致密砂岩气水平井压裂改造方案优化方法及装置与流程

1.本发明涉及水平井压裂技术领域，特别涉及一种致密砂岩气水平井压裂改造方案优化方法及装置。


背景技术：

2.致密砂岩气藏具有“储层薄、低孔、低渗、低压、低丰度、强非均质性”的特征，单井产量低、压力下降快、稳产和开发难度大。为了高效动用地质储量，主要以水平井开发为主。致密砂岩气藏的特性决定了压裂改造是其经济开发的必然选择。
3.常规水平井压裂改造方案设计主要依托测、录井资料，参考水平段随钻伽玛曲线、气测曲线及录井岩屑资料，通过计算获得岩石的泊松比、杨氏模量等弹性参数，再根据弹性参数与有效储层的相关性，确定压裂改造位置及参数。由于致密气砂岩储层非均质性强，储层纵向相互叠置、横向变化剧烈，空间展布非常复杂，仅凭“一孔之见”(即只有一口水平井的测录井数据，钻孔周边的地质条件没有资料)资料确定压裂改造方案设计，依据不充分，容易造成浪费或者改造不充分等问题。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种致密砂岩气水平井压裂改造方案优化方法及装置，解决了现有技术中仅凭“一孔之见”资料确定压裂改造方案设计，依据不充分，容易造成浪费或者改造不充分的技术问题。
5.本发明实施例提供了一种致密砂岩气水平井压裂改造方案优化方法，该方法包括：
6.获取完钻井的测井数据和录井数据，从中选取含气储层段的物性参数曲线和电性参数曲线，所述物性参数曲线和电性参数曲线包括伽玛曲线、纵波时差曲线、横波时差曲线、密度曲线、含气饱和度曲线和岩石脆性曲线；
7.根据物性参数曲线和电性参数曲线确定含气储层段的弹性参数曲线，弹性参数包括最小泊松比和杨氏模量；
8.将物性参数曲线和电性参数曲线分别和弹性参数曲线进行两两交会，根据交会结果确定地质情况与地震相关信息规律，所述地质情况与地震相关信息规律为最小泊松比与含气饱和度两者呈负相关，杨氏模量与岩石脆性呈正相关；
9.根据物性参数曲线和电性参数曲线建立振幅随偏移距变化avo模型，对avo模型正演分析，根据正演结果确定致密砂岩气藏avo异常类型，根据所述avo异常类型用于判断储层含气性；
10.获取待分析目的层段的三维地震叠前偏移后的crp道集分角度叠加数据；
11.基于所述正演结果，对待分析目的层段的三维地震叠前偏移后的crp道集分角度叠加数据、完钻井的测井数据和录井数据进行叠前弹性反演，获得待分析目的层段的弹性参数；
12.基于地质情况与地震相关信息规律，根据待分析目的层段弹性参数中的最小泊松比刻画有效储层空间展布形态，根据待分析目的层段弹性参数中的杨氏模量确定井筒周边岩石脆性特征；
13.根据所述有效储层空间展布形态和井筒周边岩石脆性特征确定水平井压裂的改造段数、改造方向和改造规模，基于所述改造段数、改造方向和改造规模对原始水平井的压裂改造方案进行优化。
14.本发明实施例还提供了一种致密砂岩气水平井压裂改造方案优化装置，该装置包括：
15.数据获取模块，用于完钻井的测井数据和录井数据，从中选取含气储层段的物性参数曲线和电性参数曲线，所述物性参数曲线和电性参数曲线包括伽玛曲线、纵波时差曲线、横波时差曲线、密度曲线、含气饱和度曲线和岩石脆性曲线；
16.弹性参数确定模块，用于根据物性参数曲线和电性参数曲线确定含气储层段的弹性参数曲线，弹性参数包括最小泊松比和杨氏模量；
17.地质情况与地震相关信息规律确定模块，用于将物性参数曲线和电性参数曲线分别和弹性参数曲线进行两两交会，根据交会结果确定地质情况与地震相关信息规律，所述地质情况与地震相关信息规律为最小泊松比与含气饱和度两者呈负相关，杨氏模量与岩石脆性呈正相关；
18.avo模型正演模块，用于根据物性参数曲线和电性参数曲线建立振幅随偏移距变化avo模型，对avo模型正演分析，根据正演结果确定致密砂岩气藏avo异常类型，根据所述avo异常类型用于判断储层含气性；
19.所述数据获取模块还用于：获取三维地震叠前偏移后的crp道集分角度叠加数据；
20.叠前弹性反演模块，用于基于所述正演结果，对待分析目的层段的三维地震叠前偏移后的crp道集分角度叠加数据、完钻井的测井数据和录井数据进行叠前弹性反演，获得待分析目的层段的弹性参数；
21.特性确定模块，用于基于地质情况与地震相关信息规律，根据待分析目的层段弹性参数中的最小泊松比刻画有效储层空间展布形态，根据待分析目的层段弹性参数中的杨氏模量确定井筒周边岩石脆性特征；
22.水平井压裂改造优化模块，用于根根据所述有效储层空间展布形态和井筒周边岩石脆性特征确定水平井压裂的改造段数、改造方向和改造规模，基于所述改造段数、改造方向和改造规模对原始水平井的压裂改造方案进行优化。
23.本发明实施例还提供了一种计算机设备，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所述方法。
24.本发明实施例还提供了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所述方法的计算机程序。
25.在本发明实施例中，根据完钻井的测井数据和录井数据确定最小泊松比与含气饱和度两者呈负相关，杨氏模量与岩石脆性呈正相关，根据完钻井的测井数据和录井数据建立振幅随偏移距变化avo模型，对avo模型正演分析，根据正演结果确定储层含气性，对获取的三维地震叠前偏移后的crp道集分角度叠加数据、完钻井的测井数据和录井数据进行叠
前弹性反演，获得最小泊松比及杨氏模量等岩石物理弹性参数，然后根据上述的结论，精细刻画有效储层空间展布形态、明确井筒周边岩石脆性特征，在其基础上，优化水平井压裂改造方案，优选改造位置、明确改造方向、确定改造规模。在高效动用井间与单井储量的基础上，提高单井产量、实现降本增效。
附图说明
26.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。
27.图1是本发明实施例提供的一种致密砂岩气水平井压裂改造方案优化方法流程图；
28.图2是本发明实施例提供的一种最小泊松比分布图；
29.图3是本发明实施例提供的一种jing72-60h2井压裂参数设计优化(13段19簇)示意图；
30.图4是本发明实施例提供的一种致密砂岩气水平井压裂改造方案优化装置结构框图。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.技术术语解释
33.测井，也叫地球物理测井或石油测井，简称测井，是利用岩层的电化学特性、导电特性、声学特性、放射性等地球物理特性，测量地球物理参数的方法，属于应用地球物理方法(包括重、磁、电、震、测井)之一。石油钻井时，在钻到设计井深深度后都必须进行测井，又称完井电测，以获得各种石油地质及工程技术资料，作为完井和开发油田的原始资料。
34.录井是用岩矿分析、地球物理、地球化学等方法，观察、采集、收集、记录、分析随钻过程中的固体、液体、气体等井筒返出物信息，以此建立录井地质剖面、发现油气显示、评价油气层，并为石油工程(投资方、钻井工程、其它工程)提供钻井信息服务的过程。
35.avo(amplitude variation with offset，振幅随偏移距的变化)技术用于研究地震反射振幅随炮点与接收器之间的距离即炮检距(或入射角)的变化特征来探讨反射系数响应随炮检距(或入射角)的变化，进而确定反射界面上覆、下伏介质的岩性特征及物性参数。
36.crp(common reflection point)道集是经过叠前时间偏移后的共反射点道集，它基本消除了界面弯曲和倾斜地层对振幅的影响。
37.在本发明实施例中，提供了一种致密砂岩气水平井压裂改造方案优化方法，如图1所示，该方法包括：
38.步骤101：获取完钻井的测井数据和录井数据，从中选取含气储层段的物性参数曲线和电性参数曲线，所述物性参数曲线和电性参数曲线包括伽玛曲线、纵波时差曲线、横波时差曲线、密度曲线、含气饱和度曲线和岩石脆性曲线。
39.对于没有实测横波时差曲线的完钻井，依据xu-white模型，建立致密砂岩气藏岩石物理模型，根据致密砂岩气藏岩石物理模型拟合横波时差曲线，为叠前反演提供基础井资料。选取的伽马曲线可以判别砂泥岩，从而确定储层和非储层。
40.步骤102：根据物性参数曲线和电性参数曲线确定含气储层段的弹性参数曲线，弹性参数包括最小泊松比和杨氏模量。
41.具体的，是根据纵波时差曲线、横波时差曲线、密度曲线确定最小泊松比和杨氏模量，具体公式如下：
[0042][0043]
e＝2
×
ρ
×
vs2×
(1+σ)；
[0044]
其中，pi为纵波阻抗，pi＝vp
×
ρ；si为横波阻抗，si＝vs
×
ρ；vp为纵波速度，vs为横波速度，ρ为密度，σ为泊松比，e为杨氏模量。
[0045]
步骤103：将物性参数曲线和电性参数曲线分别和弹性参数曲线进行两两交会，根据交会结果确定地质情况与地震相关信息规律，所述地质情况与地震相关信息规律为最小泊松比与含气饱和度两者呈负相关，杨氏模量与岩石脆性(岩石受力后变形很小即破裂的性质称为脆性)呈正相关。得出这个结论可以为叠前反演储层预测及压裂方案参数优化提供依据。
[0046]
步骤104：根据物性参数曲线和电性参数曲线建立振幅随偏移距变化avo模型，对avo模型正演分析，根据正演结果确定致密砂岩气藏avo异常类型，根据所述avo异常类型用于判断储层含气性。
[0047]
具体的，根据纵波时差曲线、横波时差曲线、密度曲线确定含气储层段的纵波阻抗、横波阻抗(所用公式为pi＝vp
×
ρ，si＝vs
×
ρ)，根据含气储层段的纵波阻抗、横波阻抗、密度建立振幅随偏移距变化avo模型，对avo模型正演分析，根据正演结果确定致密砂岩气藏avo异常类型，根据所述avo异常类型判断储层含气性。
[0048]
比如，若通过avo模型正演分析确定致密砂岩气藏avo表现为第iii类异常，即含气储层段顶界地震反射振幅强度随偏移距增大而增强，那么可利用该异常定性判别储层含气性，为叠前弹性反演奠定理论基础。
[0049]
具体的，根据某一深度含气储层的纵、横波速度及密度参数，建立含气储层段振幅随随偏移距变化的avo响应模型，即以zoeppritz方程为基础，求解储层与非储层介质之间的反射界面随偏移距(炮点与接收的点之间的距离)增大而产生的反射系数的变化，再利用rick子波与反射系数褶积，最终获得含气储层段avo正演响应特征；进而确定反射界面上覆、下伏介质的岩性特征及物性参数。
[0050]
步骤105：获取(宽方位、高密度)三维地震叠前偏移后的crp道集分角度叠加数据。
[0051]
步骤106：基于所述正演结果，对待分析目的层段的三维地震叠前偏移后的crp道
集分角度叠加数据、完钻井的测井数据和录井数据进行叠前弹性反演，获得待分析目的层段的弹性参数；
[0052]
具体的，以zoeppritz方程为理论基础，进行叠前弹性反演。叠前反演是以描述平面波反射和投射的zoeppritz方程为基础，利用反射系数随入射角变化与地层弹性参数间的关系，求解方程，从叠前地震数据中估算岩石的弹性参数(纵波速度、横波速度、密度、泊松比等)，进而利用这些弹性参数进行岩性分析和含油气的预测。实际应用中，把经过叠前精细保幅处理和偏移的共反射点道集，分成多个入射角叠加，形成不同入射角叠加剖面；再利用测井数据分别提取对应不同入射角叠加剖面的子波，保证子波频率、振幅与角道集叠加剖面之间的能量、频率特征相关度达到最佳；再利用解释层位、完钻井测井数据建立低频初始模型；求解zoeppritz方程，最终获得纵波速度、横波速度及密度参数。
[0053]
步骤107：基于地质情况与地震相关信息规律，根据待分析目的层段弹性参数中的最小泊松比刻画有效储层空间展布形态，根据待分析目的层段弹性参数中的杨氏模量确定井筒周边岩石脆性特征；
[0054]
步骤108：根据所述有效储层空间展布形态和井筒周边岩石脆性特征确定水平井压裂的改造段数、改造方向和改造规模，基于所述改造段数、改造方向和改造规模对原始水平井的压裂改造方案进行优化。
[0055]
具体的，获得了有效储层空间展布形态后，结合随钻测、录井资料，首先优选低伽玛、高气测优质储层段；其次筛选部分仅井筒附近发育3-5米薄泥岩隔层后即为优质储层段的高伽玛、低气测非储层段；最终结合井筒周边岩石脆性特征确定改造段数。
[0056]
在优选改造段数的基础上，利用有效储层的空间展布三维数据体，以与水平轨迹正交、斜交的方式，截取任意方向的有效储层横截面，落实有效储层发育范围并结合井筒周边岩石脆性特征，最终明确压裂改造方向。
[0057]
在优选改造段数及方向的基础上，结合有效储层展布范围及井筒周边岩石脆性展布特征，适度增加或减少改造规模，在高效动用井间与单井储量的基础上，提高单井产量、实现降本增效。
[0058]
下面举例说明本发明方法的效果。
[0059]
以鄂尔多斯盆地致密砂岩气藏为研究对象，图2是提取的最小泊松比分布图，图中的jing72-60、jing72-60h2、jing72-58h2、jing72-59h2等表示的是水平井号。图2中黑色代表含气饱和度高，白色代表含气饱和度低，因此，利用最小泊松比的分布可预测目的层段含气性分布范围。
[0060]
图3是水平井水平段纵向与横向杨氏模量属性剖面，图3中的(a)图为jing72-60h2水平井沿水平段方向的杨氏模量属性的纵向剖面，给出了现有压裂方案中的压裂部位及其排量和砂量的数值，其中的h5表示二叠系下石盒子组盒5段底部、h83表示二叠系下石盒子组盒83段底部、s13表示二叠系山西组山13段底部、s23表示二叠系山西组山23段底部等等。基于现有的压裂部位及其排量和砂量的数值，优选杨氏模量较大值并结合水平段含气性确定水平井水平段压裂改造的位置，根据岩石脆性的横向展布并结合有效储层展布特征优选改造方向、确定改造规模，图3中的(b)和(c)图为横向剖面，(b)图为选择(a)图中的第三段裂缝进行改造设计，该段的排量为8m3/min、砂量为60m3，由于该段属于致密带
--
泥岩段
--
致密带，对其进行改造的方案是：多簇射孔、大排量压裂，突破泥质砂岩隔层。(c)图为选择(a)
图中的第十一段裂缝进行改造设计，该段的排量为7m3/min、砂量为50m3，由于该段属于ⅰ类储层
--
致密带
--ⅲ
类储层，对其进行改造的方案是：单簇射孔、适度提高排量，实现优质层充分动用。
[0061]
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种致密砂岩气水平井压裂改造方案优化装置，如下面的实施例所述。由于致密砂岩气水平井压裂改造方案优化装置解决问题的原理与致密砂岩气水平井压裂改造方案优化方法相似，因此致密砂岩气水平井压裂改造方案优化装置的实施可以参见致密砂岩气水平井压裂改造方案优化方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
[0062]
图4是本发明实施例的致密砂岩气水平井压裂改造方案优化装置结构框图，如图4所示，包括：
[0063]
数据获取模块401，用于完钻井的测井数据和录井数据，从中选取含气储层段的物性参数曲线和电性参数曲线，所述物性参数曲线和电性参数曲线包括伽玛曲线、纵波时差曲线、横波时差曲线、密度曲线、含气饱和度曲线和岩石脆性曲线；
[0064]
弹性参数确定模块402，用于根据物性参数曲线和电性参数曲线确定含气储层段的弹性参数曲线，弹性参数包括最小泊松比和杨氏模量；
[0065]
地质情况与地震相关信息规律确定模块403，用于将物性参数曲线和电性参数曲线分别和弹性参数曲线进行两两交会，根据交会结果确定地质情况与地震相关信息规律，所述地质情况与地震相关信息规律为最小泊松比与含气饱和度两者呈负相关，杨氏模量与岩石脆性呈正相关；
[0066]
avo模型正演模块404，用于根据物性参数曲线和电性参数曲线建立振幅随偏移距变化avo模型，对avo模型正演分析，根据正演结果确定致密砂岩气藏avo异常类型，根据所述avo异常类型用于判断储层含气性；
[0067]
所述数据获取模块401还用于：获取三维地震叠前偏移后的crp道集分角度叠加数据；
[0068]
叠前弹性反演模块405，用于基于所述正演结果，对待分析目的层段的三维地震叠前偏移后的crp道集分角度叠加数据、完钻井的测井数据和录井数据进行叠前弹性反演，获得待分析目的层段的弹性参数；
[0069]
特性确定模块406，用于基于地质情况与地震相关信息规律，根据待分析目的层段弹性参数中的最小泊松比刻画有效储层空间展布形态，根据待分析目的层段弹性参数中的杨氏模量确定井筒周边岩石脆性特征；
[0070]
水平井压裂改造优化模块407，用于根据所述有效储层空间展布形态和井筒周边岩石脆性特征确定水平井压裂的改造段数、改造方向和改造规模，基于所述改造段数、改造方向和改造规模对原始水平井的压裂改造方案进行优化。
[0071]
在本发明实施例中，所述数据获取模块401还用于：
[0072]
对于没有实测横波时差的完钻井，采用如下方式确定横波时差曲线：建立致密砂岩气藏岩石物理模型，根据所述致密砂岩气藏岩石物理模型拟合横波时差曲线。
[0073]
在本发明实施例中，按照如下公式确定最小泊松比和杨氏模量：
[0074][0075]
e＝2
×
ρ
×
vs2×
(1+σ)；
[0076]
其中，pi为纵波阻抗，pi＝vp
×
ρ；si为横波阻抗，si＝vs
×
ρ；vp为纵波速度，vs为横波速度，ρ为密度，σ为泊松比，e为杨氏模量。
[0077]
在本发明实施例中，所述avo模型正演模块404具体用于：
[0078]
根据纵波时差曲线、横波时差曲线、密度曲线确定含气储层段的纵波阻抗、横波阻抗；
[0079]
根据含气储层段的纵波阻抗、横波阻抗、密度建立振幅随偏移距变化avo模型；
[0080]
对avo模型正演分析，根据正演结果确定致密砂岩气藏avo异常类型，根据所述avo异常类型判断储层含气性。
[0081]
本发明实施例还提供了一种计算机设备，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所述方法。
[0082]
本发明实施例还提供了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所述方法的计算机程序。
[0083]
综上所述，本发明提出的致密砂岩气水平井压裂改造方案优化方法及装置可以获得如下有益效果：
[0084]
首次以鄂尔多斯盆地宽方位、高密度三维地震资料为基础，针对致密砂岩气藏储层薄、强非均质性的特征，通过岩石物理分析、avo正演模拟及叠前弹性反演，获得纵波速度、横波速度、密度、最小泊松比及杨氏模量等多种岩石物理弹性参数，表明最小泊松比与含气饱和度呈负相关，杨氏模量与岩石脆性呈正相关，进而在精细刻画有效储层空间展布形态、明确井筒周边岩石脆性特征的基础上，优化水平井压裂改造方案，优选改造位置、明确改造方向、确定改造规模。在高效动用井间与单井储量的基础上，提高单井产量、实现降本增效。在水平井压裂实际应用中，该方法操作简单，具有较强指导性，效果良好，取得了可观的生产效益和经济效益，充分说明了该方法的可行性和实用性。
[0085]
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。
[0086]
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。
[0087]
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。
[0088]
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。
[0089]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。