水平井压裂工程风险预测方法及装置与流程

[0001]
本发明涉及井中地球物理解释技术领域，尤其涉及水平井压裂工程风险预测方法及装置。


背景技术：

[0002]
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
[0003]
水平井在钻井、压裂等工程实施过程中，常常会发生套管变形等风险，严重影响工程实施的进度，增加工程成本。压裂是一种有效的储层改造手段，但常常伴随工程风险，对于工程风险的防治，首先需要预测工程风险位置，评价风险程度。因此，有效的进行水平井压裂工程风险的预测意义重大。但是，目前对压裂工程风险的研究主要集中在机理研究和风险的防治方法研究，尚未见有关应用地球物理技术预测压裂工程风险的公开文献或报道，也未公开有关应用地球物理技术预测压裂工程风险的详细描述和具体细节。


技术实现要素：

[0004]
本发明实施例提供一种水平井压裂工程风险预测方法，用以，该方法包括：
[0005]
获取观测区的钻井轨迹方位、区域应力方位和三维地震数据体；
[0006]
根据三维地震数据体计算裂缝指数和裂缝方位；
[0007]
根据钻井轨迹方位、裂缝指数和裂缝方位，计算裂缝影响指数；
[0008]
根据区域应力方位、裂缝指数和裂缝方位，计算裂缝活动指数；
[0009]
根据裂缝影响指数和裂缝活动指数计算工程风险指数，所述工程风险指数用于评价水平井压裂工程风险。
[0010]
本发明实施例还提供一种水平井压裂工程风险预测装置，用以，该装置包括：
[0011]
数据采集模块，用于获取观测区的钻井轨迹方位、区域应力方位和三维地震数据体；
[0012]
裂缝方位与裂缝指数计算模块，用于根据三维地震数据体计算裂缝指数和裂缝方位；
[0013]
裂缝影响指数计算模块，用于根据钻井轨迹方位、裂缝指数和裂缝方位，计算裂缝影响指数；
[0014]
裂缝活动指数计算模块，用于根据区域应力方位、裂缝指数和裂缝方位，计算裂缝活动指数；
[0015]
工程风险指数计算模块，用于根据裂缝影响指数和裂缝活动指数计算工程风险指数，所述工程风险指数用于评价水平井压裂工程风险。
[0016]
本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述水平井压裂工程风险预测方法。
[0017]
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述水平井压裂工程风险预测方法的计算机程序。
[0018]
本发明实施例中，应用区域应力评价井旁裂缝活动指数，应用裂缝方位评价裂缝对套管的影响指数，应用裂缝活动指数和影响指数综合评价压裂工程风险，以降低或减少压裂工程风险，降低压裂工程成本，提高单井产量。
附图说明
[0019]
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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
[0020]
图1为本发明实施例中水平井压裂工程风险预测方法流程图；
[0021]
图2为本发明实施例中水平井压裂工程风险预测方法具体流程图；
[0022]
图3为本发明实施例中裂缝强度示意图；
[0023]
图4为本发明实施例中裂缝强度与裂缝方位示意图；
[0024]
图5为本发明实施例中方位权重系数和权重指数示意图；
[0025]
图6为本发明实施例中裂缝计算的邻域和相对方位示意图；
[0026]
图7为本发明实施例中方位加权前后裂缝强度示意图；
[0027]
图8为本发明实施例中裂缝强度和裂缝指数；
[0028]
图9为本发明实施例中压裂工程风险指数评价图
[0029]
图10为本发明实施例中水平井压裂工程风险预测装置结构框图。
具体实施方式
[0030]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
[0031]
本发明提供了一种水平井压裂工程风险预测方法，采用双重影响分析，包括应力对裂缝的影响分析：即裂缝活动指数fai分析，以及裂缝对钻井的影响分析：即裂缝影响指数fii分析，评价水平压裂工程潜在的风险，降低了风险评价的多解性，使风险评价更精准。
[0032]
图1为本发明实施例中水平井压裂工程风险预测方法流程图，如图1所示，该方法包括：
[0033]
步骤101：获取观测区的钻井轨迹方位waz、区域应力方位saz和三维地震数据体；
[0034]
步骤102：根据三维地震数据体计算裂缝指数fac和裂缝方位faz；
[0035]
步骤103：根据钻井轨迹方位、裂缝指数fac和裂缝方位faz，计算裂缝影响指数fii，评价裂缝对钻井轨迹的影响；
[0036]
步骤104：根据区域应力方位、裂缝指数fac和裂缝方位faz，计算裂缝活动指数fai，评价裂缝的潜在活动性；
[0037]
步骤105：根据裂缝影响指数fii和裂缝活动指数fai计算工程风险指数fri，所述工程风险指数用于评价水平井压裂工程风险。
[0038]
在本发明实施例中，所述三维地震数据体包括三维地震叠加数据体和三维地震横波数据体，还包括三维地震速度比或泊松比数据体；
[0039]
如图2所示，根据三维地震数据体计算裂缝指数和裂缝方位，包括：
[0040]
根据三维地震叠加数据体计算第一个体裂缝指数fac1和第一裂缝方位faz1；
[0041]
根据三维地震横波数据体计算第二个体裂缝指数fac2和第二裂缝方位faz2；
[0042]
根据三维地震速度比或泊松比数据体计算第三个体裂缝指数fac3和第三裂缝方位faz3；
[0043]
将第一个体裂缝指数、第二个体裂缝指数和第三个体裂缝指数融合，获得全局裂缝指数fac；
[0044]
将第一裂缝方位、第二裂缝方位和第三裂缝方位融合，获得全局裂缝方位faz。
[0045]
步骤103和104利用的都是全局裂缝指数fac和全局裂缝方位faz。
[0046]
在本发明实施例中，步骤102：根据三维地震数据体计算裂缝指数faci和裂缝方位fazi(i＝1,2,3)，包括：
[0047]
s1：根据三维地震数据体计算曲率curi；即在某个待计算点的邻域内，应用三维地震数据体的幅值，拟合三维曲面，计算三维曲面的曲度即为该点的曲率curi。
[0048]
s2：根据曲率curi计算裂缝方位fazi。即在某个待计算点的邻域内，应用三维空间的曲率curi，拟合三维曲面，并计算三维曲面的方位梯度，梯度最小的方向即为裂缝方位fazi。
[0049]
s3：根据裂缝方位fazi对曲率curi进行加权处理，计算裂缝强度fsti；采用如下关系式计算：
[0050][0051][0052]
其中，w
j
为加权系数；q为加权指数，q∈(0,4]；加权系数和加权指数的应用使得裂缝强度在裂缝方位上分辨率更高，信噪比更高。加权指数越小，加权系数随着方位变化越小；加权指数越大，加权系数越偏重于裂缝方位，即沿裂缝方位加权系数较大，其它方位加权系数逐渐减小，垂直于裂缝方位的加权系数为0。当q＝4时，裂缝方位10度范围以外的加权系数小于0.5。
[0053]
fsti
p
表示第p点的裂缝强度，表示第j点曲率，k为指数，值越小越彰显细节，建议取值0.25到3.00之间；fazi
p
表示第p点的裂缝方位，其中，i＝1,2,3,分别表示根据三维地震叠加数据体和三维地震横波数据体、三维地震速度比或泊松比数据体计算得到的裂缝强度、曲率、裂缝方位；daz
jp
表示第j点到第p点的空间方位；s是第p点的邻域，第j点位于s内；ang
j
表示观测点到计算点j方位相对于裂缝方位的方位角。
[0054]
如图3展示了裂缝强度，颜色越深代表值越大，即裂缝强度越大；图4展示了裂缝方位，图中直线的朝向即为裂缝方位。图5展示了不同加权指数下的方位加权系数。图中w为加权系数，ang为观测点到计算点方位相对于裂缝方位的方位角，q为加权指数。图6展示了空
间一点的邻域及邻域内某点相对于该点的方位示意图。图7展示了采用不同加权指数，加权处理前后的裂缝强度示意图，其中，第一幅为加权处理前的裂缝强度原始图，第2、3和4是采用加权指数q＝0.2、0.8、0.4处理后的裂缝强度示意图，裂缝信噪比获得提高。
[0055]
s4：根据裂缝强度计算裂缝指数。采用如下关系式：
[0056][0057]
其中，faci表示裂缝指数，λ表示阈值，可根据实际设置。
[0058]
所述的裂缝指数取值范围为0和1，当数值为0是，指示无裂缝；当数值为1是，表示裂缝发育。
[0059]
所述的裂缝方位取值范围为0和360度。
[0060]
图8展示了裂缝强度与裂缝指数，表示裂缝指数的图中灰度深黑色的为0，灰度浅接近于白色为1。
[0061]
在本发明实施例中，采用如下关系式根据三维地震数据体计算裂缝指数和裂缝方位：
[0062]
fac＝fac1|fac2|fac3；
[0063]
其中，|竖线表示或运算，当fac1、fac2、fac3中任意一个数值为1时，fac为1，否则为0；fac表示全局裂缝指数；
[0064]
当fac＝0时，faz＝0；当fac≠0&&fac1≠0时，faz＝faz1；当fac≠0&&fac1＝0时，faz＝(faz2
×
fac2+faz3
×
fac3)/(fac2+fac3)；其中，&&表示并且的意思；faz表示全局裂缝方位。
[0065]
在本发明实施例中，采用如下关系式根据钻井轨迹方位、裂缝指数和裂缝方位，计算裂缝影响指数：
[0066]
fii＝fac
×
{sin(asin(|sin(waz-faz)|))}；
[0067]
其中，fii表示裂缝影响指数；faz表示全局裂缝方位；fac表示全局裂缝指数；waz表示钻井轨迹方位，asin()是sin()的反函数。
[0068]
fii值域从0到1，当fii＝0时，表示裂缝对水平井的压裂无影响。fii值越大，表示裂缝对水平井的压裂影响程度越大。waz为水平井井轨迹方位。
[0069]
在本发明实施例中，采用如下关系式根据区域应力方位、裂缝指数和裂缝方位，计算裂缝活动指数：
[0070]
fai＝fac
×
{cos(|asin(|sin(saz-faz)|)-(π/4-φ/2)|)-cos(π/4-φ/2)}；
[0071]
其中，fai表示裂缝活动指数；faz表示全局裂缝方位；fac表示全局裂缝指数；saz表示区域应力方位。asin()是sin()的反函数。
[0072]
fai值域从-1到+1，当fai<＝0时，表示裂缝不活动，当fai>0时，表示裂缝活动，fai值越大，裂缝活动强度越大。
[0073]
saz为区域应力方位，可通过(但不限于)区域地质分析等方式获得；φ为裂缝内摩擦角，可通过(但不限于)岩芯测试等方式获得。
[0074]
在本发明实施例中，采用如下关系式根据裂缝影响指数和裂缝活动指数计算工程风险指数：
[0075][0076]
其中，fri表示工程风险指数；fai表示裂缝活动指数；fii表示裂缝影响指数。
[0077]
fri的取值范围为[0,1]和[10,11]，个位和小数位表征风险程度，十位数表征裂缝活动程度。当十位数为0时，表征裂缝活动程度低于影响程度；当十位数为1时，表征裂缝活动程度高于影响程度。
[0078]
假设区域应力方位为110度，水平井轨迹方位为20度，储层的内摩擦角为30度，如图9展示了风险指数示意图。
[0079]
本发明实施例中还提供了一种水平井压裂工程风险预测装置，如下面的实施例所述。由于该装置解决问题的原理与水平井压裂工程风险预测方法相似，因此该装置的实施可以参见水平井压裂工程风险预测方法的实施，重复之处不再赘述。
[0080]
图10为本发明实施例中水平井压裂工程风险预测装置结构框图，如图10所示，该装置包括：
[0081]
数据采集模块02，用于获取观测区的钻井轨迹方位、区域应力方位和三维地震数据体；
[0082]
裂缝方位与裂缝指数计算模块04，用于根据三维地震数据体计算裂缝指数和裂缝方位；
[0083]
裂缝影响指数计算模块06，用于根据钻井轨迹方位、裂缝指数和裂缝方位，计算裂缝影响指数；
[0084]
裂缝活动指数计算模块08，用于根据区域应力方位、裂缝指数和裂缝方位，计算裂缝活动指数；
[0085]
工程风险指数计算模块10，用于根据裂缝影响指数和裂缝活动指数计算工程风险指数，所述工程风险指数用于评价水平井压裂工程风险。
[0086]
在本发明实施例中，所述三维地震数据体包括三维地震叠加数据体和三维地震横波数据体，还包括三维地震速度比或泊松比数据体；
[0087]
裂缝方位与裂缝指数计算模块具体用于：
[0088]
根据三维地震叠加数据体计算第一个体裂缝指数和第一裂缝方位；
[0089]
根据三维地震横波数据体计算第二个体裂缝指数和第二裂缝方位；
[0090]
根据三维地震速度比或泊松比数据体计算第三个体裂缝指数和第三裂缝方位；
[0091]
将第一个体裂缝指数、第二个体裂缝指数和第三个体裂缝指数融合，获得全局裂缝指数；
[0092]
将第一裂缝方位、第二裂缝方位和第三裂缝方位融合，获得全局裂缝方位。
[0093]
在本发明实施例中，裂缝方位与裂缝指数计算模块具体用于：
[0094]
按照如下方式根据三维地震数据体计算裂缝指数和裂缝方位：
[0095]
根据三维地震数据体计算曲率；
[0096]
根据曲率计算裂缝方位；
[0097]
根据裂缝方位对曲率进行加权处理，计算裂缝强度；
[0098]
根据裂缝强度计算裂缝指数。
[0099]
在本发明实施例中，裂缝方位与裂缝指数计算模块具体用于：
[0100]
采用如下关系式根据裂缝方位对曲率进行加权处理，计算裂缝强度：
[0101][0102][0103]
其中，w
j
为加权系数；q为加权指数，q∈(0,4]；fsti
p
表示第p点的裂缝强度，表示第j点曲率，k为指数，值越小越彰显细节，建议取值0.25到3.00之间；fazi
p
表示第p点的裂缝方位，其中，i＝1,2,3,分别表示根据三维地震叠加数据体和三维地震横波数据体、三维地震速度比或泊松比数据体计算得到的裂缝强度、曲率、裂缝方位；daz
jp
表示第j点到第p点的空间方位；s是第p点的邻域，第j点位于s内；ang
j
表示观测点到计算点j方位相对于裂缝方位的方位角。
[0104]
在本发明实施例中，裂缝方位与裂缝指数计算模块具体用于：
[0105]
采用如下关系式根据裂缝强度计算裂缝指数：
[0106][0107]
其中，faci表示裂缝指数，λ表示阈值；其中，i＝1,2,3,分别表示根据三维地震叠加数据体和三维地震横波数据体、三维地震速度比或泊松比数据体计算得到的裂缝指数。
[0108]
在本发明实施例中，裂缝方位与裂缝指数计算模块具体用于：
[0109]
采用如下关系式根据三维地震数据体计算裂缝指数和裂缝方位：
[0110]
fac＝fac1|fac2|fac3；
[0111]
其中，|竖线表示或运算，当fac1、fac2、fac3中任意一个数值为1时，fac为1，否则为0；fac表示全局裂缝指数；fac1、fac2、fac3分别表示根据三维地震叠加数据体和三维地震横波数据体、三维地震速度比或泊松比数据体计算得到的裂缝指数；
[0112]
当fac＝0时，faz＝0；当fac≠0&&fac1≠0时，faz＝faz1；当fac≠0&&fac1＝0时，faz＝(faz2
×
fac2+faz3
×
fac3)/(fac2+fac3)；其中，&&表示并且的意思；faz表示全局裂缝方位；faz1、faz2、faz3分别表示根据三维地震叠加数据体和三维地震横波数据体、三维地震速度比或泊松比数据体计算得到的裂缝方位。
[0113]
在本发明实施例中，裂缝影响指数计算模块具体用于：
[0114]
采用如下关系式根据钻井轨迹方位、裂缝指数和裂缝方位，计算裂缝影响指数：
[0115]
fii＝fac
×
{sin(asin(|sin(waz-faz)|))}；
[0116]
其中，fii表示裂缝影响指数；faz表示全局裂缝方位；fac表示全局裂缝指数；waz表示钻井轨迹方位，asin()是sin()的反函数。
[0117]
在本发明实施例中，裂缝活动指数计算模块具体用于：
[0118]
采用如下关系式根据区域应力方位、裂缝指数和裂缝方位，计算裂缝活动指数：
[0119]
fai＝fac
×
{cos(|asin(|sin(saz-faz)|)-(π/4-φ/2)|)-cos(π/4-φ/2)}；
[0120]
其中，fai表示裂缝活动指数；faz表示全局裂缝方位；fac表示全局裂缝指数；saz
表示区域应力方位，asin()是sin()的反函数。
[0121]
在本发明实施例中，工程风险指数计算模块具体用于：
[0122]
采用如下关系式根据裂缝影响指数和裂缝活动指数计算工程风险指数：
[0123][0124]
其中，fri表示工程风险指数；fai表示裂缝活动指数；fii表示裂缝影响指数。
[0125]
本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述水平井压裂工程风险预测方法。
[0126]
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述水平井压裂工程风险预测方法的计算机程序。
[0127]
本发明实施例中，提供的一种水平井压裂工程风险预测方法，采用双重影响分析，即应力对裂缝的影响(裂缝活动指数fai)和裂缝对钻井的影响(裂缝影响指数fii)，评价水平井压裂工程潜在的风险，降低了多解性，使风险评价更精确。以期降低或减少压裂工程风险，提高单井压裂工程时效，降低成本，提高单井产量。
[0128]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0129]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0130]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0131]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0132]
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。