基于模糊综合评价模型的煤层气储层测井产能预测研究

乔 磊,季新杰，陈立海，王 平，崔 友，苏浩男

(承德石油高等专科学校 a.仪器仪表中心；b.热能工程系；c.电子工程系；d.工业中心，河北 承德 067000)

煤层气是一种自生自储的，以甲烷为主要成分，主要吸附在煤岩基质的微孔隙内表面，少部分游离于裂缝孔隙或溶解于煤层水中的非常规天然气。开发利用煤层气，对于缓解我国当前油气资源短缺的现状，保证国民经济持续快速健康发展具有重大意义[1-2]。产能是表征储层动态特征的一个综合指标，是储层的生产潜力和各种影响因素之间通过相互制约而达到的一种动态平衡。利用测井方法评价储层产能，就是力图利用这种通过测井方法获取的静态的储层参数来预测储层的产能[3-7]。开展煤层气储层产能预测研究，建立基于测井技术的煤层气储层产能级别预测模型，形成煤层气储层产能评价体系，可以拓展测井技术在煤层储层评价上的应用，优选开发区域和层位、降低煤层气开发风险、提高开发效率和经济效益。

1 模糊综合评价原理

模糊综合评价方法是以模糊变换原理和最大隶属度原则为基础，并考虑到评价对象受多种因素的影响，在处理具有模糊性的复杂系统问题上应用广泛。煤层气储层系统就是包含煤层气的产生、储集、迁移、富集成藏和产出的一个复杂系统工程。利用模糊综合评价法对煤层气储层产能进行测井评价，就是对引起产能变化的各个带有模糊性的影响因素进行评价，最后加权获取对产能的评价值。模糊综合评价方法通过对与评价对象相关的多种因素的隶属度进行加权求和，获取某对象的综合评价值[8]。

在进行模糊综合评价中，隶属度函数的确定应当是客观的，但在实际应用中也具有一定的人为主观性。目前，并没有一套成熟有效的确定隶属度函数的方法。对于相同的评价对象，不同的人很可能建立并不完全相同的隶属度函数。目前，常用的隶属度建立方法有模糊统计法[9-10]、二元对比排序法[9,11]、例证法[9]、专家经验法[10]等。

在进行模糊综合评价中，因素权重的确定是非常重要的，它反映了各个因素在评价过程中所起的作用，直接影响评价的最终结果。目前常用的确定因素权重的方法主要有专家打分法[10]、层次分析法[11]、神经网络法[11]和灰色关联分析法[11-13]等。

2 模糊综合评价模型产能预测

本文利用已经选取的20口井的测井和排采资料，采用通过测井方法获取的煤层厚度、埋深、碳分、灰分、含气量、裂缝孔隙度和裂缝渗透率7个参数作为评价指标，建立煤层气储层产能评价指标体系。并基于上述参数对产能的影响和煤层气开发的实践经验，定义各个评价指标的隶属度。

1)煤层厚度：煤层厚度与煤层生气和储气能力密切相关。在研究区块，煤层厚度的变化范围大部分在4.4～6.8 m。煤层厚度用TC表示，建立的煤层厚度的隶属度FMTC如下：

(1)

2)煤层埋深：煤层埋深过浅，煤层气容易散失，煤层埋深过深，开发成本将过高。在研究区块，煤层埋深的变化范围大部分在500～900 m，且与煤层气储层产能总体呈正相关。煤层埋深用BD表示，建立的煤层埋深的隶属度FMBD如下：

(2)

3)煤岩碳分：碳分是煤岩中的有机质，且表面微孔隙发育，因此与煤岩的生气和储气能力密切相关。在研究区块，煤岩中碳分的变化范围大部分在78%～86.2%。碳分的含量用Combu%表示，建立碳分的隶属度FMCombu如下：

(3)

4)煤岩灰分：灰分是煤岩中的无机矿物质，随着灰分含量的升高，煤岩生气和储气的能力都降低。在研究区块，煤岩中灰分的变化范围大部分在13%～21%。灰分的含量用Ad%表示，建立灰分含量的隶属度FMAd如下：

(4)

5)煤层含气量(Vg)：含气量反映煤层供气的能力，是影响煤层气储层产能的基本指标。在研究区块，煤层含气量的变化范围大部分在10～17.5 cm3/g。煤层含气量用Vg表示，建立的含气量的隶属度FMVg如下：

(5)

6)煤岩裂缝孔隙度：裂缝孔隙度反映煤岩割理发育程度，进而影响煤层气的渗流能力。在研究区块，煤岩裂缝孔隙度的变化范围主要在0.1%～0.7%。孔隙度的含量用φf%表示，建立裂缝孔隙度的隶属度FMφf如下：

(6)

7)煤岩裂缝渗透率(Kf)：裂缝渗透率是反映煤层气渗流能力的基本指标，较高的裂缝渗透率是煤层气储层高产的重要条件。在研究区块，煤岩裂缝渗透率的变化范围大部分在0.1～1.25 mD，裂缝渗透率用Kf表示，建立裂缝渗透率的隶属度FMKf如下：

(7)

产能影响因素的权重与产能评价的结果直接相关。本文利用灰色关联分析法计算的各个产能影响因素的权重见表1。

表1 产能影响因素的权重

基于前述的模糊综合评价方法，建立适用于研究区块的煤层气储层产能模糊综合评价体系，具体数学表达式为：

FI=WVgFMVg+WAdFMAd+WCombuFMCombu+
WφfFMφf+WKfFMKf+WTCFMTC+WBDFMBD

(8)

式中，FI为模糊综合评价指数；FMVg、FMAd、FMCombu、FMφf、FMKf、FMTC和FMBD分别为含气量、灰分、碳分、裂缝孔隙度、裂缝渗透率、厚度和埋深的模糊隶属度；WVg、WAd、WCombu、Wφf、WKf、WTC和WBD分别为含气量、灰分、碳分、裂缝孔隙度、裂缝渗透率、厚度和埋深的模糊隶属度的权重。

利用已经选取的20口井，计算每口井3#煤层的特征模糊综合评价指数。并利用平均日产气量与特征模糊综合评价指数建立产能分级交会图版(见图1)。参照产能级别的不同和数据点聚集的差异，划分模糊综合评价指数的范围，选取FI=0.25和FI=0.62为分界点，当FI>0.62时为高产能级别储层，当0.25

本文通过计算QSN-T1(低产井)、QSN-T2(中产井)和QSN-T3(高产井)3口井3#煤层的特征模糊综合评价指数，预测产能级别，并与实际产能级别对照，验证模糊综合评价模型的有效性。

QSN-T1井是一口低产井，实际压裂后产气量为181 m3/d。图2为QSN-T1井3#煤层模糊综合评价模型产能预测成果图，3#煤层的特征模糊综合评价指数FI为0.19(FI<0.25)，预测为低产能级别储层，与实际产能级别吻合。

QSN-T2井为一口中产井，实际压裂后的产气量为710 m3/d。3#煤层模糊综合评价模型产能预测成果图(略)，3#煤层的特征模糊综合评价指数FI为0.36(0.25≤FI≤0.62)，预测为中产能级别储层，与实际产能级别吻合。

QSN-T3井为一口高产井，实际压裂后的产气量为1 401 m3/d。图3为QSN-T3井3#煤层模糊综合评价模型产能预测成果图，3#煤层的特征模糊综合评价指数FI为0.73(FI>0.62)，预测为高产能级别储层，与实际产能级别吻合。

4 结论

本文介绍了模糊综合评价模型，并应用到煤层气储层产能预测中。模糊综合评价模型通过打分和加权的方法建立不同影响因素和产能之间的关系，既能反映不同影响因素的差异性，又能对所有因素进行兼顾。经过实际试气资料验证，该模型计算的煤层气储层产能级别与实际产能级别相吻合，能够达到对研究区块煤层气储层产能进行预测的要求，拓展了测井技术在煤层气储层评价上的应用。