页岩气水平井压裂选段系统及选段方法与流程

本发明属于油气田开发领域，具体涉及一种页岩气水平井压裂选段系统及选段方法。

背景技术：

目前，我国页岩气开采技术基本成熟，页岩气水平井压裂井数逐年增加。为了将水平井内的所有页岩压碎，从而最大限度的提高产量，1000多米水平井段压裂段数已经突破20段，而且段间还采取施工成本非常高的分蔟射孔方式来增加裂缝条数。但根据国内已有产出剖面测试结果和国外提供的资料来看，并非所有压裂段都对产能有贡献，因此有必要探究形成有效的压裂选段方法。

目前现有的一些压裂选段方法主要存在以下几类问题。一方面，大多数方法只是针对不同类型的井层提出了定性的选井原则和思路，虽然可以为不同类型油气藏水平井压裂选井选层提供一定的依据，但都不是定量的选段方法。另一方面，有些方法可以通过模型算出电性和岩性参数预测模型，能够直接计算直井压后产能，但都不能直接针对水平井进行选段。例如当以工业气流作为标准时，若达不到标准，则认为没有压裂的必要。另外还有一些方法主要是关于施工工艺的设计与实施的，都不针对水平井的选段问题。

综上，亟需对页岩气水平井压裂选段的实施进行改进以提高其选段的准确性。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题之一是需要对页岩气水平井压裂选段的实施进行改进以提高其选段的准确性。

为了解决上述技术问题，本申请的实施例首先提供了一种页岩气水平井压裂选段系统，包括第一定量分析模块，依次接收对应于页岩气水平井的每个井段的多个参数，并根据各参数与对应井段的页岩含气量的相关系数的值选取影响页岩 含气量的多个主权参数；第二定量分析模块，基于各主权参数的相关系数建立各井段的总评价系数，并将所述总评价系数与预先设定的选段界限值相比较来判断是否能够对相应的井段进行压裂。

优选地，第一定量分析模块包括：接收单元，接收对应于页岩气水平井的每个井段的多个参数；第一计算单元，分别计算对应于各井段的各参数与页岩含气量的相关系数；筛选单元，根据所述相关系数筛选得到影响页岩含气量的多个主权参数。

优选地，第二定量分析模块包括：权匹配单元，根据各井段的主权参数与页岩含气量的相关系数的值确定每个井段的各主权参数对应的权值；第二计算单元，基于各主权参数的样本数据的范围以及所述权值建立每个井段的各主权参数的权评价系数；第三计算单元，根据每个井段的各主权参数的权评价系数得到各井段的总评价系数。

优选地，第二定量分析模块还包括：判断单元，将各井段的总评价系数与预先设定的选段界限值相比较，当所述总评价系数大于等于选段界限值时，则判断能够对相应的井段进行压裂；当所述总评价系数小于选段界限值时，则判断不能对相应的井段进行压裂。

优选地，第二计算单元根据以下表达式建立每个井段的各主权参数的权评价系数：

式中，a为各主权参数的权值，s₁和s₂分别为各主权参数的数值的下限值与上限值，s₀为与页岩气含气量的较小值相对应的s₁或s₂的值，x为主权参数的实际测量数据。

优选地，第三计算单元将每个井段的各主权参数的权评价系数相加得到各井段的总评价系数。

优选地，选段界限值大于等于0.5。

优选地，筛选单元选取的影响页岩含气量的主权参数包括测井参数和录井参数。

优选地，筛选单元选取的影响页岩含气量的主权参数包括地层密度、声波时差、自然伽马、气测全烃含量以及钻时。

本申请的实施例还提供了一种页岩气水平井压裂选段方法，包括以下步骤：依次接收对应于页岩气水平井的每个井段的多个参数；根据各参数与对应井段的页岩含气量的相关系数的值选取影响页岩含气量的多个主权参数；基于各主权参数的相关系数建立各井段的总评价系数；将所述总评价系数与预先设定的选段界限值相比较来判断是否能够对相应的井段进行压裂。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

通过页岩气水平井压裂选段系统进行两步定量分析，可以对页岩气水平井的压裂效果进行提前预测以及定量评价，提高了预测的准确性，提高了利用水平井进行页岩气开采的施工效率，降低了生产成本，有利于改善页岩气的开发效果。

本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，但并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为本申请实施例的页岩气水平井压裂选段系统的结构示意图；

图2为本申请实施例的页岩气水平井压裂选段方法的流程示意图；

图3(a)-(c)应用为本申请实施例的系统进行压裂选段时的评价系数曲线示意图，其中，图3(a)为1号井的评价系数曲线，图3(b)为2号井的评价系数曲线，图3(c)为3号井的评价系数曲线。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达到相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

另外，附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

现有技术对于页岩气压裂效果的研究主要集中于利用测井参数对油气田的评价上。测井参数在油气田勘探领域具有十分广泛的应用，在诸如地层评价与油气分析、油藏静态描述、油藏动态描述与油井检测以及钻井和采油工程中都具有相对普遍的应用。一般情况下，测井参数包括直接获得的参数以及根据计算间接获得的参数。直接获得的参数主要是指测井信息中记录的各种不同的物理参数，如地层电阻率、地层密度、自然电位、声波时差、自然伽马以及岩石热中子俘获截面等。根据计算间接获得的参数主要是指通过对直接测井信息进行进一步地解释和处理所得到的反映地质信息的参数，如岩石矿物成分、泥质含量、含水饱和度、含油气饱和度、孔隙度以及渗透率等。利用测井参数对油气田进行评价时，会忽视实际作业情况的影响。影响页岩气压裂效果的因素不仅与含气性、物性有关，还与可压性有关。在本发明中，选择的都是直接获得的参数，具体的，引入了录井参数来解决上述问题。

录井是指在钻井过程中直接录取各种地质参数。根据录井参数能够直观地获得地层的油气信息和岩石可钻性资料，例如钻时，作为反应钻穿岩石快慢的参数，由于页岩气水平井钻井时，都是一趟钻，中间一般不会出现换钻头或更换泥浆体系，因此钻时受机械影响因素影响较少，可以较大程度地反应岩石本身的岩石力学性质，在进行压裂选段时加入钻时这个工程参数，是工程地质一体化的体现。

图1为本申请实施例的页岩气水平井压裂选段系统的结构示意图，下面结合图1详细介绍该系统，包括：

第一定量分析模块11，依次接收对应于页岩气水平井的每个井段的多个参数，并根据各参数与对应井段的页岩含气量的相关系数的值选取影响页岩含气量的多个主权参数。

第二定量分析模块12，基于各主权参数的相关系数建立各井段的总评价系数，并将总评价系数与预先设定的选段界限值相比较来判断是否能够对相应的井段进行压裂。

第一定量分析模块11用于对影响水平井压裂效果的参数的初步筛选。如图1所示，第一定量分析模块11进一步包括接收单元111、第一计算单元112以及筛 选单元113。

接收单元111，接收对应于页岩气水平井的每个井段的多个参数。举例而言，多个参数主要是指影响压裂效果的多个测井参数和录井参数，包括地层电阻率、地层密度、自然电位、声波时差、自然伽马、中子孔隙度、气测全烃含量、甲烷含量以及钻时等。

第一计算单元112，分别计算对应于各井段的上述各参数与页岩含气量的相关系数。因为含气量多少直接反映着各段产出天然气量的多少，所以根据各待选的测井参数和录井参数对页岩含气量的影响，就可以判断所选井段是否能够进行压裂。

具体的，获取N个利用专门的仪器取得的直井取芯段的实际页岩含气量的测试数据，以及收集与每个页岩含气量的测试数据相对应的N个测井、录井参数样本，再利用N个样本数据计算各参数与页岩含气量的相关系数。相关系数r可以根据表达式(1)得到：

式中，X为主权参数，Y为页岩含气量，N为样本数据的个数。

筛选单元113，根据相关系数筛选得到影响页岩含气量的多个主权参数。筛选原则包括根据得到的每个井段上各参数与页岩含气量的相关系数的统计规律获得对压裂效果起主要作用的参数，根据各参数所属类别对各参数进行择一选定。

具体的，从第一计算单元112的计算结果中选取相关系数的绝对值较大的参数作为影响页岩含气量的主权参数，绝对值越大说明与页岩含气量的相关性越大，即影响越大。而对于相关系数的绝对值较小的参数，在之后的分析中便不予考虑。再对水平井每个井段所选取的参数进行类别分析，进而确定水平井压裂选段的主权参数。

举例而言，先根据表达式(1)计算第一定量分析模块11的所有输入参数的相关系数，分别得到各参数的相关系数如下，地层密度0.73、声波时差0.58、中子孔隙度0.29，自然伽马0.05，气测全烃含量0.77、气测甲烷含量0.67、钻时0.4 以及电阻率-0.03。然后，从上述各相关系数中选取主权参数。其中，地层密度是反应页岩有机质含量的测井参数，有机质含量越高，岩石密度越小，所含页岩气量就越高。声波时差和中子孔隙度都是反应地层孔隙是否发育的测井参数，但两者相比较而言，中子孔隙度的相关系数较小，因此选择了声波时差。自然伽马是反应地层中放射性粘土矿物含量高低的测井参数，页岩气分子主要吸附在粘土矿物颗粒表面，所以自然伽马的高低与含气量具有一定关系。气测全烃含量和甲烷含量是随着钻井的进行，通过气测录井仪器获取的实际含气性录井参数，气测全烃含量越高，说明含气性越好。需要注意的是，虽然气测甲烷含量的相关系数也较高，但由于其与气测全烃含量一样，反应的也是页岩含气性参数，且其变化与气测全烃含量参数一致，所以两者只选择一个就可以了，在本申请的实施例中选择了气测全烃含量。钻时是反应钻穿岩石快慢的录井参数，可较大程度地反应岩石本身的岩石力学性质。因此，利用筛选单元113筛选取得地层密度、声波时差、自然伽马、气测全烃含量以及钻时等五个主权参数。

第一定量分析模块11采用定量的方法从各待选的测井参数和录井参数中选出对页岩含气量起主要影响作用的参数，相比于现有的定性分析，可以更准确地对压裂选段进行预测。

还需要说明的是，现有技术中对水平井的压裂效果进行预测时，通常采用经过计算得到的数据，这类数据会在多次计算过程中引入误差，影响分析的准确性。而本申请实施例中所选取的测井参数和录井参数均为第一性数据信息，因为第一性数据中包含的地质信息最直接，所以选取第一性数据信息进行分析，在减少操作，提高分析效率的同时，提高了分析的可靠性。

通过第一步定量分析，从多个待选测井参数与录井参数中筛选得到影响页岩压裂效果的主权参数。接下来，为了进一步确定水平井能够进行压裂的条件，根据权重分析法对各主权参数进行第二步定量分析。

第二定量分析模块12执行第二步定量分析，通过计算总评价系数来确定是否能够对水平井进行压裂。如图1所示，第二定量分析模块12进一步包括权匹配单元121、第二计算单元122、第三计算单元123和判断单元124。

权匹配单元121，其根据各井段主权参数与页岩含气量的相关系数的值确定每个井段的各主权参数对应的权值。利用权匹配单元121确定各主权参数的权值，包括根据效果参数与各主权参数的相关系数的值的大小确定各主权参数的权值， 以及通过实际的测试数据对权值进行修正，其中，各待选参数的权值的和为1。

具体地，根据各主权参数的相关系数之间的比例关系，初步确定各主权参数的权值，并使得各权值的和为1。举例而言，当气测全烃含量相关系数为0.77、地层密度的相关系数为0.73、声波时差的相关系数为0.58、钻时的相关系数为0.4、自然伽马的相关系数为0.05时，初步确定各主权参数的权值分别为：气测全烃含量的权值为0.3、地层密度的权值为0.25、声波时差、钻时、自然伽马的权值均为0.15。

接下来，针对以上权值，完成对第二定量分析模块的全部计算，并利用实际测过产出剖面的实例1号井(如图3(a)所示)对权值进行修正，当计算出的实际产出段总评价系数大于等于0.5时，就认为修正的权值是合理的。举例而言，经过修正后的各主权参数的权值分别为：气测全烃含量0.25、地层密度0.25、声波时差0.2、钻时0.2、自然伽马0.1。

第二计算单元122，其基于各主权参数的样本数据的范围以及所述权值建立每个井段的各主权参数的权评价系数，第二计算单元122结合了各主权参数的实际值的变化范围，可以更全面的反映各主权参数影响力的大小。根据表达式(2)建立权评价系数：

式中，a为主权参数的权值，s₁和s₂分别为主权参数的数值的下限值与上限值，s₀为与页岩气含气量的较小值相对应的s₁或s₂的值，x为主权参数的实际测量数据。

举例而言，气测全烃含量的权值为0.25，其实际值的变化范围为(0-50％)，且下限值0对应着页岩气含气量的较小值，所以s₀取0，所以根据表达式(2)计算得到的气测全烃含量的权评价系数的计算公式为，0.25×x1/50，其中x1为气测全烃含量的实际测量数据。又如，地层密度的权值为0.25，其实际值的变化范围为(2-2.8kg/m³)，且上限值2.8对应着页岩气含气量的较小值，所以s₀取2.8，则地层密度的权评价系数的计算公式为，0.25×(2.8-x2)/0.8。通过计算可以得到其他各主权参数的权评价系数如表1所示。

表1主权参数的权评价系数

第三计算单元123，其根据每个井段的各主权参数的权评价系数分别得到各井段的总评价系数。在本申请的一个实施例中，用各主权参数的权评价系数的和作为总评价系数。由第二计算单元122计算得到的各权评价系数，对各参数根据对压裂效果的影响程度进行了量化和范围约束，将各主权参数的权评价系数求和作为总评价系数，可同时考虑各参数(例如含气性、孔隙性、可压性等)对压裂效果的贡献。

判断单元124，其将各井段的总评价系数与预先设定的选段界限值相比较，当所述总评价系数大于等于选段界限值时，则判断能够对相应的井段进行压裂，当所述总评价系数小于选段界限值时，则判断不能对相应的井段进行压裂。

在本申请的一个实施例中，选取选段界限值为0.5，即当总评价系数大于等于0.5时，则认为能够对相应的井段进行压裂。当总评价系数小于0.5时，则认为不能对相应的井段进行压裂。

进一步地，通过实际应用(如图3(a)-(c)所示)可以证实，总评价系数的值高出0.5较多的水平井，其压裂效果明显优于总评价系数的值高出0.5较少的水平井，因此，将选段界限值确定为大于等于0.5值。

本申请实施例的页岩气水平井压裂选段系统可以对页岩气水平井的压裂效果进行提前预测以及定量评价，提高了预测的准确性，改变了现有技术中凭借经验进行作业的不确定性和偶然性，提高了利用水平井进行页岩气开采的施工效率，降低了生产成本，有利于改善页岩气的开发效果。

在本申请的另一实施例中，还提供了一种页岩气水平井压裂选段方法，如图2所示，该方法包括以下步骤：步骤S210、依次接收对应于页岩气水平井的每个井段的多个参数。步骤S220、基于相关性分析，从所述多个参数中选取影响页岩含气量的主权参数。步骤S230、基于所述各主权参数的相关系数建立各井段的总 评价系数。步骤S240、将所述总评价系数与预先设定的选段界限值相比较来判断水平井各井段是否能够进行压裂。

下面通过一示例来进一步说明应用本申请实施例的页岩气水平井压裂选段系统进行水平井压裂选段的实际效果。

图3(a)-(c)应用为本申请实施例的系统进行压裂选段时的评价系数曲线示意图。其中，图3(a)为1号井的评价系数曲线，曲线上只有左边一小段峰值处评价系数达到0.5，其它段均低于0.5，经过实际产出剖面测试结果也证实，主要贡献层段是12-15级(与图中左边上凸段一致)，占总产气量90％，2-11级产气贡献小，仅占10％。该井压后日产气量在6.0×10⁴m³/d左右，和之后的2号井相比，产量较低。

图3(b)为2号井的评价系数曲线，由曲线可知，2号井的评价系数大部分都在0.5以上，可以得出整个水平井段具有可压性。经过实际产出剖面测试结果也证实，压后日产气量在38.5×10⁴m³/d左右，说明全井段大部分都在产出。

图3(c)为3号井的评价系数曲线，由曲线可知，3号井评价结果与1号井类似，评价结果说明不具备很好的可压性。经过实际产出剖面测试结果证实，压后日产气量也在6.0×10⁴m³/d左右。

可以看出，本申请实施例的页岩气水平井压裂选段系统可以很好地反映实际压裂工程的特点，具有较高的可靠性与实际应用的推广价值。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。