基于层次分析法的致密砂岩储层可压性综合评价

张 冲， 夏富国， 夏玉琴， 周小林

(1中国石油化工股份有限公司东北油气分公司石油工程环保技术研究院 2油气藏地质及开发工程国家重点实验室·西南石油大学 3中石油西南油气田分公司开发事业部 4中石油长庆油田分公司第二采气厂)

0 引言

近年来，随着国内页岩气的大规模成功开发，页岩气开发技术逐步被引用到致密气等非常规储层改造中。体积压裂技术是页岩储层改造的重要手段，通过有针对性的引导水力裂缝沟通储层中的天然裂缝等地质弱面，重新开启或延伸天然裂缝，形成复杂的裂缝网络，增加储层改造体积，获得较好经济效益。但对于致密砂岩储层是否能形成有效改造体积，目前仍没有统一标准和一套可靠有效的方法，需要针对盆地储层特征，探索与试验有效的体积压裂设计模式[1]。本次研究充分结合致密砂岩储层特性和裂缝扩展特点，重点评价岩石力学脆性指数、矿物脆性、天然裂缝、水平差应力系数、断裂韧性以及隔层遮挡6个参数，通过层次分析法可全面、准确判断储层的可压性，对于致密砂岩储层科学选段选层，综合提高开发效益，具有重要指导意义。

1 致密砂岩体积压裂可压性评价指标

唐颖[2]等人在K.K.Chong的可压性概念基础上，提出了考虑页岩脆性、石英含量等因素的页岩储层可压性评价系数。Mike J.Mullen[3]认为可压性应综合考虑储层沉积特征、矿物含量组成。陈勉[4]等从岩石力学的角度，评价页岩储层的可压性。袁俊亮[5]等人建立了考虑脆性指数、断裂韧性及岩石力学特征的可压性指数模型。基于国内外研究成果及页岩气开发实践，结合砂岩储层裂缝扩展特点，重点评价包括脆性指数、隔层应力等6个参数。其中岩石力学脆性指数采用Rickman[6]的计算方法，脆性矿物含量采用Larry[7]等人给出的矿物学的方法计算。根据鄂尔多斯盆地经验，砂岩矿物脆性指数一般超过40%就认为储层具有一定的脆性。天然裂缝发育情况采用扫描电镜和CT扫描获取，其余指标通过岩石力学及地应力参数计算获得。表1为某致密砂岩气藏4口候选井的可压性指标统计表，对比体积缝可压性指标，4口井均未全满足要求，且难以抉择最优候选井。

2 层次分析法评价储层可压性

层次分析法(AHP)是一种层次权重决策分析方法[8]，它把一个复杂的问题分解成组成因素，并按支配关系形成层次结构，然后应用两两比较的方法，计算各个评价项目的相对重要性，最终判断最佳方案。

表1 某致密砂岩气藏可压性指标参数表

2.1 可压性评价层次结构模型建立

通过单一可压性影响因素对比评价指标很难最终完成可压性决策，各因素之间存在相互影响的情况，综合数据的可靠性、独立性，最终选择脆性矿物含量、天然裂缝发育情况等5项指标，建立评价候选井可压性综合评价层次模型(见图1)。

2.2 参数标准化

各评价参数有各自单位和量纲，需参数标准化后参与运算。根据唐颖等人的研究成果对天然裂缝发育情况进行赋值。结合气藏岩石力学及地应力数据，将断裂韧性及储隔层应力差转变为断裂韧性系数及隔层遮挡系数。由于评价参数分为正、逆向两种指标，正向即指标值越大越好，逆向即指标值越小越好。评价参数中矿物脆性、天然裂缝发育程度、隔层遮挡系数是正向指标，水平差应力系数以及断裂韧性是逆向指标。为了便于计算，采用极差变化进行参数统一。

图1 可压性评价层次模型

对于正向指标，取：

(1)

对于负向指标，取：

(2)

式中:S—参数标准化值;

X—参数值;

Xmax—参数最大值;

Xmin—参数最小值。

经过极差变换后，指标值均为0～1，正、逆向指标均化为正向指标，最优值为1，最劣值为0。

各井综合可压性影响因素的无量化值见表2。

2.3 构建判断矩阵

按照AHP方法分别建立递阶层次结构、构建两两比较判断矩阵、计算特征根和特征向量[9]，逐项就任意2个评价指标进行比较，根据评价参数的重要程度进行赋值。基于文献调研[10- 12]及专业分析，将可压性评价参数进行两两比较，得到判断矩阵，如表3所示。

表2 候选井储层特征

表3 可压性评价的判断矩阵

2.4 计算各指标权重

为了避免用一种方法求取权重产生偏差，本文采用2种方法求权重，计算结果如表4所示。为了确保得出的结果全面、准确，采用一致性指标检验判断矩阵一致性。检验标准小于0.1时认为判断矩阵是可以接受的，通过计算选用和积法计算的权重。

表4 各评价参数的权重分配

3 可压性综合评价及分析

根据层次分析法计算的各评价参数的权重，对标准化后的各井段参数进行可压性评价，候选井可压性综合评价计算结果如表5所示。表5中计算结果显示众多候选井中3号井的可压性最佳，4口井中优选3号井实施体积压裂。3号井采用体积压裂的改造思路，泵入滑溜水435 m3、线性胶260 m3、冻胶280 m3、支撑剂40 m3。压后通过G函数分析认为地层中形成多条水力裂缝，同时产能为同区邻井3.6倍，获得了较好的开发效果，实现储层体积改造的目的。

表5 候选井可压性综合评价结果

4 结论

(1)致密砂岩储层体积压裂可压性评价可借鉴页岩储层可压性评价标准，重点考虑岩石力学脆性、矿物脆性、天然裂缝、水平主应力差异、断裂韧性以及隔层遮挡效应。

(2)基于层次分析法构建判断矩阵并评价其一致性，确定各因素的权重。对评价参数标准化后及权重乘积综合确定候选井的可压指数，指数越高可压性越强。压后分析认为形成多条水力裂缝，实现储层的体积改造。

(3)与传统单因素评价方法相比，层次分析法可全面、准确地判断储层的可压性，有利于指导选井选层。