一種頁巖儲(chǔ)層壓裂的可壓性評(píng)價(jià)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于頁巖儲(chǔ)層壓裂增產(chǎn)改造領(lǐng)域，具體涉及一種頁巖儲(chǔ)層壓裂的可壓性評(píng) 價(jià)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 頁巖儲(chǔ)層的可壓裂性是指在水力壓裂中頁巖儲(chǔ)層具有能夠被有效壓裂從而增產(chǎn) 能力的性質(zhì)，是頁巖開發(fā)中最關(guān)鍵的評(píng)價(jià)參數(shù)。儲(chǔ)層可壓性的評(píng)價(jià)對(duì)于優(yōu)選壓裂井段、預(yù)測(cè) 經(jīng)濟(jì)效益等具有重要意義?？蓧毫研允琼搸r地質(zhì)、儲(chǔ)層特征的綜合反映，其主要影響因素 包括頁巖脆性、石英含量、粘土礦物含量、天然裂縫及成巖作用，另外還包括地應(yīng)力、沉積環(huán) 境、內(nèi)部構(gòu)造等其他因素。
[0003] 國外學(xué)者在總結(jié)了北美頁巖區(qū)塊過去20年中成功壓裂的方法基礎(chǔ)上，提出具有 不同可壓裂性的頁巖在水力壓裂過程中會(huì)形成不同的裂縫網(wǎng)絡(luò)，可壓裂性與可生產(chǎn)性、可 持續(xù)性是頁巖氣井評(píng)價(jià)的關(guān)鍵參數(shù)；同時(shí)認(rèn)為頁巖可壓裂性與頁巖的脆塑性有關(guān)，可以通 過楊氏模量和泊松比來表征，還可以使用無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和內(nèi)摩擦角等來反映。國外研究 通過頁巖的脆性礦物含量或巖石力學(xué)參數(shù)來表征可壓裂性，為可壓裂性的定量評(píng)價(jià)提供了 思路；但研究結(jié)果僅僅反映了頁巖在礦物組成或巖石力學(xué)單一因素方面的特征，無法真實(shí) 反映儲(chǔ)層壓裂的難易程度（如部分巖石的彈性模量和泊松比相近，而脆性差別卻很大），難 以全面反映頁巖在水力壓裂過程中的綜合特征。
[0004] 國內(nèi)對(duì)于頁巖儲(chǔ)層可壓裂性研究報(bào)道相對(duì)較少，目前研究主要集中在通過結(jié)合室 內(nèi)巖石力學(xué)和物性參數(shù)測(cè)試結(jié)果以及脆性指數(shù)計(jì)算方法，嘗試對(duì)目標(biāo)頁巖儲(chǔ)層進(jìn)行可壓性 評(píng)價(jià)。
[0005] 總之，目前對(duì)于頁巖儲(chǔ)層的可壓性評(píng)價(jià)研究，還處在探索并形成較為系統(tǒng)的評(píng)價(jià) 方法階段，還尚無形成一套成熟的、統(tǒng)一的綜合評(píng)價(jià)方法。通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)與專利庫檢 索，以及所了解的壓前評(píng)價(jià)技術(shù)方法，目前還沒有形成系統(tǒng)有效的頁巖儲(chǔ)層壓裂的壓前評(píng) 價(jià)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供一種頁巖儲(chǔ)層壓裂的可 壓性評(píng)價(jià)方法，提高頁巖儲(chǔ)層的可壓性，以期為提高頁巖氣水平井分段壓裂的段簇出氣有 效率提供基礎(chǔ)，確保頁巖儲(chǔ)層壓裂的施工成功率，提高頁巖儲(chǔ)層的壓裂改造效果及儲(chǔ)層動(dòng) 用程度。
[0007] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0008] -種頁巖儲(chǔ)層壓裂的可壓性評(píng)價(jià)方法，包括：
[0009] (1)采用近井9參數(shù)法獲得考慮近井筒儲(chǔ)層動(dòng)靜態(tài)資料的可壓性指數(shù)FI1;
[0010] (2)采用遠(yuǎn)井施工參數(shù)法獲得考慮遠(yuǎn)井壓裂施工情況的可壓性指數(shù)FI2;
[0011] (3)利用步驟（1)獲得的考慮近井筒儲(chǔ)層動(dòng)靜態(tài)資料的可壓性指數(shù)FI1和步驟（2) 獲得的考慮遠(yuǎn)井壓裂施工情況的可壓性指數(shù)FI2，獲得綜合可壓性指數(shù)FI。
[0012] 所述步驟（1)是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0013] 所述參數(shù)包括：泊松比、楊氏模量、石英含量、脆性礦物含量、粘土含量、地應(yīng)力差 異系數(shù)、裂縫發(fā)育情況、水層情況和地應(yīng)力狀態(tài)/裂縫方向/地層傾角/井身軌跡/斷層 類型，這些參數(shù)是通過地震資料、測(cè)井解釋、地質(zhì)資料、室內(nèi)巖心實(shí)驗(yàn)及軟件分析解釋獲得 的；
[0014] 采用層次分析法確定9個(gè)參數(shù)的權(quán)重：首先對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行歸一化處理，然后結(jié) 合各參數(shù)的權(quán)重進(jìn)行權(quán)重系數(shù)的加權(quán)，最后得到唯一一個(gè)無量綱值，即為可壓性指數(shù)FI1, 其數(shù)學(xué)計(jì)算公式為：
[0016] 式中，F(xiàn)I1為可壓性指數(shù)，無量綱；S1Q = 1，2,3，...，n)為頁巖儲(chǔ)層參數(shù)的歸一化 值，無量綱J1Q = 1，2, 3，. ..，n)為儲(chǔ)層參數(shù)的權(quán)重系數(shù)（表1)，無量綱；η為參數(shù)的個(gè)數(shù)。
[0017] 所述歸一化處理是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0018] 采用極差變換法；極差變換中參數(shù)分為正向指標(biāo)、逆向指標(biāo)兩種，正向指標(biāo)即指標(biāo) 值越大越好，逆向指標(biāo)即指標(biāo)值越小越好。
[0019] 對(duì)于正向指標(biāo)，頁巖儲(chǔ)層參數(shù)的歸一化值31計(jì)算式為：
[0021] 對(duì)于逆向指標(biāo)，頁巖儲(chǔ)層參數(shù)的歸一化值51計(jì)算式為：
[0023] 式中，S1S參數(shù)歸一化后的值，X i為參數(shù)歸一化前的原始值，maxX i為參數(shù)數(shù)據(jù)樣 本中的最大值，HiinX1參數(shù)數(shù)據(jù)樣本中的最小值。
[0024] 所述步驟（2)是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0025] ①假如某地層壓裂加入了 100目、40~70目、30~50目三種類型支撐劑，則總支 撐劑量按100目粒徑的支撐劑進(jìn)行等效，等效后總支撐劑量為：100目支撐劑量+(40~70 目支撐劑量X 40~70目平均粒徑+100目平均粒徑）+ (30~50目支撐劑量X 30~50 目平均粒徑+100目平均粒徑）；若某地層壓裂加入了其他目數(shù)的支撐劑，則以此類推進(jìn)行 等效；
[0026] ②假如某地層壓裂加入了滑溜水和壓裂液兩種類型的液體，則總液體量按黏度比 進(jìn)行等效，等效為滑溜水量；
[0027] ③支撐劑量的歸一化處理：利用步驟（1)中所述的歸一化處理方法，以某一區(qū)塊 或最大加砂規(guī)模井為例，對(duì)支撐劑量進(jìn)行歸一化處理，得到歸一化處理后的支撐劑量；
[0028] ④液體量的歸一化處理：利用步驟（1)中所述的歸一化處理方法，以某一區(qū)塊或 最大加砂規(guī)模井為例，對(duì)液體量進(jìn)行歸一化，得到歸一化處理后的壓裂液量；
[0029] ⑤可壓性指數(shù)FI2 =歸一化處理后的支撐劑量/歸一化處理后的壓裂液量。
[0030] 所述步驟（3)是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0031] 綜合考慮近井筒儲(chǔ)層動(dòng)靜態(tài)資料的可壓性指數(shù)？^與考慮遠(yuǎn)井壓裂施工情況的可 壓性指數(shù)FI2，結(jié)合壓裂設(shè)計(jì)時(shí)所設(shè)計(jì)的壓裂裂縫長(zhǎng)度的不同權(quán)重，最終綜合可壓性指數(shù)FI =(考慮近井筒儲(chǔ)層動(dòng)靜態(tài)資料的可壓性指數(shù)FI1X近井權(quán)重Ii1) +(考慮遠(yuǎn)井壓裂施工情 況的可壓性指數(shù)Fi2X遠(yuǎn)井權(quán)重η 2)，近井權(quán)重H1+遠(yuǎn)井權(quán)重η 2= 1。
[0032] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：對(duì)頁巖儲(chǔ)層可壓性有了定量化的認(rèn)識(shí)，在 壓裂設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)可壓性指數(shù)的大小，為壓裂規(guī)模、壓裂工藝及壓裂材料選擇提供指導(dǎo)依 據(jù)。從現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況及壓后分析來看，該方法理念合理，成效顯著，成功解決了頁巖壓裂過 程中的難題，提高了頁巖儲(chǔ)層壓裂的施工成功率和壓裂改造效果。
【具體實(shí)施方式】
[0033] (1)考慮近井筒儲(chǔ)層動(dòng)靜態(tài)資料的可壓性指數(shù)評(píng)價(jià)方法（近井9參數(shù)法）（近井 9參數(shù)可以通過地震資料、測(cè)井解釋、地質(zhì)資料、室內(nèi)巖心實(shí)驗(yàn)及軟件分析解釋獲得）：基于 近井筒的動(dòng)靜態(tài)資料，反映近井筒的可壓性指數(shù)大小，近井9個(gè)參數(shù)（如表1所示）采用層 次分析法確定不同參數(shù)的權(quán)重?？蓧毫研灾饕绊懸蛩馗鲄?shù)具有不同的單位和量綱，而 且各參數(shù)數(shù)值大小和有效范圍不同，為了計(jì)算可壓性指數(shù)，借助工程數(shù)學(xué)方法，將各影響因 素進(jìn)行歸一化處理后結(jié)合各影響因素權(quán)重進(jìn)行權(quán)重系數(shù)的加權(quán)，最后得到唯一一個(gè)無量綱 值，即為可壓性指數(shù)FI 1。其數(shù)學(xué)計(jì)算公式為：
[0035] 式中，F(xiàn)I1為可壓性指數(shù)，無量綱；S1Q = 1，2,3, ...，η)為頁巖儲(chǔ)層參數(shù)的歸一 化值，無量綱A (i = 1，2, 3, ...，η)為儲(chǔ)層參數(shù)的權(quán)重系數(shù)（表1)，無量綱；η為參數(shù)的 個(gè)數(shù)。
[0036] 頁巖脆性礦物、石英含量等參數(shù)與可壓裂性成正相關(guān)關(guān)系，粘土含量等參數(shù)與可 壓裂性成負(fù)相關(guān)關(guān)系。所以，在對(duì)頁巖儲(chǔ)層參數(shù)的歸一化計(jì)算中采用極差變換法；極差變換 中參數(shù)分為正向指標(biāo)、逆向指標(biāo)兩種，正向指標(biāo)即指標(biāo)值越大越好，逆向指標(biāo)即指標(biāo)值越小 越好。
[0037] 對(duì)于正向指標(biāo)，頁巖儲(chǔ)層參數(shù)的歸一化值31計(jì)算式為：
[0039] 對(duì)于逆向指標(biāo)，頁巖儲(chǔ)層參數(shù)的歸一化值51計(jì)算式為：
[0041] 式中，SiS參數(shù)歸一化后的值，X ;為參數(shù)歸一化前的原始值，maxX ;為參數(shù)數(shù)據(jù)樣 本中的最大值，HiinX1參數(shù)數(shù)據(jù)樣本中的最小值。
[0042] 權(quán)重系數(shù)可根據(jù)具體區(qū)塊及井況進(jìn)行調(diào)整：例如：①某區(qū)塊目的儲(chǔ)層臨近底水和 邊水，是該區(qū)塊壓裂設(shè)計(jì)及施工時(shí)重點(diǎn)關(guān)注的核心問題，那么，水層情況的權(quán)重系數(shù)就會(huì)根 據(jù)該儲(chǔ)層實(shí)際情況情況進(jìn)行適當(dāng)上調(diào)；②某區(qū)塊目的儲(chǔ)層中巖心的粘土含量異常高（高于 附近區(qū)塊或類似儲(chǔ)層），壓裂設(shè)計(jì)中就需重點(diǎn)關(guān)注儲(chǔ)層的水敏性及壓裂液的優(yōu)選問題，此 時(shí)，粘土含量的權(quán)重系數(shù)就會(huì)根據(jù)該儲(chǔ)層巖心實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行適當(dāng)上調(diào)。
[0043]
[0045] 表1
[0046] (2)考慮遠(yuǎn)井壓裂施工情況的可壓性指數(shù)評(píng)價(jià)方法（遠(yuǎn)井施工參數(shù)法）：總支撐劑 量（不同粒徑的支撐劑量等效為同一粒徑的支撐劑量與入井總液體量（前置液階段和其它 段塞階段的液量都是為了最終的加砂階段創(chuàng)造條件，故入井總液量=前置液階段液量+段 塞階段液量+加砂階段液量）的比值大小，從施工和遠(yuǎn)井儲(chǔ)層的角度，變相反映了頁巖可壓 性指數(shù)的大小，其具體方法為：
[0047] ①假如某地層壓裂加入了 100目、40~70目、30~50目三種類型支撐劑，則總支 撐劑量按100目