页岩气体积压裂效果评价数据支持系统研究*

刘海龙（中国石油勘探开发研究院）



页岩气体积压裂效果评价数据支持系统研究*

刘海龙
（中国石油勘探开发研究院）

摘要体积压裂已经成为页岩气增产的必要措施，如何评价体积压裂效果是页岩气藏提高压裂水平亟待解决的问题。在体积压裂井产能评价、压裂效果多因素影响分析、相关性分析、多元回归分析的理论基础之上，建立了压裂投产效果评价指标和压裂工艺效果评价指标，通过理论计算明确裂缝几何参数对页岩气藏压裂效果的影响程度，同时引入体积压裂井产能变化指数，建立评价方法，将压后生产动态情况综合到压裂效果评价中，并应用模糊数学方法对评价指标进行计算，解决了压裂效果评价中的地质因素和工程因素之间的矛盾。实例计算表明：数据支持系统能够满足页岩气体积压裂效果评价现场需求，应用效果较好，经济效益显著。图2表4参13

关键词页岩气体积压裂数据库系统效果评价

0　引言

随着油气资源供需的日益增加，页岩气作为一种清洁、高效的新型能源备受关注，相比于国外，国内对页岩气的研究起步较晚，但后劲十足，目前正逐步加大该领域的勘探和开发力度[1-3]。页岩储集层普遍具有渗透率低、天然裂缝发育、非均质性强的特点，使得页岩气在储集层中的流动常伴随滑脱、吸附等特性[4-5]，因而广泛采用体积压裂进行页岩气开采[6-9]。

然而对于一个区块而言，随着技术和理论的不断提高，压裂施工的不断继续，各种施工信息和生产动态数据越来越繁杂，特别是对于投产不久的页岩气田，对其基础数据和施工数据进行规范和管理的难度更大，目前压裂在数据资料的管理上存在以下问题：数据管理尚处在一种半手工、半计算机化状态，存储和导出不规范、不标准，数据不能被直接应用；无错误校验机制，动静态数据存在细节上的错误；各种数据之间的关系脱节，不利于进行综合分析研究。此外与压裂施工过程和效果有关的资料本身具有：“数据资料类别众多；数据之间关联性大；随着页岩气田开发的不断进行，压裂施工数据在不断增加”的特点。那么如何准确、规范、快速的整理和分析这些数据，成为页岩体积压裂效果评估的关键。因此为解决上述问题，本文基于国内外压裂效果评估技术，运用数据库，结合模糊数学、数理统计与管理和多元分析理论，研制一套适合页岩气体积压裂效果评价数据支持系统。

1　现有技术分析

页岩气体积压裂压开的地层裂缝在几千米的地下层形成并延伸，了解裂缝几何形状及相关参数的难度可想而知，虽然能采用最好的压裂设计工具和技术进行压裂处理，但很难证实由模型估计的裂缝几何形状是否合理。目前国内外对压裂效果评价方法主要有裂缝监测法、产能评价法、经济评价法、模糊综合评价法，应用较多的为裂缝监测法。经过近60年的发展已经形成近10余种裂缝监测技术，对现有裂缝监测技术原理和特点进行总结，依据所采集数据特征将裂缝监测技术分为3类：远井直接监测方法、近井直接监测方法、间接监测方法（表1）。由表1知：现有的裂缝监测技术存在一定的缺陷，不能满足页岩气体积压裂的效果评价。

2　页岩气体积压裂评价数据支持系统

2.1效果评价指标建立

建立起具有科学性、客观性的压裂效果评价指标，是对压裂效果进行量化评价的必要前提，也是分析压裂工艺、压裂地质的先决条件。压裂效果评价首先要明确是哪些因素影响了压裂效果，每一个因素对最终效果的影响程度，如何对压裂效果进行综合的评价。地质因素和工程因素对压裂效果的影响程度不同，如果仅应用一个评价指标则无法对地质和工程进行客观、科学的评价。

表1　裂缝监测技术对比

针对地质因素和工程因素在压裂效果评价结果上的矛盾，本文提出两个评价指标：压裂投产效果评价指标和压裂工艺效果评价指标。压裂投产效果评价指标是一项综合考虑地质、工程及压后产能变化情况的评价指标，压裂工艺效果评价指标则不考虑压后产能情况，只是考虑压裂施工过程的压裂行为在储层中产生的效果，因此有可能出现尽管压裂后气井的产能很低，但其压裂工艺效果评价却相对较好的评价结果。运用模糊数学和人工神经网络的方法建立评价指标，最大程度上做到量化性、科学性和客观性。

评价压裂投产效果的综合性能的指标有很多个，归类分析主要包括：储层物性参数指标、储层电性参数指标、压裂施工规模参数指标、压裂泵注程序参数指标、压裂现场施工效果参数指标、压后产能测试指标、裂缝几何参数等七个大的方面(图1)。而压裂工艺效果评价中，不再考虑压裂投产后产能情况的影响，完全从地质参数和施工参数两个方面进行考虑。主要的评级指标为前五个方面。

图1　压裂投产效果监测指标因素集

2.2体积压裂效果判断

确定评价指标后，为提高评价速度，首先要对各项数据进行归一化处理（公式1），使得各组值之间具有统一的度量尺度，同时也可以消除量纲。然后采用加权综合法对各指标进行数据处理，对各评价指标进行体积压裂效果判断，最后由判断结果进行体积压裂效果分级[10-11]。

式中：

Xi—原始数据资料的第i个评价参数归一化后的输出值；

xi—原始数据资料的第i个评价参数的实际值；

xmax—所有参与评价参数项中的输入最大值；

xmin—所有参与评价参数项中的输入最小值。

式中：

k—方案数，k=1表示压裂前，k=2表示压裂后；

m—待评价区块总井数。

指标Fi的参数Fij取压裂前、后相应值，通过比较压裂前、后评价值，判断体积压裂效果，并将判断结果分为五级(表2)。

表2　体积压裂效果判断标准

2.3效果评价资料需求

对一口井的压裂施工进行评价,需要该井的开发地质资料、压裂施工过程记录资料、压裂施工应用材料性能资料、压裂前后的生产动态资料。如果所分析评价的对象是一个区块，则需要增加区块的压裂地质方面的资料。

压裂评价支持数据库主要用来管理与压裂效果评价有关的数据，包括建立静态的地质参数、压裂施工参数等数据库，不仅具有管理数据库的功能，还具有浏览、录入、插入、编辑、修改、查询等基本功能，在运行时还可进行窗口的排列和简单的绘图编辑、数据导出等操作。

2.4效果评价设计方法

根据设计思路和参数评价指标，结合相关理论，体积压裂效果评价支持系统基于Visual Basic 6.0编程开发，适用于Microsoft Office 32位和64位，形成一套能够支持页岩气体积压裂数据分析的单机版效果评价应用系统[12-13]。

图2　整体结构示意图

从整体开发结构来看，本效果评价数据支持系统可划分为主要功能模块和辅助功能模块等多个模块(图2)。主要功能模块包括数据库建立及保存模块、基础数据导入及绘图显示模块、数据统计分析模块、数据输出及自动生成数据文件模块；而辅助功能模块则为输入数据查看、输入数据编辑、文件的切换、附件工具(如计算器、记事本等)。评价数据支持系统的主要功能模块是统计输入数据并进行数理分析，辅助功能是协助计算，同时方便用户操作。

3　实例分析

该评价数据支持系统在涪陵大安寨页岩气田某区块(简称研究区)的实例分析表明，用评价数据支持系统解释的裂缝参数与现场裂缝监测参数吻合，验证了该评价数据支持系统的可靠性，应用效果较好，经济效益显著。

首先对每一项数据进行归一化处理，评价参数归一化的处理部分结果如表3所示。

表3　某区块压裂投产效果评价指标部分数据部分数据归一化后结果值

由表2可知各因素的评价向量，如孔隙度的评价向量为(0,0.78,0.85,0.62,1)，按照一级指标(图1中七项指标)分类评价，形成六个评价向量矩阵，如储层物性评价向量矩阵为：

然后对每一项的参数权重进行确定，在各项评价指标分析的基础上，结合综合评价的参数需求，对地质、工程、裂缝监测、压后产能等四个方面选择的各具代表性的评价参数分别进行权重分析（表4）。

表4　压裂效果评价部分指标权重确定

对于压后产能监测结果的分析，采用三项参数，即投产初期计算得到的压后气井无阻流量，气井压裂后一年中的月平均产气量，以及对压裂气井的生产动态进行分析监测的压后产能变化指数。对于这三个参数，将压后产能监测的权重平均分配，即在综合监测中各占33%。考虑到研究区与邻近井区的差异性，最终得到研究区的评价值为23.07，压裂效果很好，与现场压裂效果评价结果一致。

4　结论

（1）研究开发的评价数据支持系统具有功能强、稳定性好、操作简便等特点，集数据录入、统计、分析于一体，实例计算表明，该评价数据支持系统能够满足现场需求，应用效果较好，经济效益显著。

（2）影响压裂效果的主要因素是储层物性参数，其次是压裂规模参数、储层电性参数、现场施工效果参数、泵注程序参数等，而储层物性参数为不可控制因素，因此压裂施工规模参数成为调整的核心。

（3）在压裂井产能评价、压裂效果多因素影响分析、相关性分析、多元回归分析的理论基础之上建立了压裂投产效果评价指标和压裂工艺效果评价指标，通过理论计算明确裂缝几何参数对研究页岩气藏压裂效果的影响程度，同时通过引入压裂井产能变化指数建立了评价方法，将压后生产动态情况综合到压裂效果评价中，并应用模糊数学方法对研究区评价指标进行计算，解决了压裂效果评价中的地质因素和工程因素之间的矛盾。

参考文献

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12黄志文.水力压裂效果评价分析方法研究与应用[R].中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，2009.

13杨志浩，李治平，黄志文等.致密气藏压裂效果评价支持系统研究[J].石油机械，2014，42（9）:72-76.

（修改回稿日期2015-05-14编辑文敏）

作者简介刘海龙，男，1989年出生，工程师；2013年毕业于中国地质大学（北京）石油工程专业，主要从事数值模拟、提高采收率方面的研究工作。地址：（100083）北京市海淀区学院路20号勘探开发研究院软件中心。电话：（010）83595001，15210831176。E-mail：478277608@qq.com

*基金项目：中国石油天然气股份有限公司科技重大专项（2011A-1010）“新一代油藏数值模拟软件”。