本发明涉及致密油开采
技术领域：
：，尤其涉及一种地质工程一体化框架下的致密油增产数学建模方法。
背景技术：
：：“地质工程一体化”是实现非常规油气效益开发的最佳途径，这一理念近年来倍受关注。在页岩气开发领域，吴奇等人首次提出了“钻井品质”概念，并结合北美页岩气开发实践形成的储层品质和完井品质概念，提出了适用于中国页岩气开发特点的“品质三角形”，并在昭通国家级页岩气示范区黄金坝ysl08区块进行了应用验证。在页岩气导向钻井运用中，相关研究人员在深化页岩储层认识和准确预测“甜点”的基础上建立了精细三维地质模型，并根据三维地质模型提取的地层参数进行井眼轨道优化设计，从而确保了四川盆地nh2-4井眼在储层中合理位置延伸。油气田勘探开发具备一定的风险性，须经历前期勘探、中期钻探开采、后期产能建设调整、末期滚动勘探等过程。而致密油藏由于储层的特殊性，开发风险更大。所以必须系统研究致密油藏特点，在充分评估各开采方案优劣后再进行整体部署，科学决策油田从勘探初期到开发末期整体生命周期走向，减小勘探开发风险。为此针对开发中后期的致密油藏区块，在此提出一种地质工程一体化框架下的复合数学模型，运用前期勘探资料和当前工程开发效果进行动态数学分析，并对下步开发做出预测，指导油田合理优选工艺，制定整体性滚动开发方案。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种能实现中长期增产增效目标的地质工程一体化框架下的致密油增产数学建模方法。本发明所采用的技术方案为：一种地质工程一体化框架下的致密油增产数学建模方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、地质部分层次分析法：运用现有地质资料，将区块模糊定性的地质结论进行从上至下依次设置目标层、准则层和方案层的层次结构构建，其中目标层为甜点区预测，准则区包括甜点区各地质评测因素，方案层包括各评测区块，s2、然后根据地质资料将各层次两两比较打分，确定下层对上层的分数，并通过层次合成计算、一致性检验、计算权重向量w这些步骤进行科学权重量化，得出各区块权重排序和各地质评测因素权重排序；s3、工程部分采用灰色关联分析法：选择已开发老区进行工艺优化，对有利甜点区的油田增产工程数据进行汇总，建立灰色系统模型进行灰色关联分析，在对压裂增油问题分析上分别设有利甜点区各油田增产的多口井为比较序列；影响因子选用施工井段、施工管径、压裂分段、泵压、排量、总液量、前置液量、前置液百分比、携砂液量、支撑剂粒径、总砂量、最高砂浓为参考序列；s4、将有利甜点区的油田增产工程数据的比较序列与参考序列的数据列无量纲化处理，计算关联系数及关联度，计算得出工程部分的主要影响因子，关联度的几何含义为比较序列因子与参考序列因子曲线的相似程度，关联度越大，与参考序列曲线形状越接近；通过以上运算分析可得出：各工艺条件或运行参数点对工艺的权重并排序，得出影响因子的强弱、大小，并逐个分析优化。按上述技术方案，步骤s2中，同个各层次两两比较打分，确定工区相关甜点区预测地质评测因素间两因素对比判定分数，设数字1-9及其倒数作为标度来定义与判断矩阵。按上述技术方案，步骤s2中，层次合成计算及一致性检验具体为：1)计算一致性指标ci：其中，λmax为判断矩阵的最大特征值；n为评为数量；ci为一致性指标；2)查找一致性指标ri；3)计算一致性比例cr：其中，cr为一致性比例；ci为一致性指标；ri为n数量查表值，通过查表获得；当cr<0.10时，认为通过了一次性检验。按上述技术方案，步骤s2中，计算权重向量w：采用几何平均法计算方法求权重，具体公式如下：其中，wi为权重向量；aij为第i个评委给第j个指标权数打分值；n为评为数量。按上述技术方案，步骤s4中，将有利甜点区的油田增产工程数据的比较序列与参考序列的数据列无量纲化处理，标准化成介于0至1之间的数据，公式为：式中i＝0,1,2,...m,k＝1,2...n。按上述技术方案，步骤s4中，计算计算关联系数，通过无量纲化处理后的有利甜点区的油田增产工程数据的比较序列与参考序列数据依次运用如下公式计算出其在各个时刻的关联系数ξi(k)：公式为：其中ζ为分辨系数，0＜ζ＜1；为两层式取绝对差值中最小值计算，第一层为先分别由各比较序列在各个时刻的值与参考序列在各个时刻的值之绝对差值中取最小值，再由这些最小值当中选取最小值，简记为δmin；为两层式取绝对差值中最大值计算，第一层为先分别由各比较序列在各个时刻的值与参考序列在各个时刻的值之绝对差值取最大值，再由这些最大值当中选取最大值，简记为δmax；|x0(k)-xi(k)|为各比较序列在各个时刻的值与参考序列在各个时刻的值之绝对差值，记为δoi(k)；关联系数ξi(k)简化为如下列公式：按上述技术方案，步骤s4中，计算关联度具体为：将工程部分的比较序列与参考序列在各个时刻的关联系数求平均值，关联度ri公式为：按上述技术方案，当工程部分的比较序列与参考序列在各个时刻的关联度ri＞0.7时，则为主要影响因子。准则区包括甜点区各地质评测因素包括：油气保存条件、eur大小、含油饱和度、裂缝发育程度、储层厚度、烃原岩品质。本发明所取得的有益效果为：1、本发明采用地质部分层次分析法及灰色关联分析法，分别分析了研究区地质、工程情况，找出了研究区为典型裂缝型储层，裂缝系统控制油气富集部位并为油气的主要渗流通道，是获得高产的必要条件这一地质工程一体化分析衔接点。着重运用，带入模型。在地质工程一体化框架下。使用ahp法可将模糊定性的地质结论量化为科学权重，有效解决了因地质资料不足而造成的分析瓶颈；使用gra法可运用压裂这一增产突破口所有工程数据，找出压裂施工中与增产密切相关的工程因素，并逐个分析，剖析还原出地质起因。为工艺改进奠定基础。运用地质工程一体化框架开展项目研究，运用数据量大、包含面广、模拟精度高，残差分析可靠；2、本发明地质部分ahp建模以找出具有代表性的甜点区为目的，结论得出的金华油田、桂花油田、莲池油田具有地质代表性与实际情况相符，能有效缩小研究范围，而油气保存条件＞eur＞含油饱和度＞裂缝发育程度4项较大权重的中间层数据可用。其中eur、含油饱和度、裂缝发育程度为地质工程一体化衔接点，简化了工程分析模型；3、本发明工程部分gra建模以压裂增产为突破口，找出压裂施工中与增产密切相关的工程因素，并逐个分析，剖析还原出地质起因，为工艺改进奠定基础。复合工程服从地质、地质兼顾工程的一体化开发思路。验证了地质工程一体化框架的正确性；4、本发明成本低廉，能有效运用现有所有数据进行分析，不用特定数据，无需安装特殊仪表或做大型实验分析，且运用数据量大、包含面广、模拟精度高，残差分析可靠，研究结果兼顾工程、地质双要素，可行性强。附图说明图1为本发明提供的实施例中的川中侏罗系大安寨段工区预测图；图2为甜点区预测结构模型图；图3为本发明提供的实施例中的李001-x2井大安寨上段加砂压裂泵压对砂浓响应曲线。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步说明。本实施例提供了地质工程一体化框架下的致密油增产数学建模方法，包括如下步骤：条件准备地质认识部分(表1)。川中地区、地辖四川、重庆两省县市。东与华莹山为界，西至金华、八角场一线，南达威东、安岳一带，北至米仓山、大巴山前缘，地理控制面积近6x10-4km2。研究区川中侏罗系大安寨段为四川盆地石油勘探主力层。自1959年蓬1井大安寨段出油以来，川中侏罗系大安寨段取得了丰富的成果。与常规油藏不同，大安寨为自生自储的原生油藏，有较好连片性生物灰岩油层大面积分布在有利相带内，宏观上具有大面积含油的特征。但大安寨段储层物性条件普遍较差，表现为特低孔、特低渗，为典型裂缝型储层。其中裂缝系统控制油气富集部位，断层带上油气富集条件较复杂。油气富集与高产井受储层岩性和裂缝发育程度的双重控制。所以裂缝是油井高产的前提，连续性分布的优质储层是油井连续稳产的地质基础。表1侏罗系大安寨段特征工程认识部分(表2)。截止到2012年底，已在公山庙、桂花、金华、中台山和莲池5个油田累计取得石油地质储量8599.13万吨，其中石油探明储量7535.36万吨、预测储量1063.77万吨，探明可采储量471.93万吨，预测可采储量67.02万吨，储层类型主要为孔隙一裂缝型或裂缝型。表2侏罗系大安寨石油地质储量统计表根据研究区实钻单井资料表明，大安寨段试油结果为高产油气井，均有裂缝响应特征。相反，无裂缝响应井，几乎都未获得工业产能(表3)，如公17井大三亚段段测井见裂缝响应，射孔未酸化获日产6.2t的高产油流。而平昌1井大一亚段地震、测井、录井均无明显裂缝响应，射孔酸化为干层。因此，综合工程分析认为裂缝为油气的主要渗流通道，是获得高产的必要条件，大安寨段介壳灰岩储层类型应主要为孔隙——裂缝型或裂缝型。表3侏罗系大安寨油井试油产能与裂缝响应特征对比本方案主要运用于已开发致密油区块，及获取有前期勘探数据与当前开采数据，目的在于当前开发区块增加产量。所以建模之初首先应收集当前基础地质资料，并进行ahp甜点区建模，将建模结果得出甜点区情况与已开采区块产量数据进行对比。验证基础地质资料收集完善性，方便下步建模。如若ahp甜点预测结果与当前开发现状不符合，应从新收集基础地质资料，完成建模准备。地质部分ahp建模由于地质资料及结论大多数为模糊定性类总结，可用数据溢散性强、均一性弱。所以此部分建模选用层次分析法(ahp法)。并基于“地质兼顾工程”思路，纳入单井eur指标。将各地质评测因素量化为科学权重为下步工作提供支持。地质部分模型，首先根据构造位置和油田特性把川中侏罗系大安寨段油藏分为5个含油区块(图1)。运用现有地质数据，以甜点区预测为目的。细化研究区，找出各地质要素权重关系。为地质工程一体化建模找出典型代表性油田，便于下步工程建模研究。建模要素(表4)。表4建模要素选择及描述注：单井eur指即单井在当前情况下采出的总油气资源量，与地质评测因素、工程因素密切相关，是一个综合了地下储层产油能力信息与油气开采技术信息的参数。层次分析法(ahp法)是将抽象化复杂问题通过决策分解为各个组成因素，在将因素与问题逻辑设定成具有分组型层次结构的目标层、准则层、方案层。最后通过矩阵构造，两两比较各因素间相互影响关系，从而量化问题组成因素，计算出各自在系统中的权重。计算步骤如下：确定甜点区预测问题，构建层次结构模型(图2)；②两两比较打分，确定下层对上层的分数准则层中各因素在决策者衡量标准下所占比重不一致，所以设数字1-9及其倒数作为标度来定义与判断矩阵。③层次合成计算及一致性检验1)计算一致性指标ci：其中，λmax为判断矩阵的最大特征值。2)查找一致性指标ri(表5)表5平均随机一致性指标3)计算一致性比例cr：当cr<0.10时，认为通过了一次性检验，否则应作适当修正。④计算权重向量w层次分析法有四种计算方法求权重：算术平均法、几何平均法、特征向量法。在此本文选用几何平均法(方根法)。甜点区预测各判断矩阵及权重向量wi如表6—表12所示。表6表7表8表9表10表11表12以上各表一次性检验均通过。将不同方案各准则要素的权重矩阵(表6)wi与各准则要素的相对权重矩阵(表7-12)wi相乘，得到各方案层要素权重并排序(表13)。经计算还能得到中间层要素权重并排序(表14)。表13方案层权重排序方案层区1区2区3区4区5权重0.23000.29470.21780.07990.1776排序21354表14中间层权重排序中间层b1b2b3b4b5b6权重0.07080.09360.19080.17340.25720.2142排序653412综上所述，通过表10可得川中侏罗系大安寨段甜点区优选排序为：区2＞区1＞区3＞区5＞区4。由此可知：区2(金华油田、桂花油田、莲池油田)为最有利甜点区，储层分布连续且优质。上述模拟结论与研究区实际地质情况相符(表2)，下步工程研究可缩小研究范围，确定金华油田、桂花油田、莲池油田为代表性的油田进行工程部分研究；本部分证明层次分析法地质建模成功，(表11)中间层权重排序数据可用。其中，油气保存条件＞eur＞含油饱和度＞裂缝发育程度且以上4项权重均较大。所以优先选用，其中eur、含油饱和度、裂缝发育程度为地质工程一体化衔接点，可为下步工程增产建模提供支撑。工程部分gra建模基于“工程服从地质”思路。运用地质部分数学建模结论，针对性对有利甜点区的金华油田、桂花油田、莲池油田做工程分析。由地质部分分析可知，中间层权重排序权重较大的是：油气保存条件＞eur＞含油饱和度＞裂缝发育程度。而地质认识中也表明研究区储层物性条件普遍较差，表现为特低孔、特低渗，为典型裂缝型储层。工程认识中试油结果为高产油气井，均有裂缝响应特征。终上所述，地质模拟和综合概况部分分析结果一致。裂缝是油井高产的必要条件，工程部分研究主要针对人工造缝的加砂压裂工艺展开。所以选用裂缝发育程度作为地质工程一体化衔接点着重分析。灰色关联分析法(gra法)是基于母因素与子因素间的多因素灰色关联度排序，从而统计分析因素间强弱、大小关系的方法。主要特点为运用各因素的样本数据进行定量计算，广泛运用在量化数据丰富的工程领域。若样本数据列反映出两因素变化的态势基本一致，则它们之间的关联度较大；反之关联度较小。从思路上讲，关联分析属于几何处理范畴。与其他传统的多因素分析方法相比，灰色关联分析对数据要求较低且计算量小，运用面广。现收集有利甜点区各油田代表井6口加砂压裂参数作建模分析数据(表15)。表15研究区代表井储层加砂压裂参数统计计算步骤如下：①确定分析序列在对压裂增油问题分析上分别设试油结果为母因子x0；其余各项简化数据后分别设为子因子x1-x12(表16)，构成参考序列和比较序列。表16灰色关联建模数据准备表table16thegreycorrelationmodeldatapreparationtable序列/数据项123456xo试油结果5.60.51.1001.2x1施工井段(取最大值)276117913372351921464215x2施工管径114.373114.3114.3114.3114.3x3压裂分段1311615x4泵压838587874384x5排量8.4610.910.17.98x6总液量20958477030362612993307x7前置液量1824.8487.44572.32463.11220.32267.7x8前置液百分比0.7430.5750.650.6790.9390.686x9携砂液量234.8349.61699.1926.871.5699x10支撑剂粒径(取最大值)7050140140140140x11总砂量48.3834.64301188.133.57133.4x12最高砂浓553223421431467343②序列的无量纲化数据准备时，由于系统中各因素列计算单位不同，不便于比较。因此在分析之前，首先要进行标准化(无量纲化)数据处理，将各数据标准化成介于0至1之间的数据最佳。其在此选用均值法进行处理。公式为：式中i＝0,1,2,...m,k＝1,2...n无量纲化后矩阵：③计算关联系数关联系数，实质上是曲线间几何形状的差别程度。所以用曲线间差值大小做关联系数的衡量尺度。对于一个参考数列x0有若干个比较数列x1，x2……xn。各比较数列与参考数列在各个时刻的关联系数ξ(xi)可由下列简化公式算出：计算矩阵为：④计算关联度及其排序关联系数是比较数列与参考数列在各个时刻的关联程度值，过于分散的解不便于进行整体性比较。因此应该将各个时刻的关联系数集通过求平均值简化集中为一个值。也就是，做为比较数列与参考数列间关联程度的数量表示，关联度ri公式如下，结果见(表17)表17关联度及排序分辨系数取0.5计算得出：取关联度排名前6且权重较大的因素进行分析，最高砂浓＞施工管径＞泵压＞前置液百分比＞排量＞施工井段＞前置液量＞总液量。x12最高砂浓关联度最大表明：储层杨氏模量高是导致人工裂缝缝宽较窄的关键。而储层又对高砂浓敏感，砂堵风险大。从现场数据可以看出5口井加砂就有3口井发生过砂堵，而最高砂浓度仅467kg/m3，可见储层吃砂能力较弱。通过李001-x2井在大安寨上段加砂施工看出，注入排量5.1m3/min时，砂浓从0升至79kg/m3，泵压从75mpa升至78mpa，在79kg/m3砂浓情况下时发生砂堵。进一步说明研究区储层砂浓敏感强(图3)。终上所述，砂堵的主要原因为复杂多裂缝环境导致吸液面增加引起裂缝宽度不够。所以压裂施工时须优选射孔段，减少多吸液面(多裂缝)情况的发生。x2施工管径；x4泵压；x8前置液百分比；x5排量均为施工条件指标。由此可见压裂施工对井口设备与压裂装备要求高，施工排量要求大。反向延伸至地质方面得出：储层破裂压力值高、延伸压力梯度值大，所以施工压力高(表18)。故大管径管柱加砂压裂成功率大，模拟结果x2施工管径关联度排名第2与实际情况吻合。表18大安寨储层井底破裂压力参数x1施工井段与x7前置液量两项因素见接反应不同施工井段的不同地层地应力情况复杂，非均质性较强，天然裂缝发育程度不一。从公115h井压裂施工曲线可以看出，泵压与裂缝形态各异，证明储层非均质性较强，地应力在三维空间上差异大。压裂液动态监测走向证明，压裂初期，各井段入液情况及不均一，个别井段压裂液迅速压至井筒远端。甚至出现级间压裂液“互窜”，排除固井因素影响，进一步说明储层天然微裂缝较发育。由于受构造、断层、等地质评测因素影响，水平段方位未沿水平最小主应力方向，局限了压裂缝宽扩展。x6总液量因素直接反应排液情况，而压裂是否成功的关键就看排液与获产情况。根据地质部分认识由于储层原始孔隙度低，所以压裂施工后地层压力低。最终导致排液困难，油气井获低产或无产。大安寨储层孔隙度大多小于1％,远小于其它致密油藏下限。压裂施工中6口井压后，5口井出现井口压力落零、排液困难情况。后运用液氮助排、小油管排液等补救手段，也成效甚微。试油情况2口井无油气，3口井获低产。地质原因为：储层物性差，可动流体饱和度低，以至井底供液不足。工程原因为：排驱压力远小于驱替压力，致使储层孔隙、吼道内油气难以流出。另外水基压裂液注入可能造成水敏伤害，影响排液。当前第1页12当前第1页12