喬 磊,季新杰,陳立海,王 平,崔 友,蘇浩男
(承德石油高等??茖W(xué)校 a.儀器儀表中心;b.熱能工程系;c.電子工程系;d.工業(yè)中心,河北 承德 067000)
煤層氣是一種自生自儲的,以甲烷為主要成分,主要吸附在煤巖基質(zhì)的微孔隙內(nèi)表面,少部分游離于裂縫孔隙或溶解于煤層水中的非常規(guī)天然氣。開發(fā)利用煤層氣,對于緩解我國當(dāng)前油氣資源短缺的現(xiàn)狀,保證國民經(jīng)濟持續(xù)快速健康發(fā)展具有重大意義[1-2]。產(chǎn)能是表征儲層動態(tài)特征的一個綜合指標(biāo),是儲層的生產(chǎn)潛力和各種影響因素之間通過相互制約而達到的一種動態(tài)平衡。利用測井方法評價儲層產(chǎn)能,就是力圖利用這種通過測井方法獲取的靜態(tài)的儲層參數(shù)來預(yù)測儲層的產(chǎn)能[3-7]。開展煤層氣儲層產(chǎn)能預(yù)測研究,建立基于測井技術(shù)的煤層氣儲層產(chǎn)能級別預(yù)測模型,形成煤層氣儲層產(chǎn)能評價體系,可以拓展測井技術(shù)在煤層儲層評價上的應(yīng)用,優(yōu)選開發(fā)區(qū)域和層位、降低煤層氣開發(fā)風(fēng)險、提高開發(fā)效率和經(jīng)濟效益。
模糊綜合評價方法是以模糊變換原理和最大隸屬度原則為基礎(chǔ),并考慮到評價對象受多種因素的影響,在處理具有模糊性的復(fù)雜系統(tǒng)問題上應(yīng)用廣泛。煤層氣儲層系統(tǒng)就是包含煤層氣的產(chǎn)生、儲集、遷移、富集成藏和產(chǎn)出的一個復(fù)雜系統(tǒng)工程。利用模糊綜合評價法對煤層氣儲層產(chǎn)能進行測井評價,就是對引起產(chǎn)能變化的各個帶有模糊性的影響因素進行評價,最后加權(quán)獲取對產(chǎn)能的評價值。模糊綜合評價方法通過對與評價對象相關(guān)的多種因素的隸屬度進行加權(quán)求和,獲取某對象的綜合評價值[8]。
在進行模糊綜合評價中,隸屬度函數(shù)的確定應(yīng)當(dāng)是客觀的,但在實際應(yīng)用中也具有一定的人為主觀性。目前,并沒有一套成熟有效的確定隸屬度函數(shù)的方法。對于相同的評價對象,不同的人很可能建立并不完全相同的隸屬度函數(shù)。目前,常用的隸屬度建立方法有模糊統(tǒng)計法[9-10]、二元對比排序法[9,11]、例證法[9]、專家經(jīng)驗法[10]等。
在進行模糊綜合評價中,因素權(quán)重的確定是非常重要的,它反映了各個因素在評價過程中所起的作用,直接影響評價的最終結(jié)果。目前常用的確定因素權(quán)重的方法主要有專家打分法[10]、層次分析法[11]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[11]和灰色關(guān)聯(lián)分析法[11-13]等。
本文利用已經(jīng)選取的20口井的測井和排采資料,采用通過測井方法獲取的煤層厚度、埋深、碳分、灰分、含氣量、裂縫孔隙度和裂縫滲透率7個參數(shù)作為評價指標(biāo),建立煤層氣儲層產(chǎn)能評價指標(biāo)體系。并基于上述參數(shù)對產(chǎn)能的影響和煤層氣開發(fā)的實踐經(jīng)驗,定義各個評價指標(biāo)的隸屬度。
1)煤層厚度:煤層厚度與煤層生氣和儲氣能力密切相關(guān)。在研究區(qū)塊,煤層厚度的變化范圍大部分在4.4~6.8 m。煤層厚度用TC表示,建立的煤層厚度的隸屬度FMTC如下:
(1)
2)煤層埋深:煤層埋深過淺,煤層氣容易散失,煤層埋深過深,開發(fā)成本將過高。在研究區(qū)塊,煤層埋深的變化范圍大部分在500~900 m,且與煤層氣儲層產(chǎn)能總體呈正相關(guān)。煤層埋深用BD表示,建立的煤層埋深的隸屬度FMBD如下:
(2)
3)煤巖碳分:碳分是煤巖中的有機質(zhì),且表面微孔隙發(fā)育,因此與煤巖的生氣和儲氣能力密切相關(guān)。在研究區(qū)塊,煤巖中碳分的變化范圍大部分在78%~86.2%。碳分的含量用Combu%表示,建立碳分的隸屬度FMCombu如下:
(3)
4)煤巖灰分:灰分是煤巖中的無機礦物質(zhì),隨著灰分含量的升高,煤巖生氣和儲氣的能力都降低。在研究區(qū)塊,煤巖中灰分的變化范圍大部分在13%~21%?;曳值暮坑肁d%表示,建立灰分含量的隸屬度FMAd如下:
(4)
5)煤層含氣量(Vg):含氣量反映煤層供氣的能力,是影響煤層氣儲層產(chǎn)能的基本指標(biāo)。在研究區(qū)塊,煤層含氣量的變化范圍大部分在10~17.5 cm3/g。煤層含氣量用Vg表示,建立的含氣量的隸屬度FMVg如下:
(5)
6)煤巖裂縫孔隙度:裂縫孔隙度反映煤巖割理發(fā)育程度,進而影響煤層氣的滲流能力。在研究區(qū)塊,煤巖裂縫孔隙度的變化范圍主要在0.1%~0.7%。孔隙度的含量用φf%表示,建立裂縫孔隙度的隸屬度FMφf如下:
(6)
7)煤巖裂縫滲透率(Kf):裂縫滲透率是反映煤層氣滲流能力的基本指標(biāo),較高的裂縫滲透率是煤層氣儲層高產(chǎn)的重要條件。在研究區(qū)塊,煤巖裂縫滲透率的變化范圍大部分在0.1~1.25 mD,裂縫滲透率用Kf表示,建立裂縫滲透率的隸屬度FMKf如下:
(7)
產(chǎn)能影響因素的權(quán)重與產(chǎn)能評價的結(jié)果直接相關(guān)。本文利用灰色關(guān)聯(lián)分析法計算的各個產(chǎn)能影響因素的權(quán)重見表1。
表1 產(chǎn)能影響因素的權(quán)重
基于前述的模糊綜合評價方法,建立適用于研究區(qū)塊的煤層氣儲層產(chǎn)能模糊綜合評價體系,具體數(shù)學(xué)表達式為:
FI=WVgFMVg+WAdFMAd+WCombuFMCombu+
WφfFMφf+WKfFMKf+WTCFMTC+WBDFMBD
(8)
式中,F(xiàn)I為模糊綜合評價指數(shù);FMVg、FMAd、FMCombu、FMφf、FMKf、FMTC和FMBD分別為含氣量、灰分、碳分、裂縫孔隙度、裂縫滲透率、厚度和埋深的模糊隸屬度;WVg、WAd、WCombu、Wφf、WKf、WTC和WBD分別為含氣量、灰分、碳分、裂縫孔隙度、裂縫滲透率、厚度和埋深的模糊隸屬度的權(quán)重。
利用已經(jīng)選取的20口井,計算每口井3#煤層的特征模糊綜合評價指數(shù)。并利用平均日產(chǎn)氣量與特征模糊綜合評價指數(shù)建立產(chǎn)能分級交會圖版(見圖1)。參照產(chǎn)能級別的不同和數(shù)據(jù)點聚集的差異,劃分模糊綜合評價指數(shù)的范圍,選取FI=0.25和FI=0.62為分界點,當(dāng)FI>0.62時為高產(chǎn)能級別儲層,當(dāng)0.25 本文通過計算QSN-T1(低產(chǎn)井)、QSN-T2(中產(chǎn)井)和QSN-T3(高產(chǎn)井)3口井3#煤層的特征模糊綜合評價指數(shù),預(yù)測產(chǎn)能級別,并與實際產(chǎn)能級別對照,驗證模糊綜合評價模型的有效性。 QSN-T1井是一口低產(chǎn)井,實際壓裂后產(chǎn)氣量為181 m3/d。圖2為QSN-T1井3#煤層模糊綜合評價模型產(chǎn)能預(yù)測成果圖,3#煤層的特征模糊綜合評價指數(shù)FI為0.19(FI<0.25),預(yù)測為低產(chǎn)能級別儲層,與實際產(chǎn)能級別吻合。 QSN-T2井為一口中產(chǎn)井,實際壓裂后的產(chǎn)氣量為710 m3/d。3#煤層模糊綜合評價模型產(chǎn)能預(yù)測成果圖(略),3#煤層的特征模糊綜合評價指數(shù)FI為0.36(0.25≤FI≤0.62),預(yù)測為中產(chǎn)能級別儲層,與實際產(chǎn)能級別吻合。 QSN-T3井為一口高產(chǎn)井,實際壓裂后的產(chǎn)氣量為1 401 m3/d。圖3為QSN-T3井3#煤層模糊綜合評價模型產(chǎn)能預(yù)測成果圖,3#煤層的特征模糊綜合評價指數(shù)FI為0.73(FI>0.62),預(yù)測為高產(chǎn)能級別儲層,與實際產(chǎn)能級別吻合。 本文介紹了模糊綜合評價模型,并應(yīng)用到煤層氣儲層產(chǎn)能預(yù)測中。模糊綜合評價模型通過打分和加權(quán)的方法建立不同影響因素和產(chǎn)能之間的關(guān)系,既能反映不同影響因素的差異性,又能對所有因素進行兼顧。經(jīng)過實際試氣資料驗證,該模型計算的煤層氣儲層產(chǎn)能級別與實際產(chǎn)能級別相吻合,能夠達到對研究區(qū)塊煤層氣儲層產(chǎn)能進行預(yù)測的要求,拓展了測井技術(shù)在煤層氣儲層評價上的應(yīng)用。4 結(jié)論