CN117789847A - 一种基于化学需氧量的压裂返排液影响因素主次分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于化学需氧量的压裂返排液影响因素主次分析方法,属于油田压裂液返排处理技术领域。步骤如下:(1)获取在不同施工条件及地面处理条件下得到的压裂返排液;(2)对获取到的不同影响因素下产生的压裂返排液进行化学需氧量分析,记录不同对比组化学需氧量数值;(3)确定压裂返排液化学成分影响因素的分析序列;(4)数据预处理;(5)计算分析子序列中的影响因素与分析母序列中评价指标的关联程度;(6)通过关联程度对压裂返排液化学成分的影响因素进行主次关系排序。本发明基于对油田现场压裂返排液化学需氧量的测试数据,分析了油田现场压裂返排液化学成分影响因素的主次关系排序。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于化学需氧量的压裂返排液影响因素主次分析方法,属于油田压裂液返排处理技术领域。
背景技术
压裂技术就是通过高压大排量的泵将压裂液注入油层,使其产生缝隙,从而实现渗透率提升和油井增产的储层改造技术。压裂后大量返排至地表的废液也叫压裂返排液,它根据压裂液性能的差异也带着不同的性质特点,其成分复杂、含有多种化学添加剂,导致处理难度较高。若不经过有效处理直接排放,会导致充填层流动能力下降、地层通道堵塞、地下设备腐蚀损伤以及破坏局部生态平衡等一系列问题。研究影响压裂返排液成分的影响因素的主次关系,是制定不同油田压裂返排液处理方案的前提,对油田的长效生产与储层的高效改造均具有重要意义。
但目前该领域的研究尚未出现针对研究压裂返排液化学成分影响主次因素排序的技术方法。中国专利文件CN114881230A公开了一种压裂液返排智能控制系统与装备,该系统使用机器学习方法建立了基于历史数据拟合的压裂液返排影响因素智能系统,但该系统研究的影响因素主要针对于压裂液返排率而非压裂返排液化学成分。中国专利文件CN117285190A公开了一种对油田压裂返排液进行处理的方法,但该方法仅针对压裂返排液进行了降污染工艺处理,并没有明确压裂返排液化学成分的影响因素及主次关系。
化学需氧量又称化学耗氧量(Chemical Oxygen Demand),简称COD。是利用化学氧化剂(如高锰酸钾)将水中可氧化物质(如有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等)氧化分解,然后根据残留的氧化剂的量计算出氧的消耗量。它和生化需氧量(BOD)一样,是表示水质污染度的重要指标。化学需氧量越大,说明水体受到的污染越严重。
目前大多数学者将对返排压裂液研究的目光聚焦于化学后处理方法,而对压裂返排液化学成分的影响因素主次关系少有提及。因此,针对压裂返排液化学成分的影响因素主次关系排序问题,亟需提出一种适用于简便可靠的压裂返排液化学成分的影响因素主次关系分析方法,以此为不同油田压裂返排液处理方案的制定提供参考依据,降低压裂返排液对矿场储层的负面影响。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种基于化学需氧量的压裂返排液影响因素主次分析方法,基于对油田现场压裂返排液化学需氧量的测试数据,分析了油田现场压裂返排液化学成分影响因素的主次关系排序。
本发明的技术方案如下:
一种基于化学需氧量分析的压裂返排液影响因素主次分析方法,包括步骤如下:
(1)获取在不同施工条件及地面处理条件下得到的压裂返排液;
(2)对获取到的不同影响因素下产生的压裂返排液进行化学需氧量(COD)分析,记录不同对比组化学需氧量(COD)数值;
(3)确定压裂返排液化学成分影响因素的分析序列;
(4)数据预处理,通过归一化处理降低不同要素由于不同的量纲和数据范围所带来的数据处理误差;
(5)计算分析子序列中的影响因素与分析母序列中评价指标的关联程度;
(6)通过关联程度对压裂返排液化学成分的影响因素进行主次关系排序。
根据本发明优选的,步骤(1)中,不同施工条件及地面处理条件的影响因素包括返排液酸碱度、体系黏度、油水界面张力、破胶时间、焖井时间、返排速率、返排压力中的两种或两种以上。
根据本发明优选的,步骤(2)中,压裂返排液化学需氧量(COD)分析选用酸性高锰酸钾氧化法与重铬酸钾氧化法(ISO 6060:1989)。
根据本发明优选的,步骤(3)中,分析序列包括分析母序列和分析子序列,分析母序列作为系统评价指标的数据矩阵,表达形式如式(1)所示:
(1)
其中,Y为分析母序列矩阵;y m为第m个分析母序列元素数值;m为某类集合元素的个数,T为矩阵的转置符号,即。
分析子序列为影响分析母序列数值的影响因素所组成的数据矩阵,表达形式如式(2)所示:
(2)
其中,X为分析子序列矩阵;x nm为第n种分析子序列元素的第m个数值;n为分析子序列影响因素的种类数目。
根据本发明进一步优选的,步骤(3)中,分析母序列选择化学需氧量(COD)测试结果矩阵,分析子序列选择返排液酸碱度、体系黏度、油水界面张力、破胶时间、焖井时间、返排速率、返排压力中的两种或两种以上组成的矩阵。
根据本发明优选的,步骤(4)中,归一化方法选用线性归一化、零-均值归一化、小数定标规范化、标准差归一化、均值化处理方法中的一种。
根据本发明优选的,步骤(4)中,归一化方法选用均值化处理,处理表达式如式(3)、式(4)所示:
(3)
(4)
其中,为均一化处理的第k个分析母序列元素数值,0<k≤m;y k 为第k个分析母序列元素数值,0<k≤m;/>为分析母序列元素数值的平均值;/>为均一化处理的第i种分析子序列元素的第k个数值,0<i≤n;/>为第i种分析子序列元素的第k个数值,0<i≤n;/>为第i种分析子序列元素数值的平均值。
根据本发明优选的,步骤(5)中,关联程度的计算采用灰色关联分析法进行,灰色关联分析法处理过程如下:
计算分析子序列中各个指标与分析母序列的关联系数,关联系数计算式如式(5)所示:
(5)
其中,a为两级最小差;b为两级最大差,x0(k)为分析母序列的第k个值,xi(k)为分析子序列第i个指标的第k个值,mink为同一个因素中取最小差值的运算符号,mini为不同因素之间取最小差值的运算符号,maxk为同一个因素中取最大差值的运算符号,maxi为不同因素之间取最大差值的运算符号;
例:现有一分析母序列
和一分析子序列
则对应地,x0(1)=1,x0(2)=2,x1(1)=3,x1(2)=5,x2(1)=4,x2(2)=6。
则mink| x0(k)- xi(k)|=[ mink| x0(k)- x1(k)| mink| x0(k)- x2(k)|]=[min{2,2} min{3,3}]=[2 3]。
则mini[mink| x0(k)- xi(k)|]=min[23]=2。
关于maxi和maxk的运算同理。
指标关联度的计算公式如式(6)所示:
(6)
其中,ρ为分辨系数,默认值为0.5;
计算灰色关联度,计算表达式如式(7)所示:
(7)
其中,r j 为第j种影响因素与化学需氧量(COD)的灰色关联度。
根据本发明优选的,步骤(6)中,对不同因素的灰色关联度进行排序,得到影响因素的主次顺序,灰色关联度越高,证明这种因素对压裂返排液的化学成分影响程度就越大,其影响重要性就越大。
本发明的有益效果在于:
1、本发明确定了一种压裂返排液影响因素的排序方法,通过本发明有助于油田现场在拟定压裂返排液化学处理流程方案的阶段明确压裂返排液影响因素的主次关系,做到因工制宜,对症下药,提高压裂返排液化学处理效果,降低处理成本。
2、本发明选择化学需氧量(COD)作为压裂返排液化学成分的评价指标,能够更加简便而合理地反映返排后的压裂液的化学污染情况及后续化学处理难度。
3、本发明使用灰色关联分析方法进行主次关系分析,灰色关联分析对样本量的多少和样本有无规律并没有严格要求,量化结果基本上与定性分析相符合。使用简便且准确度满足重要性排序的研究要求。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明,但不限于此。
实施例1:
本实施例提供一种基于化学需氧量分析的压裂返排液影响因素主次分析方法,包括步骤如下:
(1)获取在不同施工条件及地面处理条件下得到的压裂返排液,压裂液采用滑溜水压裂液,不同施工条件及地面处理条件的影响因素限定于返排液酸碱度、体系黏度、油水界面张力、破胶时间和焖井时间;
(2)对获取到的不同影响因素下产生的压裂返排液进行化学需氧量(COD)分析,记录不同对比组化学需氧量(COD)数值;
压裂返排液化学需氧量(COD)分析选用酸性高锰酸钾氧化法与重铬酸钾氧化法(ISO 6060:1989),化学需氧量(COD)正交试验表及测试结果如表1所示:
表1:化学需氧量(COD)正交试验表及测试结果
。
(3)确定压裂返排液化学成分影响因素的分析序列,其中,分析母序列是作为系统评价指标的数据矩阵,本实施例的分析母序列表达形式如式(8)所示:
(8)
分析子序列为影响分析母序列数值的影响因素所组成的数据矩阵,本实施例的分析子序列表达形式如式(9)所示:
(9)
(4)数据预处理,通过归一化处理降低不同要素由于不同的量纲和数据范围所带来的数据处理误差;
归一化后的数据矩阵如式(10)所示:
(10)
其中,为归一化子序列矩阵,/>为归一化母序列矩阵。
(5)计算子序列中的影响因素与母序列中评价指标的关联程度:
关联程度的计算采用灰色关联分析法进行,灰色关联分析法处理过程如下所示:
计算子序列中各个指标与母序列的关联系数,关联系数计算结果如式(11)所示:
(11)
其中,a为两级最小差;b为两级最大差。
指标关联度的计算结果矩阵如式(12)所示:
(12)
其中,Z为指标关联度矩阵。
计算灰色关联度,计算结果如式(13)所示:
(13)
(6)通过关联程度对压裂返排液化学成分的影响因素进行主次关系排序。
对不同因素的灰色关联度进行排序即可得到影响因素的主次顺序,灰色关联度越高,证明这种因素对压裂返排液的化学成分影响程度就越大,其影响重要性就越大。因此对于本实施例中压裂返排液的化学成分影响因素,其重要性从高到低依次为焖井时间、体系黏度、体系酸碱度、界面张力、破胶时间,计算结果与油田生产逻辑相符合,具备合理性。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种基于化学需氧量分析的压裂返排液影响因素主次分析方法,其特征在于,包括步骤如下:
(1)获取在不同施工条件及地面处理条件下得到的压裂返排液;
(2)对获取到的不同影响因素下产生的压裂返排液进行化学需氧量分析,记录不同对比组化学需氧量数值;
(3)确定压裂返排液化学成分影响因素的分析序列;
(4)数据预处理,通过归一化处理降低不同要素由于不同的量纲和数据范围所带来的数据处理误差;
(5)计算分析子序列中的影响因素与分析母序列中评价指标的关联程度;
(6)通过关联程度对压裂返排液化学成分的影响因素进行主次关系排序。
2.如权利要求1所述的基于化学需氧量分析的压裂返排液影响因素主次分析方法,其特征在于,步骤(1)中,不同施工条件及地面处理条件的影响因素包括返排液酸碱度、体系黏度、油水界面张力、破胶时间、焖井时间、返排速率、返排压力中的两种或两种以上。
3.如权利要求2所述的基于化学需氧量分析的压裂返排液影响因素主次分析方法,其特征在于,步骤(2)中,压裂返排液化学需氧量分析选用酸性高锰酸钾氧化法与重铬酸钾氧化法。
4.如权利要求3所述的基于化学需氧量分析的压裂返排液影响因素主次分析方法,其特征在于,步骤(3)中,分析序列包括分析母序列和分析子序列,分析母序列作为系统评价指标的数据矩阵,表达形式如式(1)所示:
(1)
其中,Y为分析母序列矩阵;y m为第m个分析母序列元素数值;m为某类集合元素的个数,T为矩阵的转置符号,即;
分析子序列为影响分析母序列数值的影响因素所组成的数据矩阵,表达形式如式(2)所示:
(2)
其中,X为分析子序列矩阵;x nm为第n种分析子序列元素的第m个数值;n为分析子序列影响因素的种类数目。
5.如权利要求4所述的基于化学需氧量分析的压裂返排液影响因素主次分析方法,其特征在于,步骤(3)中,分析母序列选择化学需氧量(COD)测试结果矩阵,分析子序列选择返排液酸碱度、体系黏度、油水界面张力、破胶时间、焖井时间、返排速率、返排压力中的两种或两种以上组成的矩阵。
6.如权利要求5所述的基于化学需氧量分析的压裂返排液影响因素主次分析方法,其特征在于,步骤(4)中,归一化方法选用线性归一化、零-均值归一化、小数定标规范化、标准差归一化、均值化处理方法中的一种。
7.如权利要求6所述的基于化学需氧量分析的压裂返排液影响因素主次分析方法,其特征在于,步骤(4)中,归一化方法选用均值化处理,处理表达式如式(3)、式(4)所示:
(3)
(4)
其中,为均一化处理的第k个分析母序列元素数值,0<k≤m;y k 为第k个分析母序列元素数值,0<k≤m;/>为分析母序列元素数值的平均值;/>为均一化处理的第i种分析子序列元素的第k个数值,0<i≤n;/>为第i种分析子序列元素的第k个数值,0<i≤n;/>为第i种分析子序列元素数值的平均值。
8.如权利要求7所述的基于化学需氧量分析的压裂返排液影响因素主次分析方法,其特征在于,步骤(5)中,关联程度的计算采用灰色关联分析法进行,灰色关联分析法处理过程如下:
计算分析子序列中各个指标与分析母序列的关联系数,关联系数计算式如式(5)所示:
(5)
其中,a为两级最小差;b为两级最大差,x0(k)为分析母序列的第k个值,xi(k)为分析子序列第i个指标的第k个值,mink为同一个因素中取最小差值的运算符号,mini为不同因素之间取最小差值的运算符号,maxk为同一个因素中取最大差值的运算符号,maxi为不同因素之间取最大差值的运算符号;
指标关联度的计算公式如式(6)所示:
(6)
其中,ρ为分辨系数,默认值为0.5;
计算灰色关联度,计算表达式如式(7)所示:
(7)
其中,r j 为第j种影响因素与化学需氧量(COD)的灰色关联度。
9.如权利要求8所述的基于化学需氧量分析的压裂返排液影响因素主次分析方法,其特征在于,步骤(6)中,对不同因素的灰色关联度进行排序,得到影响因素的主次顺序,灰色关联度越高,证明这种因素对压裂返排液的化学成分影响程度就越大,其影响重要性就越大。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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