一种煤储层可压裂性评价方法

摘要

本发明公开了一种煤储层可压裂性评价方法，包含以下步骤：步骤1：求取待评价煤储层脆性指数BI；步骤2：求取在围压下煤储层断裂韧性K

说明书

技术领域

本发明涉及煤层气开发技术领域，特别是涉及一种煤储层可压裂性评价方法。

背景技术

对于煤层气开采过程中重要的一个环节就是水力压裂煤储层，因此在进行煤储层气开发有利区和甜点区优选时，煤储层可压裂性是一项重要评价参数。

但目前在对于煤储层气的选区评价选定井位的过程中，评价方法主要集中在煤储层气的资源因素以及渗透率等煤储层的物性参数的优选，暂无合适方法或技术对煤储层可压裂性优劣进行评价。这不仅使得煤储层气选区及井位部署出现盲区，而且造成评价结果可信度降低。在工程技术施工的过程中，由于煤储层本身的物理性质的特殊性，对于压裂技术的要求也是十分苛刻的。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种煤储层可压裂性评价方法。

本发明所采用的技术方案是：一种煤储层可压裂性评价方法，包含以下步骤：

步骤1：求取待评价煤储层脆性指数BI；

步骤2：求取在围压下煤储层断裂韧性K_C；

步骤3：求取待评价煤层的煤层厚度E_h；

步骤4：求取煤层与围岩弹性模量差异E_k’；

步骤5：求取待评价煤层的净压力系数σ_n；

步骤6：计算煤岩的水分含量M_ad；

步骤7：计算煤储层可压裂性评价分数F_rac；

步骤8：将煤层的可压裂性进行分级。

进一步地，在上述步骤1中，获取煤储层弹性模量和泊松比，对弹性模量和泊松比进行归一化处理，求取待评价煤储层脆性指数BI：

(1)式中，E_BI’为待评价煤层归一化的弹性模量，E_BImax和E_BImin分别为煤储层最大和最小弹性模量，单位为GPa；(2)式中，μ_BI’为煤储层归一化的泊松比，μ_BImax和μ_BImin分别为煤储层最大和最小泊松比，无量纲；

在上述步骤2中，步骤2.1，求取煤储层抗压强度σ_c，

σ_c＝(0.0045+0.0035V_sh)E_Kc(4)

其中，V_sh是煤储层泥质含量，

V_sh＝(GR-GR_min)/(GR_max-GR_min)(5)

E_Kc是煤储层动态弹性模量，

步骤2.2，再求取煤储层单轴抗拉强度S_t，

S_t＝σ_c/A(7)

(4)式中，V_sh为待评价煤层泥质含量；(5)式中，GR为待评价煤层的伽马测井实测值，单位为API，GR_min为测得的井段砂岩层的自然伽马值，单位为API，>max为测得的井段泥岩层的自然伽马值，单位为API；(6)式中，E_Kc为待评价煤层的动态弹性模量，单位为GPa，v_p为待评价煤层的纵波速度，单位为km/s，>s为待评价煤层的横波速度，单位为km/s；ρ为岩石密度，单位为g/cm³；(7)>

步骤2.3，在围压下岩石的断裂韧性K_C，

K_C＝0.0956p_w+0.1383S_t-0.0820(8)

为简化计算，(8)式中围压p_w用最小水平主应力代替；

步骤2.4，对待评价煤层的断裂韧性进行正向化、归一化处理：

对KC进行正向化、归一化：

Kc’＝(Kc_ij-Kc_jmin)/(Kc_jmax-Kc_jmin)(9)

式中，Kc’是正向化的断裂韧性，K_cij是待评价煤层的断裂韧性，K_cjmin是所有评价煤层的断裂韧性最小值，K_cjmax是所有待评价煤层断裂韧性的最大值；

式中，Kc”为正向化、归一化的断裂韧性；Kc’为正向化的断裂韧性；μ_Kc为待评价煤层正向化后断裂韧性的均值，σ_Kc为待评价煤层正向化后断裂韧性的标准差。

进一步地，在上述步骤3中，步骤3.1，利用已有的煤田钻孔以及煤储层气参数井资料，采用内插法线性拟合约束计算研究区域的煤储层厚度，煤储层厚度为E_h，单位m。

步骤3.2，对煤储层厚度进行归一化：

式中，E_h’为归一化的煤储层厚度，μ_Eh为待评价煤层煤厚的均值，σ_Eh为待评价煤层煤厚的标准差。

进一步地，在上述步骤4中，步骤4.1，利用围岩与煤储层弹性模量的比值>k表征煤储层与围岩的弹性模量差异：

式中，E_c为煤储层弹性模量，单位为GPa；E_t为顶板弹性模量，单位为GPa；E_b为底板弹性模量，单位为GPa；

步骤4.2，对弹性模量差异进行归一化：

式中，E_k’为归一化的弹性模量差异，μ_Ek为待评价煤层弹性模量差异的均值，σ_Ek为待评价煤层弹性模量差异标准差。

进一步地，在上述步骤5中，步骤5.1，采用水压致裂法获得煤储层最小水平主应力P_c，单位为MPa。

煤储层最大水平主应力σ_H：

σ_H＝3P_c-P_f-P_o+T(14)

式中，P_f为煤储层破裂压力，单位为MPa；P_o为煤储层压力，单位为MPa；T为煤储层抗拉强度，单位为MPa。

则煤储层净压力系数σ_n：

步骤5.2，对净压力系数进行归一化：

式中，σ_n’为归一化的弹性模量差异，μ_σn为待评价煤层净压力系数的均值，σ_σn为待评价煤层净压力系数的标准差。

进一步地，在上述步骤6中，步骤6.1，通过对煤岩含水量与测井参数相关关系的分析，选择相关性最为密切的三个参数进行多元回归分析，依此建立了煤岩水分含量的预测方程：

M_ad＝1.4655-0.5827×DEN-2.1115×GR+0.2319×ρ_s(17)

式中：M_ad为待评价煤层煤岩水分含量，单位为％；DEN为待评价煤层密度值，单位为g/cm³；GR为待评价煤层的自然伽马值，单位为API；ρ_s为待评价煤层的视电阻率值，单位为Ω·m。

步骤6.2，对煤岩水分含量进行正向化、归一化：

M_ad’＝(M_adij-M_adjmin)/(M_adjmax-M_adjmin)(18)

式中，M_ad’是正向化的煤岩水分含量，M_adij是待评价煤层的煤岩水分含量，M_adjmin是所有评价煤层的煤岩水分含量最小值，M_adjmax是所有待评价煤层煤岩水分含量的最大值。

式中，M_ad”为正向化、归一化的煤岩水分含量；M_ad’为正向化的煤岩水分含量；μ_Mad为待评价煤层正向化后煤岩水分含量的均值，σ_Mad为待评价煤层正向化后煤岩水分含量的标准差。

进一步地，在上述步骤6中，计算煤储层可压裂性评价分数F_rac：

F_rac＝0.3BI+0.25K_c”+0.05E_d’+0.15E_K+0.2σ_n’+0.05M_ad”(20)

式中，BI为归一化的脆性指数；K_c”为正向化、归一化的断裂韧性；E_d’为归一化的煤储层厚度；E_k’为归一化的围岩与煤储层弹性模量比值；σ_n’为归一化煤储层净压力系数；M_ad”为正向化、归一化的水分含量；根据煤储层可压裂性评价分数F_rac评价煤储层可压裂性。

进一步地，在上述步骤8中，对可压裂性评价分数F_rac进行分级：

与现有技术相比，本发明的有益效果是：方法利用了研究区域的试井结果、测井实验参数、煤样的室内实验数据。对这些实验数据整合处理，筛选出煤储层的脆性指数、断裂韧性、煤储层厚度、煤储层与围岩的弹性模量差异、净压力系数、水分含量六个对煤储层可压裂性具有重大影响的参数，并对上述参数进行权重赋值，最后对研究区域的煤储层可压裂性进行评价优选。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面结合实施例对本发明进一步说明，该实施例 仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

本发明所采用的技术方案是：一种煤储层可压裂性评价方法，包含以下步骤：

步骤1：求取待评价煤储层脆性指数BI；

步骤2：求取在围压下煤储层断裂韧性K_C；

步骤3：求取待评价煤层的煤层厚度E_h；

步骤4：求取煤层与围岩弹性模量差异E_k’；

步骤5：求取待评价煤层的净压力系数σ_n；

步骤6：计算煤岩的水分含量M_ad；

步骤7：计算煤储层可压裂性评价分数F_rac；

步骤8：将煤层的可压裂性进行分级。

在上述步骤1中，获取煤储层弹性模量和泊松比，对弹性模量和泊松比进行归一化处理，求取待评价煤储层脆性指数BI：

(1)式中，E_BI’为待评价煤层归一化的弹性模量，E_BImax和E_BImin分别为煤储层最大和最小弹性模量，单位为GPa；(2)式中，μ_BI’为煤储层归一化的泊松比，μ_BImax和μ_BImin分别为煤储层最大和最小泊松比，无量纲。

进一步地，在上述步骤2中，步骤2.1，求取煤储层抗压强度σ_c，

σ_c＝(0.0045+0.0035V_sh)E_Kc(4)

其中，V_sh是煤储层泥质含量，

V_sh＝(GR-GR_min)/(GR_max-GR_min)(5)

E_Kc是煤储层动态弹性模量，

步骤2.2，再求取煤储层单轴抗拉强度S_t，

S_t＝σ_c/A(7)

(4)式中，V_sh为待评价煤层泥质含量；(5)式中，GR为待评价煤层的伽马测井实测值，单位为API，GR_min为测得的井段砂岩层的自然伽马值，单位为API，>max为测得的井段泥岩层的自然伽马值，单位为API；(6)式中，E_Kc为待评价煤层的动态弹性模量，单位为GPa，v_p为待评价煤层的纵波速度，单位为km/s，>s为待评价煤层的横波速度，单位为km/s；ρ为岩石密度，单位为g/cm³；(7)>

步骤2.3，在围压下岩石的断裂韧性K_C，

K_C＝0.0956p_w+0.1383S_t-0.0820(8)

为简化计算，(8)式中围压p_w用最小水平主应力代替。

步骤2.4，对待评价煤层的断裂韧性进行正向化、归一化处理：

对KC进行正向化、归一化：

Kc’＝(Kc_ij-Kc_jmin)/(Kc_jmax-Kc_jmin)(9)

式中，Kc’是正向化的断裂韧性，K_cij是待评价煤层的断裂韧性，K_cjmin是所有评价煤层的断裂韧性最小值，K_cjmax是所有待评价煤层断裂韧性的最大值。

式中，Kc”为正向化、归一化的断裂韧性；Kc’为正向化的断裂韧性；μ_Kc为待评价煤层正向化后断裂韧性的均值，σ_Kc为待评价煤层正向化后断裂韧性的标准差。

在上述步骤3中，步骤3.1，利用已有的煤田钻孔以及煤储层气参数井资料，采用内插法线性拟合约束计算研究区域的煤储层厚度，煤储层厚度为E_h，单位m。

步骤3.2，对煤储层厚度进行归一化：

式中，E_h’为归一化的煤储层厚度，μ_Eh为待评价煤层煤厚的均值，σ_Eh为待评价煤层煤厚的标准差。

在上述步骤4中，步骤4.1，利用围岩与煤储层弹性模量的比值E_k表征煤储层与围岩的弹性模量差异：

式中，E_c为煤储层弹性模量，单位为GPa；E_t为顶板弹性模量，单位为GPa；>b为底板弹性模量，单位为GPa；

步骤4.2，对弹性模量差异进行归一化：

式中，E_k’为归一化的弹性模量差异，μ_Ek为待评价煤层弹性模量差异的均值，σ_Ek为待评价煤层弹性模量差异标准差。

在上述步骤5中，步骤5.1，采用水压致裂法获得煤储层最小水平主应力P_c，单位为MPa。

煤储层最大水平主应力σ_H：

σ_H＝3P_c-P_f-P_o+T(14)

式中，P_f为煤储层破裂压力，单位为MPa；P_o为煤储层压力，单位为MPa；>

则煤储层净压力系数σ_n：

步骤5.2，对净压力系数进行归一化：

式中，σ_n’为归一化的弹性模量差异，μ_σn为待评价煤层净压力系数的均值，σ_σn为待评价煤层净压力系数的标准差。

在上述步骤6中，步骤6.1，通过对煤岩含水量与测井参数相关关系的分析，选择相关性最为密切的三个参数进行多元回归分析，依此建立了煤岩水分含量的预测方程：

M_ad＝1.4655-0.5827×DEN-2.1115×GR+0.2319×ρ_s(17)

式中：M_ad为待评价煤层煤岩水分含量，单位为％；DEN为待评价煤层密度值，单位为g/cm³；GR为待评价煤层的自然伽马值，单位为API；ρ_s为待评价煤层的视电阻率值，单位为Ω·m。

步骤6.2，对煤岩水分含量进行正向化、归一化：

M_ad’＝(M_adij-M_adjmin)/(M_adjmax-M_adjmin)(18)

式中，M_ad’是正向化的煤岩水分含量，M_adij是待评价煤层的煤岩水分含量，>adjmin是所有评价煤层的煤岩水分含量最小值，M_adjmax是所有待评价煤层煤岩水分含量的最大值。

式中，M_ad”为正向化、归一化的煤岩水分含量；M_ad’为正向化的煤岩水分含量；μ_Mad为待评价煤层正向化后煤岩水分含量的均值，σ_Mad为待评价煤层正向化后煤岩水分含量的标准差。

在上述步骤7中，计算煤储层可压裂性评价分数F_rac：

F_rac＝0.3BI+0.25K_c”+0.05E_d’+0.15E_K+0.2σ_n’+0.05M_ad”(20)

式中，BI为归一化的脆性指数；K_c”为正向化、归一化的断裂韧性；E_d’为归一化的煤储层厚度；E_k’为归一化的围岩与煤储层弹性模量比值；σ_n’为归一化煤储层净压力系数；M_ad”为正向化、归一化的水分含量；根据煤储层可压裂性评价分数F_rac评价煤储层可压裂性。

在上述步骤8中，对可压裂性评价分数F_rac进行分级：

本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。