CN115030714A - 一种致密储层工程甜点的识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种致密储层工程甜点的识别方法,包括:进行表征与计算脆性指数;利用地应力测井评价确定水平应力差异系数;基于岩心实验建立不同围压下峰后断裂能密度与杨氏模量的拟合公式,利用峰后断裂能密度可定量表征致密砂岩断裂韧性值;建立基于测井解释确定致密砂岩的天然裂缝指数;利用判断矩阵方法确定各评价参数的权重值,通过独立性权重系数模型确定致密储层中的工程甜点指数,用于识别致密砂岩储层中的工程甜点。通过对致密砂岩储层工程甜点参数的分析,确定了致密砂岩储层工程甜点主要参数为脆性指数、水平应力差异系数、断裂韧性值和天然裂缝指数,利用现有的岩石力学实验数据及测井资料准确识别致密砂岩储层的工程甜点。
Description
技术领域
本发明涉及地质勘探开发技术领域,具体地说,涉及一种致密储层工程甜点的识别方法。
背景技术
我国致密储层油藏多为陆相沉积,具有渗透率极低,孔隙不发育,地层能量不足,气油比偏低,原油黏度高,岩石塑性矿物含量高的特点,这造成致密砂岩储层区块单井产量在平面上存在着较大差异,出现了单井产量低、油藏开采差异大等问题,因此一般需要进行压裂增产才能形成工业产能,而甜点是直接影响压裂改造效果的重要地质因素。致密储层中的甜点是指储层中具有较好的地质品质,并且比较容易进行工程压裂改造的层段,尤其是致密储层中甜点的有效识别对于降低致密砂岩勘探开发成本,提高压后产量及最终采收率具有重要意义。
“甜点”一词较早起源于国外学者Shurr,George W对非常规浅层生物气成因天然气系统的研究,主要有两层含义:一是在盆地中最好的含气地理区域;二是产气的最佳地理区域。目前我国众多学者侧重于页岩成藏和含气条件,为页岩气探勘开发选区和评价做出了重要贡献,丰富了页岩气勘探开发选区评价指标和方法。
工程甜点主要是针对压裂工程而提出的概念,若是工程甜点,则说明压裂容易,所需要的压裂成本低;反之,则说明压裂难,需要的压裂成本高。
为确保压裂设计与施工工艺具有针对性,开展储层工程甜点识别研究,进一步认识储层条件下不同压裂工艺能否形成复杂裂缝。储层的压裂性受多种因素的影响,如地质条件、储层特性、岩石力学参数、天然裂缝发育程度等。借鉴国内外学者的研究成果,根据区块储层实际特点,建立了考虑脆性指数、断裂韧性值、应力差异、天然裂缝等影响储层压裂性关键的工程甜点参数,储层质量好对应于地层物性好、油气丰度高和有机质含量高,完井质量好对应于地层具有更高的脆性、更有利于压裂、工程改造成本低和压裂后具有更好的流动性质。
基于目前国内外致密砂岩油藏的勘探开发实践,储层压裂改造是致密砂岩油井增产的一项有效措施。一些学者提出许多由于内部流体压力导致岩石破裂的力学理论,水力压裂过程中,超过地层破裂强度都可造成裂缝。国外学者就工程甜点参数在水力裂缝延伸扩展以及水平井产能方面所起的作用做过很多论述。因此致密储层压裂改造工程甜点定义有两层含义:一是增加裂缝网络的复杂程度,二是有利于提高储层改造体积;其岩石力学参数主要包括水平应力差、脆性指数、最小水平主应力等。目前现有的工程甜点评价方法主要以页岩储层为主。对于致密砂岩的研究较少。在工程甜点储层改造研究初期,主要采用脆性指数进行工程甜点识别,如果岩石脆性指数较高则说明岩石很容易压裂。然而实践中发现脆性指数较高的层段并不完全是优良可压裂层段。为了克服单一影响因素的片面性,目前有多种方法,但是尚未有合理的参数来描述和表征致密储层的工程甜点。
因此,亟需一种能够利用现有岩心实验数据和测井资料准确识别致密储层工程甜点的方法。
发明内容
针对上述技术问题,本发明提供一种致密储层工程甜点的识别方法,包括以下步骤:
S1、根据储层矿物含量、岩石力学性质、岩心实验进行表征与计算脆性指数值;
S2、利用地应力测井评价确定水平应力差异系数;
S3、基于岩心实验建立不同围压下峰后断裂能密度与杨氏模量的拟合公式,利用峰后断裂能密度可定量表征致密砂岩断裂韧性值;
S4、根据裂缝对深感应、浅感应电阻率以及声波时差的响应特征差异,建立基于测井解释确定致密砂岩的天然裂缝指数;
S5、根据致密储层的脆性指数、应力差异系数、断裂韧性值和天然裂缝指数,利用判断矩阵方法确定各评价参数权重值,通过独立性权重系数模型确定致密储层中的工程甜点指数,用于识别致密砂岩储层中的工程甜点。
其中,S1中,基于岩心实验确定脆性矿物在岩石中的质量百分含量结合弹性模量定义,用以确定致密储层脆性指数:
计算致密储层脆性指数:
其中:fi为第i种矿物的质量含量百分比;Ei、vi分别是第i种矿物的杨氏模量与泊松比;Emax、vmin为各类矿物中杨氏模量的最大值和泊松比的最低值。
S1和S2中,根据储层矿物含量、岩石力学性质或岩心实验方法进行表征与计算脆性指数值,以及利用地应力测井评价确定水平应力差异系数包括:
根据室内岩心实验中脆性矿物在岩石中的百分含量并与弹性模量定义相结合,以此确定脆性指数;
根据研究区的实际地质背景,依据地应力测井评价资料计算最大水平主应力和最小水平主应力;以此确定水平应力差异系数。
所述水平应力差异系数为:
其中:Pp为地层孔隙压力,可基于EATON法进行测井评价;ω1,ω2为构造应力系数,由岩心室内实验的地应力标定获取;ρ为密度,单位:m3/s;H为深度,单位:m;h为地层厚度,单位:m;VP为纵波速度,单位:m/s;VS为横波速度,单位:m/s;α为Boit系数,即有效应力系数,取值为1;σH表示最大水平主应力,单位:MPa;σh表示最小水平主应力,单位:MPa。
其中,所述断裂韧性值为:
WF=32.4+0.0237E2-1.59E
KC=014671lm WF+0.263
其中:WF为岩石断裂能密度,N·mm/mm3;KC为考虑断裂韧性值的工程甜点指数。
S4中根据建立不同围压下峰后断裂能密度与杨氏模量的拟合公式计算断裂韧性值,以及利用裂缝对深感应电阻率、浅感应电阻率及声波时差的响应特征差异确定致密砂岩的天然裂缝指数包括:
根据岩心实验建立不同围压下峰后断裂能密度与杨氏模量的拟合公式,利用峰后断裂能密度计算研究区致密砂岩的断裂韧性值;
根据裂缝对深感应电阻率、浅感应电阻率以及声波时差的响应特征差异比值特征参数计算天然裂缝指数。
其中,所述天然裂缝指数为:
式中:FI为考虑天然裂缝发育程度的可压裂性指数;RILS为浅感应电阻率,Q·m;RILD为深感应电阻率,Q·m;ACimax、ACimin、ACiavg分别为每i个数据组的最大、最小和平均声波时差,us/ft。
S5包括:
根据研究区域内的工程甜点参数的数据极值进行归一化处理,所述工程甜点参数包括脆性指数、应力差异系数、断裂韧性值和天然裂指数;
通过判断矩阵的方法,确定评价模型中归一化的工程甜点的参数的权重值,利用独立性权重系数模型计算工程甜点指数;
根据各工程甜点指数识别致密储层中的可压裂改造工程甜点。
所述表征工程甜点指数根据下式计算:
式中:XE为工程甜点指数;n为工程甜点参数的数量,n等于4;Wi为各工程甜点参数对应的权重;Xi为归一化处理后的工程甜点参数。
S5中所述判断矩阵表示某一层元素之间相对于上一层元素的重要程度,利用比例标度来表示这种程度,用工程甜点相关的各参数Xi对比后的标度值构造判断矩阵。
本发明的实施例利用脆性指数、水平应力差异系数、断裂韧性值和天然裂缝指数来定量表征致密储层的工程甜点,能够利用现有的实验数据和测井资料准确识别致密储层工程甜点,对选择致密储层压裂层段、预测压裂裂缝形态等非常重要,有利于提高致密砂岩储层的油气开发效率。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例共同用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。
图1为根据本发明实施例一的识别工程甜点的技术思路示意图;
图2为根据本发明实施例一的用于识别工程甜点的方法的步骤流程图,
图3为根据本发明实施例二的用于计算致密储层工程甜点结果的剖面图,
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,以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。
致密储层工程甜点是指有利于降低成本、高效率压裂施工的地质区域,如果工程甜点差则开采成本很高。目前工程开采过程中仅采用脆性指数来计算工程开发条件,由于考虑的参数单一,并不能全面准确地判断工程开发条件。因此,本发明实施例中的工程甜点参数包含有脆性指数、水平应力差异系数、断裂韧性值、天然裂缝指数。
致密砂岩储层开采成功的关键要素是水平段长度和大型体积压裂。钻遇水平井主要是为了提高致密油藏储层的泄油面积,采用大型体积压裂则更多强调形成多裂缝,甚至形成裂缝网络;因此,首先要计算致密储层工程甜点参数,好的工程甜点具有压裂施工容易,且压裂成本低的特点。致密储层工程甜点研究对选择致密储层压裂层段、预测压裂裂缝形态等非常重要,有利于提高致密油气藏开发效率,提升致密油气采收率。
本发明通过对致密储层工程甜点参数的分析,确定了致密储层工程甜点主要参数为脆性指数、水平应力差异系数、断裂韧性值和天然裂缝指数。
致密储层脆性指数是影响致密储层压裂难易程度、成本高低的一个重要参数,也是压裂层位优选的依据,准确计算致密储层脆性指数有利于降低压裂成本、提高压裂效率。
致密储层水平应力差异系数作为一个重要的工程甜点参数,可准确确定致密储层有效应力,有利于压裂层位优选,降低致密储层勘探、开发成本,决定压裂后的裂缝形态,甚至为致密储层钻井和工程施工提供方案支持。
致密储层断裂韧性值同样是一个重要的工程甜点指数,可较为直观反映出岩石的脆性破坏特征,用于判断裂缝扩张难易程度,是影响储层压裂难易程度的主要因素,同时也反映压裂过程中裂缝形成后维持裂缝向前延伸的能力,有利于形成体积压裂缝网,提高致密储层的开发效果。
此外,天然裂缝指数也是必要的工程甜点参数之一,在压裂过程中,天然裂缝和诱导裂缝相互影响,人工裂缝可以使天然裂缝重新张开并相互沟通,天然裂缝也可以改变诱导裂缝的延伸方向,产生下一级诱导裂缝,并最终形成复杂裂缝体系。天然裂缝长度越长、密度越大,储层工程压裂改造效果就越好,同时裂缝导流能力也越好,改造后越容易形成高产。
以下结合具体实施例对本发明的用于识别工程甜点的方法和识别结果进行说明。
实施例一
本实施例中识别致密储层工程甜点的技术思路如图1所示,首先根据岩心实验脆性矿物含量和声波测井计算储层脆性指数;根据地应力测井求取最大水平主应力和最小水平主应力计算水平应力差异系数;利用岩石力学实验数据可以计算断裂韧性值;利用测井数据中的深、浅感应电阻及声波时差计算天然裂缝指数,用这四个参数确定致密储层工程甜点指数。
图2是根据本实施例的用于识别致密储层工程甜点的方法的步骤流程图。以下结合图2对本实施例提供的识别方法进行详细说明。
在步骤S1中,根据储层矿物含量,根据储层矿物含量、岩石力学性质、岩心实验等多种方法进行表征与计算脆性指数值。其中可根据静态岩心实验确定脆性矿物的含量,并根据声波测井资料确定致密储层的杨氏模量和泊松比数值。然后根据脆性矿物在岩石中的质量百分含量和弹性模量定义相结合的方式计算致密储层的脆性指数。
具体而言,由致密储层岩心实验确定脆性矿物在岩石中的质量百分含量与弹性模量定义相结合,计算得到致密储层的脆性指数值为:
其中:Wqtz为石英含量;Wcarb为碳酸盐含量,Wtotal为总矿物含量;为归一化处理的杨氏模量,为经过归一化处理的泊松比;fi为第i种矿物的质量含量百分比;Ei、vi分别是第i种矿物的杨氏模量与泊松比;Emax、vmin为各类矿物中杨氏模量的最大值和泊松比的最低值。
本步骤中,准确计算致密储层脆性指数有利于压裂层位的优选,能够降低压裂成本,提高压裂效率。
在步骤S2中,利用地应力测井评价可准确确定致密储层有效应力,由此确定水平应力差异系数。
具体而言,利用地应力测井数据确定最大水平应力和最小水平主应力,以此可计算水平应力差异系数。
其中:Pp为地层孔隙压力,可基于EATON法进行测井评价;ω1,ω2为构造应力系数,由岩心室内实验的地应力标定获取;ρ为密度,单位:m3/s;H为深度,单位:m;h为地层厚度,单位:m;VP为纵波速度,单位:m/s;VS为横波速度,单位:m/s;α为Boit系数(有效应力系数,通常取值为1);σH表示最大水平主应力,单位:MPa;σh表示最小水平主应力,单位:MPa。
本步骤中,可准确确定致密储层有效应力,有利于压裂层位优选,降低致密储层勘探、开发成本,决定压裂后的裂缝形态,甚至为致密储层钻井和工程施工提供方案支持。
在步骤S3中,峰后断裂能密度定量表征致密砂岩断裂韧性值。
具体而言,基于岩心实验建立不同围压下峰后断裂能密度与杨氏模量的拟合公式,利用峰后断裂能密度可定量表征致密砂岩断裂韧性值
WF=32.4+0.0237E2-1.59E
KC=0.14671ln WF+0.263
其中:WF为岩石断裂能密度,N·mm/mm3;KC为考虑断裂韧性值的工程甜点指数。
需要说明的是,储层岩石的破坏行为本质上是能量耗散和释放的宏观体现,峰后断裂能反映裂纹扩展所消耗的能量,是决定岩石是否发生断裂的本质因素。岩石断裂能越大,压裂裂缝宽度越小,裂缝长度越大。杨氏模量对岩石断裂能的大小和裂缝的形成有直接的影响,
本步骤中,断裂韧性值是影响储层压裂难易程度的主要因素,同时也反映压裂过程中裂缝形成后维持裂缝向前延伸的能力,有利于形成体积压裂缝网,提高致密储层的开发效果。
在步骤S4中,利用测井解释数据得到致密储层天然裂缝指数。
具体而言,根据裂缝对深感应、浅感应电阻率以及声波时差的响应特征差异,建立基于测井解释计算致密砂岩的天然裂缝指数值为;
式中:FI为考虑天然裂缝发育程度的可压裂性指数;RILS为浅感应电阻率,Q·m;RILD为深感应电阻率,Q·m;ACimax、ACimin、ACiavg分别为每i个数据组的最大、最小和平均声波时差,us/ft。
本步骤中,天然裂缝和诱导裂缝相互影响,人工裂缝可以使天然裂缝重新张开并相互沟通,天然裂缝也可以改变诱导裂缝的延伸方向,产生下一级诱导裂缝,并最终形成复杂裂缝体系。天然裂缝长度越长、密度越大,储层工程压裂改造效果就越好,同时裂缝导流能力也越好,改造后越容易形成高产。
在步骤S5中,根据致密储层的脆性指数、水平应力差异系数、断裂韧性值和天然裂缝指数,利用判断矩阵方法确定各评价参数权重,通过独立性权重系数模型确定致密储层工程甜点指数,用于识别致密储层中的工程甜点。
在上述步骤中,确定了影响致密储层工程甜点的主要参数为脆性指数、水平应力差异系数、断裂韧性值和天然裂缝指数,对于某一致密储层研究区块,应用岩心数据和测井资料计算出这四个参数,通过判断矩阵的方法计算脆性指数、水平应力差异系数、断裂韧性值、天然裂缝指数的权重值。
本步骤中,首先利用判断矩阵表示某一层元素之间相对于上一层元素的重要程度,在表1中1~9的比例标度来表示这种程度,表2用以表示与工程甜点相关的各参数对比后的标度值构造判断矩阵。
表1判断矩阵标度
表2判断矩阵
接下来,计算判断矩阵的最大特征及其对应的特征向量,同时模拟不同因素对压裂改造体积的影响程度,从而确定工程压裂可改造性各影响因素的权重,可得脆性指数、水平应力差异系数、断裂韧性值、天然裂缝指数所对应的权重值分别为0.15,0.24,0.10,0.51。
然后,利用独立性权重系数模型计算工程甜点指数。根据下式计算致密储层的工程甜点指数:
其中:n为工程甜点参数的数量,n等于4;Wi为各工程甜点参数对应的权重;Xi为归一化处理后的工程甜点参数。
最后,将工程甜点系数与预设的工程甜点阈值值比较,来判断致密储层某一研究区块甜点优劣程度。优选地,将工程甜点阙值设定为0.30。则XE大于0.30说明工程甜点为优,小于0.30说明工程甜点为劣。XE数值越大,则工程甜点越好。
容易理解,可根据致密储层某一研究区块的实际情况分别设定不同的工程甜点阙值,已达到准确的判定结果。并不以此示例限制本发明。
综上所述,本实施例确定了致密储层工程甜点主要参数为脆性指数、水平应力差异系数、断裂韧性值和天然裂缝指数,利用判断矩阵方法确定各工程甜点参数的权重,通过独立权重系数模型计算工程甜点指数,以此可定量识别致密储层中的工程甜点。
实施例二
本实施例利用中国鄂尔多斯盆地某区块致密储层生产井的静态岩心实验数据和测井资料为例,示例性说明致密储层工程甜点的识别结果。
根据区块X1井测井解释数据,计算了储层脆性指数、应力差异系数、断裂韧性值指数、天然裂缝指数等影响致密储层工程甜点的关键参数,并计算形成综合工程甜点指数。
根据图3可知:工程甜点指数越大,通过压裂施工产生的裂缝形态越复杂,储层的压裂改造性级别越高;工程甜点指数越小,压裂施工产生的裂缝形态越简单,储层的压裂改造性级别越低。当工程甜点指数大于0.60的储层为一级储层,可压裂改造性好;工程甜点指数为0.30-0.60的为二级储层,可压裂改造性一般,需要通过增大施工净压力或者其他辅助措施提高改造效果;工程甜点指数小于0.30的储层为三级储层,可压裂改造性差。
虽然本发明所公开的实施方式如上,但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式,并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员,在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下,可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化,但本发明的专利保护范围,仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种致密储层工程甜点的识别方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、根据储层矿物含量、岩石力学性质、岩心实验进行表征与计算脆性指数值;
S2、利用地应力测井评价确定水平应力差异系数;
S3、基于岩心实验建立不同围压下峰后断裂能密度与杨氏模量的拟合公式,利用峰后断裂能密度可定量表征致密砂岩断裂韧性值;
S4、根据裂缝对深感应、浅感应电阻率以及声波时差的响应特征差异,建立基于测井解释确定致密砂岩的天然裂缝指数;
S5、根据致密储层的脆性指数、应力差异系数、断裂韧性值和天然裂缝指数,利用判断矩阵方法确定各评价参数权重值,通过独立性权重系数模型确定致密储层中的工程甜点指数,用于识别致密砂岩储层中的工程甜点。
3.根据权利要求1所述的一种致密储层工程甜点的识别方法,其特征在于,S1和S2中,根据储层矿物含量、岩石力学性质或岩心实验方法进行表征与计算脆性指数值,以及利用地应力测井评价确定水平应力差异系数包括:
根据室内岩心实验中脆性矿物在岩石中的百分含量并与弹性模量定义相结合,以此确定脆性指数;
根据研究区的实际地质背景,依据地应力测井评价资料计算最大水平主应力和最小水平主应力;以此确定水平应力差异系数。
5.根据权利要求4所述的一种致密储层工程甜点的识别方法,其特征在于,所述断裂韧性值为:
WF=32.4+0.0237E2-1.59E
KC=0.14671lnWF+0.263
其中:WF为岩石断裂能密度,N·mm/mm3;KC为考虑断裂韧性值的工程甜点指数。
6.根据权利要求1所述的一种致密储层工程甜点的识别方法,其特征在于,S4中根据建立不同围压下峰后断裂能密度与杨氏模量的拟合公式计算断裂韧性值,以及利用裂缝对深感应电阻率、浅感应电阻率及声波时差的响应特征差异确定致密砂岩的天然裂缝指数包括:
根据岩心实验建立不同围压下峰后断裂能密度与杨氏模量的拟合公式,利用峰后断裂能密度计算研究区致密砂岩的断裂韧性值;
根据裂缝对深感应电阻率、浅感应电阻率以及声波时差的响应特征差异比值特征参数计算天然裂缝指数。
8.根据权利要求1所述的一种致密储层工程甜点的识别方法,其特征在于,S5包括:
根据研究区域内的工程甜点参数的数据极值进行归一化处理,所述工程甜点参数包括脆性指数、应力差异系数、断裂韧性值和天然裂指数;
通过判断矩阵的方法,确定评价模型中归一化的工程甜点的参数的权重值,利用独立性权重系数模型计算工程甜点指数;
根据各工程甜点指数识别致密储层中的可压裂改造工程甜点。
10.根据权利要求2所述的一种致密储层工程甜点的识别方法,其特征在于,S5中所述判断矩阵表示某一层元素之间相对于上一层元素的重要程度,利用比例标度来表示这种程度,用工程甜点相关的各参数Xi对比后的标度值构造判断矩阵。
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US11734914B1 (en) | 2022-09-27 | 2023-08-22 | Institute Of Geology And Geophysics, Chinese Academy Of Sciences | Method for evaluating geological and engineering sweet spots in unconventional reservoirs based on dual-energy computed tomography (CT) |
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