CN113703052A - 海上中、高孔渗砂岩压裂效果预评估方法 - Google Patents

海上中、高孔渗砂岩压裂效果预评估方法 Download PDF

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CN113703052A CN202110946977.2A CN202110946977A CN113703052A CN 113703052 A CN113703052 A CN 113703052A CN 202110946977 A CN202110946977 A CN 202110946977A CN 113703052 A CN113703052 A CN 113703052A
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Abstract

一种海上中、高孔渗砂岩压裂效果预评估方法，包括如下步骤：一：采集目的区块内井压裂前、后测井资料；二：计算压裂前、后阵列声波地层纵、横波时差及走时；三：计算压裂前、后阵列声波径向速度剖面之差；四：计算压裂前储层物性及岩石力学参数曲线；五：将参数曲线与压裂前、后径向速度剖面之差进行对比分析与提取；六：将孔隙度、岩石脆性指数与体积模量拟合，得到与压裂前、后的径向速度剖面之差更为吻合的BPB曲线；七：计算单井压裂前的储层物性参数曲线、岩石力学参数曲线，并使用PBP曲线对本井的压裂效果进行预评估。本发明通过对目标区块的压裂井，利用径向速度剖面差异进行压裂效果评估；其不受储层物性差异影响，评价结果可靠。

Description

海上中、高孔渗砂岩压裂效果预评估方法
技术领域
本发明属于应用地球物理测井领域，尤其涉及海上中、高孔渗砂岩压裂效果预评估方法。
背景技术
自从渤海油田进入勘探开发以来，第三纪地层一直是新增储量及提高产量的主要目的层系，且随着勘探开发的不断深入，越来越多的区块在第三纪的砂岩储层中获得良好地油气显示，因此勘探潜力巨大。
为了能够提高储层产能，往往需要对储层进行压裂作业，然而，由于压裂系统本身所具有多目标性、多层次性、动态性、信息不完备等特点，因此，目前的压裂评价方法主要是在进行压裂措施之后，使用如微地震监测技术、声波测井技术等进行压裂后效果的评估，但是，上述评估效果对压裂方案设计的指导意义十分有限。
目前，在压裂方案设计中，使用的预评估方法主要是针对：致密气、页岩气、煤层气等低孔渗地层计算其可压性，评价内容主要围绕：岩石力学参数展开(抗张强度、脆性、模量等)。但是，渤海油田第三纪，特别是新近系储层则是以中高孔隙度、中高渗透性砂岩为主，物性对于压裂效果的影响高于岩石本身力学性质影响，因此，目前的常用压裂效果预评估方法并不适用。
发明内容
本发明目的在于提供一种海上中、高孔渗砂岩压裂效果预评估方法,以解决利用对压裂效果敏感性高、对比性好的体积模量参数、脆性指数参数及孔隙度参数，重新构建了与压裂效果对应性更好的BPB参数，并采用该参数对中、高孔渗砂岩储层进行压裂效果预评估的技术问题。
为实现上述目的，本发明的海上中、高孔渗砂岩压裂效果预评估方法的具体技术方案如下：
一种海上中、高孔渗砂岩压裂效果预评估方法，包括如下步骤：
第一步：采集目的区块内井压裂前、后的常规测井资料及阵列声波测井资料；
第二步：计算压裂前、后阵列声波的地层纵、横波时差及走时；
第三步：计算压裂前、后阵列声波的径向速度剖面之差；
第四步：计算压裂前的储层物性参数曲线、岩石力学参数曲线；
第五步：将第四步计算的物性参数曲线、岩石力学参数曲线与压裂前、后的径向速度剖面之差进行对比分析，提取与径向速度剖面之差一致性较好的孔隙度参数、岩石脆性指数参数与体积模量参数曲线；
第六步：将孔隙度、岩石脆性指数与体积模量进行拟合，得到与压裂前、后的径向速度剖面之差更为吻合的BPB曲线；
第七步：计算单井压裂前的储层物性参数曲线、岩石力学参数的曲线，对本井的压裂效果进行预评估。
进一步，所述第一步中的具体作法为：在给定深度区间内，在压裂前、后的井中分别进行常规测井和阵列声波测井，以获得压裂前、后的常规测井数据，即：自然地伽马、井径、中子、密度及阵列声波全波列数据。
进一步，所述第二步中的具体作法为：采用公式(1)的STC法分别处理压裂前、后的阵列声波全波列数据，以获取压裂前、后的地层纵波时差、横波时差；然后，结合声波测井仪器结构、井眼流体速度，采用公式(2)积分法计算压裂前、后的地层纵波、横波到时，以计算地层横波时差为例，说明到时计算原理；
Figure BDA0003217060310000021
对整个波形或者波形中的某一时段以及给定的慢度区间按公式(1)计算出二维相关函数Corr(s，T)，当相关函数取极大值时对应的s值，便求出了地层纵、横波时差；
TTS＝DTF×(CAL-TXDIA+CAL-RXDIA)/2+DTS×TRSP (2)。
进一步，所述公式(1)中，Dm：表示是阵列波形中第m个接收换能器上的波形，d：表示声波接收换能器的间隔，Tw：表示表示函数积分的时间窗长，N：表示接收器总数，m：表示第m个接收器，s：表示慢度值；
公式(2)式中，DTF：表示井眼流体速度，通常为：189us/ft，CAL：表示井径，TXDIA：表示发射器探头直径，RXDIA：表示接收器探头直径，DTS：为采用STC法所得地层横波时差，TRSP：表示地层横波沿发射器与接收器之间地层滑行的距离。
进一步，所述第三步的具体作法为：
①对压裂前、后的阵列声波数据分别进行径向速度剖面反演；以计算出声波传播到阵列声波中第一个接收器的走时，并将其定义为参考走时：TTref，公式如下：
Figure BDA0003217060310000031
将上述公式中的参考走时与实测走时进行比较，对于vz没有径向变化的地层，参考走时与实测走时一致；当声速沿径向增加时，实测走时是射线由浅到深进入地层后再折射回来的时间，由于上述公式中的vz为最大穿透深度的速度，因此，由上述公式(3)计算出的参考走时比实测走时要小，即：实测走时滞后于参考走时；
为了将近井壁地层纵波速度变化，更直观地展示出来，需建立一个速度模型，通过不断更新速度模型，令参考走时与实测走时重合或者相接近，此时的速度模型，就是要求取的绝对速度剖面，同时，可以获得相对速度剖面；
②用压裂后的径向速度剖面结果减去压裂前的径向速度剖面结果，便得到压裂前、后的径向速度剖面之差，根据径向速度剖面之差的变化可以直接进行压裂效果评价。
进一步，所述公式(3)中，vz：表示阵列声波处理提取的地层纵波声速曲线，为最大穿透深度的速度；积分上、下限分别为：声源s和第一个接收器R1的深度位置；TTf：表示纵波在井中流体的传播时间。
进一步，所述第四步中的具体作法为：
⑴采用中子、密度交会图法，计算得到地层孔隙度曲线：POR，使用Timur公式，计算得到地层渗透率曲线：PERM；
⑵利用地层密度曲线、地层横波时差，计算剪切模量，公式如下：
Figure BDA0003217060310000041
式中，ρ：表示常规测井测量密度值，VS：表示横波时差值；
⑶利用剪切模量、地层纵波时差、地层密度，计算体积模量，公式如下：
Figure BDA0003217060310000042
式中，VP：表示纵波时差值；
⑷利用剪切模量、体积模量，计算杨氏模量，公式如下：
Figure BDA0003217060310000043
⑸利用体积模量、杨氏模量，计算泊松比，公式如下：
Figure BDA0003217060310000044
⑹利用杨氏模量、泊松比，计算脆性指数，公式如下：
Figure BDA0003217060310000045
进一步，所述第五步中的具体作法为：将计算所得物性参数，如：孔隙度、渗透率，岩石力学参数，如：剪切模量、体积模量、泊松比、脆性指数，分别与压裂前、后的径向速度剖面之差进行对比。
进一步，所述第六步中的具体作法为：
将第五步中所得一致性较好的三个敏感参数曲线与压裂前、后的径向速度剖面之差曲线进行拟合，得到重构曲线BPB，曲线表达式如下：
Figure BDA0003217060310000046
进一步，所述第七步中的具体作法为：利用公式(9)，计算单井压裂前的BPB曲线，进而对本井的压裂效果进行预评估，指导压裂方案的井段优选的设计内容。
本发明的海上中、高孔渗砂岩压裂效果预评估方法具有以下优点：
1.本发明是通过对目标区块的压裂井，利用径向速度剖面差异进行压裂效果评估；
2.本发明在利用岩石力学参数对低渗透性储层压裂效果进行预评估的基础上，针对中、高孔渗储层引入物性参数，对储层物性参数及岩石力学参数进行敏感性分析；
3.本发明是利用对压裂效果敏感性较高、对比性较好的体积模量参数、脆性指数参数及孔隙度参数，重新构建了与压裂效果对应性更好的BPB参数；
4.本发明采用该参数对中、高孔渗砂岩储层进行压裂效果预评估；
5.本发明具有应用效果较好，不受储层物性差异影响，适用度较高，评价结果可靠的特点。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明的渤海垦利区块某井中、高孔渗段岩石力学参数与压裂前、后径向速度剖面之差对比示意图(其为屏幕上的实际图形)；
图3为本发明的渤海垦利区块某井中、高孔渗段常规测井及储层物性参数与压裂前、后径向速度剖面之差对比示意图(其为屏幕上的实际图形)；
图4为本发明的渤海垦利区块某中、高孔渗岩段重构BPB参数与压裂前、后径向速度剖面之差对比示意图(其为屏幕上的实际图形)。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种海上中、高孔渗砂岩压裂效果预评估方法做进一步详细的描述。
如图1所示，本发明包括如下步骤：
第一步：采集目的区块内井压裂前、后的常规测井资料及阵列声波测井资料；
其具体作法为：在给定深度区间内，在压裂前、后的井中分别进行常规测井和阵列声波测井，以获得压裂前、后的常规测井数据，即：自然伽马、井径、中子、密度及阵列声波全波列数据。
第二步：计算压裂前、后阵列声波的地层纵、横波时差及走时；
即：采用STC法(如公式(1)所示)分别处理压裂前、后的阵列声波全波列数据，以获取压裂前、后的地层纵波时差、横波时差；然后，结合声波测井仪器结构、井眼流体速度，采用积分法计算压裂前、后的地层纵波、横波到时，以计算地层横波时差为例，说明到时计算原理(如公式(2)所示)
Figure BDA0003217060310000061
式中，Dm：表示是阵列波形中第m个接收换能器上的波形，d：表示声波接收换能器的间隔，TW：表示表示函数积分的时间窗长，N：表示接收器总数，m：表示第m个接收器，s表示慢度值。
对整个波形或者波形中的某一时段以及给定的慢度区间按公式(1)计算出二维相关函数Corr(s，T)，当相关函数取极大值时对应的s值，便求出了地层纵、横波时差。
TTS＝DTF×(CAL-TXDIA+CAL-RXDIA)/2+DTS×TRSP (2)
式中，DTF：是井眼流体速度，通常为189us/ft，CAL：表示井径，TXDIA：表示发射器探头直径，RXDIA：表示接收器探头直径，DTS：为采用STC法所得地层横波时差，TRSP：表示地层横波沿发射器与接收器之间地层滑行的距离。
第三步：计算压裂前、后阵列声波的径向速度剖面之差；
①对压裂前、后的阵列声波数据分别进行径向速度剖面反演；以计算出声波传播到阵列声波中第一个接收器的走时，并将其定义为参考走时：TTref，公式如下：
Figure BDA0003217060310000062
式中，vz为阵列声波处理提取的地层纵波声速曲线，为最大穿透深度的速度；积分上下限分别为声源s和第一个接收器R1的深度位置；TTf为纵波在井中流体的传播时间。
将上述公式中的参考走时与实测走时进行比较，对于vz没有径向变化的地层，参考走时与实测走时一致；当声速沿径向增加时，实测走时是射线由浅到深进入地层后再折射回来的时间，由于上述公式中的vz为最大穿透深度的速度，因此，由上述公式(3)计算出的参考走时比实测走时要小，即：实测走时滞后于参考走时。
为了将近井壁地层纵波速度变化，更直观地展示出来，需建立一个速度模型，通过不断更新速度模型，令参考走时与实测走时重合或者相接近，此时的速度模型，就是要求取的绝对速度剖面，同时，可以获得相对速度剖面。
②用压裂后的径向速度剖面结果减去压裂前的径向速度剖面结果，便得到压裂前、后的径向速度剖面之差，根据径向速度剖面之差的变化可以直接进行压裂效果评价。
第四步：计算压裂前的储层物性参数曲线、岩石力学参数曲线；
⑴采用中子、密度交会图法，计算得到地层孔隙度曲线：POR，使用Timur公式，计算得到地层渗透率曲线：PERM；
⑵利用地层密度曲线、地层横波时差，计算剪切模量，公式如下：
Figure BDA0003217060310000071
式中，ρ是常规测井测量密度值，VS是横波时差值。
⑶利用剪切模量、地层纵波时差、地层密度，计算体积模量，公式如下：
Figure BDA0003217060310000072
式中，VP是纵波时差值。
⑷利用剪切模量、体积模量，计算杨氏模量，公式如下：
Figure BDA0003217060310000073
⑸利用体积模量、杨氏模量，计算泊松比，公式如下：
Figure BDA0003217060310000081
⑹利用杨氏模量、泊松比，计算脆性指数，公式如下：
Figure BDA0003217060310000082
第五步：将第四步计算的物性参数曲线、岩石力学参数曲线与压裂前、后的径向速度剖面之差进行对比分析，提取与径向速度剖面之差一致性较好的孔隙度参数、岩石脆性指数参数与体积模量参数曲线；发现孔隙度、岩石脆性指数与体积模量与压裂前、后的径向速度剖面之差对应性较好；
将计算所得物性参数，如：孔隙度、渗透率等，岩石力学参数，如：剪切模量、体积模量、泊松比、脆性指数等，分别与压裂前、后的径向速度剖面之差进行对比。通过对比分析，发现孔隙度、岩石脆性指数与体积模量与径向速度剖面之差对应性较好。
第六步：将孔隙度、岩石脆性指数与体积模量进行拟合，得到与压裂前、后的径向速度剖面之差更为吻合的BPB曲线；
将第五步中所得一致性较好的三个敏感参数曲线与压裂前、后的径向速度剖面之差曲线进行拟合，得到重构曲线BPB，曲线表达式如下：
Figure BDA0003217060310000083
第七步：计算单井压裂前的储层物性参数曲线、岩石力学参数的BPB曲线，对本井的压裂效果进行预评估；
利用公式(9)，计算单井压裂前的BPB曲线，进而对本井的压裂效果进行预评估，指导压裂方案的井段优选等设计内容。
下面，通过实际例子对本发明的一种海上中、高孔渗砂岩压裂效果预评估方法作进一步说明。
如图2所示，图2为渤海油田垦利区块某井砂泥岩段岩石力学参数与压裂前、后径向速度剖面之差对比效果图。
该图主要岩性为砂泥岩，最大孔隙度约为30％，射孔层段为3352.0-3358.0m；根据压裂前、后径向速度剖面之差结果，表明储层发生明显变化的区域主要集中在3349.0-3361.0m及3366.0-3374.0m内，当储层物性变好时，物性对于压裂效果的影响，高于岩石本身力学性质影响，这导致了常用于低孔深储层压裂评价的岩石力学参数响应与压裂效果对应性变差，其中，只有岩石脆性指数BRIT、体积模量BMOD两项参数与压裂效果对应关系较好。
如图3所示，图3为上述同井同层段的部分常规测井曲线、物性参数与径向速度剖面之差对比效果图；其结果表明在中、高孔隙度段，孔隙度曲线与径向速度剖面之差存在良好对应关系。
如图4所示，图4为重构后的压裂效果预评估曲线BPB与径向速度剖面之差对比效果图；其结果表明，BPB曲线比岩石力学、常规测井曲线、储层物性参数与径向速度剖面之差对应性更好，能够更加准确地对储层压裂效果进行预评估。
上述未作说明的技术为现有技术，故不再赘述。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种海上中、高孔渗砂岩压裂效果预评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：采集目的区块内井压裂前、后的常规测井资料及阵列声波测井资料；
第二步：计算压裂前、后阵列声波的地层纵、横波时差及走时；
第三步：计算压裂前、后阵列声波的径向速度剖面之差；
第四步：计算压裂前的储层物性参数曲线、岩石力学参数曲线；
第五步：将第四步计算的物性参数曲线、岩石力学参数曲线与压裂前、后的径向速度剖面之差进行对比分析，提取与径向速度剖面之差一致性较好的孔隙度参数、岩石脆性指数参数与体积模量参数曲线；
第六步：将孔隙度、岩石脆性指数与体积模量进行拟合，得到与压裂前、后的径向速度剖面之差更为吻合的BPB曲线；
第七步：计算单井压裂前的储层物性参数曲线、岩石力学参数的曲线，对本井的压裂效果进行预评估。
2.根据权利要求1所述的海上中、高孔渗砂岩压裂效果预评估方法，其特征在于，所述第一步中的具体作法为：在给定深度区间内，在压裂前、后的井中分别进行常规测井和阵列声波测井，以获得压裂前、后的常规测井数据，即：自然地伽马、井径、中子、密度及阵列声波全波列数据。
3.根据权利要求1所述的海上中、高孔渗砂岩压裂效果预评估方法，其特征在于，所述第二步中的具体作法为：采用公式(1)的STC法分别处理压裂前、后的阵列声波全波列数据，以获取压裂前、后的地层纵波时差、横波时差；然后，结合声波测井仪器结构、井眼流体速度，采用公式(2)积分法计算压裂前、后的地层纵波、横波到时，以计算地层横波时差为例，说明到时计算原理；
Figure FDA0003217060300000011
对整个波形或者波形中的某一时段以及给定的慢度区间按公式(1)计算出二维相关函数Corr(s，T)，当相关函数取极大值时对应的s值，便求出了地层纵、横波时差；
TTS＝DTF×(CAL-TXDIA+CAL-RXDIA)/2+DTS×TRSP (2)。
4.根据权利要求3所述的海上中、高孔渗砂岩压裂效果预评估方法，其特征在于，所述公式(1)中，Dm：表示是阵列波形中第m个接收换能器上的波形，d：表示声波接收换能器的间隔，Tw：表示表示函数积分的时间窗长，N：表示接收器总数，m：表示第m个接收器，s：表示慢度值；
公式(2)式中，DTF：表示井眼流体速度，通常为：189us/ft，CAL：表示井径，TXDIA：表示发射器探头直径，RXDIA：表示接收器探头直径，DTS：为采用STC法所得地层横波时差，TRSP：表示地层横波沿发射器与接收器之间地层滑行的距离。
5.根据权利要求1所述的海上中、高孔渗砂岩压裂效果预评估方法，其特征在于，所述第三步的具体作法为：
①对压裂前、后的阵列声波数据分别进行径向速度剖面反演；以计算出声波传播到阵列声波中第一个接收器的走时，并将其定义为参考走时：TTref，公式如下：
Figure FDA0003217060300000021
将上述公式中的参考走时与实测走时进行比较，对于vz没有径向变化的地层，参考走时与实测走时一致；当声速沿径向增加时，实测走时是射线由浅到深进入地层后再折射回来的时间，由于上述公式中的vz为最大穿透深度的速度，因此，由上述公式(3)计算出的参考走时比实测走时要小，即：实测走时滞后于参考走时；
为了将近井壁地层纵波速度变化，更直观地展示出来，需建立一个速度模型，通过不断更新速度模型，令参考走时与实测走时重合或者相接近，此时的速度模型，就是要求取的绝对速度剖面，同时，可以获得相对速度剖面；
②用压裂后的径向速度剖面结果减去压裂前的径向速度剖面结果，便得到压裂前、后的径向速度剖面之差，根据径向速度剖面之差的变化可以直接进行压裂效果评价。
6.根据权利要求5所述的海上中、高孔渗砂岩压裂效果预评估方法，其特征在于，所述公式(3)中，vz：表示阵列声波处理提取的地层纵波声速曲线，为最大穿透深度的速度；积分上、下限分别为：声源s和第一个接收器R1的深度位置；TTf：表示纵波在井中流体的传播时间。
7.根据权利要求1所述的海上中、高孔渗砂岩压裂效果预评估方法，其特征在于，所述第四步中的具体作法为：
⑴采用中子、密度交会图法，计算得到地层孔隙度曲线：POR，使用Timur公式，计算得到地层渗透率曲线：PERM；
⑵利用地层密度曲线、地层横波时差，计算剪切模量，公式如下：
Figure FDA0003217060300000031
式中，ρ：表示常规测井测量密度值，VS：表示横波时差值；
⑶利用剪切模量、地层纵波时差、地层密度，计算体积模量，公式如下：
Figure FDA0003217060300000032
式中，VP：表示纵波时差值；
⑷利用剪切模量、体积模量，计算杨氏模量，公式如下：
Figure FDA0003217060300000033
⑸利用体积模量、杨氏模量，计算泊松比，公式如下：
Figure FDA0003217060300000034
⑹利用杨氏模量、泊松比，计算脆性指数，公式如下：
Figure FDA0003217060300000035
8.根据权利要求1所述的海上中、高孔渗砂岩压裂效果预评估方法，其特征在于，所述第五步中的具体作法为：将计算所得物性参数，如：孔隙度、渗透率，岩石力学参数，如：剪切模量、体积模量、泊松比、脆性指数，分别与压裂前、后的径向速度剖面之差进行对比。
9.根据权利要求1所述的海上中、高孔渗砂岩压裂效果预评估方法，其特征在于，所述第六步中的具体作法为：
将第五步中所得一致性较好的三个敏感参数曲线与压裂前、后的径向速度剖面之差曲线进行拟合，得到重构曲线BPB，曲线表达式如下：
Figure FDA0003217060300000041
10.根据权利要求1或8所述的海上中、高孔渗砂岩压裂效果预评估方法，其特征在于，所述第七步中的具体作法为：利用公式(9)，计算单井压裂前的BPB曲线，进而对本井的压裂效果进行预评估，指导压裂方案的井段优选的设计内容。
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