在于，所述步骤6中按照上述步骤1到步骤5A获取未压井各项参数，并将参数代入步骤5中可压性指标式中，得到该井的可压性指数，可压性指数越大代表取得的压裂改造效果越好。
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