一种基于钻井机械比能的可压裂性综合评价方法

本发明涉及石油与天然气工程领域，特别是涉及一种基于钻井机械比能的可压裂性综合评价方法。

背景技术：

1、水力压裂是页岩储层常用的增产改造技术之一，广泛应用于非常规油气藏勘探开发。在水力压裂施工优化中，通过“地质甜点”与“工程甜点”进行甜点综合评价，优选压裂井位和层段，确定射孔位置和射孔点；但现有技术中中的可压性评价方法存在较大局限性，其性质取决于脆性矿物含量、脆性指数、力学特性、地应力特征、破裂压力和裂缝系统等多种因素，且实际操作主要倚重单因素指数，如依据脆性指数指导压裂等(脆性指数仅能反映地层的弹性变形这一方面)，其他参数操作难度大，单因素综合性不强。

2、同时，“工程甜点”参数来源于测井资料，多数井在设计时缺失相关数据，无法进行常规的地质-工程综合评价，例如缺乏脆性指数、岩石力学参数、断裂韧性等参数，仅仅依靠地质参数进行综合评价局限性强，且准确性不高。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明考虑了工程甜点参数缺失时，引入机械比能表征工程甜点，提升了只用地质参数建立评价模型的精度，为可压裂性提供指导。

2、为达上述目的，本发明的一个实施案例中提供了一种基于钻井机械比能的可压裂性综合评价方法，包括以下步骤：

3、(1)通过基本地质参数与页岩气井产量的关系，优选地质甜点评价主要影响因素，确定各主要影响因素对产量的正负向影响关系；

4、(2)获取计算钻井机械比能所需参数，根据修正后的机械比能模型代入参数进行计算，得到地质参数对应评价点处的机械比能数值；

5、(3)将地质甜点评价主要影响因素与钻井机械比能进行标准化处理；

6、(4)采用熵权法确定步骤(3)中各个评价因素的对应权重，通过优劣距离法进行可压性综合评价。

7、进一步的，所述步骤(2)中钻井机械比能的模型为水平井机械比能理论模型，具体为：

8、

9、式中，mse表示机械比能，mpa；w表示钻压，kn；ab为钻头面积，mm2；n表示转速，r/min；t表示扭矩，kn/m；vpc表示机械钻速，m/h。

10、进一步的，所述步骤(2)中还包括对钻压、扭矩、转速参数进行修正，包括：

11、钻压修正：考虑钻柱与井壁接触产生的摩擦阻力和射流冲击力的破岩作用，得到井底有效钻压we：

12、

13、式中，we表示井底有效钻压，kn；μi表示钻柱与井壁间的摩擦系数；γb表示井斜角，rad；η表示钻头水功率系数；ρd表示钻井液密度，g/cm3；q表示钻井液排量，l/s；a0表示钻头喷嘴出口截面积，cm2；

14、扭矩修正：钻头扭矩tb由钻头有效钻压和钻头摩擦系数计算得到：

15、

16、式中tb表示钻头扭矩，kn·m；db表示钻头直径，cm；μ表示钻头滑动摩擦系数；ρ表示钻井液密度，g/cm3；

17、转速修正：钻头转速nb考虑非常规油气水平井钻井常采用转盘和螺杆钻具的复合钻进方式，其中螺杆钻具将循环钻井液时的水力能量转换为动能来提供钻头的主动力，其输出的理论转速只与流经钻具的流量和螺杆每转排量相关，如式(4)所示：

18、

19、式中nb表示钻头转速，r/min；nl表示螺杆钻具马达输出的理论自转转速，r/min；q表示螺杆每转排量；q表示钻井液排量，l/s；

20、水力能量：考虑水力参数条件下钻头破岩过程中水功率造成的水力能量eb：

21、

22、式中eb表示水力能量，mpa；pb表示水功率，kw；δpb表示钻头压力降，mpa；

23、综上，井底机械比能计算公式如式(6)，包含钻压、扭矩和射流水力能量三部分对岩石破碎能量的贡献：

24、

25、式中mseb表示井底机械比能，mpa；

26、进一步地，所述步骤(3)中的标准化处理方法为：

27、

28、式中，x*ij为标准化值；xij为产量影响因素值；min xij为样本中该因素最小值；maxxij为样本中该因素最大值。

29、进一步地，所述步骤(4)中的熵权法主要步骤如下：

30、基于m组样本，根据n个评价指标，构建评价判断矩阵：

31、

32、根据所述步骤(3)中的标准化方程进行标准化处理，得到标准化评价矩阵：

33、

34、进行归一化处理，得到归一化判断矩阵；

35、对于影响工程可压裂性的正向参数：

36、

37、对于影响工程可压裂性的负向参数：

38、

39、式中：xmax、xmin分别为同指标下，不同参数的最大值和最小值。

40、计算单个评价参数中每一个数据点占单个参数所有数据点之和的比重pij，计算公式如式(12)：

41、

42、计算每个评价参数的熵值ej：

43、

44、式中：ej为评价指标的熵值；pij为单个评价参数中每一个数据点占单个参数所有数据点之和的比重，当pij＝0，pijlnpij＝0；m为数据的个数；

45、计算各评价指标的权重：

46、

47、式中：

48、cj——第j个评价指标的权重，无量纲；

49、ej——第j个评价指标的熵值，无量纲；

50、n——评价指标的个数。

51、进一步的，所属步骤(4)中通过优劣距离法进行可压性综合评价还包括：

52、将熵权法计算得到的权重加权到评价矩阵中：

53、

54、y为加权标准化矩阵。；

55、计算正理想点与负理想点；

56、正理想点计算公式为：

57、

58、负理想点计算公式为：

59、

60、式中：为正负理想点，实质上是1行n列的矩阵，每一列的数据由每个加权正负评价指标的最大值或最小值构成；

61、计算评价点到正理想点与负理想点的欧氏距离：

62、正欧氏距离计算公式为：

63、

64、负欧氏距离计算公式为：

65、

66、式中：

67、——某一数据点与正理想点的距离；

68、——某一数据点与负理想点的距离；

69、综合正欧氏距离与负欧氏距离，得到欧式贴进度：

70、

71、式中：

72、di——欧式贴近度；

73、——某一数据点与正理想点的距离；

74、——某一数据点与负理想点的距离。

75、进一步地，当欧式贴近度越大时，可压裂性越好。

76、另一方面，本发明提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求任一项所述的基于钻井机械比能的可压裂性综合评价方法的步骤。

77、另一方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现上述权利要求任一项所述的基于钻井机械比能的可压裂性综合评价方法的步骤。

78、本发明具有以下优点：本发明在缺乏工程甜点参数的前提下，弥补了只用地质甜点进行综合评价时效果较差的缺陷，用熵权法确定权重，结合欧式贴进度建立综合评价模型，实现了仅利用区块实际的地质、钻井数据，实现页岩气压裂水平井地质-工程双甜点综合评价。