本發(fā)明屬于油氣田開發(fā)領(lǐng)域，具體涉及一種頁巖氣水平井壓裂選段系統(tǒng)及選段方法。

背景技術(shù)：

目前，我國頁巖氣開采技術(shù)基本成熟，頁巖氣水平井壓裂井數(shù)逐年增加。為了將水平井內(nèi)的所有頁巖壓碎，從而最大限度的提高產(chǎn)量，1000多米水平井段壓裂段數(shù)已經(jīng)突破20段，而且段間還采取施工成本非常高的分蔟射孔方式來增加裂縫條數(shù)。但根據(jù)國內(nèi)已有產(chǎn)出剖面測試結(jié)果和國外提供的資料來看，并非所有壓裂段都對產(chǎn)能有貢獻，因此有必要探究形成有效的壓裂選段方法。

目前現(xiàn)有的一些壓裂選段方法主要存在以下幾類問題。一方面，大多數(shù)方法只是針對不同類型的井層提出了定性的選井原則和思路，雖然可以為不同類型油氣藏水平井壓裂選井選層提供一定的依據(jù)，但都不是定量的選段方法。另一方面，有些方法可以通過模型算出電性和巖性參數(shù)預測模型，能夠直接計算直井壓后產(chǎn)能，但都不能直接針對水平井進行選段。例如當以工業(yè)氣流作為標準時，若達不到標準，則認為沒有壓裂的必要。另外還有一些方法主要是關(guān)于施工工藝的設計與實施的，都不針對水平井的選段問題。

綜上，亟需對頁巖氣水平井壓裂選段的實施進行改進以提高其選段的準確性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一是需要對頁巖氣水平井壓裂選段的實施進行改進以提高其選段的準確性。

為了解決上述技術(shù)問題，本申請的實施例首先提供了一種頁巖氣水平井壓裂選段系統(tǒng)，包括第一定量分析模塊，依次接收對應于頁巖氣水平井的每個井段的多個參數(shù)，并根據(jù)各參數(shù)與對應井段的頁巖含氣量的相關(guān)系數(shù)的值選取影響頁巖 含氣量的多個主權(quán)參數(shù)；第二定量分析模塊，基于各主權(quán)參數(shù)的相關(guān)系數(shù)建立各井段的總評價系數(shù)，并將所述總評價系數(shù)與預先設定的選段界限值相比較來判斷是否能夠?qū)ο鄳木芜M行壓裂。

優(yōu)選地，第一定量分析模塊包括：接收單元，接收對應于頁巖氣水平井的每個井段的多個參數(shù)；第一計算單元，分別計算對應于各井段的各參數(shù)與頁巖含氣量的相關(guān)系數(shù)；篩選單元，根據(jù)所述相關(guān)系數(shù)篩選得到影響頁巖含氣量的多個主權(quán)參數(shù)。

優(yōu)選地，第二定量分析模塊包括：權(quán)匹配單元，根據(jù)各井段的主權(quán)參數(shù)與頁巖含氣量的相關(guān)系數(shù)的值確定每個井段的各主權(quán)參數(shù)對應的權(quán)值；第二計算單元，基于各主權(quán)參數(shù)的樣本數(shù)據(jù)的范圍以及所述權(quán)值建立每個井段的各主權(quán)參數(shù)的權(quán)評價系數(shù)；第三計算單元，根據(jù)每個井段的各主權(quán)參數(shù)的權(quán)評價系數(shù)得到各井段的總評價系數(shù)。

優(yōu)選地，第二定量分析模塊還包括：判斷單元，將各井段的總評價系數(shù)與預先設定的選段界限值相比較，當所述總評價系數(shù)大于等于選段界限值時，則判斷能夠?qū)ο鄳木芜M行壓裂；當所述總評價系數(shù)小于選段界限值時，則判斷不能對相應的井段進行壓裂。

優(yōu)選地，第二計算單元根據(jù)以下表達式建立每個井段的各主權(quán)參數(shù)的權(quán)評價系數(shù)：

式中，a為各主權(quán)參數(shù)的權(quán)值，s₁和s₂分別為各主權(quán)參數(shù)的數(shù)值的下限值與上限值，s₀為與頁巖氣含氣量的較小值相對應的s₁或s₂的值，x為主權(quán)參數(shù)的實際測量數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，第三計算單元將每個井段的各主權(quán)參數(shù)的權(quán)評價系數(shù)相加得到各井段的總評價系數(shù)。

優(yōu)選地，選段界限值大于等于0.5。

優(yōu)選地，篩選單元選取的影響頁巖含氣量的主權(quán)參數(shù)包括測井參數(shù)和錄井參數(shù)。

優(yōu)選地，篩選單元選取的影響頁巖含氣量的主權(quán)參數(shù)包括地層密度、聲波時差、自然伽馬、氣測全烴含量以及鉆時。

本申請的實施例還提供了一種頁巖氣水平井壓裂選段方法，包括以下步驟：依次接收對應于頁巖氣水平井的每個井段的多個參數(shù)；根據(jù)各參數(shù)與對應井段的頁巖含氣量的相關(guān)系數(shù)的值選取影響頁巖含氣量的多個主權(quán)參數(shù)；基于各主權(quán)參數(shù)的相關(guān)系數(shù)建立各井段的總評價系數(shù)；將所述總評價系數(shù)與預先設定的選段界限值相比較來判斷是否能夠?qū)ο鄳木芜M行壓裂。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述方案中的一個或多個實施例可以具有如下優(yōu)點或有益效果：

通過頁巖氣水平井壓裂選段系統(tǒng)進行兩步定量分析，可以對頁巖氣水平井的壓裂效果進行提前預測以及定量評價，提高了預測的準確性，提高了利用水平井進行頁巖氣開采的施工效率，降低了生產(chǎn)成本，有利于改善頁巖氣的開發(fā)效果。

本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標，和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導。本發(fā)明的目標和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書，權(quán)利要求書，以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

附圖說明

附圖用來提供對本申請的技術(shù)方案或現(xiàn)有技術(shù)的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分。其中，表達本申請實施例的附圖與本申請的實施例一起用于解釋本申請的技術(shù)方案，但并不構(gòu)成對本申請技術(shù)方案的限制。

圖1為本申請實施例的頁巖氣水平井壓裂選段系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本申請實施例的頁巖氣水平井壓裂選段方法的流程示意圖；

圖3(a)-(c)應用為本申請實施例的系統(tǒng)進行壓裂選段時的評價系數(shù)曲線示意圖，其中，圖3(a)為1號井的評價系數(shù)曲線，圖3(b)為2號井的評價系數(shù)曲線，圖3(c)為3號井的評價系數(shù)曲線。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖及實施例來詳細說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達到相應技術(shù)效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。本申請實施例以及實施例中的各個特征，在不相沖突前提下可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

另外，附圖的流程圖示出的步驟可以在諸如一組計算機可執(zhí)行指令的計算機系統(tǒng)中執(zhí)行。并且，雖然在流程圖中示出了邏輯順序，但是在某些情況下，可以以不同于此處的順序執(zhí)行所示出或描述的步驟。

現(xiàn)有技術(shù)對于頁巖氣壓裂效果的研究主要集中于利用測井參數(shù)對油氣田的評價上。測井參數(shù)在油氣田勘探領(lǐng)域具有十分廣泛的應用，在諸如地層評價與油氣分析、油藏靜態(tài)描述、油藏動態(tài)描述與油井檢測以及鉆井和采油工程中都具有相對普遍的應用。一般情況下，測井參數(shù)包括直接獲得的參數(shù)以及根據(jù)計算間接獲得的參數(shù)。直接獲得的參數(shù)主要是指測井信息中記錄的各種不同的物理參數(shù)，如地層電阻率、地層密度、自然電位、聲波時差、自然伽馬以及巖石熱中子俘獲截面等。根據(jù)計算間接獲得的參數(shù)主要是指通過對直接測井信息進行進一步地解釋和處理所得到的反映地質(zhì)信息的參數(shù)，如巖石礦物成分、泥質(zhì)含量、含水飽和度、含油氣飽和度、孔隙度以及滲透率等。利用測井參數(shù)對油氣田進行評價時，會忽視實際作業(yè)情況的影響。影響頁巖氣壓裂效果的因素不僅與含氣性、物性有關(guān)，還與可壓性有關(guān)。在本發(fā)明中，選擇的都是直接獲得的參數(shù)，具體的，引入了錄井參數(shù)來解決上述問題。

錄井是指在鉆井過程中直接錄取各種地質(zhì)參數(shù)。根據(jù)錄井參數(shù)能夠直觀地獲得地層的油氣信息和巖石可鉆性資料，例如鉆時，作為反應鉆穿巖石快慢的參數(shù)，由于頁巖氣水平井鉆井時，都是一趟鉆，中間一般不會出現(xiàn)換鉆頭或更換泥漿體系，因此鉆時受機械影響因素影響較少，可以較大程度地反應巖石本身的巖石力學性質(zhì)，在進行壓裂選段時加入鉆時這個工程參數(shù)，是工程地質(zhì)一體化的體現(xiàn)。

圖1為本申請實施例的頁巖氣水平井壓裂選段系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，下面結(jié)合圖1詳細介紹該系統(tǒng)，包括：

第一定量分析模塊11，依次接收對應于頁巖氣水平井的每個井段的多個參數(shù)，并根據(jù)各參數(shù)與對應井段的頁巖含氣量的相關(guān)系數(shù)的值選取影響頁巖含氣量的多個主權(quán)參數(shù)。

第二定量分析模塊12，基于各主權(quán)參數(shù)的相關(guān)系數(shù)建立各井段的總評價系數(shù)，并將總評價系數(shù)與預先設定的選段界限值相比較來判斷是否能夠?qū)ο鄳木芜M行壓裂。

第一定量分析模塊11用于對影響水平井壓裂效果的參數(shù)的初步篩選。如圖1所示，第一定量分析模塊11進一步包括接收單元111、第一計算單元112以及篩 選單元113。

接收單元111，接收對應于頁巖氣水平井的每個井段的多個參數(shù)。舉例而言，多個參數(shù)主要是指影響壓裂效果的多個測井參數(shù)和錄井參數(shù)，包括地層電阻率、地層密度、自然電位、聲波時差、自然伽馬、中子孔隙度、氣測全烴含量、甲烷含量以及鉆時等。

第一計算單元112，分別計算對應于各井段的上述各參數(shù)與頁巖含氣量的相關(guān)系數(shù)。因為含氣量多少直接反映著各段產(chǎn)出天然氣量的多少，所以根據(jù)各待選的測井參數(shù)和錄井參數(shù)對頁巖含氣量的影響，就可以判斷所選井段是否能夠進行壓裂。

具體的，獲取N個利用專門的儀器取得的直井取芯段的實際頁巖含氣量的測試數(shù)據(jù)，以及收集與每個頁巖含氣量的測試數(shù)據(jù)相對應的N個測井、錄井參數(shù)樣本，再利用N個樣本數(shù)據(jù)計算各參數(shù)與頁巖含氣量的相關(guān)系數(shù)。相關(guān)系數(shù)r可以根據(jù)表達式(1)得到：

式中，X為主權(quán)參數(shù)，Y為頁巖含氣量，N為樣本數(shù)據(jù)的個數(shù)。

篩選單元113，根據(jù)相關(guān)系數(shù)篩選得到影響頁巖含氣量的多個主權(quán)參數(shù)。篩選原則包括根據(jù)得到的每個井段上各參數(shù)與頁巖含氣量的相關(guān)系數(shù)的統(tǒng)計規(guī)律獲得對壓裂效果起主要作用的參數(shù)，根據(jù)各參數(shù)所屬類別對各參數(shù)進行擇一選定。

具體的，從第一計算單元112的計算結(jié)果中選取相關(guān)系數(shù)的絕對值較大的參數(shù)作為影響頁巖含氣量的主權(quán)參數(shù)，絕對值越大說明與頁巖含氣量的相關(guān)性越大，即影響越大。而對于相關(guān)系數(shù)的絕對值較小的參數(shù)，在之后的分析中便不予考慮。再對水平井每個井段所選取的參數(shù)進行類別分析，進而確定水平井壓裂選段的主權(quán)參數(shù)。

舉例而言，先根據(jù)表達式(1)計算第一定量分析模塊11的所有輸入?yún)?shù)的相關(guān)系數(shù)，分別得到各參數(shù)的相關(guān)系數(shù)如下，地層密度0.73、聲波時差0.58、中子孔隙度0.29，自然伽馬0.05，氣測全烴含量0.77、氣測甲烷含量0.67、鉆時0.4 以及電阻率-0.03。然后，從上述各相關(guān)系數(shù)中選取主權(quán)參數(shù)。其中，地層密度是反應頁巖有機質(zhì)含量的測井參數(shù)，有機質(zhì)含量越高，巖石密度越小，所含頁巖氣量就越高。聲波時差和中子孔隙度都是反應地層孔隙是否發(fā)育的測井參數(shù)，但兩者相比較而言，中子孔隙度的相關(guān)系數(shù)較小，因此選擇了聲波時差。自然伽馬是反應地層中放射性粘土礦物含量高低的測井參數(shù)，頁巖氣分子主要吸附在粘土礦物顆粒表面，所以自然伽馬的高低與含氣量具有一定關(guān)系。氣測全烴含量和甲烷含量是隨著鉆井的進行，通過氣測錄井儀器獲取的實際含氣性錄井參數(shù)，氣測全烴含量越高，說明含氣性越好。需要注意的是，雖然氣測甲烷含量的相關(guān)系數(shù)也較高，但由于其與氣測全烴含量一樣，反應的也是頁巖含氣性參數(shù)，且其變化與氣測全烴含量參數(shù)一致，所以兩者只選擇一個就可以了，在本申請的實施例中選擇了氣測全烴含量。鉆時是反應鉆穿巖石快慢的錄井參數(shù)，可較大程度地反應巖石本身的巖石力學性質(zhì)。因此，利用篩選單元113篩選取得地層密度、聲波時差、自然伽馬、氣測全烴含量以及鉆時等五個主權(quán)參數(shù)。

第一定量分析模塊11采用定量的方法從各待選的測井參數(shù)和錄井參數(shù)中選出對頁巖含氣量起主要影響作用的參數(shù)，相比于現(xiàn)有的定性分析，可以更準確地對壓裂選段進行預測。

還需要說明的是，現(xiàn)有技術(shù)中對水平井的壓裂效果進行預測時，通常采用經(jīng)過計算得到的數(shù)據(jù)，這類數(shù)據(jù)會在多次計算過程中引入誤差，影響分析的準確性。而本申請實施例中所選取的測井參數(shù)和錄井參數(shù)均為第一性數(shù)據(jù)信息，因為第一性數(shù)據(jù)中包含的地質(zhì)信息最直接，所以選取第一性數(shù)據(jù)信息進行分析，在減少操作，提高分析效率的同時，提高了分析的可靠性。

通過第一步定量分析，從多個待選測井參數(shù)與錄井參數(shù)中篩選得到影響頁巖壓裂效果的主權(quán)參數(shù)。接下來，為了進一步確定水平井能夠進行壓裂的條件，根據(jù)權(quán)重分析法對各主權(quán)參數(shù)進行第二步定量分析。

第二定量分析模塊12執(zhí)行第二步定量分析，通過計算總評價系數(shù)來確定是否能夠?qū)λ骄M行壓裂。如圖1所示，第二定量分析模塊12進一步包括權(quán)匹配單元121、第二計算單元122、第三計算單元123和判斷單元124。

權(quán)匹配單元121，其根據(jù)各井段主權(quán)參數(shù)與頁巖含氣量的相關(guān)系數(shù)的值確定每個井段的各主權(quán)參數(shù)對應的權(quán)值。利用權(quán)匹配單元121確定各主權(quán)參數(shù)的權(quán)值，包括根據(jù)效果參數(shù)與各主權(quán)參數(shù)的相關(guān)系數(shù)的值的大小確定各主權(quán)參數(shù)的權(quán)值， 以及通過實際的測試數(shù)據(jù)對權(quán)值進行修正，其中，各待選參數(shù)的權(quán)值的和為1。

具體地，根據(jù)各主權(quán)參數(shù)的相關(guān)系數(shù)之間的比例關(guān)系，初步確定各主權(quán)參數(shù)的權(quán)值，并使得各權(quán)值的和為1。舉例而言，當氣測全烴含量相關(guān)系數(shù)為0.77、地層密度的相關(guān)系數(shù)為0.73、聲波時差的相關(guān)系數(shù)為0.58、鉆時的相關(guān)系數(shù)為0.4、自然伽馬的相關(guān)系數(shù)為0.05時，初步確定各主權(quán)參數(shù)的權(quán)值分別為：氣測全烴含量的權(quán)值為0.3、地層密度的權(quán)值為0.25、聲波時差、鉆時、自然伽馬的權(quán)值均為0.15。

接下來，針對以上權(quán)值，完成對第二定量分析模塊的全部計算，并利用實際測過產(chǎn)出剖面的實例1號井(如圖3(a)所示)對權(quán)值進行修正，當計算出的實際產(chǎn)出段總評價系數(shù)大于等于0.5時，就認為修正的權(quán)值是合理的。舉例而言，經(jīng)過修正后的各主權(quán)參數(shù)的權(quán)值分別為：氣測全烴含量0.25、地層密度0.25、聲波時差0.2、鉆時0.2、自然伽馬0.1。

第二計算單元122，其基于各主權(quán)參數(shù)的樣本數(shù)據(jù)的范圍以及所述權(quán)值建立每個井段的各主權(quán)參數(shù)的權(quán)評價系數(shù)，第二計算單元122結(jié)合了各主權(quán)參數(shù)的實際值的變化范圍，可以更全面的反映各主權(quán)參數(shù)影響力的大小。根據(jù)表達式(2)建立權(quán)評價系數(shù)：

式中，a為主權(quán)參數(shù)的權(quán)值，s₁和s₂分別為主權(quán)參數(shù)的數(shù)值的下限值與上限值，s₀為與頁巖氣含氣量的較小值相對應的s₁或s₂的值，x為主權(quán)參數(shù)的實際測量數(shù)據(jù)。

舉例而言，氣測全烴含量的權(quán)值為0.25，其實際值的變化范圍為(0-50％)，且下限值0對應著頁巖氣含氣量的較小值，所以s₀取0，所以根據(jù)表達式(2)計算得到的氣測全烴含量的權(quán)評價系數(shù)的計算公式為，0.25×x1/50，其中x1為氣測全烴含量的實際測量數(shù)據(jù)。又如，地層密度的權(quán)值為0.25，其實際值的變化范圍為(2-2.8kg/m³)，且上限值2.8對應著頁巖氣含氣量的較小值，所以s₀取2.8，則地層密度的權(quán)評價系數(shù)的計算公式為，0.25×(2.8-x2)/0.8。通過計算可以得到其他各主權(quán)參數(shù)的權(quán)評價系數(shù)如表1所示。

表1主權(quán)參數(shù)的權(quán)評價系數(shù)

第三計算單元123，其根據(jù)每個井段的各主權(quán)參數(shù)的權(quán)評價系數(shù)分別得到各井段的總評價系數(shù)。在本申請的一個實施例中，用各主權(quán)參數(shù)的權(quán)評價系數(shù)的和作為總評價系數(shù)。由第二計算單元122計算得到的各權(quán)評價系數(shù)，對各參數(shù)根據(jù)對壓裂效果的影響程度進行了量化和范圍約束，將各主權(quán)參數(shù)的權(quán)評價系數(shù)求和作為總評價系數(shù)，可同時考慮各參數(shù)(例如含氣性、孔隙性、可壓性等)對壓裂效果的貢獻。

判斷單元124，其將各井段的總評價系數(shù)與預先設定的選段界限值相比較，當所述總評價系數(shù)大于等于選段界限值時，則判斷能夠?qū)ο鄳木芜M行壓裂，當所述總評價系數(shù)小于選段界限值時，則判斷不能對相應的井段進行壓裂。

在本申請的一個實施例中，選取選段界限值為0.5，即當總評價系數(shù)大于等于0.5時，則認為能夠?qū)ο鄳木芜M行壓裂。當總評價系數(shù)小于0.5時，則認為不能對相應的井段進行壓裂。

進一步地，通過實際應用(如圖3(a)-(c)所示)可以證實，總評價系數(shù)的值高出0.5較多的水平井，其壓裂效果明顯優(yōu)于總評價系數(shù)的值高出0.5較少的水平井，因此，將選段界限值確定為大于等于0.5值。

本申請實施例的頁巖氣水平井壓裂選段系統(tǒng)可以對頁巖氣水平井的壓裂效果進行提前預測以及定量評價，提高了預測的準確性，改變了現(xiàn)有技術(shù)中憑借經(jīng)驗進行作業(yè)的不確定性和偶然性，提高了利用水平井進行頁巖氣開采的施工效率，降低了生產(chǎn)成本，有利于改善頁巖氣的開發(fā)效果。

在本申請的另一實施例中，還提供了一種頁巖氣水平井壓裂選段方法，如圖2所示，該方法包括以下步驟：步驟S210、依次接收對應于頁巖氣水平井的每個井段的多個參數(shù)。步驟S220、基于相關(guān)性分析，從所述多個參數(shù)中選取影響頁巖含氣量的主權(quán)參數(shù)。步驟S230、基于所述各主權(quán)參數(shù)的相關(guān)系數(shù)建立各井段的總 評價系數(shù)。步驟S240、將所述總評價系數(shù)與預先設定的選段界限值相比較來判斷水平井各井段是否能夠進行壓裂。

下面通過一示例來進一步說明應用本申請實施例的頁巖氣水平井壓裂選段系統(tǒng)進行水平井壓裂選段的實際效果。

圖3(a)-(c)應用為本申請實施例的系統(tǒng)進行壓裂選段時的評價系數(shù)曲線示意圖。其中，圖3(a)為1號井的評價系數(shù)曲線，曲線上只有左邊一小段峰值處評價系數(shù)達到0.5，其它段均低于0.5，經(jīng)過實際產(chǎn)出剖面測試結(jié)果也證實，主要貢獻層段是12-15級(與圖中左邊上凸段一致)，占總產(chǎn)氣量90％，2-11級產(chǎn)氣貢獻小，僅占10％。該井壓后日產(chǎn)氣量在6.0×10⁴m³/d左右，和之后的2號井相比，產(chǎn)量較低。

圖3(b)為2號井的評價系數(shù)曲線，由曲線可知，2號井的評價系數(shù)大部分都在0.5以上，可以得出整個水平井段具有可壓性。經(jīng)過實際產(chǎn)出剖面測試結(jié)果也證實，壓后日產(chǎn)氣量在38.5×10⁴m³/d左右，說明全井段大部分都在產(chǎn)出。

圖3(c)為3號井的評價系數(shù)曲線，由曲線可知，3號井評價結(jié)果與1號井類似，評價結(jié)果說明不具備很好的可壓性。經(jīng)過實際產(chǎn)出剖面測試結(jié)果證實，壓后日產(chǎn)氣量也在6.0×10⁴m³/d左右。

可以看出，本申請實施例的頁巖氣水平井壓裂選段系統(tǒng)可以很好地反映實際壓裂工程的特點，具有較高的可靠性與實際應用的推廣價值。

雖然本發(fā)明所揭露的實施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式上及細節(jié)上作任何的修改與變化，但本發(fā)明的專利保護范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準。