CN113312785B - 一种基于可压性评价的深层页岩气藏压裂优化方法 - Google Patents

一种基于可压性评价的深层页岩气藏压裂优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于可压性评价的深层页岩气藏压裂优化方法，包括：获取地质参数，建立三维地质模型；对地质模型进行网格化剖分并分别计算所有地质网格的综合可压性指数；根据综合可压性指数将所有地质网格分为三级并将同级的地质网格归入同级可压性压裂段；对于每一级可压性的压裂段进行固定用液强度、不同加砂强度条件下生产模拟，制得不同级数施工曲线，曲线最高拐点即为优选的压裂设计参数；对于待研究井进行计算获取其层段的级数，根据计算的级数直接选择上步确定的该级的优选的压裂设计参数作为施工最优参数。本发明得到了更全面的压裂层段的可压性表征，针对每一压裂井段开展更精细的压裂设计参数优化，使优化结果更可靠、具有实际意义。

Description

一种基于可压性评价的深层页岩气藏压裂优化方法
技术领域
本发明涉及气藏开采技术领域，具体为一种基于可压性评价的深层页岩气藏压裂优化方法。
背景技术
随着埋深的加深，页岩气储层三向应力增加、水平应力差增加、岩石塑性特征增强，储层可压性差，裂缝延伸困难，不利于形成复杂缝网。
根据国内外文献调研，页岩气水平井分段压裂后，气井的产气量基本符合“三三三”原则，即大约三分之一的段簇产气贡献率达到百分之七十，大约三分之一的段簇产气贡献率约百分之三十，其余三分之一的段簇则几乎无产气量。可见，页岩气水平井分段压裂设计的优选，是页岩气获得高效开发的必要技术。
因此，建立一种结合深层页岩气压裂井段可压性评价的压裂参数优化方法具有重要的意义。现有技术尚不能很好的解决针对深层页岩气每一压裂段压裂参数优化的问题。
发明内容
为解决现有技术条件的不足，本发明提供了一种基于可压性评价的深层页岩气藏压裂优化方法，本发明的具体方案如下。
S1、根据测井、地震、实验资料获取各地质参数；
S2、基于上述地质参数建立三维地质模型，对地质模型进行网格化剖分，并利用数学方法对地质模型的所有地质网格分别进行综合可压性指数计算，采用脆性指数评价基质可压性、天然裂缝长度、倾角、密度评价天然裂缝的发育情况、缝网扩展能力指数评价缝网扩展适应性、含气性指数评价资源丰度，进而形成所有地质网格的综合可压性指数FCI；
对于每一地质网格而言
计算可压裂性指数的公式如下：
Figure BDA0003109499320000011
式中，FI为该地质网格可压裂性指数，无量纲；Pin为该地质网格储层各可压裂性参数的归一化值，无量纲；Wi为该地质网格各储层各可压裂性参数的权重，根据灰色关联度方法计算得到，无量纲；En为该地质网格杨氏模量归一化值，无量纲；υn为该地质网格泊松比归一化值，无量纲；Si为该地质网格脆性矿物含量，So为该地质网格粘土矿物含量；KICn、KIICn分别为该地质网格I，II型裂纹断裂韧性的归一化值；Δσn为该地质网格水平主应力差绝对值的归一化值；Tn为该地质网格岩石抗张强度的归一化值；θi为倾角；θmax为该井段目标压裂段中倾角最大值；Ln为该地质网格天然裂缝长度的归一化值；ωn为该地质网格天然裂缝密度的归一化值；
产气指数计算公式如下：
SI＝∑fiQin＝fTOCTn+fZZn+fgas(φn×sgn×ρn)n
式中，SI为该地质网格产气性指数，无量纲；Qin为该地质网格各储层产气参数的归一化值，无量纲；fi为该地质网格各储层产气参数的权重，根据灰色关联度方法计算得到，无量纲；Tn为该地质网格TOC归一化值；Zn为该地质网格地层压力系数归一化值；φn为该地质网格孔隙度归一化值；sgn为该地质网格含气量归一化值；ρn为该地质网格页岩密度归一化值；
Figure BDA0003109499320000021
式中，FCI为该地质网格综合可压性指数；
本步骤中涉及到利用灰色关联度方法计算地质网格各储层各可压裂性参数的权重、产气参数的权重，具体的计算方法请参考王学萌的《灰色系统分析及实用计算程序》。
S3、根据所述综合可压性指数的计算结果，将S2中所有地质网格分为三级，将级数相同的地质网格归为同级可压性压裂段，得到三级可压性压裂段；地质网格的分级标准如下：
I级，
Figure BDA0003109499320000022
表示可压性程度较高，缝网压裂效果明显，且能获得高产能；
II级，
Figure BDA0003109499320000023
表示可压性程度一般，压裂效果较好，能获得较高产能；
III级,
Figure BDA0003109499320000024
表示可压性程度较低，压裂效果差，产能较差；
式中，m为所有地质网格FCI值中的最大值；n为所有地质网格FCI值中的最小值；
S4、获取各级可压性压裂段的优选压裂设计参数，对于每一级可压性的压裂段，在固定用液强度、不同加砂强度条件下，利用数值模拟软件petrel模拟单段压裂后的缝网扩展，生成缝网扩展模型，模拟生产情况计算其NPV；并以用液强度为横坐标，NPV为纵坐标绘制曲线图，不同加砂强度分别对应一曲线，找到每条曲线纵坐标最高的拐点，NPV纵坐标最高的拐点对应的用液强度以及加砂强度即为该级压裂段的优选的压裂设计参数；
S5、获取研究区新井的待压裂层段的地质参数，根据聚类算法筛选后的微地震事件以确定单段扩展的范围，并在地质模型中对每一段划分相应范围；对于每一待压裂层段，基于该层段地质参数的平均值计算该层段的综合可压性指数并进而获得其级数；根据计算的级数直接选择S4中确定的该级压裂段的优选压裂设计参数作为施工最优参数。
作为本发明的一种具体实施方式，步骤S1中所述地质参数包括：
产气性参数：TOC、含气量、页岩密度、孔隙度、地层压力系数；
地应力参数：最大与最小水平主应力；
天然裂缝发育情况参数：裂缝长度、密度、逼近角；
脆性参数：脆性矿物含量参数、杨氏模量、泊松比；
强度参数：抗拉强度、抗压强度、断裂韧性数据。
作为本发明的一种具体实施方式，所述步骤S4中用液强度为20m3～40m3时、加砂强度为1.5t/m、2t/m、2.5t/m、3t/m、3.2t/m、3.5t/m。
有益效果：
(1)本方法建立的可压性指数计算方法，综合考虑了储层脆性参数、强度参数以及天然裂缝参数进行计算；另外产气指数这一指标则从储层的TOC、含气量、页岩密度、孔隙度、地层压力系数进行计算；同时对储层进行所述的两种指标的评价，得到更全面的压裂层段的可压性表征；
(2)本方法是在对同一个储层进行精细的综合可压性计算、分级分类的基础上，结合拟合准确的压裂数值模拟结果，针对每一压裂井段开展更精细的压裂设计参数优化，使优化结果更可靠、具有实际意义；
(3)本方法所得到的曲线图，可以直接精细到每一压裂段的主要施工设计参数进行优化，同时还能为井距优化提供参考。
附图说明
图1是本发明提供的压裂施工参数优化方法的一实施例的曲线图；
图2是本发明所述的筛选后的微地震散点图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
S1、获取目标区块各地质参数，提取的参数较多，此处仅列出其范围；
表1 目标区块地质参数范围
Figure BDA0003109499320000041
(1)参数归一化处理：
对于脆性矿物含量、脆性指数(杨氏模量)、TOC含量、含气量、孔隙度、地层压力系数这些正相关参数，参数归一化方程如下：
Figure BDA0003109499320000042
对于黏土矿物含量、泊松比、应力差值、抗拉强度、抗压强度、断裂韧性、页岩密度这些负相关参数，参数归一化方程如下：
Figure BDA0003109499320000043
(2)根据灰色关联度方法计算各指标相对于FI以及SI的权重系数，具体计算方法参考王学萌的《灰色系统分析及实用计算程序》；
S2、基于上述地质参数建立目标区块三维地质模型，对地质模型进行网格化剖分，并利用数学方法对地质模型的所有地质网格分别进行综合可压性指数计算，采用脆性指数评价基质可压性、天然裂缝长度、倾角、密度评价天然裂缝的发育情况、缝网扩展能力指数评价缝网扩展适应性、含气性指数评价资源丰度，进而形成所有地质网格的综合可压性指数FCI；
对于每一地质网格而言
计算可压裂性指数的公式如下：
Figure BDA0003109499320000044
式中，FI为该地质网格可压裂性指数，无量纲；En为该地质网格杨氏模量归一化值，无量纲；υn为该地质网格泊松比归一化值，无量纲；Si为该地质网格脆性矿物含量，So为该地质网格粘土矿物含量；KICn、KIICn分别为该地质网格I，II型裂纹断裂韧性的归一化值；Δσn为该地质网格水平主应力差绝对值的归一化值；Tn为该地质网格岩石抗张强度的归一化值；θi为倾角；θmax为该井段目标压裂段中倾角最大值；Ln为该地质网格天然裂缝长度的归一化值；ωn为该地质网格天然裂缝密度的归一化值；
产气指数计算公式如下：
SI＝0.24Tn+0.33Zn+0.43(φn×sgn×ρn)n
式中，SI为该地质网格产气性指数，无量纲；Tn为该地质网格TOC归一化值；Zn为该地质网格地层压力系数归一化值；φn为该地质网格孔隙度归一化值；sgn为该地质网格含气量归一化值；ρn为该地质网格页岩密度归一化值；
Figure BDA0003109499320000051
式中，FCI为该地质网格综合可压性指数；
S3、根据目标区块地质参数，按照S2中所述方法进行计算得到结果：m＝0.725，n＝0.192式中，m为所有地质网格FCI值中的最大值；n为所有地质网格FCI值中的最小值；
根据所述综合可压性指数的计算结果，将S2中所有地质网格分为三级，将级数相同的地质网格归为同级可压性压裂段，得到三级可压性压裂段；地质网格的分级标准如下：
I级，FCI≥0.459，表示可压性程度较高，缝网压裂效果明显，且能获得高产能；
II级，0.326≤FCI＜0.459，表示可压性程度一般，压裂效果较好，能获得较高产能；
III级,0.192≤FCI＜0.326，表示可压性程度较低，压裂效果差，产能较差；
S4、获取各级可压性压裂段的优选压裂设计参数，对于每一级可压性的压裂段，在固定用液强度、不同加砂强度条件下，利用数值模拟软件petrel模拟单段压裂后的缝网扩展，生成缝网扩展模型，模拟生产情况计算其NPV；并以用液强度为横坐标，NPV为纵坐标绘制曲线图(如图1为其中I级压裂段对应的NPV曲线图)，不同加砂强度分别对应一曲线，找到每条曲线纵坐标最高的拐点，NPV纵坐标最高的拐点对应的用液强度以及加砂强度即为该级压裂段的优选的压裂设计参数；
S5、获取研究区新井A的待压裂层段的地质参数，根据聚类算法筛选后的微地震事件以确定单段扩展的范围(如图2)，并在地质模型中对每一段划分相应范围；对于每一待压裂层段，基于该层段地质参数的平均值计算该层段的综合可压性指数并进而获得其级数，见表2；根据计算的级数直接选择S4中确定的该级的最优参数作为施工最优参数。如对于第3压力段，其综合可压性指数为0.72，确定为I级，对照图1可知，其优选的压裂参数为用液强度35m3/m，加砂强度3.5t/m。
表2 A井各段综合可压性指数计算结果
Figure BDA0003109499320000052
Figure BDA0003109499320000061
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实施例揭露的技术范围内，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。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种基于可压性评价的深层页岩气藏压裂优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据测井、地震、实验资料获取各地质参数；
S2、基于上述地质参数建立三维地质模型，对地质模型进行网格化剖分，并利用数学方法对地质模型的所有地质网格分别进行综合可压性指数计算，采用脆性指数评价基质可压性、天然裂缝长度、倾角、密度评价天然裂缝的发育情况、缝网扩展能力指数评价缝网扩展适应性、含气性指数评价资源丰度，进而形成所有地质网格的综合可压性指数；
对于每一地质网格而言
可压裂性指数的公式如下：
Figure FDA0003374262560000011
式中，FI为该地质网格可压裂性指数，无量纲；Pin为该地质网格储层各可压裂性参数的归一化值，无量纲；Wi为该地质网格各储层各可压裂性参数的权重，无量纲；En为该地质网格杨氏模量归一化值，无量纲；υn为该地质网格泊松比归一化值，无量纲；Si为该地质网格脆性矿物含量，So为该地质网格粘土矿物含量；KICn、KIICn分别为该地质网格I、II型裂纹断裂韧性的归一化值；Δσn为该地质网格水平主应力差绝对值的归一化值；Tn为该地质网格岩石抗张强度的归一化值；θi为倾角；θmax为目标压裂段中倾角最大值；Ln为该地质网格天然裂缝长度的归一化值；ωn为该地质网格天然裂缝密度的归一化值；
产气指数计算公式如下：
SI＝∑fiQin＝fTOCTn+fZZn+fgas(φn×sgn×ρn)n
式中，SI为该地质网格产气性指数，无量纲；Qin为该地质网格各储层产气参数的归一化值，无量纲；fi为该地质网格各储层产气参数的权重，无量纲；Tn为该地质网格TOC归一化值；Zn为该地质网格地层压力系数归一化值；φn为该地质网格孔隙度归一化值；sgn为该地质网格含气量归一化值；ρn为该地质网格页岩密度归一化值；
Figure FDA0003374262560000012
式中，FCI为该地质网格综合可压性指数；
S3、根据所述综合可压性指数的计算结果，将S2中所有地质网格分为三级，将级数相同的地质网格归为同级可压性压裂段，得到三级可压性压裂段；地质网格的分级标准如下：
I级，
Figure FDA0003374262560000013
表示可压性程度较高，缝网压裂效果明显，且能获得高产能；
II级，
Figure FDA0003374262560000021
表示可压性程度一般，压裂效果较好，能获得较高产能；
III级,
Figure FDA0003374262560000022
表示可压性程度较低，压裂效果差，产能较差；
式中，m为所有地质网格FCI值中的最大值；n为所有地质网格FCI值中的最小值；
S4、获取各级可压性压裂段的优选压裂设计参数，对于每一级可压性的压裂段，在固定用液强度、不同加砂强度条件下，利用数值模拟软件petrel模拟单段压裂后的缝网扩展，生成缝网扩展模型，模拟生产情况计算其净现值；并以用液强度为横坐标，净现值为纵坐标绘制曲线图，不同加砂强度分别对应一曲线，找到每条曲线纵坐标最高的拐点，净现值纵坐标最高的拐点对应的用液强度以及加砂强度即为该级压裂段的优选的压裂设计参数；
S5、获取研究区新井的待压裂层段的地质参数，根据聚类算法筛选后的微地震事件以确定单段扩展的范围，并在地质模型中对每一段划分相应范围；对于每一待压裂层段，基于该层段地质参数的平均值计算该层段的综合可压性指数并进而获得其级数；根据计算的级数直接选择S4中确定的该级压裂段的优选压裂设计参数作为施工最优参数。
2.根据权利要求1所述的一种基于可压性评价的深层页岩气藏压裂优化方法，其特征在于，步骤S1中所述地质参数包括：
产气性参数：TOC、含气量、页岩密度、孔隙度和地层压力系数；
地应力参数：最大与最小水平主应力；
天然裂缝发育情况参数：裂缝长度、密度和逼近角；
脆性参数：脆性矿物含量参数、杨氏模量和泊松比；
强度参数：抗拉强度、抗压强度和断裂韧性数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于可压性评价的深层页岩气藏压裂优化方法，其特征在于，所述步骤S4中用液强度为20m3～40m3时、加砂强度为1.5t/m、2t/m、2.5t/m、3t/m、3.2t/m、3.5t/m。
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