CN113673771B - 一种页岩气水平井压裂分段方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种页岩气水平井压裂分段方法，该方法包括以下步骤：1)获取水平井地层地质甜点参数；2)根据水平井所在区域，设定获取的各地质甜点参数的最低门槛值，筛选待开采压裂段；3)对待开采压裂段，获取其水平井地层工程甜点参数；4)以步骤3)获得的工程甜点参数数据组建有序数据集，对有序数据集进行聚类，根据聚类结果确定出水平段分段位置。本发明方法使划分的压裂段非均质性最小，能提高压裂改造体积，获得较好压裂效果，提高经济采收效率。

Description

一种页岩气水平井压裂分段方法

技术领域

本发明涉及页岩气开发技术，尤其涉及一种页岩气水平井压裂分段方法。

背景技术

在非常规页岩气开发过程中，页岩气水平井压裂分段设计方案是重要内容之一，它直接影响水平井水力压裂复杂缝网改造体积与页岩气产能。

现有页岩气水平井压裂分段设计方法包括：1、均匀分段方法：根据水平段长与每段段长经验值均匀分段；该方法存在以下缺陷：当储层其非均质性较弱时，均匀分段对压裂效果影响不大；但是当储层的非均质性较强时，这种均匀布置会导致水力压裂不能得到最优的复杂缝网改造体积，降低采收率。2、利用水平井的地质甜点参数与工程甜点参数构建一个综合参数，利用这个综合参数进行水平井分段。

该方法存在以下缺陷：利用水平井地质甜点参数与工程甜点参数构建一个综合参数，然后这个综合参数进行水平井分段，这种方法可以解决水平段地层非均质性的问题。水平井分段划分应该遵循在选择具有较好地质甜点参数地层(也就是选择具有可开采经济价值水平段地层段)的基础上，使分段内的地层工程甜点参数尽可能接近(以获得最大复杂缝网改造体积，提高采收率)，而构建一个地质甜点参数与工程甜点参数的综合参数去划分水平段难以准确实现此原则；此外利用这个综合参数进行最优化划分的方法一般少有阐明或采用基于Fisher方法的有序样本聚类方法，这种方法存在两个重要缺陷：一是它不适合于样本数据较大的情况，否则计算时间会较长，二是这种最优化算法得到的划分分段会出现一些段特别长，而一些段特别短的情况，这不符合我们实际现场施工需求的，基于fisher方法的有序样本聚类算法难以施加限制条件去得到符合实际生产需求的水平井划分分段。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种页岩气水平井压裂分段方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种页岩气水平井压裂分段方法，包括以下步骤：

1)获取水平井地层地质甜点参数；所述水平井地层地质甜点参数为有总机碳含量TOC、孔隙度、渗透率和含气量中的一个或多个；

2)根据水平井所在区域，设定获取的各地质甜点参数的最低门槛值，筛选待开采压裂段；

3)对待开采压裂段，获取其水平井地层工程甜点参数；所述地层工程甜点参数为最小水平主应力、水平主应力差、天然裂缝和岩石脆性指数中的两个或多个；

4)以步骤3)获得的工程甜点参数数据组建有序数据集，对有序数据集进行聚类，根据聚类结果确定出水平段分段位置。

按上述方案，所述步骤4)中以步骤3)获得的工程甜点参数数据组建有序数据集，具体如下：

将步骤3)中选取的地层工程甜点参数组成一个向量，然后将水平井每个测井采样深度点数据构成多元有序数据集。

按上述方案，所述步骤4)中对有序数据集进行聚类，根据聚类结果确定出水平段分段位置，具体如下：

4.1)对多元有序数据集的预处理与缩放；

4.2)对多元有序数据集聚类；

4.3)根据聚类结果确定压裂段划分方案，获得水平段分段位置。

按上述方案，所述步骤4.1)中对多元有序数据集的预处理与缩放，具体如下：

分别统计多元有序数据集中每个分量数据的均值，然后用常数A除以每个分量数据的均值，得到每个分量的缩放因子，然后在原始多元有序数据集上分别乘以对应的缩放因子，得到预处理后多元有序数据集。

按上述方案，所述步骤4.2)中对多元有序数据集的预处理与缩放，具体如下：

4.2.1)将多元有序数据集中的每个数据点都作为一个聚类；

4.2.2)计算每两个相邻聚类之间的距离，将距离最近的两个聚类进行合并，如果合并后这个类的段长超过设定的最大水平段分段长度，则取消此次合并，并将两个类中较长的一个类的特征值赋予一个异常大的值，使此聚类独立成一个分段且以后步骤中不会再与其他聚类合并；

其中，聚类之间的距离计算采用平均链的方法；

4.2.3)重复上述步骤，直到得到的当前聚类数达到指定数目，计算此聚类数目下划分方案的损失函数；

其中，设划分为K段方案为其中分点为1＝t₁＜t₂...＜t_k＜n＝t_k+1-1；

4.2.4)根据不同分段数情况下的层次聚类法压裂段划分方案，计算各自损失函数，绘制损失函数随分段数变化曲线，寻找曲线拐点，将曲线拐点对应的分段数作为最优分段数。

本发明产生的有益效果是：

1、本发明方法使划分的压裂段非均质性最小，能提高压裂改造体积，获得较好压裂效果，提高经济采收效率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的方法流程图；

图2是本发明实施例的地质甜点参数数值图；

图3是本发明实施例的损失函数随分段数变化曲线示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种页岩气水平井压裂分段方法，包括以下步骤：

(1)获取水平井地层地质甜点参数；(2)设置地质甜点参数门槛值，筛选有经济开采压裂段；(3)获取剩下水平井地层工程甜点参数；(4)改造层次聚类法划分压裂段。

1)获取水平井地层地质甜点参数，包括：地质甜点参数主要包括有总机碳含量TOC、孔隙度、渗透率、含气量等，这些参数可以从测井曲线解释成果获得；选取对页岩气生成、储集、保存有重要影响且能够准确量化表征的主要参数作为页岩开发区块地质甜点参数。

步骤1)中，基于研究区页岩含气地质甜点参数分析，地层总机碳含量TOC、孔隙度φ、含气量均呈现一定相关性，本实施例中页岩地质甜点参数的参数为选择为总有机碳含量TOC用于量化表征；

2)如图2，根据区域经验参数，设定地质甜点参数的最低门槛值，低于门槛值的认为不具有经济开采价值，不参与水平井分段划分压裂；

本实施例中，根据区域经验参数，设定该地区总有机碳含量TOC最低门槛值选择为2％，小于1％的水平井段不参与压裂施工；

3)获取步骤2)中筛选剩下水平井的地层工程甜点参数：工程甜点参数主要包括：最小水平主应力、水平主应力差、天然裂缝、岩石脆性指数等。这些参数可以利用原始测井曲线，通过特定模型公式计算获得。选取对页岩气地层水力压裂有重要影响且能够准确量化表征的主要参数作为页岩开发区块工程甜点参数。

本实施例中选择为最小水平主应力与岩石脆性指数，最小水平主应力与岩石脆性指数可以利用原始测井曲线，通过模型公式计算获得。

4)剩下水平井的工程甜点参数数据构成有序数据集，对此数据集进行聚类，采用改造的层次聚类法对此数据集进行聚类划分，聚类过程中根据水平段段长经验值设定段长的上下限长度，在此约束下得到最优化划分方案，确定出水平段分段位置。

4.1)组建有序数据集：将步骤3)中的最小水平主应力(Shmin)与岩石脆性指数(Brittleness)地质甜点参数与工程甜点参数组成一个多元向量(Shmin，Brittleness)，水平井每个测井采样深度点数据构成多元有序数据集；

4.2)多元有序数据集的预处理与缩放。多元向量Shmin与Brittleness的值分布区间有较大差异，实例中Shmin分布在20～70之间，Brittleness分布在50～80之间，数据聚类算法对每组特征数据的值区间比较敏感，有序聚类前需要对数据集中两个个特征数据的进行预处理与缩放，具体做法如下：分别统计最小水平主应力(Shmin)与岩石脆性指数(Brittleness)的均值，然后用常数A(本例选用50)除以均值，得到每个分量缩放因子，然后在原始多元有序数据集上分别乘以对应的缩放因子，得到预处理后多元有序数据集。

4.3)多元有序数据集聚类。聚类过程中根据水平段段长经验值设定段长的上下限长度(设地区经验水平段每段长值为L米，定义最段水平段长最低值为0.5L米，最长水平段长最低值为2L米)，在此约束下得到最优化划分方案，确定出水平段分段数和各段位置。层次聚类法是聚类算法中比较常用的一种，对其改造使其适用于有序样本聚类，同时算法中巧妙施加段长的限制条件，使得到满足实际生产需求的最优化水平井划分，具体流程如下：

a)将数据集中的每个数据点作为一个聚类；

b)计算每两个相邻聚类之间的距离，将距离最近的两个聚类进行合并。如果合并后这个类的段长超过允许的最大水平段分段长，则取消此次合并，并将两个类中较长的一个类的特征值赋予一个异常大的值(相当于施加段长最大值限制，同时使此聚类独立成一个分段且以后步骤中不会再与其他聚类合并)。类的距离计算采用平均链的方法，具体如下：设类i数据为{(Shmini，Brittlenessi),(Shmini+1，Brittlenessi+1)…(Shmini+m，Brittlenessi+m)},相邻类j数据为{(Shminj，Brittlenessj),(Shminj+1，Brittlenessj+1)…(Shminj+n，Brittlenessj+n)},则相邻类i与j的距离为

c)重复上述步骤，直到得到的当前聚类数也就是分段数达到指定数目。计算此分段数目下划分方案的损失函数。设划分为K段方案为

其中分点为1＝t₁＜t₂...＜t_k＜n＝t_k+1-1，定义这种分类法的损失函数为：

其中，为分段内Shmin的均值，/>为分段内Brittleness的均值。

d)确定最优分段数。依次计算不同分段数情况下的层次聚类法压裂段划分方案，算各自损失函数，绘制损失函数随分段数变化曲线，寻找曲线拐点，确定最优分段数(图3).本次分段数选择15段。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种页岩气水平井压裂分段方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取水平井地层地质甜点参数；所述水平井地层地质甜点参数为有总机碳含量TOC、孔隙度、渗透率和含气量中的一个或多个；

2)根据水平井所在区域，设定获取的各地质甜点参数的最低门槛值，筛选待开采压裂段；

3)对待开采压裂段，获取其水平井地层工程甜点参数；所述地层工程甜点参数为最小水平主应力、水平主应力差、天然裂缝和岩石脆性指数中的两个或多个；

4)以步骤3)获得的工程甜点参数数据组建有序数据集，对有序数据集进行聚类，根据聚类结果确定出水平段分段位置；

其中，以步骤3)获得的工程甜点参数数据组建有序数据集，具体如下：

将步骤3)中选取的地层工程甜点参数组成一个向量，然后将水平井每个测井采样深度点数据构成多元有序数据集；

对有序数据集进行聚类，根据聚类结果确定出水平段分段位置，具体如下：

4.1)对多元有序数据集的预处理与缩放；

4.2)对多元有序数据集聚类；具体如下：

4.2.1)将多元有序数据集中的每个数据点都作为一个聚类；

4.2.2)计算每两个相邻聚类之间的距离，将距离最近的两个聚类进行合并，如果合并后这个类的段长超过设定的最大水平段分段长度，则取消此次合并，并将两个类中较长的一个类的特征值赋予一个异常大的值，使此聚类独立成一个分段且以后步骤中不会再与其他聚类合并；

其中，聚类之间的距离计算采用平均链的方法；

4.2.3)重复上述步骤，直到得到的当前聚类数达到指定数目，计算此聚类数目下划分方案的损失函数；

其中，设划分为K段方案为

其中分点为1＝t₁<t₂…<t_k<n＝t_k+1-1；

4.2.4)根据不同分段数情况下的层次聚类法压裂段划分方案，计算各自损失函数，绘制损失函数随分段数变化曲线，寻找曲线拐点，将曲线拐点对应的分段数作为最优分段数

4.3)根据聚类结果确定压裂段划分方案，获得水平段分段位置。

2.根据权利要求1所述的一种页岩气水平井压裂分段方法，其特征在于，所述步骤4.1)中对多元有序数据集的预处理与缩放，具体如下：

分别统计多元有序数据集中每个分量数据的均值，然后用常数A除以每个分量数据的均值，得到每个分量的缩放因子，然后在原始多元有序数据集上分别乘以对应的缩放因子，得到预处理后多元有序数据集。