地质力学学报  2019, Vol. 25 Issue (4): 509-517
引用本文
宋明水, 刘振, 张学才, 汪勇, 李静, 杨飞跃. 基于改进层次熵分析法的致密砂岩储层可压性评价——以准噶尔盆地Z109井侏罗系储层为例[J]. 地质力学学报, 2019, 25(4): 509-517.
SONG Mingshui, LIU Zhen, ZHANG Xuecai, WANG Yong, LI Jing, YANG Feiyue. FRACTABILITY EVALUATION OF TIGHT SANDSTONE RESERVOIRS BASED ON IMPROVED ENTROPY ANALYTIC HIERARCHY PROCESS: TAKING THE JURASSIC RESERVOIRS OF WELL Z109 IN THE JUNGGAR BASIN AS AN EXAMPLE[J]. Journal of Geomechanics, 2019, 25(4): 509-517.
基于改进层次熵分析法的致密砂岩储层可压性评价——以准噶尔盆地Z109井侏罗系储层为例
宋明水1 , 刘振2 , 张学才3 , 汪勇3 , 李静2 , 杨飞跃2     
1. 中国石化股份有限公司胜利油田分公司, 山东 东营 257000;
2. 中国石油大学(华东)地质力学与工程研究所, 山东 青岛 266580;
3. 中国石化胜利油田分公司油气勘探管理中心, 山东 东营 257200
摘要:储层可压裂性评价是储层改造方案设计的重要依据,影响致密砂岩可压裂性的主要因素有天然裂缝、砂岩脆性、水平应力差异、断裂韧性等。研究以准噶尔盆地中部1区块Z109井侏罗系致密砂岩为例,综合考虑天然裂缝、砂岩脆性、水平应力差异、断裂韧性四种影响因素,采用改进的层次分析和熵值法相结合的方法进行了致密砂岩储层可压裂性评价。研究结果表明:可压裂性指数越大,致密砂岩储层越易于压裂,压裂时越能获得较复杂的裂缝网络;可压裂性指数大于0.44,砂岩脆性高,断裂韧性小,裂缝发育程度高,水平差异系数小的储层段为Ⅰ级优质压裂层;可压裂性指数大于0.44,砂岩脆性高,断裂韧性小,裂缝发育程度低,水平差异系数大的储层段为Ⅱ级可压裂层;研究区Z109井4036~4039 m、4062~4067 m、4214~4218 m和4260~4272 m为Ⅰ级优质压裂层,4093~4108 m和4284~4313 m为Ⅱ级可压裂层。研究成果可为致密砂岩压裂改造提供科学依据。
关键词准噶尔盆地中部1区块    侏罗系    致密砂岩储层    可压裂性指数    层次分析法    熵值法    
DOI10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.049     文章编号:1006-6616(2019)04-0509-09
FRACTABILITY EVALUATION OF TIGHT SANDSTONE RESERVOIRS BASED ON IMPROVED ENTROPY ANALYTIC HIERARCHY PROCESS: TAKING THE JURASSIC RESERVOIRS OF WELL Z109 IN THE JUNGGAR BASIN AS AN EXAMPLE
SONG Mingshui1 , LIU Zhen2 , ZHANG Xuecai3 , WANG Yong3 , LI Jing2 , YANG Feiyue2     
1. Shengli Oilfield Company, Sinopec, Dongying 257000, Shandong, China;
2. China University of Petroleum, Qingdao 266580, Shandong, China;
3. Manage center of Oil and Gas Exploration, Shengli Oilfield Company, SINOPEC, Dongying 257200, Shandong, China
Abstract: Evaluation of reservoir fractability is an important basis for reservoir reconstruction, and the main factors affecting the fracability of tight sandstone are natural fracture, sandstone brittleness, horizontal stress difference, fracture toughness and so on. Taking Jurassic tight sandstones in Well Z109, Block 1, Central Junggar Basin as an example, four influencing factors, namely natural crack, sandstone brittleness, horizontal stress difference and fracture toughness, were considered comprehensively, and then improved analytic hierarchy process and entropy method were adopted to evaluate the fractability of tight sandstone reservoirs. The results show that the higher the fracturing index is, the easier it is to fracture tight sandstone reservoirs and the more complex fracture networks can be obtained during fracturing. The reservoirs with fracture index higher than 0.44, high brittleness, small fracture toughness, high degree of fracture development and low level difference coefficient are level Ⅰ high quality fracturing layers, and the reservoirs with fracture index higher than 0.44, high brittleness, small fracture toughness, low degree of fracture development and high level difference coefficient are level Ⅱ fracturing layers. In the study area, 4036~4039 m, 4062~4067 m, 4214~4218 m and 4260~4272 m of Well Z109 are level Ⅰ high quality fracturing layers, 4093~4108 m and 4284~4313 m are level Ⅱ fracturing layers. The research results provide scientific basis for fracturing reconstruction of tight sandstone.
Key words: Block 1 in the Central Junggar Basin    Jurassic    tight sandstone reservoirs    fracability index    analytic hierarchy process    entropy method    
0 引言

储层可压裂性是指储层岩石在水力压裂过程中具有能够被有效压裂、形成有效裂缝的性质。储层可压裂性评价是储层改造压裂选层、压裂方案设计等的重要依据[1-2]。现有的可压裂性评价方法主要以页岩储层为主[3-5],对于致密砂岩的研究较少。在可压裂性研究初期,主要采用脆性指数进行可压裂性评价[6-7],认为脆性指数较高的岩石更易于压裂,然而,在实践中发现脆性指数较高的层段并不完全是优良可压裂层段。为了克服单一影响因素的片面性,孙建孟等[1]考虑砂岩的脆性和断裂韧性两个影响因素进行了砂岩储层可压裂性评价;袁俊亮等[3]考虑脆性指数、断裂韧性、岩石力学特性三个影响因素对页岩的可压裂性进行了评价;王建波等[4]考虑脆性指数、天然裂缝、水平应力差异系数、Ⅰ型和Ⅱ型断裂韧性、成岩作用四个影响因素对页岩的可压裂性进行了评价;唐颖等[5]考虑脆性指数、天然裂缝、石英含量、成岩作用四个影响因素对页岩的可压裂性进行了评价。

目前可压裂性评价方法中,主要有考虑两种参数的乘积法[1, 3]和考虑多种参数的加权求和法[4-5]。加权求和法中各参数权重的确定主要采用层次分析法,但该方法需要人为确定各影响因素的重要性,并通过估计来进行调整,具有较强的主观性和盲目性,人为造成的误差较大。因此,文章以准中1区块侏罗系致密砂岩储层为研究目标,综合考虑脆性指数、断裂韧性、水平应力差异、天然裂缝四个影响因素,采用改进的层次分析法和熵值法相结合的方法构建致密砂岩储层可压裂性评价模型,对研究区侏罗系致密砂岩储层可压裂性进行定量评价。

1 致密砂岩可压裂性相关参数分析

可压裂性是致密砂岩地质、储层特征的综合反映,其影响因素主要包括砂岩脆性、断裂韧性、水平应力差异、天然裂缝等。

1.1 砂岩脆性

脆性是岩石的固有特征,是储层改造过程中最重要的影响因素,是压裂裂缝形成的难易和复杂程度的主要表征参数。在砂岩地层中脆性的大小对压裂产生的诱导裂缝形态有较大的影响,岩石脆性越高,受压破坏时产生的变形越小,压裂时施工压力越低,容易形成复杂的裂缝网络。

测井资料获取简单,与现场结合紧密,采用测井资料进行岩石脆性评价是目前最经济有效的方法之一。岩石脆性的大小采用脆性指数表示,借鉴Rickman[8]脆性指数的计算方法,基于弹性模量和泊松比[9-11]进行砂岩地层脆性指数计算:

$ \begin{align} & BI=\frac{{{E}_{n}}+{{\mu }_{n}}}{2} \\ & {{E}_{n}}=\frac{E-{{E}_{\text{min}}}}{{{E}_{\text{max}}}-{{E}_{\text{min}}}} \\ & {{\mu }_{n}}=\frac{{{\mu }_{\text{max}}}-\mu }{{{\mu }_{\text{max}}}-{{\mu }_{\text{min}}}} \\ \end{align} $ (1)

公式中,BI为脆性指数,无量纲;En为归一化弹性模量,无量纲;μn为归一化泊松比,无量纲;E为静态弹性模量,GPa;μ为静态泊松比,无量纲;EmaxEmin为研究层段最大、最小静态弹性模量,GPa;μmaxμmin为研究层段最大、最小静态泊松比,无量纲。

1.2 断裂韧性

断裂韧性是指储层岩石在断裂过程中吸收能量的能力,是表征压裂裂缝形成后维持裂缝向前延伸能力大小的主要参数。断裂韧性越高的岩石,发生脆性断裂的可能性就越小,压裂时裂缝形成越困难;断裂韧性值越小的岩石,越有利于压裂施工的开展,裂缝也越容易扩展延伸,从而形成复杂的裂缝网络。在岩体中断裂裂纹一般以张开型为主[12-14],其计算公式为:

$ {{K}_{\text{IC}}}={{A}_{1}}{{\sigma }_{\text{c}}}+{{A}_{2}}{{\sigma }^{3}}_{\text{t}}+{{A}_{3}}{{\sigma }^{2}}_{\text{t}}+{{A}_{4}}{{\sigma }_{\text{t}}}+{{A}_{5}} $ (2)

式中,KIC为断裂韧性,MPa·m1/2σc为裂缝表面围压,MPa;σt为岩石单轴抗拉强度,MPa;A1A2A3A4A5为常数,通过实验确定,经验值为0.2176、0.0059、0.0923、0.517、-0.3322。

1.3 天然裂缝

天然裂缝发育是地层应力释放的结果,裂缝发育区岩石的抗张强度和破裂压力远低于不含天然裂缝的岩石。因此,受压起裂更加容易,裂缝劈裂扩展的范围更广,产生诱导裂缝的同时可以连通其它天然裂缝,压裂液又可通过天然裂缝进入储层产生新的诱导裂缝,二者相互作用可形成复杂的裂缝网络,天然裂缝与诱导裂缝共同组成储层的高速渗流通道,提高储层改造后的渗透率。

天然裂缝的发育程度难以量化表征,一般采用经验赋值的方法对裂缝发育情况进行分类,但受主观因素影响较大,结果精度较低。为此,文章采用裂缝发育指数对天然裂缝的发育程度进行量化分析[15-16]。通过库伦-摩尔准则计算研究区岩石的剪切破裂率,利用格里菲斯准则来计算研究区岩石的张破裂率,根据研究区域剪切裂缝和张裂缝的数量比值,通过加权平均,计算研究区总的裂缝发育指数:

$ \begin{align} & {{I}_{\text{n}}}=\frac{({{\sigma }_{1}}-{{\sigma }_{3}})\text{sin}2\theta }{2\left| {{\tau }_{\text{n}}} \right|} \\ & {{I}_{\text{t}}}=\frac{{{({{\sigma }_{1}}-{{\sigma }_{3}})}^{2}}}{8({{\sigma }_{1}}+{{\sigma }_{3}})\left| {{\sigma }_{\text{t}}} \right|} \\ & I=a{{I}_{\text{n}}}+b{{I}_{\text{t}}} \\ \end{align} $ (3)

式中,I为裂缝发育指数,无量纲;In为岩石张破裂率,无量纲;σ1σ3别为最大水平主应力和最小水平主应力,MPa;2θ为该储层岩石内摩擦角,(°);|τn|为储层岩石的抗剪强度,MPa。It为岩石张破裂率;|σt|为储层岩石抗张强度,MPa。

1.4 水平主应力差

压裂裂缝的起裂和扩展延伸除要克服岩石的抗拉强度外,还要克服所在地层地应力的约束。因此,地应力的差异将会对裂缝的形成产生较大的影响。一般裂缝均沿着垂直于最小水平主应力的方向扩展延伸,水平应力差越小,越容易获得较好的压裂效果。

文中采用黄氏模型进行最大、最小水平主应力计算[17-19]。水平应力差对压裂效果的影响用水平应力差异系数Kh表示:

$ {{K}_{\text{h}}}=\frac{{{\sigma }_{\text{H}}}-{{\sigma }_{\text{h}}}}{{{\sigma }_{\text{h}}}} $ (4)

式中,σH为水平最大主应力,MPa;σh为最小水平主应力,MPa。

2 可压裂性评价模型

根据上述分析,砂岩储层可压裂性的影响因素较多,文中提出采用改进的层次熵分析法,考虑砂岩脆性、断裂韧性、天然裂缝、水平应力差四个因素,对砂岩储层可压裂性进行综合评价。对各参数标准化处理后进行加权得到评价砂岩储层可压裂性的无量纲常数、可压裂性指数。可压裂性指数越大,表示该层段越易于压裂。计算公式:

$ FI=\sum\limits_{i=1}^{n}{{{S}_{i}}{{W}_{i}}}~\left( i=1, 2, \ldots , n \right) $ (5)

式中,FI为可压裂性指数,无量纲;Si为各参数标准化值,无量纲;Wi为各参数的权重系数,无量纲;n为参数个数。

2.1 参数标准化处理

砂岩脆性、断裂韧性、天然裂缝和水平应力差四个影响因素的单位以及量纲均不相同,在进行多因素可压裂性综合评价时,需要对各影响因素进行归一化处理。参数归一化处理中分为正向指标和逆向指标,本次考虑的因素中砂岩脆性、天然裂缝为正向指标,其值越大越有利于压裂;断裂韧性、水平应力差为逆向指标,其值越小越有利于压裂。

正向指标:

$ S=\frac{X-{{X}_{\text{min}}}}{{{X}_{\text{max}}}-{{X}_{\text{min}}}} $ (6)

逆向指标:

$ S=\frac{{{X}_{\text{max}}}-X}{{{X}_{\text{max}}}-{{X}_{\text{min}}}} $ (7)

式中,S为各指标标准化值,无量纲;X为参数值;XmaxXmin为各参数研究层段最大最小值。

2.2 改进的层次熵分析法赋权

改进的层次熵分析法是用改进的层次分析法确定各参数的模糊权重后,采用熵值法对权重进行修正得到精度更高的权值,将改进后的层次分析法与熵值法相结合进行多参数权重计算,改进完全靠主观赋权的不完备性,提高可压裂性指数的计算精度。

2.2.1 改进的层次分析法

层次分析法[20]是确定多因素权重广泛采用的方法,能将定性的问题进行定量化处理,具有较高的逻辑性、灵活性。主要步骤为根据各因素的包含关系建立层次结构模型,通过各参数两两之间对比确定相对重要性并给出定量表示,各种情况下的定量值(标度)如表 1所示。各参数对比后的标度值组成判断矩阵,经一致性检验后,用几何平均法或和积法求解判断矩阵,确定各参数的权重。但该分析方法在确定各参数相对重要性时主观性较强,需要进行一致性检验。当不满足检验要求时,按人为估计来调整且调整无规律可循,鉴于此有学者用最优传递矩阵对层次分析法进行了改进,使得在分析过程中无需再进行一致性检验,可直接计算出权重[21]。但改进后的层次分析法依然存在着主观性较强的缺点,不同的人进行参数之间比较可能会得到不同的权重,为此文中在采用改进后的层次分析法确定了四种影响因素的模糊权重的基础上,使用熵值法对权重进行修正。

表 1 判断矩阵标度 Table 1 Judgement matrix scale

各因素两两比较建立比较矩阵Dn×n,标度值如表 2所示。

表 2 比较矩阵判断值 Table 2 Comparison matrix judgment value

利用重要程度指数${{r}_{i}}=\sum\limits_{{}}^{n}{{{d}_{ik}}}$建立判断矩阵A=[aij]n×n,矩阵元素计算式如表 3所示。

表 3 判断矩阵元素计算式 Table 3 Formula of judgement matrix element

基于判断矩阵An×n构造反对称矩阵B=[lgaij]n×n;基于反对称矩阵Bn×n确定最优传递矩阵${\mathit{\pmb{A}}^{*}}(a{{\prime }_{ij}}={{10}^{\frac{1}{n}\sum\limits_{k=1}^{n}{({{b}_{ik}}-{{b}_{jk}})}}})$;求解矩阵A*,即可确定各因素权重ξ=(ξ1, ξ2, …, ξn)。

2.2.2 熵值法

熵是热力学概念,用来表征系统混乱程度,而信息论中的熵是用来度量不确定性,表示某单一事物在一组事物中所能提供信息量。熵值越小,表明该指标提供信息量越大,当发生变化时对系统产生影响越大,该指标的权重就越大;反之依然。因此,可以通过系统中各项指标的变化程度,利用熵值计算各个指标的权重。

用熵值法对基于改进的层次分析法计算得到的各参数权重进行修正。其主要步骤为根据判断矩阵计算各指标的熵值Hi(i=1,2,…,n):

$ {{H}_{i}}=-K\sum\limits_{j=1}^{n}{{{f}_{ij}}\text{ln}{{f}_{ij}}}~\left( i=1, 2, \ldots , n \right) $ (8)

式中,K=(lnn)-1${{f}_{ij}}=\frac{{{r}_{ij}}}{\sum\limits_{j=1}^{n}{{{r}_{ij}}}}$;当fij=0时fijlnfij=0。

基于各参数的熵值计算初始权重${{W}_{i}}=\frac{{{H}_{i}}}{\sum\limits_{i=1}^{n}{(1-{{H}_{i}})}}\left( i=1, 2\ldots , n \right)$;基于权重Wi对改进层次法计算的各参数权重ξ=(ξ1, ξ2, …, ξn)进行修正,得到权重λi

$ {{\lambda }_{i}}=\frac{{{\xi }_{i}}{{W}_{i}}}{\sum\limits_{i=1}^{n}{{{\xi }_{i}}{{W}_{i}}}}~\left( i=1, 2, \ldots , n \right) $ (9)
3 应用实例 3.1 研究区概况

准噶尔盆地中部1区块Z109井位于准噶尔盆地莫索湾凸起北翼庄107井区,井区内发育纵横交错的断层,形成多个断鼻构造及阶状构造块,Z109井位于断鼻构造较高部位,是油气成藏的有利区块。钻井揭示,Z109井自上而下发育第四系、新近系、古近系、白垩系、侏罗系西山窑组、侏罗系三工河组,其中Z109井侏罗系岩性以细砂岩、含砾细砂岩、粉砂岩为主,夹泥质细砂岩和砂砾岩;储层渗透率为0.06~8.13 mD,孔隙度为3.12%~13.85%,属于低孔、中渗—特低渗储层;主要的储集空间为原生粒间孔和剩余粒间溶孔。

Z109井侏罗系发现良好的油气显示,但储层物性较差,需对研究区储层进行压裂改造以提高产能。故基于文中提出的砂岩储层可压裂性评价模型,对Z109井侏罗系进行可压裂性评价,优选压裂层段,为储层压裂改造提供技术支持。

3.2 岩石力学参数计算

基于测井资料计算得到研究层段的岩石力学参数,弹性模量为14.81~28.13 GPa、泊松比为0.1~0.24;基于研究区的岩石力学参数和地应力计算得到研究层段的脆性指数为0.02~0.63、断裂韧性为27.31~77.90、裂缝发育指数为0.2~2.34、水平应力差异系数为0.22~0.31。脆性指数和水平应力差异系数大小分布于0~1,且为无量纲参数,故无需做标准化处理;断裂韧性为逆向指标按公式(7)进行标准化处理,裂缝发育指数为正向指标按公式(6)进行标准化处理,绘制各参数标准化处理后随深度变化成果图。

3.3 可压裂性影响因素赋权

研究区可压裂性评价考虑的影响因素为脆性指数、断裂韧性、天然裂缝和水平应力差异。根据各因素特征分组建立层次结构模型,如图 1所示。

图 1 可压裂性影响因素层次结构模型 Fig. 1 Hierarchy structure model of the factors influencing of fracability

鉴于文中第1节对四种可压裂性影响因素的分析,以及页岩可压裂性影响因素重要性分析,认为砂岩储层可压裂性主要的影响因素为砂岩脆性,其次是断裂韧性;天然裂缝能够降低岩石的抗张强度,提高压裂缝网的复杂程度,但裂缝发育程度过高施工时容易造成砂堵,因此对可压裂性的影响程度低于断裂韧性;水平应力差异主要控制裂缝的延伸和方向,对缝网的复杂程度影响较天然裂缝发育程度低,因此认为其对可压裂性影响程度最小。根据以上分析,将四种影响因素两两比较,可得比较矩阵,如表 4所示。

表 4 可压裂性评价因素比较矩阵 Table 4 Fracture evaluation factor comparison matrix

由此可得判断矩阵A

$ \mathit{\pmb{A}}=\ \ \left[ \begin{align} & \ \ 1\ \ \ \ 1/4\ \ \ \ 2\ \ \ \ 1/2 \\ & \ \ 4\ \ \ \ \ \ 1\ \ \ \ \ \ 6\ \ \ \ \ \ 2 \\ & 1/2\ \ 1/6\ \ \ \ 1\ \ \ \ 1/4 \\ & \ \ 2\ \ \ \ 1/2\ \ \ \ 4\ \ \ \ \ 1 \\ \end{align} \right] $

B=lgA得反对称矩阵B

$ \mathit{\pmb{B}}=\ \left[ \begin{align} & \ \ \ \ \ \ \ 0\ \ \ \ \ \ \ \ -0.602\ \ \ \ 0.301\ \ \ \ \ -0.301 \\ & \ \ \ 0.602\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 0\ \ \ \ \ \ \ \ 0.778\ \ \ \ \ \ \ 0.301 \\ & -0.301\ \ \ -0.778\ \ \ \ \ \ \ \ 0\ \ \ \ \ \ \ -0.602 \\ & \ \ \ 0.301\ \ \ \ -0.301\ \ \ \ \ 0.602\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 0 \\ \end{align} \right] $

由上述计算可得最优传递矩阵A*

$ {\mathit{\pmb{A}}^{*}}=\left[ \begin{align} & \ \ \ 1\ \ \ \ \ \ \ 0.269\ \ \ \ 1.861\ \ \ \ 0.500 \\ & 3.722\ \ \ \ \ \ \ 1\ \ \ \ \ \ \ 6.926\ \ \ \ 1.861 \\ & 0.537\ \ \ \ 0.144\ \ \ \ \ \ \ 1\ \ \ \ \ \ \ 0.269 \\ & 2.000\ \ \ \ 0.537\ \ \ \ 3.722\ \ \ \ \ \ \ 1 \\ \end{align} \right] $

采用方根法求得A*的特征向量,经归一化处理后得各指标权重向量为ξ=(0.14,0.51,0.07,0.28),即裂缝发育指数权重为0.14、脆性指数权重为0.51、水平应力差异系数权重为0.07、断裂韧性权重为0.28。

基于改进的层次分析法的判断矩阵,采用熵值法对初始权重进行修正。对判断矩阵进行标准化处理得到矩阵R

$ \mathit{\pmb{R}}=\left[ \begin{align} & 0.250\ \ \ \ 0.25\ \ \ \ \ \ 0.500\ \ \ \ \ \ 0.500 \\ & \ \ \ 1\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 1\ \ \ \ \ \ \ \ \ 0.167\ \ \ \ \ \ 0.125 \\ & 0.125\ \ \ \ 0.167\ \ \ \ \ \ \ \ \ 1\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 1 \\ & 0.500\ \ \ \ 0.500\ \ \ \ 0.250\ \ \ \ \ \ 0.250 \\ \end{align} \right] $

基于标准化矩阵R计算各参数输出熵值H、各指标初始权重Wi和各指标修正后权重λi,如表 5所示。

表 5 熵值法计算结果 Table 5 `The calculation results based on entropy method

根据熵值法的计算结果得修正后各参数的权重裂缝发育指数为0.15、脆性指数为0.48、水平应力差异系数为0.07、断裂韧性为0.30。

3.4 压裂层优选

由改进的层次熵分析法计算的各参数权重,可得可压裂性指数FI计算式:

$ FI=0.15I+0.48BI+0.07{{K}_{\text{h}}}+0.3{{K}_{\text{IC}}} $ (10)

计算研究区Z109井侏罗系全井段可压裂性指数,并绘制其随深度变化成果图,进行可压裂性测井评价,如图 2所示。

图 2 可压裂性评价解释成果图 Fig. 2 The result diagram of fracture evaluation interpretation

当相邻层段可压裂性指数相差较大且为有效储层时,可压裂性指数较大的层段容易进行压裂,而且可压裂性指数FI越大,压裂效果越好。由图 2可知,Z109井侏罗系全井段可压裂性指数为0.29~0.62,平均值为0.40。在含油层4257~4265 m可压裂性指数为0.43~0.49,4283~4313 m可压裂性指数为0.37~0.47。综合上述含油层段可压裂性指数值,将侏罗系全井段可压裂性指数与邻层对比,结合各影响因素参数值随深度变化情况,确定该井可压裂性层段优选标准:可压裂性指数大于0.44的层段为优良压裂层,其余层段为遮挡层。按本划分标准,结合图 2确定Z109井侏罗系可压裂层段为4036~4039 m、4062~4067 m、4093~4108 m、4214~4218 m、4260~4272 m、4284~4313 m。

图 2可知,脆性指数与可压裂性指数基本呈正相关关系,与断裂韧性基本呈负相关关系。将研究区Z109井侏罗系优选后的压裂层段分为两个等级:Ⅰ级为优质压裂层:可压裂性指数大于0.44,砂岩脆性高,断裂韧性小,裂缝发育程度高,水平差异系数小;Ⅱ级为可压裂层:可压裂性指数大于0.44,砂岩脆性高,断裂韧性小,裂缝发育程度低,水平差异系数大。

按上述等级划分标准,Z109井侏罗系Ⅰ级优质压裂层为4036~4039 m、4062~4067 m、4214~4218 m、4260~4272 m四个层段;Ⅱ级可压裂层为4093~4108 m、4284~4313 m两个层段。

分析图 2成果曲线,在4284~4313 m层段脆性指数较高、裂缝发育指数较小、水平差异系数较大、断裂韧性值较大,可见断裂韧性和水平应力差异系数与可压裂性指数并不成负相关关系,但综合评价结果为可压裂层;在4036~4039 m、4062~4067 m储层段脆性指数较低、裂缝发育指数较大、水平差异系数较小、断裂韧性值较小,虽然脆性指数较小,但综合评价结果该层段均为可压裂层。因此,应采用多因素对储层可压裂性进行综合评价,提高可压裂性评价的精度。

4 结论

(1) 综合考虑砂岩脆性、断裂韧性、天然裂缝、水平应力差四个可压裂性影响因素,建立砂岩储层可压裂性评价模型。对各影响因素对应的参数标准化处理后采用改进的层次分析法和熵值法确定各参数的权重,各参数值与权重的加权确定可压裂性指数。

(2) 采用改进的层次分析法与熵值法相结合的方法确定脆性指数、断裂韧性、天然裂缝、水平应力差四个影响因素权重,由改进后的层次分析法确定各参数的初始权重,再用熵值法对权重进行修正,获得各参数的最终权重。该方法改进了以往单纯依靠主观赋权来确定可压裂性指数的不完备性。

(3) 采用建立的砂岩储层可压裂性评价模型对准噶尔盆地Z109井侏罗系进行压裂层优选,确定可压裂性指数大于0.44的层段为可压裂层,其余为遮挡层。根据可压裂性指数大小和有效储层分布,确定了Z109井的压裂层位为4036~4039 m、4062~4067 m、4093~4108 m、4214~4218 m、4260~4272 m和4284~4313 m。将Z109井侏罗系优选后的压裂层位分为两个等级:Ⅰ级为优质压裂层和Ⅱ级为可压裂层。

(4) 文中的可压裂性层段优选标准(可压裂性指数大于0.44),可对准噶尔盆地莫索湾凸起北翼莫西庄地区Z109井邻井侏罗系压裂层优选提供参考依据,但需结合产层识别结果对优选标准进行适当修正,以提高压裂层段优选精度。

参考文献/References
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