CN112459777B - 一种储层工程甜点系数的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种储层工程甜点系数的计算方法，该方法基于二维水力压裂数值模拟，分析了砾石含量、砾石尺寸、砾石强度参数以及地应力对地层裂缝扩展规律的影响，以此提出储层工程甜点评价系数；利用灰色关联法获取储层工程甜点系数的主控因素；利用层次分析法获取各影响因素的权重系数。本发明基于砾石特征、地应力来计算储层工程甜点系数，得到的储层工程甜点系数考虑了砾石特征的影响，利于更加科学、合理设置储层段直井压裂设计，以及水平井的分段压裂设计。

Description

一种储层工程甜点系数的计算方法

技术领域

本发明涉及地质勘探技术领域，尤其涉及一种储层工程甜点系数的计算方法。

背景技术

砂砾岩储层的孔、渗特性较差、非均质性较强，导致砂砾岩储层的自然产能通常不高，通常需要采用压裂改造等方式来达到油气增产提效的目的。

现有的研究表明：砂砾岩储层的压裂过程中压裂缝扩展与延伸规律受到砾岩岩石中砾石特征的较大影响，如砾石含量、砾石尺寸、砾石强度等。同时，砂砾岩储层的力学特性主要受到砾岩岩石中的砾石特征，且砾石特征对砾岩储层的脆性指数也有重要的影响。

目前，砂砾岩储层工程甜点评价主要基于页岩储层的工程甜点思路，但这忽略了砂砾岩本身的砾石特征的影响，且砾石特征对砂砾岩储层工程甜点影响的定量化研究开展工作还较缺乏。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题提供一种储层工程甜点系数的计算方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种储层工程甜点系数的计算方法，包括；

S1，获取岩石中砾石的特征以及层段的水平应力差；

S2，根据砾石特征和水平应力差，计算得到工程甜点系数。

优选地，所述砾石特征包括砾石含量、砾石尺寸、砾石强度、杨氏模量、泊松比中的至少一个。

进一步优选地，所述砾石特征包括砾石含量、砾石粒径、砾石与基质强度比中的至少一个。

进一步的，所述步骤2包括；

S2.1，根据砾石特征与水平应力差，构建砂砾岩储层的二维水力压裂数值仿真模型；

S2.2，选择起裂压力和无因次改造区域作为计算工程甜点系数的两个评价因素；其中，无因次改造区域为裂缝面积与模型面积的比值；

S2.3，确定影响起裂压力、无因次改造区域的主控因素；

S2.4，根据各主控因素的影响程度，获取各主控因素的权重系数；

S2.5，根据各因素的权重系数，分别对起裂压力和无因次改造区域进行归一化处理；

S2.6，根据归一化处理结果，计算得到工程甜点系数。

其中，所述起裂压力、无因次改造区域的主控因素包括砾石含量、砾石粒径、砾石与基质强度比。

进一步的，采用公式(1)对无因次改造区域进行归一化处理，采用公式(2)对起裂压力进行归一化处理；

A_d＝Q₁*C₁+Q₂*d+Q₃*Δσ+Q₄*S (1)

Pf_＝q₁*C₂+q₂*d+q₃*Δσ+q₄*S (2)

式中，A_d为归一化无因次改造区域，P_f为归一化起裂压力，C₁为负向归一化砾石含量，C₂为归一化砾石含量，d为归一化砾石粒径，Δσ为归一化水平应力差，S为归一化砾石与基质强度比；

Q₁、Q₂、Q₃、Q₄、q₁、q₂、q₃、q₄为对应的权重系数。

进一步的，采用公式(3)计算工程甜点系数I_s；

式(3)中，A_d为归一化无因次改造区域，P_f为归一化起裂压力，a为加权平均的权数因子。

优选地，所述步骤2.3中，利用灰色关联法确定起裂压力、无因次改造区域的主控因素。

优选地，所述步骤2.4中，利用层次分析法获取各主控因素的权重系数。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明基于砾石特征、地应力来计算储层工程甜点系数，得到的储层工程甜点系数考虑了砾石特征的影响，利于更加科学、合理设置储层段直井压裂设计，以及水平井的分段压裂设计。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。

图1是成像测井图；

图2是砾石粒径提取结果图；

图3是砾石平均粒径示意图；

图4是砾石含量示意图；

图5是水力压裂数值模拟结果图；

图6是压裂缝特征参数提取结果图；

图7是工程甜点系数和比采液指数的关系图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

本发明公开的储层工程甜点系数的计算方法，包括；

S1，对获取的井下实验样品进行岩性描述，获取砂砾岩岩石中砾石的特征；

根据研究工区的地应力计算结果，获取层段的水平应力差；

S2，根据砾石特征和水平应力差，按照工程甜点评价方法，得到工程甜点系数。

其中，砾石特征包括砾石含量、砾石尺寸、砾石强度、杨氏模量、泊松比中的至少一个。

其中，步骤2具体包括；

S2.1，根据砾石特征与水平应力差，构建砂砾岩储层的二维水力压裂数值仿真模型；

S2.2，选择起裂压力和无因次改造区域作为计算工程甜点系数的两个评价因素；其中，无因次改造区域为裂缝面积与模型面积的比值；

S2.3，确定影响起裂压力、无因次改造区域的主控因素；

S2.4，根据各主控因素的影响程度，获取各主控因素的权重系数；

S2.5，根据各因素的权重系数，分别对起裂压力和无因次改造区域进行归一化处理；

S2.6，根据归一化处理结果，计算得到工程甜点系数。

以起裂压力、无因次改造区域的主控因素包括砾石含量、砾石粒径、砾石与基质强度比为例。

采用公式(1)对无因次改造区域进行归一化处理，采用公式(2)对起裂压力进行归一化处理；

A_d＝Q₁*C₁+Q₂*d+Q₃*Δσ+Q₄*S (1)

P_f＝q₁*C₂+q₂*d+q₃*Δσ+q₄*S (2)

式中，A_d为归一化无因次改造区域，P_f为归一化起裂压力，C₁为负向归一化砾石含量，C₂为归一化砾石含量，d为归一化砾石粒径，Δσ为归一化水平应力差，S为归一化砾石与基质强度比；Q₁、Q₂、Q₃、Q₄、q₁、q₂、q₃、q₄为对应的权重系数。

采用公式(3)计算工程甜点系数I_s；

式(3)中，A_d为归一化无因次改造区域，P_f为归一化起裂压力，a为加权平均的权数因子。

基于上述方法，以下公开一方法的具体实施例。

实施例1

第一步、准备实验岩心资料、地质资料、压裂资料、试油资料、测井资料；

第二步、对获取的井下实验样品进行岩性描述，将砂砾岩岩石细分为巨砾、粗砾、大中砾、小中砾、细砾等，统计砂砾岩岩石砾石粒径分布范围和砾石含量分布范围；在此基础上，对实验样品进行室内力学实验，获取砾岩岩石中砾石和基质的硬度大小，确定砾石强度与基质强度比值范围。

如图1所示，砂砾岩层段的成像测井资料中，砂砾岩中砾石在成像测井中反映为亮白色，基质为棕红色，两者的色差越大，越有利于砾石特征参数的提取。

以成像测井资料为基础，对某段成像测井图像处理过程如图2所示，对提取了砾石信息进行统计，可得到该层段内的砾石粒径、砾石含量，统计结果如图3、4所示。其中，基于成像测井资料处理得到的某层段内的砾石粒径是一个范围值，为了简化处理，应用过程使用平均砾石粒径。基于统计的砂砾岩平均砾石粒径，对层段砂砾岩岩性可划分为细砾岩、小中砾岩、大中砾岩和粗砾岩等。

第三步、对实验样品进行单轴/三轴压缩实验，获取砂砾岩样品的单轴抗压强度、弹性模量、泊松比等参数。

基于硬度实验，获取砾岩中砾石和基质的硬度比，反映砾石强度与基质强度的比值。

根据研究工区的地应力计算结果，确定储层段水平最小主应力、水平最大主应力和垂向地应力。基于此，在计算的地应力单井剖面基础上，获得层段的水平应力差。

第四步、基于室内测试结果，构建砂砾岩储层的二维水力压裂数值仿真模型，模型结果图如图5所示。

模拟研究了砾石特征、地应力等因素对压裂缝延伸规律的影响。主要包括砂砾岩中砾石含量、砾石尺寸、砾石强度、杨氏模量及应力差对压裂缝延伸规律的影响。

第五步、根据模拟的结果，以易于施工压裂为目的确定了工程甜点评价方法，选择起裂压力(表示压裂缝形成的难易程度)和无因次改造区域(表示压裂缝形成的规模)作为计算工程甜点系数的两个因素，且每个因素同时受到砾石含量、砾石粒径、砾石与基质强度比、水平应力差等因素的影响。

其中，无因次改造区域的定义，见式(4)；

式(4)中，A^*为无因次裂缝面积，无量纲；A_压裂缝为裂缝面积,mm²；A_模型为模型面积,mm²。

处理过程包括：利用二值化处理方法将图5中深色区域的轮廓线勾勒出来，被勾勒出的轮廓线所围出的区域即是压裂产生的裂缝和一系列彼此孤立互不连通的孔洞，设置适当尺寸阈值剔除掉孤立孔洞和施加水头压力的水眼，并计算余下的轮廓线所围裂缝的面积在整个模型上的占比，其比值为无因次改造区域，处理后结果如图6。

第六步、确定主控因素。

基于模拟结果，综合考虑起裂压力和无因次改造区域作为工程甜点系数的评价因素。其中起裂压力和无因次改造区域需要进行正向归一化处理，文中未做特别说明的都是正向归一化。

分别以起裂压力、无因次改造区域为参考序列，以砾石含量(负向归一化)、砾石粒径、砾石与基质强度比、水平应力差等参数为因素序列，利用灰色关联分析获取各因素的灰色关联度，确定起裂压力、无因次改造区域的主控因素。

本实施例中无因次改造区域的各因素中砾石与基质强度比、砾石粒径、砾石含量、水平应力差的关联度分别为0.47、0.80、0.73、0.52，则各影响因素与无因次改造区域关联程度由大到小依次为砾石含量>砾石粒径>水平应力差>砾石与基质强度比；起裂压力的各因素中砾石与基质强度比、砾石粒径、砾石含量、水平应力差的关联度分别为0.67、0.64、0.64、0.71，则各影响因素与视起裂压力关联程度由大到小依次为水平应力差>砾石与基质强度比>砾石粒径>砾石含量。

第七步：获取权重系数。基于层次分析方法，根据灰色关联分析得出的无因次改造区域和起裂压力各因素的影响程度，依据判断矩阵标度表，分别确定无因次改造区域和起裂压力的判断矩阵。利用层次分析法得到无因次改造区域各个影响因素的权重系数为0.37、0.33、0.18、0.10；起裂压力各个影响因素的权重系数为0.08、0.18、0.39、0.33。

因而，本实施例中归一化无因次改造区域的计算公式分别为式(5)；归一化起裂压力的计算公式分别为式(6)。基于此，根据式(3)就可计算出储层工程甜点系数。

A_d＝0.37*C₁+0.33*d+0.18*Δσ+0.1*S (5)

P_f＝0.08*C₂+0.18*d+0.39*Δσ+0.33*S (6)

式中，A_d为归一化无因次改造区域，P_f为归一化起裂压力，C₁为负向归一化砾石含量，C₂为归一化砾石含量，d为归一化砾石粒径，Δσ为归一化水平应力差，S为归一化砾石与基质强度比。

本实施例根据砂砾岩地层中砾石含量、砾石平均粒径、砾石与基质强度比以及水平主应力差，计算得到工程甜点系数。

采用以下公式计算工程甜点系数I_s；

式(3)中，A_d为归一化无因次改造区域，P_f为归一化起裂压力。

根据计算得到的工程甜点系数，得到比采液指数与工程甜点系数之间的关系图，如图7所示。图中7排出了储层段类别评价为四类储层时，工程甜点系数大于0.6的数据点(该段压裂改造效果好，但储层性质较差，比采液指数仍然较低)。

从图7可以看出，比采液指数与工程甜点系数具有一定的正相关性，说明本发明建立的工程甜点评价方法具有可行性。同时，当工程甜点系数大于0.6时，储层段的比采液指数较大，说明储层段的压裂改造效果较好。因此，根据本发明计算得到的工程甜点系数可作为优质压裂段的选择指标。此外，需要注意的是，如果将工程甜点与地质甜点相结合，能更好指导储层段直井压裂设计，以及水平井的分段压裂设计。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种储层工程甜点系数的计算方法，其特征在于：包括；

S1，获取岩石中砾石的特征以及层段的水平应力差；

S2，根据砾石特征和水平应力差，计算得到工程甜点系数；

所述S2包括；

S2.1，根据砾石特征与水平应力差，构建砂砾岩储层的二维水力压裂数值仿真模型；

S2.2，选择起裂压力和无因次改造区域作为计算工程甜点系数的两个评价因素；其中，无因次改造区域为裂缝面积与模型面积的比值；

S2.3，确定影响起裂压力、无因次改造区域的主控因素；

S2.4，根据各主控因素的影响程度，获取各主控因素的权重系数；

S2.5，根据各因素的权重系数，分别对起裂压力和无因次改造区域进行归一化处理；

S2.6，根据归一化处理结果，计算得到工程甜点系数；

采用公式（3）计算工程甜点系数

；

（3）

式（3）中，

为归一化无因次改造区域，

为归一化起裂压力，a为加权平均的权数因子。

2.根据权利要求1所述的储层工程甜点系数的计算方法，其特征在于：所述砾石特征包括砾石含量、砾石尺寸、砾石强度、杨氏模量、泊松比中的至少一个。

3.根据权利要求2所述的储层工程甜点系数的计算方法，其特征在于：所述砾石特征包括砾石含量、砾石粒径、砾石与基质强度比中的至少一个。

4.根据权利要求1、2或3所述的储层工程甜点系数的计算方法，其特征在于：所述起裂压力、无因次改造区域的主控因素包括砾石含量、砾石粒径、砾石与基质强度比。

5.根据权利要求4所述的储层工程甜点系数的计算方法，其特征在于：采用公式（1）对无因次改造区域进行归一化处理，采用公式（2）对起裂压力进行归一化处理；

（1）

（2）

式中，

为归一化无因次改造区域，

为归一化起裂压力，

为负向归一化砾石含量，

为归一化砾石含量，

为归一化砾石粒径，

为归一化水平应力差，

为归一化砾石与基质强度比；

、

为对应的权重系数。

6.根据权利要求1、2或3所述的储层工程甜点系数的计算方法，其特征在于：所述S 2.3中，利用灰色关联法确定起裂压力、无因次改造区域的主控因素。

7.根据权利要求6所述的储层工程甜点系数的计算方法，其特征在于：所述S 2.4中，利用层次分析法获取各主控因素的权重系数。

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