基于大數(shù)據(jù)的頁巖油區(qū)塊產(chǎn)量差異分析方法研究

肖 陽， 王家豪， 李志剛， 楊金元， 劉守昱

1成都理工大學(xué)能源學(xué)院 2成都理工陽光能源科技有限公司

0 引言

A83和X233均為鄂爾多斯盆地的頁巖油區(qū)塊，非均質(zhì)性較強(qiáng)，無明顯油水界面，且都以長(zhǎng)7層為主力產(chǎn)層。兩區(qū)塊巖性相近、物性類似，均使用了壓裂參數(shù)相似的水平井分段壓裂工藝。雖然X233的水平段長(zhǎng)度為A83的近2倍(圖1a)，但當(dāng)使用百米動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量[1]進(jìn)行對(duì)比時(shí)，X233的百米動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量仍是A83的2倍(圖1b)，故二者單井產(chǎn)量差異性不單來自于水平段長(zhǎng)度的影響。

圖1 A83和X233區(qū)塊水平段長(zhǎng)度和百米動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量對(duì)比

常規(guī)方法是利用傳統(tǒng)的遞減曲線，結(jié)合產(chǎn)量數(shù)值模擬的方法來進(jìn)行影響因素分析[2]，但是這種方法存在諸多問題。數(shù)值模擬方法在機(jī)理模型中適用性較好，但當(dāng)加入多因素分析研究，如生產(chǎn)特征數(shù)據(jù)、地質(zhì)力學(xué)數(shù)據(jù)，其模擬描述方法假設(shè)性條件太多，僅是理論上的可行性研究，實(shí)際達(dá)不到其模擬條件[3]。目前較為普遍的分析方法大致有幾種：運(yùn)用一元或多元線性回歸分析(LRA)來分析泄流范圍、儲(chǔ)層特征、改造強(qiáng)度和產(chǎn)量影響因素[4]，或?qū)⑵渑c插值方法結(jié)合來研究最終采收率(EUR)與生產(chǎn)參數(shù)之間的相關(guān)性[5]；運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)法(GRA)和線性回歸分析相結(jié)合的方法來研究產(chǎn)量主控因素[6]；使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[7]、綜合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)、Sobol全局敏感性分析[8]、正交實(shí)驗(yàn)[9]、模糊集合理論[10]和灰色關(guān)聯(lián)等方法建立產(chǎn)量預(yù)測(cè)和影響因素分析模型，研究其主控因素。

目前的研究方法存在考慮因素不全面、建立模型較復(fù)雜、分析結(jié)果不直觀等弊端。針對(duì)A83和X233這兩個(gè)頁巖油區(qū)塊，首先進(jìn)行了大數(shù)據(jù)相關(guān)性分析，從地質(zhì)參數(shù)、地質(zhì)力學(xué)參數(shù)、工程參數(shù)、生產(chǎn)特征數(shù)據(jù)和高壓物性參數(shù)入手，明確產(chǎn)量主控因素；再結(jié)合相關(guān)性分析的結(jié)果，對(duì)兩區(qū)塊的5類參數(shù)作差異性研究；最后基于相關(guān)性分析和差異性研究提出針對(duì)性的改造措施。

1 產(chǎn)量主控因素分析

1.1 產(chǎn)量主控因素的參數(shù)選擇

大數(shù)據(jù)相關(guān)性分析選用了A83區(qū)塊和X233區(qū)塊2011年至2020年共197口井的241組數(shù)據(jù)，完成了106口井的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量計(jì)算，34口井、79段的單井壓后綜合解釋，最終形成了337組大數(shù)據(jù)分析。

針對(duì)A83區(qū)塊和X233區(qū)塊，短期產(chǎn)量選取了近3個(gè)月和近6個(gè)月的產(chǎn)量數(shù)據(jù)作為對(duì)比，長(zhǎng)期產(chǎn)量選取了24個(gè)月、36個(gè)月和累積產(chǎn)量作為對(duì)比。為了消除實(shí)際生產(chǎn)時(shí)油嘴的影響，考慮壓力和產(chǎn)量的共同作用，引入動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量更能綜合評(píng)估相關(guān)性和主控因素，同時(shí)為了消除水平段長(zhǎng)度的影響，采用百米動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量進(jìn)行對(duì)比研究更具科學(xué)性。

研究的參數(shù)包括5類:①地質(zhì)參數(shù)主要以測(cè)井解釋數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，包括伽馬、聲波時(shí)差、自然電位、電阻率、泥質(zhì)含量等巖性參數(shù)，以及孔隙度、滲透率、飽和度、儲(chǔ)層厚度等物性參數(shù)；②地質(zhì)力學(xué)參數(shù)在單軸、三軸巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用偶極聲波測(cè)井資料、單井巖石力學(xué)動(dòng)靜態(tài)參數(shù)校正，同時(shí)結(jié)合壓裂施工特征曲線和動(dòng)靜態(tài)擬合方法，來建立包括楊氏模量、泊松比、各向應(yīng)力在內(nèi)的一維巖石力學(xué)剖面數(shù)據(jù)，同時(shí)還結(jié)合了壓后解釋的最小水平主應(yīng)力、閉合壓力和脆性指數(shù)等參數(shù)；③工程參數(shù)包括井軌跡、鉆遇率、水平段長(zhǎng)等鉆完井?dāng)?shù)據(jù)，以及排量、液量、砂量、分段分簇?cái)?shù)等壓裂施工數(shù)據(jù)；④生產(chǎn)特征數(shù)據(jù)主要是含水率；⑤高壓物性參數(shù)包括飽和壓力、溶解氣油比和飽和壓力下地層油密度。

1.2 大數(shù)據(jù)相關(guān)性分析方法

基于大數(shù)據(jù)相關(guān)性分析方法研究，采用了皮爾遜積矩相關(guān)系數(shù)(PCC)和斯皮爾曼等級(jí)相關(guān)系數(shù)(SRC)來研究不同類型參數(shù)對(duì)產(chǎn)量的影響。

皮爾遜積矩相關(guān)系數(shù)(PCC)是一種統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，可以定量地衡量變量之間的相關(guān)性。皮爾遜積矩相關(guān)系數(shù)的特點(diǎn)為線性變化不會(huì)影響其結(jié)果，所以對(duì)橫坐標(biāo)或者縱坐標(biāo)進(jìn)行單位的變化不會(huì)改變r(jià)的值，這樣不同單位的數(shù)據(jù)其r值也具有可比性。皮爾遜積矩相關(guān)系數(shù)r的計(jì)算公式如下[11]：

(1)

式中：∑X—所有x點(diǎn)坐標(biāo)的集合；∑Y—所有y點(diǎn)坐標(biāo)集合;N—樣本點(diǎn)的總個(gè)數(shù)。

斯皮爾曼等級(jí)相關(guān)系數(shù)(SRC)用來估計(jì)兩個(gè)變量之間的相關(guān)性，其優(yōu)勢(shì)是無需考慮變量的總體分布形態(tài)和樣本容量的大小，具有快捷、穩(wěn)定的特點(diǎn)[12]。設(shè)(x1，x2，…，xn)、(y1，y2，…，yn)分別為來自總體X、Y的樣本，令R(xj)、R(yj)分別表示xj、yj在(x1，x2，…，xn)、(y1，y2，…，yn)中的秩，則X和Y的斯皮爾曼秩相關(guān)系數(shù)定義為[13]：

(2)

式中:dj=R(xj)-R(yj)，j=1，2，…，n。

當(dāng)對(duì)樣本進(jìn)行計(jì)算時(shí)，相關(guān)系數(shù)由r值決定，它反映了兩個(gè)變量線性相關(guān)的程度，r的值域范圍從-1到+1。相關(guān)系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 相關(guān)系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)[14]

1.3 產(chǎn)量主控因素確定

綜合以上方法，完成了A83區(qū)塊地質(zhì)、工程、地質(zhì)力學(xué)參數(shù)、生產(chǎn)特征數(shù)據(jù)和高壓物性參數(shù)大數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析，分析結(jié)果見表2。分析結(jié)果中相關(guān)性較高的是：地質(zhì)參數(shù)中的厚度、孔隙度、含油飽和度，地質(zhì)力學(xué)參數(shù)中的最小水平主應(yīng)力，生產(chǎn)特征數(shù)據(jù)中的含水率，高壓物性參數(shù)中的飽和壓力、溶解氣油比、飽和壓力下地層油密度。X233區(qū)塊的相關(guān)性分析與A83區(qū)塊總體差別不大，但其地質(zhì)力學(xué)參數(shù)、生產(chǎn)特征數(shù)據(jù)和高壓物性參數(shù)的相關(guān)性更高，說明這三類參數(shù)對(duì)其產(chǎn)量的影響較A83區(qū)塊更明顯。

表2 A83區(qū)塊產(chǎn)量主控因素大數(shù)據(jù)相關(guān)性分析

2 A83區(qū)塊和X233區(qū)塊產(chǎn)量主控因素差異分析

從地質(zhì)參數(shù)、工程參數(shù)、地質(zhì)力學(xué)參數(shù)、生產(chǎn)特征數(shù)據(jù)和高壓物性參數(shù)五個(gè)方面，對(duì)比A83區(qū)塊和X233區(qū)塊產(chǎn)量主控因素，分析其產(chǎn)量差異性原因。

2.1 地質(zhì)參數(shù)和工程參數(shù)差異分析

從物性參數(shù)對(duì)比圖中可以看出(圖2)，X233區(qū)塊和A83區(qū)塊的儲(chǔ)層厚度、孔隙度、滲透率和含油飽和度差別不大，兩個(gè)區(qū)塊的儲(chǔ)層物性基本相同，產(chǎn)量差異不受地質(zhì)參數(shù)控制。

圖2 A83和X233區(qū)塊地質(zhì)參數(shù)對(duì)比圖

A83和X233區(qū)塊采用相同的體積改造方式進(jìn)行生產(chǎn)，排量、液量、砂比、簇?cái)?shù)和段數(shù)等施工參數(shù)基本相同，所以差異性不大，在此不作研究。故A83和X233區(qū)塊產(chǎn)量的差異性跟地質(zhì)參數(shù)和工程參數(shù)的關(guān)系不大。

2.2 地質(zhì)力學(xué)參數(shù)差異分析

從地質(zhì)力學(xué)參數(shù)對(duì)比圖中可以看出(圖3)，兩個(gè)區(qū)塊的脆性指數(shù)、水平應(yīng)力和閉合壓力有一定差異。X233區(qū)塊的脆性指數(shù)優(yōu)于A83區(qū)塊，體積改造更容易形成復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)體系，具有更大的縫網(wǎng)支撐面積和改造體積，改造后產(chǎn)量更高。X233區(qū)塊的最小水平應(yīng)力和閉合壓力小于A83區(qū)塊，其壓開儲(chǔ)層和形成有效縫網(wǎng)的難度更小。綜合評(píng)判X233區(qū)塊可壓性更好。

圖3 A83和X233區(qū)塊地質(zhì)力學(xué)參數(shù)對(duì)比圖

X233區(qū)塊和A83區(qū)塊地質(zhì)力學(xué)參數(shù)有一定的差異性，但二者脆性指數(shù)僅相差0.9，最小水平應(yīng)力僅相差1.7 MPa，閉合壓力僅相差3.1 MPa，其差異性并不足以使兩個(gè)區(qū)塊的百米動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量相差兩倍以上。故還需對(duì)X233區(qū)塊和A83區(qū)塊的生產(chǎn)特征數(shù)據(jù)和高壓物性參數(shù)進(jìn)行差異性分析，綜合研究?jī)蓞^(qū)塊產(chǎn)量差異的原因。

2.3 生產(chǎn)特征數(shù)據(jù)和高壓物性參數(shù)差異分析

生產(chǎn)特征數(shù)據(jù)主要研究區(qū)塊含水率的變化，由圖4可以看出A83區(qū)塊的含水率明顯高于X233區(qū)塊，較高的含水率會(huì)使產(chǎn)油量下降。

圖4 A83和X233區(qū)塊含水率對(duì)比

高壓物性參數(shù)主要分析了飽和壓力、溶解氣油比和飽和壓力下地層油密度。根據(jù)表3可以發(fā)現(xiàn)，A83區(qū)塊飽和壓力和溶解氣油比下降明顯，致使地層能量不足，原油中輕質(zhì)組分大量產(chǎn)出，造成原油密度增大和含水率上升，抑制了產(chǎn)油量。

表3 X233和A83區(qū)塊原油高壓物性對(duì)比

綜上所述，X233區(qū)塊的最小水平主應(yīng)力較小，閉合壓力較小，脆性指數(shù)較高，所以可壓性更好，體積改造后裂縫網(wǎng)絡(luò)體系也更好。同時(shí)X233區(qū)塊的溶解氣油比更高，地層能量足，且含水率也較低，所以X233區(qū)塊的產(chǎn)量更高。故A83區(qū)塊的開發(fā)需要更加優(yōu)化壓裂施工參數(shù)，同時(shí)開發(fā)過程中需注氣吞吐保持地層能量，抑制含水率的上升，從而提高產(chǎn)量。

3 結(jié)論

(1)X233區(qū)塊和A83區(qū)塊同為鄂爾多斯盆地頁巖油長(zhǎng)7儲(chǔ)層，在相同的體積改造方式下，其產(chǎn)量差異較大，故對(duì)兩個(gè)區(qū)塊的差異進(jìn)行皮爾遜和斯皮爾曼大數(shù)據(jù)相關(guān)性分析，明確影響產(chǎn)量的主要因素是地質(zhì)力學(xué)參數(shù)中的可壓性、生產(chǎn)特征數(shù)據(jù)中的含水率和高壓物性參數(shù)中的溶解氣油比。

(2)X233區(qū)塊和A83區(qū)塊的地質(zhì)情況和物性基本相似，開發(fā)方式基本相同，但X233區(qū)塊地質(zhì)力學(xué)參數(shù)、生產(chǎn)特征數(shù)據(jù)、高壓物性參數(shù)明顯優(yōu)于A83區(qū)塊，因此X233區(qū)塊的產(chǎn)量更高。

(3)建議A83區(qū)塊改造工藝采用壓驅(qū)一體化，在壓裂后采用注氣吞吐方式保持地層能量，防止輕質(zhì)組分大量產(chǎn)出和含水率的迅速上升。

(4)該方法可用于長(zhǎng)慶頁巖油區(qū)塊的產(chǎn)量差異性及產(chǎn)量主控因素分析，可推廣應(yīng)用于非常規(guī)油氣的產(chǎn)量影響因素分析，具有一定的借鑒意義。