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        砂礫巖油藏影響壓裂效果關(guān)鍵地質(zhì)力學(xué)因素研究及應(yīng)用

        2021-10-23 12:15:56林海宇劉向君王小軍梁利喜
        石油地球物理勘探 2021年5期
        關(guān)鍵詞:烏爾禾巖石儲(chǔ)層

        熊 健 林海宇 唐 勇 劉向君* 王小軍 梁利喜

        (①西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川成都 610500;②中石油新疆油田公司勘探開發(fā)研究院,新疆克拉瑪依 834000)

        0 引言

        近年來,針對準(zhǔn)噶爾盆地砂礫巖油藏的勘探開發(fā)取得重要突破,特別是瑪湖凹陷三疊系百口泉組以及二疊系上烏爾禾組砂礫儲(chǔ)層有著巨大的勘探開發(fā)潛力[1-2],其中二疊系上烏爾禾組為扇三角洲沉積,整體為一套由礫巖、泥巖組成的超覆退積的粗粒碎屑巖體,地層厚度為0~300m[3]。目前,針對該儲(chǔ)層進(jìn)行的大量研究主要集中在沉積特征[4-6]、成藏控制因素[7]、成巖作用特征[8-10]、儲(chǔ)層特征[11-13]、儲(chǔ)層預(yù)測[14-15]等方面,取得的研究成果有效支撐了瑪湖凹陷二疊系上烏爾禾組砂礫巖儲(chǔ)層的勘探與開發(fā)。

        地質(zhì)工程一體化技術(shù)是致密砂礫巖油藏實(shí)現(xiàn)效益開發(fā)的有效途徑[16-17],已經(jīng)在新疆油田瑪湖凹陷三疊系百口泉組致密砂礫巖油藏開發(fā)中得到應(yīng)用并取得了良好的效果,目前正逐步在該區(qū)烏爾禾組致密砂礫巖油藏開發(fā)中推廣應(yīng)用[18]。地質(zhì)力學(xué)參數(shù)在地質(zhì)工程一體化中起橋梁作用,能確保地質(zhì)認(rèn)識和工程技術(shù)無縫銜接,切實(shí)解決工程難題[19]。儲(chǔ)層地質(zhì)力學(xué)參數(shù)一般涉及巖石力學(xué)、孔隙壓力、地應(yīng)力等方面,是井位優(yōu)選、鉆井井壁穩(wěn)定、儲(chǔ)層改造等環(huán)節(jié)的關(guān)鍵參數(shù)。目前,國內(nèi)外學(xué)者對煤巖、頁巖、砂巖、碳酸鹽巖、砂礫巖等儲(chǔ)層[20-26]的地質(zhì)力學(xué)規(guī)律已有較多研究,并取得了一定的認(rèn)識。為了更好地開發(fā)瑪湖凹陷烏爾禾組油藏,有必要對烏爾禾組砂礫巖儲(chǔ)層巖石地質(zhì)力學(xué)特性展開深入研究,掌握儲(chǔ)層地質(zhì)力學(xué)規(guī)律。

        體積壓裂也是高效開發(fā)致密砂礫巖油藏的技術(shù)方法之一[16-17],壓裂效果很大程度上決定了油氣產(chǎn)能,開展影響壓裂效果主控因素的研究對優(yōu)選砂礫巖儲(chǔ)層壓裂井段、設(shè)計(jì)砂礫巖油藏開采方案等具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。之前,學(xué)者針對頁巖氣藏、煤層氣藏、致密油藏、砂礫巖油藏等多種類型儲(chǔ)層的壓裂效果評價(jià)方法做了大量的研究工作[27-29],楊兆中等[30]基于Apriori關(guān)聯(lián)分析法研究了壓裂施工工藝參數(shù)對煤層氣壓裂效果的影響,并優(yōu)化了壓裂施工參數(shù);李玉偉等[31]利用模糊綜合評判與灰色關(guān)聯(lián)方法分析了水平井儲(chǔ)層參數(shù)與壓后日增產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)程度;李小剛等[32]基于灰色關(guān)聯(lián)法分析了儲(chǔ)層因素和壓裂施工工藝因素對砂礫巖儲(chǔ)層壓后產(chǎn)能的影響程度;龍章亮等[33]基于灰色關(guān)聯(lián)法分析了頁巖儲(chǔ)層中儲(chǔ)層、壓裂施工工藝和力學(xué)參數(shù)等共12個(gè)因素對無阻流量的影響程度,提出了一種可壓指數(shù)。這些研究從儲(chǔ)層地質(zhì)因素或壓裂施工工藝因素等方面研究了影響壓裂效果的各個(gè)因素之間的主次關(guān)系,對壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)具有一定的借鑒意義。然而,在影響壓裂效果的主控因素評價(jià)中,考慮儲(chǔ)層地質(zhì)力學(xué)因素的研究和認(rèn)識相對較少。

        為此,開展了針對烏爾禾組砂礫巖儲(chǔ)層影響壓裂效果關(guān)鍵地質(zhì)力學(xué)因素相關(guān)研究。本文以瑪湖凹陷烏爾禾組砂礫巖儲(chǔ)層巖石為研究對象,基于室內(nèi)同步的物理實(shí)驗(yàn)和巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn),構(gòu)建了烏爾禾組巖石力學(xué)參數(shù)測井預(yù)測模型;基于已鉆井壓裂、測井資料,建立了烏爾禾組地層孔隙壓力、地應(yīng)力測井預(yù)測模型,在此基礎(chǔ)上,結(jié)合油井壓后產(chǎn)能資料,采用灰色關(guān)聯(lián)法得到了各地質(zhì)力學(xué)參數(shù)與米采液指數(shù)(指在單位生產(chǎn)壓差下單位厚度儲(chǔ)層的日產(chǎn)液量)的關(guān)聯(lián)程度。之后,采用層次分析法構(gòu)建了儲(chǔ)層壓裂工程評價(jià)指標(biāo)計(jì)算模型,為儲(chǔ)層壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

        1 儲(chǔ)層地質(zhì)力學(xué)特性

        1.1 巖石力學(xué)特性

        儲(chǔ)層地質(zhì)力學(xué)的研究范圍涉及儲(chǔ)層巖石力學(xué)、地層孔隙壓力、地應(yīng)力等方面,其中儲(chǔ)層巖石力學(xué)性質(zhì)是儲(chǔ)層地質(zhì)力學(xué)研究的基礎(chǔ)。為了獲取儲(chǔ)層段巖石力學(xué)特性,需建立基于測井信息的巖石力學(xué)參數(shù)計(jì)算模型,進(jìn)而得到單井巖石力學(xué)參數(shù)剖面。目前已建立的不同地區(qū)、不同巖性的巖石力學(xué)參數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式,使用范圍存在局限性[34]。因此,需要建立針對瑪湖凹陷烏爾禾組砂礫巖儲(chǔ)層的巖石力學(xué)參數(shù)的測井計(jì)算模型。

        以烏爾禾組砂礫巖儲(chǔ)層井下巖石樣品為研究對象,對巖樣進(jìn)行基礎(chǔ)物性測試。通過聲波和強(qiáng)度同步測試系統(tǒng)[35]對巖樣進(jìn)行測試和篩選。力學(xué)測試主要包括單軸抗壓強(qiáng)度(12塊巖樣)、三軸壓縮測試(10塊巖樣)和巴西劈裂測試(12塊巖樣),并且對全部巖樣進(jìn)行體積密度和超聲波測試。測量結(jié)果如表1所示。

        表1 烏爾禾組砂礫巖儲(chǔ)層巖石樣品力學(xué)參數(shù)測試結(jié)果

        基于測試結(jié)果,建立了烏爾禾組儲(chǔ)層巖石力學(xué)參數(shù)與聲波、體積密度之間的關(guān)系,圖1a~圖1c分別顯示巖石單軸抗壓強(qiáng)度、巖石抗張強(qiáng)度、巖石彈性模量與聲波時(shí)差/密度(1/IP)呈明顯的負(fù)相關(guān)性;圖1d顯示巖石泊松比與聲波時(shí)差/密度(1/IP)間呈明顯的正相關(guān)性,并分別擬合出各自的相關(guān)公式。根據(jù)儲(chǔ)層巖石力學(xué)參數(shù)的響應(yīng)機(jī)制,建立了儲(chǔ)層巖石力學(xué)參數(shù)的測井計(jì)算模型。

        圖1 巖石力學(xué)參數(shù)與聲波、密度間的關(guān)系

        同時(shí),基于應(yīng)力—應(yīng)變曲線建立的巖石脆性指數(shù)計(jì)算方法[36],獲取了烏爾禾組儲(chǔ)層巖石脆性指數(shù)的范圍(16.96~62.20)和平均值(37.90)。在此基礎(chǔ)上,研究了烏爾禾組儲(chǔ)層脆性指數(shù)與巖石力學(xué)參數(shù)、聲波、體積密度間的關(guān)系(圖2),并建立儲(chǔ)層巖石脆性指數(shù)的測井計(jì)算模型。由圖可見,巖石脆性指數(shù)與靜態(tài)彈性模量呈明顯的正相關(guān)性。

        圖2 脆性指數(shù)與彈性模量間的關(guān)系

        1.2 地層孔隙壓力

        準(zhǔn)確預(yù)測地層壓力對優(yōu)質(zhì)高效安全鉆井、儲(chǔ)層壓裂改造等具有重要的意義。目前,預(yù)測地層壓力的方法有多種,其中基于測井資料預(yù)測地層孔隙壓力最為常用,又大致分為等效深度法、Eaton(伊頓法)和有效應(yīng)力法三種。前兩種方法需要建立正常壓實(shí)趨勢線,主要考慮聲波、電阻率、自然伽馬等單因素的影響;有效應(yīng)力法通過建立有效應(yīng)力與測井巖石物理響應(yīng)的關(guān)系預(yù)測地層孔隙壓力,該方法綜合考慮了多種因素的影響,可避免單因素導(dǎo)致的精度低、誤差大的問題[37]。利用地層孔隙壓力實(shí)測數(shù)據(jù)及相應(yīng)井段的測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行多元非線性回歸分析,可得到有效應(yīng)力計(jì)算模型

        σe=0.00556DEPTH+0.09717AC+

        11.2367lnGR-64.7978

        (1)

        式中:DEPTH為地層深度;AC為聲波時(shí)差值;GR為自然伽馬值。

        基于測井資料和式(1)得到計(jì)算有效應(yīng)力值,與實(shí)測有效應(yīng)力作對比(圖3)可以看出,計(jì)算有效應(yīng)力值與實(shí)測有效應(yīng)力值非常接近,說明模型具有較高的精度,能夠滿足工程需求?;谟行?yīng)力理論,結(jié)合密度測井資料,得到烏爾禾組儲(chǔ)層地層壓力計(jì)算公式

        圖3 實(shí)測有效應(yīng)力值與計(jì)算有效應(yīng)力值間的關(guān)系

        (2)

        式中:σV為垂向應(yīng)力;H0為測井起始點(diǎn)深度;ρ0(h)為未測井段深度為h點(diǎn)的密度;ρ(h)為深度為h點(diǎn)的測井密度;g為重力加速度,取9.8 kg·m/s2。

        1.3 地應(yīng)力

        儲(chǔ)層地應(yīng)力是鉆井工程及壓裂工程所需的基礎(chǔ)參數(shù),對研究區(qū)油氣勘探與開發(fā)具有重要意義。確定地應(yīng)力參數(shù)的方法有很多,其中基于水力壓裂資料反演是測量深部地層應(yīng)力最有效的方法,也是國際巖石力學(xué)測試技術(shù)委員會(huì)推薦的巖體應(yīng)力測量的主要方法之一[38]。該方法基于壓裂施工曲線得到地層的破裂壓力和閉合壓力,進(jìn)而計(jì)算得到某深度點(diǎn)地層水平最小主應(yīng)力和水平最大主應(yīng)力。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合式(3)彈簧組合模型獲取該深度點(diǎn)的構(gòu)造應(yīng)變系數(shù),并獲得單井的地應(yīng)力剖面。利用該方法計(jì)算得到烏爾禾組儲(chǔ)層的沿最大主應(yīng)力方向與最小主應(yīng)力方向構(gòu)造應(yīng)變系數(shù)平均值分別為6.497×10-3和2.106×10-4,利用式(3)即可獲得該儲(chǔ)層的地應(yīng)力計(jì)算模型。

        (3)

        其中

        (4)

        式中:σH、σh分別為水平最大、最小主應(yīng)力;α為biot系數(shù);εH、εh分別為沿最大主應(yīng)力方向與最小主應(yīng)力方向構(gòu)造應(yīng)變系數(shù)。

        基于以上構(gòu)建的巖石力學(xué)參數(shù)計(jì)算模型、孔隙壓力計(jì)算模型和地應(yīng)力計(jì)算模型,結(jié)合測井資料,可得到單井烏爾禾組儲(chǔ)層段地質(zhì)力學(xué)剖面圖。圖4為瑪湖凹陷A井的地質(zhì)力學(xué)參數(shù)剖面圖,綜合統(tǒng)計(jì)研究區(qū)已鉆井的單井計(jì)算結(jié)果,可得到研究區(qū)烏爾禾組儲(chǔ)層巖石單軸抗壓強(qiáng)度范圍為33~48MPa,抗張強(qiáng)度范圍為3.86~7.94MPa,彈性模量范圍為12016~19887MPa,泊松比范圍為0.30~0.34,脆性指數(shù)范圍為22~42,烏爾禾組儲(chǔ)層地層壓力主要范圍在1.07~1.41MPa/100m。烏爾禾組儲(chǔ)層主要以潛在正斷型地層為主,即,其中垂向應(yīng)力梯度范圍為2.35~2.36MPa/100m,水平最大主應(yīng)力梯度范圍為1.91~2.10MPa/100m,水平最小主應(yīng)力梯度范圍為1.71~1.86MPa/100m。

        圖4 A井礫巖段地質(zhì)力學(xué)參數(shù)剖面圖(3675~3708m)

        2 影響壓裂效果的主控因素分析

        影響壓裂效果的儲(chǔ)層地質(zhì)力學(xué)因素包括單軸抗壓強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度、彈性模量、泊松比、地層壓力、水平最大主應(yīng)力、水平最小主應(yīng)力和水平應(yīng)力差等9個(gè)參數(shù)。壓裂效果評價(jià)主要采用米采液指數(shù)法,其值越高,壓裂效果越好,反之壓裂效果越差。從射孔壓裂段提取每段地層的地質(zhì)力學(xué)參數(shù),并分析影響因素與壓裂后的米采液指數(shù)間的關(guān)聯(lián)程度。由于不同的影響因素存在量綱和數(shù)量級的差異,因此需采用極值變換法對各影響因素的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理,即

        (i=1,2,…,m;k=1,2,…,n)

        (5)

        式中:Xi(k)為第i個(gè)影響因素中的第k個(gè)值;Yi(k)為第i個(gè)影響因素中的第k個(gè)值的歸一化值;m、n分別為影響因素個(gè)數(shù)和數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)。

        圖5分析了歸一化后各影響因素與米采液指數(shù)之間的關(guān)系,可以看出,脆性指數(shù)、彈性模量與米采液指數(shù)呈正相關(guān)(圖5c、圖5d),即影響因素值越大,米采液指數(shù)越大,儲(chǔ)層壓裂效果越好;單軸抗壓強(qiáng)度(圖5a)、抗張強(qiáng)度(圖5b)、泊松比(圖5e)、水平應(yīng)力差(圖5j)與米采液指數(shù)呈負(fù)相關(guān),即影響因素值越大,米采液指數(shù)越小,儲(chǔ)層壓裂效果越差;地層壓力、水平最大主應(yīng)力、水平最小主應(yīng)力與米采液指數(shù)沒有明顯的相關(guān)性(圖5f~圖5h)。另外,圖中還可以看出,雖然各影響因素與米采液指數(shù)之間存在線性相關(guān),但是相關(guān)系數(shù)較低,因此本文只是定性評價(jià)各影響因素對壓裂效果的影響,沒有進(jìn)行定量評價(jià)。

        圖5 歸一化地質(zhì)力學(xué)參數(shù)與米采液指數(shù)間的關(guān)系

        劉會(huì)虎等[27]、李玉偉等[31]、李小剛等[32]、龍章亮等[33]采用灰色關(guān)聯(lián)法對影響煤層氣藏、頁巖氣藏、致密油藏和砂礫巖油藏壓裂效果的主控因素進(jìn)行了研究,認(rèn)為灰色關(guān)聯(lián)法是分析影響儲(chǔ)層壓裂效果主控因素的有效方法。該方法是一種多因素統(tǒng)計(jì)分析方法,可通過求解未知的非線性問題中各影響因素的灰色關(guān)聯(lián)度,反映各因素對目標(biāo)函數(shù)的重要性,從而確定各影響因素的主次。通過計(jì)算得到影響壓裂效果儲(chǔ)層地質(zhì)力學(xué)影響因素的指標(biāo)權(quán)重,避免了人為經(jīng)驗(yàn)確定各影響因素指標(biāo)權(quán)重的主觀性。因此,本文采用灰色關(guān)聯(lián)分析法確定影響烏爾禾組儲(chǔ)層壓裂效果的地質(zhì)力學(xué)主控因素。

        采用式(5)對各影響因素和米采液指數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理之后,對數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)度計(jì)算與分析。利用式(6)計(jì)算各影響因素的關(guān)聯(lián)系數(shù)

        (6)

        式中:ξi(k)為第i個(gè)影響因素的第k個(gè)參考點(diǎn)的關(guān)聯(lián)系數(shù);Δi(k)=|X0(k)-Xi(k)|,為歸一化后第i個(gè)影響因素值(Xi(k))與參考數(shù)列值(X0(k))差值的絕對值;d為分辨系數(shù),一般情況取0.5。

        將米采液指數(shù)設(shè)為參考數(shù)列,各影響因素設(shè)為比較數(shù)列,通過計(jì)算位移差評價(jià)比較數(shù)列(各影響因素)與參考數(shù)列(米采液指數(shù))之間的相似程度。位移差越小,關(guān)聯(lián)度越接近1,則比較數(shù)列和參考數(shù)列形態(tài)越接近;反之,兩者的相似程度越低。

        對各影響因素的關(guān)聯(lián)系數(shù)進(jìn)行均值化處理,所得平均值能夠定量反映各影響因素的關(guān)聯(lián)程度,計(jì)算公式為

        (7)

        式中:γi為第i個(gè)比較數(shù)列的關(guān)聯(lián)度;n為該數(shù)列中參考點(diǎn)總數(shù)。

        根據(jù)關(guān)聯(lián)度大小排序可確定研究區(qū)烏爾禾組儲(chǔ)層各因素對壓裂效果的影響程度,結(jié)果如表2所示??梢钥闯?,各影響因素的關(guān)聯(lián)度數(shù)值存在明顯差異,與關(guān)聯(lián)度對應(yīng)的各因素對壓裂效果的影響程度由大到小排序依次為水平應(yīng)力差、脆性指數(shù)、彈性模量、抗張強(qiáng)度、單軸抗壓強(qiáng)度、水平最大主應(yīng)力、水平最小主應(yīng)力、地層壓力、泊松比。結(jié)合圖4可知,水平最大主應(yīng)力、水平最小主應(yīng)力、地層壓力、泊松比等4個(gè)影響因素與米采液指數(shù)的相關(guān)性較低,判別系數(shù)R2都較小(R2<0.12),且對壓裂效果的影響排序偏后,因而綜合判斷這些因素對米采液指數(shù)影響不顯著,應(yīng)予以排除。因此,烏爾禾組儲(chǔ)層影響壓裂效果的地質(zhì)力學(xué)主控因素為水平應(yīng)力差、脆性指數(shù)、彈性模量、抗張強(qiáng)度以及單軸抗壓強(qiáng)度。

        表2 各影響因素與米采液指數(shù)的關(guān)聯(lián)度及排序

        3 儲(chǔ)層壓裂工程評價(jià)指標(biāo)

        可壓裂性評價(jià)指數(shù)對儲(chǔ)層的工程甜點(diǎn)評價(jià)具有重要意義,已有大量學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究,在構(gòu)建儲(chǔ)層壓裂性評價(jià)指標(biāo)中常用層次分析法確定各因素的權(quán)重系數(shù)。唐穎等[39]、賴富強(qiáng)等[40]、崔春蘭等[41]、曾治平等[42]利用層次分析法構(gòu)建了考慮多種因素的可壓裂性評價(jià)指標(biāo),在針對頁巖氣、致密氣儲(chǔ)層的評價(jià)中均取得較好的應(yīng)用效果。層次分析法的基本思想是將所要分析的問題層次化,即根據(jù)問題的性質(zhì)和所要達(dá)成的總目標(biāo),將問題分解為不同的組成因素,再通過兩兩比較得出各因素的重要性,建立判斷矩陣計(jì)算各因素對于目標(biāo)的權(quán)重系數(shù)[43]。利用層次分析法確定各因素的權(quán)重系數(shù)時(shí),需要根據(jù)各因素間影響程度關(guān)系構(gòu)造判斷矩陣,在基于灰色關(guān)聯(lián)法確定各因素的影響程度排序時(shí),可有效避免人為經(jīng)驗(yàn)對排序的影響。此外,需要對影響壓裂效果的地質(zhì)力學(xué)主控因素進(jìn)行正向或負(fù)向歸一化處理,使主控因素都變成正向參數(shù),經(jīng)歸一化后的主控因素越大,米采液指數(shù)越大,儲(chǔ)層壓裂效果越好。其中脆性指數(shù)、彈性模量為正相關(guān)指標(biāo),而水平應(yīng)力差、抗張強(qiáng)度、單軸抗壓強(qiáng)度為負(fù)相關(guān)指標(biāo)。本文研究中因脆性指數(shù)的預(yù)測模型是基于彈性模量建立,因此將脆性指數(shù)和彈性模量歸為一個(gè)影響因素,構(gòu)建評價(jià)指標(biāo)時(shí)只考慮其中之一即可。

        根據(jù)上述方法,對確定影響烏爾禾組儲(chǔ)層壓裂效果的主控因素進(jìn)行對比,衡量各因素的重要性,并應(yīng)用數(shù)字1~9和對應(yīng)的倒數(shù)進(jìn)行標(biāo)度,確定各因素的權(quán)重,實(shí)現(xiàn)了基于矩陣標(biāo)度法構(gòu)造判斷矩陣(aij表述因素i對因素j的重要性值),構(gòu)建的儲(chǔ)層壓裂工程評價(jià)指標(biāo)判斷矩陣如表3所示。在構(gòu)建判斷矩陣的基礎(chǔ)上,利用層次分析理論中的特征向量法計(jì)算各主控因素的權(quán)重向量(權(quán)重系數(shù)),得到了研究區(qū)水平應(yīng)力差、脆性指數(shù)、抗張強(qiáng)度、單軸抗壓強(qiáng)度等因素的權(quán)重系數(shù)依次為0.41、0.29、0.20、0.10。

        表3 儲(chǔ)層壓裂工程評價(jià)指標(biāo)判斷矩陣

        基于層次分析法得到的各主控因素權(quán)重系數(shù),建立烏爾禾組砂礫巖儲(chǔ)層壓裂工程評價(jià)指標(biāo)模型

        XE=0.41Δσg+0.29Bg+0.20σtg+0.10σcg

        (8)

        式中:XE為儲(chǔ)層壓裂工程評價(jià)指標(biāo);Δσg為歸一化水平應(yīng)力差;Bg為歸一化脆性指數(shù);σtg為歸一化抗張強(qiáng)度;σcg為歸一化單軸抗壓強(qiáng)度。

        計(jì)算的儲(chǔ)層壓裂工程評價(jià)指標(biāo)與米采液指數(shù)關(guān)系如圖6所示,可見,儲(chǔ)層壓裂工程評價(jià)指標(biāo)與米采液指數(shù)呈明顯的正相關(guān)性,儲(chǔ)層壓裂工程評價(jià)指標(biāo)值越大,儲(chǔ)層壓裂效果越好,米采液指數(shù)值越大,說明構(gòu)建的權(quán)重系數(shù)具有一定的可靠性。

        圖6 儲(chǔ)層壓裂工程分類評價(jià)指標(biāo)和米采液指數(shù)的關(guān)系

        結(jié)合研究區(qū)已有資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果,將儲(chǔ)層壓裂工程評價(jià)指標(biāo)劃分為四類,從Ⅰ類到Ⅳ類儲(chǔ)層壓裂工程評價(jià)指標(biāo)值逐漸降低:①Ⅰ類(壓裂效果最優(yōu)),XE≥0.6;②Ⅱ類(壓裂效果次優(yōu)),0.43≤XE<0.6;③Ⅲ類(壓裂效果較差),0.3≤XE<0.43;④Ⅳ類(壓裂效果差),XE<0.3。儲(chǔ)層壓裂工程評價(jià)指標(biāo)與水平主應(yīng)力差、脆性指數(shù)、抗張強(qiáng)度和單軸抗壓強(qiáng)度間關(guān)系如圖7所示??梢钥闯?,儲(chǔ)層分類評價(jià)指標(biāo)與脆性指數(shù)呈正相關(guān)(圖7b),與水平應(yīng)力差(圖7a)、抗張強(qiáng)度(圖7c)以及單軸抗壓強(qiáng)度(圖7d)呈負(fù)相關(guān),即儲(chǔ)層壓裂工程評價(jià)指標(biāo)隨著水平主應(yīng)力差、抗張強(qiáng)度和單軸抗壓強(qiáng)度的增加而減小,隨著脆性指數(shù)的增加而增加。

        圖7 儲(chǔ)層壓裂工程評價(jià)指標(biāo)與地質(zhì)力學(xué)參數(shù)關(guān)系

        基于構(gòu)建的巖石力學(xué)參數(shù)預(yù)測計(jì)算模型和孔隙壓力、地應(yīng)力計(jì)算模型,獲取單井的地質(zhì)力學(xué)參數(shù)剖面,結(jié)合構(gòu)建的儲(chǔ)層壓裂工程評價(jià)指標(biāo)模型,得到瑪湖凹陷B井儲(chǔ)層壓裂工程評價(jià)指標(biāo)單井剖面圖(圖8)。由圖可見,B井儲(chǔ)層壓裂工程評價(jià)指標(biāo)分類以Ⅱ、Ⅲ類為主,Ⅰ、Ⅳ類較少。該井有兩個(gè)射孔壓裂段,其中評價(jià)結(jié)果為Ⅱ類的壓裂效果明顯好于Ⅲ類,說明儲(chǔ)層壓裂工程評價(jià)指標(biāo)模型具有一定參考性。

        圖8 B井的儲(chǔ)層壓裂工程評價(jià)指標(biāo)剖面

        4 結(jié)束語

        (1)基于室內(nèi)同步的物理實(shí)驗(yàn)和巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn),構(gòu)建了烏爾禾組砂礫巖儲(chǔ)層巖石力學(xué)參數(shù)測井計(jì)算模型,基于此模型并結(jié)合已鉆井壓裂、測井資料,建立了烏爾禾組砂礫巖儲(chǔ)層地層孔隙壓力、地應(yīng)力剖面計(jì)算模型。

        (2)采用灰色關(guān)聯(lián)分析法,從地質(zhì)力學(xué)角度對儲(chǔ)層壓裂效果影響因素的權(quán)重和目標(biāo)的關(guān)聯(lián)度進(jìn)行定量分析,明確了影響烏爾禾組儲(chǔ)層壓裂效果的地質(zhì)力學(xué)主控因素。

        (3)運(yùn)用層次分析法確定了水平應(yīng)力差、脆性指數(shù)、抗張強(qiáng)度以及抗壓強(qiáng)度等主控因素的權(quán)重系數(shù),進(jìn)而構(gòu)建了壓裂工程評價(jià)指標(biāo)模型,得出研究區(qū)烏爾禾組砂礫巖儲(chǔ)層壓裂工程評價(jià)指標(biāo)與米采液指數(shù)呈明顯的正相關(guān)。

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