一种用于优选改造模式的砂岩可压性评价方法

1.本发明属于水力压裂技术领域，涉及一种用于优选改造模式的砂岩可压性评价方法。


背景技术：

2.砂岩压裂主要形成两类裂缝：单一对称裂缝和缝网。单一对称裂缝指在自身赋存环境下，反映水力裂缝延伸难易程度及裂缝延伸形态发展趋势，与自身物理、力学特性相关，与施工参数无关，裂缝越长、可压性越好；裂缝网络指水力压裂过程中，使天然裂缝不断扩张和脆性岩石产生剪切滑移，形成天然裂缝与人工裂缝相互交错的裂缝网络，从而增加改造体积，提高初始产量和最终采收率。裂缝越复杂、可压性越好。单一裂缝关注缝长、裂缝结构关注裂缝复杂程度；首先判断地层形成缝网可行性，若不能则判断其造长缝的可行性。
3.目前国内外对砂岩储层压裂，精准判断地层压裂改造模式可以最大化的达到改造的目的，同时也可以降低改造的成本。因此有必要提出一种用于优选改造模式的砂岩可压性评价方法，尽可能达到精准改造的目的。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于优选改造模式的砂岩可压性评价方法。
5.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种用于优选改造模式的砂岩可压性评价方法，包括以下步骤：
7.步骤一，根据岩石力学实验得出应力应变曲线，将其等效为理想曲线并计算软化模量，并结合岩石力学实验数据拟合出软化模量与e(σ
1-σ3)/σ3的线性关系，式中e为弹性模量，单位为mpa；σ1为最大水平主应力，单位为mpa；σ3为最小水平主应力；并利用最小二乘法的拟合原理获取三轴压缩强度与杨氏模量的关系，综合得出脆性指标模型；并利用最小二乘法的拟合原理获取三轴压缩强度与杨氏模量的关系，综合得出脆性指标模型；
8.步骤二，根据计算出的脆性指标，并结合应力条件、天然裂缝发育程度以及断裂能密度四个方面，将参数归一化处理；根据各参数的重要程度建立矩阵计算出基于层次分析法的各参数的权重，并检验其一致性；再通过熵权法的原理，计算出基于熵权法的各参数的权重，并根据加权平均的方法计算出基于两种方法的综合权重；
9.步骤三，根据四等分的方法，建立缝网可压性评级指标，可压性指数大于0.5的考虑开展缝网压裂，反之则判断其是否可以开展单缝压裂；
10.步骤四，根据有限元模拟杨氏模量、泊松比、压拉比、孔隙度、渗透率以及水平地应力差对缝长的影响，判断这些因素与缝长的正负相关性；
11.步骤五，根据步骤四的模拟结果，同样根据层次分析法与熵权法结合的方法得出各参数的综合权重，建立单缝可压性模型，根据四等分的方法，建立缝网可压性评级指标，可压性指数大于0.5的可以考虑开展单缝压裂，反之则该地层不适合压裂；
12.步骤六，分别利用缝网可压性模型以及单缝可压性模型计算目标储层的可压性指数，优选出合适的改造模式。
13.优选地，在步骤一中，根据岩石力学实验得出应力应变曲线，将其等效为理想曲线并计算软化模量，并结合岩石力学实验数据拟合出软化模量与e(σ
1-σ3)/σ3的线性关系，并利用最小二乘法的拟合原理获取三轴压缩强度与杨氏模量的关系，综合得出脆性指标模型。
14.优选地，在步骤二中，根据计算出的脆性指标，并结合应力条件、天然裂缝发育程度以及断裂能密度的计算公式计算出目标储层各参数的数据，对各参数进行无量纲化处理。评价参数分为正、逆向两种指标，为了便于计算，采用极差变化进行参数统一。正向指标归一化：负向指标归一化：根据各参数的重要程度，参考层次判断矩阵标度，建立判断矩阵：计算矩阵特征向量即各参数权重：δ＝(δ1,δ2…
δn)；并根据检验公式检验其一致性：其中s为归一化之后的参数值，x为原始参数值，x
min
为参数中的最小值，x
max
为参数中的最大值。a
nm
为判断矩阵元素；δ为判断矩阵的特征向量；cr为检验系数；ci为一致性指标；ri为随机一致性指标；
15.并根据检验公式检验其一致性：表1为层次判断矩阵标度，表2为随机一致性指标ri。
16.表1层次判断矩阵标度
17.标度内涵1两因素重要性相同3一个比另一个稍微重要5一个比另一个重要7一个比另一个明显重要9一个比另一个极其重要其他上述两相邻判断的中间值
18.表2随机一致性指标ri
19.n1234567891011ri000.580.901.121.241.321.411.451.491.51
20.利用熵权法的原理，首先计算第j个指标下第i个项目的指标值的比重r
ij
为第j个指标下第i个项目的指标值；再计算第j项指标的熵值hi为熵值，n为指标个数；最后计算出基于熵权法的各参数的权重：并根据加权平均的方法计算出基于两种方法的综合权重：λi为综合权重，δi为层次分析法计算出的权重值；并根据加权平均的方法计算出基于两种方法的综合权重。
21.优选地，在步骤三中，根据四等分的方法，建立缝网可压性评级指标，如表3所示，可压性指数大于0.5的考虑开展缝网压裂，反之则判断其是否可以开展单缝压裂。
22.表3可压性分级指标
23.可压性等级可压性指标ⅰ0-0.25ⅱ0.25-0.5ⅲ0.5-0.75ⅳ＞0.75
24.本发明的有益效果在于：本发明方法将精准判断目标储层改造模式，从单一裂缝、缝网形成可行性两个方面，建立了基于层次分析和熵权法的工程可压性评价模型，推荐了选段指标，大大提高目标储层改造的成功率和经济性。
25.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来实现和获得。
附图说明
26.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
27.图1为应力应变曲线；
28.图2为软化模量与杨氏模量、压缩强度、围压的统计关系；
29.图3为三轴压缩强度与杨氏模量的关系；
30.图4为弹性模量与缝长的关系；
31.图5为泊松比与缝长的关系；
32.图6为压拉比与缝长的关系；
33.图7为孔隙度与缝长的关系；
34.图8为渗透率与缝长的关系；
35.图9为水平应力差与缝长的关系；
36.图10是本发明中储层缝网可压性分级示意图；
37.图11是本发明中储层单缝可压性分级示意图。
具体实施方式
38.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
39.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本
发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
40.本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
41.参见图1，为一种用于优选改造模式的砂岩可压性评价方法的一种实施例，包括以下步骤：
42.步骤一，根据岩石力学实验得出应力应变曲线，将其等效为理想曲线并计算软化模量，并结合岩石力学实验数据拟合出软化模量与e(σ
1-σ3)/σ3的线性关系，并利用最小二乘法的拟合原理获取三轴压缩强度与杨氏模量的关系，如图2所示，综合得出脆性指标模型：型：表4为软化模量计算结果。
43.表4软化模量计算结果
[0044][0045]
步骤二，根据计算出的脆性指标，并结合应力条件、天然裂缝发育程度以及断裂能密度的计算公式计算出目标储层各参数的数据。
[0046]
应力差异系数：
[0047]
天然裂缝发育程度：
[0048]
剪切裂缝破裂率：
[0049]
张拉裂缝破裂率：
[0050]
断裂能密度：g
ε
＝0.301e2+1.703e+1.55
[0051]
对各参数进行无量纲化处理。评价参数分为正、逆向两种指标，为了便于计算，采
用极差变化进行参数统一。正向指标归一化：负向指标归一化：表2为层次判断矩阵标度。
[0052]
步骤三，根据各参数的重要程度(参考层次判断矩阵标度)建立判断矩阵：步骤三，根据各参数的重要程度(参考层次判断矩阵标度)建立判断矩阵：计算矩阵特征向量即各参数权重：δ＝(δ1,δ2…
δn)。并根据检验公式检验其一致性：表5为参数判断矩阵。
[0053]
表5参数判断矩阵
[0054][0055][0056]
计算出判断矩阵的最大特征值为5.055，其相对一致性指标为0.0123，以及各指标权重向量为(0.16，0.16，0.28，0.3，0.1)。在对判断矩阵进行一致性检验时,如果cr《0.1,则表明所得结果通过一致性检验。由于矩阵p的相对一致性指标为0.0123，小于0.1，因此通过一致性检验。最终求得在层次分析法下脆性指数、断裂嫩密度、水平应力差异系数、σ3/e以及裂缝发育指数各自权重为0.16，0.16，0.28，0.3和0.1。
[0057]
fi＝0.16b+0.16g
ε
+0.28kh+0.3i+0.1σe[0058]
步骤四，利用熵权法的原理，首先计算第j个指标下第i个项目的指标值的比重再计算第j项指标的熵值k＝(lnn)-1
)，最后计算出基于熵权法的各参数的权重：并根据加权平均的方法计算出基于两种方法的综合权重：合权重：利用excel程序根据熵权法计算方法及步骤设计了相应转换算法,包括原始输入矩阵、指标比重转换矩阵、信息熵求解矩阵以及相关参数的求解算法。之后带入不同埋深的相应指标数据，逐步求取指标比重、信息熵、变异系数，最终求得经归一化处理后的权重向量。根据东方区和陵水区的实际数据计算出熵权法下脆性指数、断裂嫩密度、水平应力差异系数、σ3/e以及裂缝发育指数各自权重为0.207，0.205，0.212，0.179和0.197。
[0059]
fi＝0.207b+0.205g
ε
+0.212kh+0.179i+0.197σe[0060]
最后通过加权平均计算出脆性指数、断裂嫩密度、水平应力差异系数、σ3/e以及裂缝发育指数最终的权重为0.168，0.165，0.299，0.27和0.1。
[0061]
fi＝0.168b+0.165g
ε
+0.299kh+0.27i+0.1σe[0062]
建立最终的缝网可压性模型，并将可压性分成ⅰ、ⅱ、ⅲ和ⅳ四类等级，等级越高越容易形成缝网。表6为可压性分级指标。
[0063]
表6可压性分级指标
[0064]
可压性等级可压性指标ⅰ0-0.25ⅱ0.25-0.5ⅲ0.5-0.75ⅳ＞0.75
[0065]
步骤五，根据有限元模拟杨氏模量、泊松比、压拉比、孔隙度、渗透率以及水平地应力差对缝长的影响。如图3～图9所示。
[0066]
根据有限元模拟各参数对缝长的影响结果可知：杨氏模量、压拉比、层间应力差以及水平地应力差与缝长呈正相关；泊松比、孔隙度以及渗透率与缝长呈负相关。
[0067]
步骤六，根据步骤五的模拟结果，并参照步骤三和步骤四的相同原理得出各参数的综合权重，建立单缝可压性模型。表7为参数判断指标。
[0068]
表7参数判断指标
[0069]
指标泊松比压拉比杨氏模量孔隙度渗透率层间应力差异水平地应力差泊松比11/21/81/21/21/81/3压拉比211/7111/81/2杨氏模量871221/31孔隙度211/2111/71/2渗透率211/2111/71/2层间应力差8837718水平地应力差321221/81
[0070]
计算出判断矩阵的最大特征值为7.313，其相对一致性指标为0.0384，以及各指标权重向量为(0.035，0.056，0.191，0.065，0.065，0.474，0.114)。在对判断矩阵进行一致性检验时,如果cr《0.1,则表明所得结果通过一致性检验。由于矩阵p的相对一致性指标为0.0384，小于0.1，因此通过一致性检验。最终求得在层次分析法下脆性指数、断裂嫩密度、水平应力差异系数、σ3/e以及裂缝发育指数各自权重为0.035，0.056，0.191，0.065，0.065，0.474和0.114。
[0071][0072]
在通过层次分析法获取到各可压性评价指标权重后。再根据评价指标体系的特点，运用熵权法进行指标权重计算。首先参考相关资料，利用excel程序根据熵权法计算方法及步骤设计了相应转换算法,包括原始输入矩阵、指标比重转换矩阵、信息熵求解矩阵以及相关参数的求解算法。之后带入不同埋深的相应指标数据，逐步求取指标比重、信息熵、变异系数，最终求得经归一化处理后的权重向量。根据东方区和陵水区的实际数据计算出熵权法下脆性指数、断裂嫩密度、水平应力差异系数、σ3/e以及裂缝发育指数各自权重为0.023，0.03，0.03，0.028，0.028和0.041。
[0073][0074]
最后通过加权平均计算出脆性指数、断裂嫩密度、水平应力差异系数、σ3/e以及裂缝发育指数最终的权重为0.026，0.056，0.19，0.06，0.449和0.159。
[0075][0076]
建立最终的单缝可压性模型，并将可压性分成ⅰ、ⅱ、ⅲ和ⅳ四类等级，等级越高越
容易形成单缝。表8为可压性分级指标。
[0077]
表8可压性分级指标
[0078]
可压性等级可压性指标ⅰ0-0.25ⅱ0.25-0.5ⅲ0.5-0.75ⅳ＞0.75
[0079]
步骤七，分别利用缝网可压性模型以及单缝可压性模型计算目标储层的可压性指数，优选出合适的改造模式。
[0080]
图10是本发明中储层缝网可压性分级示意图；
[0081]
图11是本发明中储层单缝可压性分级示意图。
[0082]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种用于优选改造模式的砂岩可压性评价方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤一：根据岩石力学实验得出应力应变曲线，将其等效为理想曲线并计算软化模量，并结合岩石力学实验数据拟合出软化模量与e(σ
1-σ3)/σ3的线性关系，式中e为弹性模量，单位为mpa；σ1为最大水平主应力，单位为mpa；σ3为最小水平主应力；利用最小二乘法的拟合原理获取三轴压缩强度与杨氏模量的关系，综合得出脆性指标模型；步骤二：根据计算出的脆性指标，并结合应力条件、天然裂缝发育程度以及断裂能密度四个方面，将参数归一化处理；根据各参数的重要程度建立矩阵计算出基于层次分析法的各参数的权重，并检验其一致性；再通过熵权法的原理，计算出基于熵权法的各参数的权重，并根据加权平均的方法计算出基于两种方法的综合权重；步骤三：根据四等分的方法，建立缝网可压性评级指标，可压性指数大于0.5的考虑开展缝网压裂，反之则判断其是否可以开展单缝压裂；步骤四：根据有限元模拟杨氏模量、泊松比、压拉比、孔隙度、渗透率以及水平地应力差对缝长的影响的因素，判断这些因素与缝长的正负相关性；步骤五：根据步骤四的模拟结果，同样根据层次分析法与熵权法结合的方法得出各参数的综合权重，建立单缝可压性模型，根据四等分的方法，建立缝网可压性评级指标，可压性指数大于0.5的开展单缝压裂，反之则不开展单缝压裂；步骤六：分别利用缝网可压性模型以及单缝可压性模型计算目标储层的可压性指数，优选出合适的改造模式。2.根据权利要求1所述的一种用于优选改造模式的砂岩可压性评价方法，其特征在于：所述步骤二中，根据计算出的脆性指标，并结合应力条件、天然裂缝发育程度以及断裂能密度的计算公式计算出目标储层各参数的数据，对各参数进行无量纲化处理；评价参数分为正、逆向两种指标，采用极差变化进行参数统一；正向指标归一化：负向指标归一化：根据各参数的重要程度，参考层次判断矩阵标度，建立判断矩阵：计算矩阵特征向量即各参数权重：δ＝(δ1,δ2…
δ
n
)；并根据检验公式检验其一致性：其中s为归一化之后的参数值，x为原始参数值，x
min
为参数中的最小值，x
max
为参数中的最大值；a
nm
为判断矩阵元素；δ为判断矩阵的特征向量；cr为检验系数；ci为一致性指标；ri为随机一致性指标；所述层次判断矩阵标度为：标度为1，表示两因素重要性相同；标度为3，表示一个比另一个稍微重要；标度为5，表示一个比另一个重要；标度为7，表示一个比另一个明显重要；标度为9，表示一个比另一个极其重要；标度为其他，表示两相邻判断的中间值；随机一致性指标ri为：n为1时，ri为0；
n为2时，ri为0；n为3时，ri为0.58；n为4时，ri为0.90；n为5时，ri为1.12；n为6时，ri为1.24；n为7时，ri为1.32；n为8时，ri为1.41；n为9时，ri为1.45；n为10时，ri为1.49；n为11时，ri为1.51；利用熵权法的原理，首先计算第j个指标下第i个项目的指标值的比重r
ij
为第j个指标下第i个项目的指标值；再计算第j项指标的熵值h
i
为熵值，n为指标个数；最后计算出基于熵权法的各参数的权重：并根据加权平均的方法计算出基于两种方法的综合权重：λ
i
为综合权重，δ
i
为层次分析法计算出的权重值；并根据加权平均的方法计算出基于两种方法的综合权重。3.根据权利要求1所述的一种用于优选改造模式的砂岩可压性评价方法，其特征在于：所述步骤三中，根据四等分的方法，建立缝网可压性评级指标，可压性指数大于0.5的考虑开展缝网压裂，反之则判断其是否可以开展单缝压裂；可压性分级指标为：可压性等级为ⅰ，可压性指标为0～0.25；可压性等级为ⅱ，可压性指标为0.25～0.5；可压性等级为ⅲ，可压性指标为0.5～0.75；可压性等级为ⅳ，可压性指标为＞0.75。

技术总结
本发明涉及一种用于优选改造模式的砂岩可压性评价方法，属于水力压裂技术领域。一类是形成网状的裂缝；另一类是形成单一裂缝。在对目标储层开展压裂前，主要是考虑储层是否可以形成缝网，但是在砂岩储层中，有时难以形成缝网结构，因此首先根据岩石脆性(BDI)、应力差异系数、天然裂缝发育程度以及断裂能密度四个方面并结合层次分析法及熵权法建立缝网可压性模型判断目的层是否能够形成缝网结构，若目标储层难以形成缝网结构，根据弹性模量、泊松比、拉压比、孔隙度、渗透率以及水平地应力差对缝长的影响，建立单缝可压性模型，判断储层是否可以形成单一裂缝。根据两类模型优选出目标储层的压裂改造方式。储层的压裂改造方式。储层的压裂改造方式。


技术研发人员：肖晖 张磊 向九洲 夏小杰 王春兵 张晗 卢宇 何天喜 王鸿森
受保护的技术使用者：重庆科技学院
技术研发日：2023.05.17
技术公布日：2023/8/9