CN114893174B - 一种基于多因素耦合的砂岩储层可压裂性评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多因素耦合的砂岩储层可压裂性评价方法，包括：(1)获取储层地质评价参数并进行预处理，以试气产量作为量化结果，求取地质评价参数对应的权重系数，获取得到第一评价指标；(2)获取地质力学评价参数并进行预处理，以裂缝复杂度作为量化结果，求取地质力学评价参数对应的权重系数，获取得到第二评价指标；(3)利用第一评价指标和第二评价指标，进行砂岩储层可压裂性综合评价。本申请综合考虑了储层地质情况、岩石矿物、地应力、天然裂缝等因素对储层可压裂性的耦合关系，采用了裂缝复杂度作为量化结果来评价地质力学评价参数的权重，其更加合理可靠。
Description
技术领域
本发明涉及石油与天然气开发技术领域，特别是涉及到一种基于多因素耦合的砂岩储层可压裂性评价方法。
背景技术
近年来，油气行业发展迅速，油气资源需求量上升明显，目前常规的油气资源开采现无法解决各国对于能源的巨大需求，从而石油工业开发重心转向具有巨大开采潜力的非常规油气。致密油气藏是世界上最早投入勘探、开发、生产，并取得了巨大的成功的非常规油气藏。致密砂岩油气藏储集于致密砂岩储层，储层一般表现出低渗透-特低渗透性质，常规技术开发收益较为低下，需通过大规模的压裂技术才能获得效益。
为了找出有利的油气井和储层，在压裂前进行研究层段的课压裂性研究能够显著地提高压裂的技术效果。目前的可压裂性评价方法主要分为经验方法和定量评价方法。经验法是指在综合考虑压裂井层的物性条件和地层能量的基础上，借鉴历史压裂井资料，从地层对比、动态分析、测试资料、测井曲线对比等多角度进行分析和评价。基于经验的选井选层方法，压裂效果取决于分析人员对油藏地质认识，不同的分析人员可能会得到不同的分析结果。该方法工作重复性高，分析工作量大，并且这些过程没有形成记忆的累计，单井分析成果经验的累计，所以也没有普遍的适用性。定量评价方法是结合压裂理论，利用数学分析方法，建立压裂效果与影响因素的模型，通过分析各个影响因素的权重，最终得出定量评价压裂效果的技术指标，从而提高可压裂性地质综合评价的准确性。
但是，目前的可压裂性综合评价方法中，还没有一种考虑了储层地质情况、岩石矿物、地应力、天然裂缝等多种因素耦合的评价方法。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于多因素耦合的砂岩储层可压裂性评价方法。
本发明是这样实现的，一种基于多因素耦合的砂岩储层可压裂性评价方法，所述基于多因素耦合的砂岩储层可压裂性评价方法包括以下步骤：
(1)获取储层地质评价参数，地质评价参数包括：有机碳含量、含水饱和度、孔隙度、渗透率，对地质评价参数进行预处理，以试气产量作为量化结果，求取各个地质评价参数对应的权重系数，根据预处理后的地质评价参数值以及权重系数，获取得到第一评价指标；
(2)获取储层地质力学评价参数，地质力学评价参数包括：脆性指数、杨氏模量、剪胀角、耗散能、断裂韧性、逼近角、地应力差异系数、地应力差，对地质力学评价参数进行预处理，以裂缝复杂度作为量化结果，求取地质力学评价参数对应的权重系数，根据预处理后的地质力学评价参数值以及权重系数，获取得到第二评价指标；
(3)利用第一评价指标和第二评价指标，进行砂岩储层可压裂性综合评价。
优选地，所述预处理包括：
An＝(A-Amin)/(Amax-Amin)
式中，An为A参数预处理后所对应的数值，
A为储层获取的A参数的数值，
Amax和Amin为储层获取的A参数的最大数值和最小数值。
优选地，第一评价指标的获取方法为：
F1＝ω1Gn+ω2φn+ω3kn+ω4Swn
其中，F1为第一评价指标；
wi为权重系数；
Gn为预处理后的有机碳参数值；
φn为预处理后的孔隙度参数值；
kn为预处理后的渗透率参数值；
Swn为预处理后的含水饱和度参数值。
优选地，第二评价指标的获取方法为：
F2＝Bn(ω5En+ω6ψn+ω7Bcn)*[ω8(1-θ/θmax)+ω9Δσn*((σH-σh)/σH)]
其中，F2为第二评价指标；
wi为权重系数；
Bn为预处理后的脆性指数参数值；
En为预处理后的杨氏模量参数值；
ψn为预处理后的剪胀角参数值；
Bcn为预处理后的耗散能参数值；
θ为逼近角；
Δσn为预处理后的地应力差参数值。
优选地，通过X射线衍射图谱获取脆性指数，包括：①将岩样破碎研磨为岩石粉末，将同组岩石粉末分别用不同目数纱网筛出，对于筛选后的不同目数的岩石粉末，利用天平秤取所需质量的岩石粉末；②把粉末试样装入含有样品框的毛玻璃板上，均匀压紧，制作测量试片；③将粉末试样置入XRD射线衍射仪中，确定粉末试样的基线，获取衍射峰强度图线；④计算非粘土/粘土百分含量，完成粘土矿物组分分析，计算脆性指数。
优选地，通过声发射实验方法获取地应力，包括：将岩样置于岩心夹持器中，将岩样密封，将岩样的接触面密封；将声发射探头固定于岩样表面，将岩样放置于试验台上；给岩样加载围压；围压加载完成后，为岩样匀速加载轴压，记录加载轴压过程中的应力应变参数以及声发射信号，直至满足试验测试需求；根据实验测试结果，通过理论公式计算地应力。
优选地，通过SEM微观形貌测试试验识别天然裂缝发育情况。
优选地，求取地质力学评价参数对应的权重系数时，以裂缝复杂度作为量化结果，裂缝复杂度的计算方法如下：
Fc＝D(1-α/90)
其中，Fc为裂缝复杂度；
D为分维值；
α为岩石的破裂角。
优选地，所述利用第一评价指标和第二评价指标，进行砂岩储层可压裂性综合评价，包括：
利用步骤(1)中获取的第一评价指标和步骤(2)中获取的第二评价指标，在地质网格属性模型基础上，利用插值算法，对第一评价指标和第二评价指标进行插值计算，分别完成研究区域地质网格属性的第一模型和第二模型。
优选地，所述利用第一评价指标和第二评价指标，进行砂岩储层可压裂性综合评价，包括：
若研究井在第一模型与第二模型的地质属性模型中都属于优质可压裂井，则可选取研究井作为压裂目标对象。
优选地，所述利用第一评价指标和第二评价指标，进行砂岩储层可压裂性地质综合评价，包括：
对于目标压裂井，可以通过对比纵向不同层位上的第一评价指标和第二评价指标，若研究层段同时满足第一评价指标和第二评价指标，则可选取研究层段作为压裂目标对象。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
本申请综合考虑了储层地质情况、岩石矿物、地应力、天然裂缝等因素砂岩储层可压裂性的综合影响，通过第一评价指标和第二评价指标分别从地质参数以及地质力学参数储层可压裂性进行了综合评价。且在评价第二评价指标时，采用了裂缝复杂度作为量化结果来评价各个因素的权重，对于可压裂性综合评价中的地质力学因素考虑更加合理。本申请提出的基于多因素耦合的砂岩储层可压裂性评价方法有利于为现场压裂施工提供理论指导。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的方法步骤图。
图2是本发明实施例确定裂缝复杂度时分维值确定示意图。
图3是本发明实施例的纵向方向不同层位上的第一/二评价指标的模拟结果。
图4是本发明实施例的#1井、#2井的第一评价指标计算结果。
图5是本发明实施例的#1井、#2井的第二评价指标计算结果。
图6是本发明实施例的#1井、#2井的稳产期日产油量分布情况图。
图7是本发明实施例的#1井的主压裂施工曲线。
图8是本发明实施例#2井的主压裂施工曲线。
图9是本发明实施例的#1井、#2井的压裂施工压力分布情况图。
具体实施方式
结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。
针对现有技术存在的问题，如图1所示，本发明提供了一种基于多因素耦合的砂岩储层可压裂性评价方法，包括以下步骤：
(1)获取储层地质评价参数，地质评价参数包括：有机碳含量、含水饱和度、孔隙度、渗透率，对所述地质评价参数进行预处理，以试气产量作为量化结果，求取各个地质评价参数对应的权重系数，根据预处理后的地质评价参数值以及权重系数，获取得到第一评价指标；
地质条件是可压裂性地质综合评价的基础，通过油气渗流理论分析，本发明中优选有机碳含量、含水饱和度、孔隙度、渗透率作为影响选井选层的因素。其相关参数通过钻井数据、测井数据、岩心数据、室内测试等本领域技术人员熟知的手段获取后，需要进行预处理。
对于步骤(1)中的预处理方法，其具体步骤如下：
An＝(A-Amin)/(Amax-Amin)
式中，An为A参数预处理后所对应的数值，
A为储层获取的A参数的数值，
Amax和Amin为储层获取的A参数的最大数值和最小数值。
第一评价指标的获取方法为：
F1＝ω1Gn+ω2φn+ω3kn+ω4Swn
其中，F1为第一评价指标；
wi为权重系数；
Gn为预处理后的有机碳参数值；
φn为预处理后的孔隙度参数值；
kn为预处理后的渗透率参数值；
Swn为预处理后的含水饱和度参数值。
(2)获取储层地质力学评价参数，地质力学评价参数包括：脆性指数、杨氏模量、剪胀角、耗散能、断裂韧性、逼近角、地应力差异系数、地应力差，对所述地质力学评价参数进行预处理，以裂缝复杂度作为量化结果，求取地质力学评价参数对应的权重系数，根据预处理后的地质力学评价参数值以及权重系数，获取得到第二评价指标；
在本申请中，通过以下优选实施例获取相应的参数，本领域技术人员也可以在不付出创造性劳动的情况下，采用本领域的其他常规技术手段获取相应的评价参数。
对于有脆性指数的获取，在本申请中可以选取X射线衍射的方法获取。通过检测图谱中特征强度峰值，根据X射线衍射图谱求取未知岩样中某种矿物的组分分析，具体为：①将岩样破碎研磨为岩石粉末，将同组岩石粉末分别用不同目数纱网筛出，对于筛选后的不同目数的岩石粉末，利用天平秤取所需质量的岩石粉末；②把粉末试样装入含有样品框的毛玻璃板上，均匀压紧，制作测量试片；③将粉末试样置入XRD射线衍射仪中，确定粉末试样的基线，获取衍射峰强度图线；④计算非粘土/粘土百分含量，完成粘土矿物组分分析。通过获取矿物组分数据后，将泥质含量之外的矿物都作为脆性矿物，因此根据以下计算式获取得到脆性指数：
B＝(Wtol-Wsh)/Wtol
其中，B为脆性指数；
Wtol为总的矿物含量；
Wsh为泥质含量。
此外，本领域技术人员也可以选取测井资料计算脆性指数，其计算方法如下：
其中，B为脆性指数；
GR为测井资料的自然伽玛值；
GRmin为测井资料的自然伽玛最小值；
GRmax为测井资料的自然伽玛最大值；
GCUR为经验系数，一般对于新/老地层分别取值为3.7或2。
对于岩石力学参数-杨氏模量的获取，可以采用声波测井资料获取。由于井径过大处声波时差失真，井径过小处声波时差偏大，因此选取正常井径段的声波时差数据来评价地层孔隙压力。并在室内通过岩石力学实验建立动静态杨氏模量和泊松比之间的关系，从而能够得到动静态岩石力学参数的转换关系式，因此可以通过转换光系数获取杨氏模量、泊松比等岩石力学参数。
水平地应力可以通过室内实验测试，具体方式如下：通过声发射实验方法测试试样的撞击数统计图和撞击能量、振铃数关系图，其实验步骤为：将岩样置于岩心夹持器中，用热缩管将岩心密封，将岩样的接触面用自密封胶带密封；将声发射探头固定于岩样表面，将样件放置于试验台上；按照实验要求给岩样加载围压；围压加载完成后，为岩样匀速加载轴压，记录加载轴压过程中的应力应变参数以及声发射信号，直至满足试验测试需求。根据实验结果，通过理论计算公式即可确定地应力。
地应力数据获取后，即可求取对应的地应力差异系数、水平地应力差。
地应力差异系数为(σH-σh)/σH。
水平地应力差为Δσ＝σH-σh。
利用岩石力学实验测试获取的峰值应变等参数计算岩石剪胀角ψ、耗散能BC、断裂韧性KIC。
其中，剪胀角ψn可以通过变形公式计算或者通过测井资料获取。
耗散能BC的获取方式如下：
式中，
BC为耗散能；
εp、εr为测试得到的峰值应变的最大值与最小值；
σp、σr为测试得到的峰值应力的最大值与最小值；
通过扫描电镜微观形貌测试试验识别天然裂缝发育情况，通过测井资料获取岩心段裂缝平均走向角代表该层段裂缝的逼近角θ。具体步骤为：利用磁控离子溅射处理试样的表面；将处理后的试样置入扫描电镜载物台上，封闭载物仓，用二次电子束轰击扫描试样表面后，再应用特定的放大倍数观察试样表面，观察目标实验面的微观裂缝，获取试样的微观形貌图。
在获取了地质力学评价参数后，在求取地质力学评价参数对应的权重系数时，以裂缝复杂度作为量化结果，裂缝复杂度的计算方法如下：
Fc＝D(1-α/90)
其中，Fc为裂缝复杂度；
D为分维值；
α为岩石的破裂角；岩石破裂角岩样破裂时，主破裂面与岩石中轴线的夹角。
其中在确定分维值D时，如图2所示，采用边长δ为的正方形网格覆盖整个岩芯，统计包含有裂缝的正方形物体数目，逐步改变正方形网格的边长统计相应的N(δ)，得到一系列N(δ)与δ的对应关系。然后在双对数坐标系中采用最小二乘法对该统计数据作回归分析，其回归直线的斜率即为岩芯上裂缝分布的分维值D。分维值D能够反映裂缝的复杂度，其值越大，裂缝越复杂，其值越小，裂缝越简单。
第二评价指标的获取方法为：
F2＝Bn(ω5En+ω6ψn+ω7Bcn)*[ω8(1-θ/θmax)+ω9Δσn*((σH-σh)/σH)]
(3)利用第一评价指标和第二评价指标，进行砂岩储层可压裂性综合评价；
利用步骤(1)中获取的第一评价指标和步骤(2)中获取的第二评价指标，在地质网格属性模型基础上，利用插值算法，对第一评价指标和第二评价指标进行插值计算，分别完成研究区域地质网格属性的第一模型和第二模型。
若研究井在第一模型与第二模型的地质属性模型中都属于优质可压裂井，则可选取研究井作为压裂目标对象。否则，可能会由于不满足地质条件或地质力学条件，引起压后效果较差。
对于目标压裂井，如图3所示，可以通过对比纵相不同层位上的第一评价指标和第二评价指标，若研究层段同时满足第一评价指标和第二评价指标，则可选取研究层段作为压裂目标对象。否则，该层段可能会由于不满足地质条件或地质力学条件，引起压后效果较差。同理。根据图3中计算得到的第二评价指标，本领域技术人员也可以预判地层压裂施工难度，从而预先对压裂设计进行指导。
在一个优选的实施例中，通过以下方式获取评价参数的权重系数：
(a)确定评价参数的子数列：
ri＝(ri1,ri2,L rim)
(b)确定某一地质评价参数的参考数列：
r0＝(r1,r2,L rm)
(c)确定函数矩阵，对于正相关参数，
对于负相关参数，
其中，(rij)min和(rij)max为样本的最小值和最大值；
(d)关系系数为：
其中，
Δi＝|x0(j)-xi(j)|
ρ为分辨系数，取值区间为[0,1]；
(e)确定关系度为：
(f)确定对应的权重系数为：
在一个优选的实施例中，如地层天然裂缝不发育，则可以忽略评价参数逼近角的影响，此时第二评价指标为：
F2＝Bn(ω5En+ω6ψn+ω7Bcn)*[ω9Δσn*((σH-σh)/σH)]
现场实例
选取了研究区块的两口井作为研究目标，通过测井数据以及室内实验测试得到的数据计算两口井的压裂评价指标，从而可以得到研究目标的第一/二评价指标分布情况。
如图4-5所示，#1井、#2井的第一评价指标主要分布在0.2-0.35、0.15-0.25，第二评价指标主要分布在0.5-0.75、0.35-0.6。
如图6所示，#2井的第一评价指标平均值高于#1井，因此从地质参数评价角度来看，#2的可压性较好；而#1井的第二评价指标平均值高于#2井，因此从地质力学评价角度来看，#1的可压性较好。
如图6所示，通过对两口井初期日产油量对比发现，#2井产油量远高于#1井，由此可见#2井的第一评价指标优于#1井，符合本申请得出的理论结果。
两口现场的实际主压裂施工曲线如图7-8所示，通过对比图7-8可以做出两口井的施工压力分布情况，如图9所示。从图9可以看出#2井破裂压力高于#1井12MPa左右，平均施工压力高于#1井3MPa左右，由此可见第二评价指标越高，压裂施工压力越小，符合本申请得出的理论结果。
虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于多因素耦合的砂岩储层可压裂性评价方法，包括以下步骤:
（1）获取储层地质评价参数，地质评价参数包括：有机碳含量、含水饱和度、孔隙度、渗透率，对地质评价参数进行预处理，以试气产量作为量化结果，求取各个地质评价参数对应的权重系数，根据预处理后的地质评价参数值以及权重系数，获取得到第一评价指标；
第一评价指标的获取方法为：
F 1=w 1 G n+ w 2 φ n+ w 3 k n+ w 4 S wn
其中，F 1为第一评价指标；
w i为权重系数；
G n为预处理后的有机碳参数值；
φ n为预处理后的孔隙度参数值；
k n为预处理后的渗透率参数值；
S wn为预处理后的含水饱和度参数值；
（2）获取储层地质力学评价参数，地质力学评价参数包括：脆性指数、杨氏模量、剪胀角、耗散能、断裂韧性、逼近角、地应力差异系数、地应力差，对地质力学评价参数进行预处理，以裂缝复杂度作为量化结果，求取地质力学评价参数对应的权重系数，根据预处理后的地质力学评价参数值以及权重系数，获取得到第二评价指标；
第二评价指标的获取方法为：
F 2=B n (w 5 E n+ w 6 Ψ n + w 7 B cn)*[ w 8(1-θ/θ max)+ w 9Δσ n *(σ H -σ h )/σ H ]
其中，F 2为第二评价指标；
w i为权重系数；
B n为预处理后的脆性指数参数值；
E n为预处理后的杨氏模量参数值；
Ψ n 为预处理后的剪胀角参数值；
B cn为预处理后的耗散能参数值；
θ为逼近角；
Δσ n 为预处理后的地应力差参数值；
（3）利用第一评价指标和第二评价指标，进行砂岩储层可压裂性综合评价。
2.如权利要求1所述的一种基于多因素耦合的砂岩储层可压裂性评价方法，所述预处理包括：
An=(A-Amin)/(Amax-Amin)
式中，An为A参数预处理后所对应的数值，
A为储层获取的A参数的数值，
Amax和Amin为储层获取的A参数的最大数值和最小数值。
3.如权利要求1所述的一种基于多因素耦合的砂岩储层可压裂性评价方法，通过X射线衍射图谱获取脆性指数。
4.如权利要求1所述的一种基于多因素耦合的砂岩储层可压裂性评价方法，通过声发射实验方法获取地应力。
5.如权利要求1所述的一种基于多因素耦合的砂岩储层可压裂性评价方法，通过SEM微观形貌测试试验识别天然裂缝发育情况。
6.如权利要求1所述的一种基于多因素耦合的砂岩储层可压裂性评价方法，求取地质力学评价参数对应的权重系数时，以裂缝复杂度作为量化结果，裂缝复杂度的计算方法如下：
F c=D(1-α/90)
其中，F c为裂缝复杂度;
D为分维值；
α为岩石的破裂角。
7.如权利要求1所述的一种基于多因素耦合的砂岩储层可压裂性评价方法，所述利用第一评价指标和第二评价指标，进行砂岩储层可压裂性综合评价，包括：
利用步骤（1）中获取的第一评价指标和步骤（2）中获取的第二评价指标，在地质网格属性模型基础上，利用插值算法，对第一评价指标和第二评价指标进行插值计算，分别完成研究区域地质网格属性的第一模型和第二模型。
8.如权利要求1所述的一种基于多因素耦合的砂岩储层可压裂性评价方法，所述利用第一评价指标和第二评价指标，进行砂岩储层可压裂性综合评价，包括：
若研究井在第一模型与第二模型的地质属性模型中都属于优质可压裂井，则可选取研究井作为压裂目标对象；
或对比纵向不同层位上的第一评价指标和第二评价指标，若研究层段同时满足第一评价指标和第二评价指标，则可选取研究层段作为压裂目标对象。
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