1.一种基于GIS技术的煤系气纵向开发层段优选方法,其特征在于:该方法包括如下步骤:S1:收集煤系气单井基础数据,搭建煤系气纵向开发层段基础数据库,确定各地层的岩性,利用GIS技术构造钻孔三维模型;
S2:根据煤系气气藏组合模式初步确定煤系气纵向开发层段;
S3:构建煤系气层段优选评价指标体系,根据步骤S2初步确定的煤系气纵向开发层段,判断各层段指标参数是否满足层段筛选条件,将不满足筛选条件的层段剔除,保留满足筛选条件的层段;所述优选指标体系包括:资源丰度系数、储集条件指数、保存条件指数、层段内差异系数;
S4:选取资源丰度系数中的层段总含气性、保存条件指数中的层段顶底板岩性、层段内差异系数中的层段内力学性质差异、渗透率差异、储集空间差异、资源丰度差异、孔隙分形维数作为加权指标,通过专家打分的方式确定煤系气层段内各项加权指标的权重及得分;
S5:对各煤系气层段内加权指标得分进行加权计算,并计算各层段累计得分在所有层段累计得分中的占比,将该占比作为层段的优选性参数,依据优选性数值的大小,将各层段从大到小进行排序;
S6:根据各煤系气层段的优选性及各层段间的间隔距离,确定层段开采优先级及煤系气开发方式。
2.根据权利要求1所述的一种基于GIS技术的煤系气纵向开发层段优选方法,其特征在于:步骤S1所述收集煤系气单井基础数据,搭建煤系气纵向开发层段基础数据库,确定各地层的岩性,利用GIS技术构造钻孔三维模型,方法如下:(1-1)收集煤系气富集成藏与开发要素,包括:煤系气的生烃能力、储层储集性能、气藏盖层条件、易开采性信息;收集物探、钻井、录井、地质基础数据;
(1-2)获取工区参数井/预探井的岩心编录、地化测试、储层测试和测井的数据;其中,地化测试数据包括:有机碳含量(TOC)、热成熟度(Ro)、高压等温吸附测试;储层测试数据包括:X射线衍射(XRD)、核磁共振、CT扫描、低温液氮吸附;测井数据包括:气测录井、纵波时差、自然伽马、自然电位、中子孔隙度;
(1-3)将步骤(1-1)~(1-2)所述数据汇总整理,得到煤系气基础数据库;
(1-4)通过煤系气基础数据库确定各地层的岩性、顶层高程及底层高程值,汇总得到地层岩性表格数据;
(1-5)在ArcGIS软件中,利用地层岩性表格数据生成钻孔地层分界节点,得到钻孔地层分界节点的shp格式文件;
(1-6)遍历shp文件中各个地层分界节点,并以相邻两节点作为端点,生成各段矢量线,即获得三维钻孔矢量线数据,并设置其显示效果,得到钻孔三维模型。
3.根据权利要求2所述的一种基于GIS技术的煤系气纵向开发层段优选方法,其特征在于:步骤S2所述根据煤系气气藏组合模式,初步确定煤系气纵向开发层段,方法如下:(2-1)根据煤系气不同的成藏模式,将煤系气共存系统分为四个组合模式,分别为单源双储,单源多储,双源双储及双源多储,每一种组合模式即为一种煤系气共存子系统;对应的岩性组合为:页岩-砂岩、煤-砂岩;煤-页岩-砂岩;页岩-煤;页岩-煤-砂岩;根据步骤S1所得各地层岩性,确定煤系气气藏组合模式,即确定煤系气共存子系统;
(2-2)根据步骤(2-1)所述的气藏模式及所对应的岩性组合,利用ArcGIS软件的Modelbuilder工具中的筛选工具、缓冲区工具、迭代器工具,以岩性组合为初步划分依据,搭建煤系气的初步层段划分工具,将步骤S1所得钻孔三维模型的三维钻孔矢量线数据作为输入数据,按不同的岩性组合筛选得到层段的划分结果,所得结果即为不同气藏模式下的煤系气备选开发层段;
(2-3)在ArcGIS软件中,将步骤(2-2)得到的筛选层段进行合并,初步确定煤系气纵向开发层段,获得层段数量及层段厚度。
4.根据权利要求1所述的一种基于GIS技术的煤系气纵向开发层段优选方法,其特征在于:步骤S3所述构建煤系气层段优选评价指标体系,根据步骤S2初步确定的煤系气纵向开发层段,判断各层段指标参数是否满足层段筛选条件,将不满足筛选条件的层段剔除,保留满足筛选条件的层段,方法如下:(3-1)构建煤系气层段优选评价指标体系,并确定相应的参数阈值;所述优选指标体系包括:资源丰度系数、储集条件指数、保存条件指数、层段内差异系数;所述资源丰度系数包括:平均TOC含量、平均含气量、地层累积厚度、层段综合含气性、层段总含气性;所述储集条件指数包括:平均孔隙度、平均渗透率、平均黏土矿物含量及平均杨氏模量,脆性指数;所述保存条件指数包括:层段顶底板岩性;所述层段内差异系数包括:力学性质差异、渗透率差异、储集空间差异、资源丰度差异、孔隙分形维数;
(3-2)将步骤S2中得到的煤系气纵向开发层段在ArcGIS中加载,得到煤系气纵向开发层段属性表,并将其属性表中的地层岩性、底层高程、顶层高程信息复制到Excel表格中;
(3-3)根据Excel表格中的煤系气纵向开发层段数据,利用Matlab计算得到各地层的杨氏模量、渗透率;从煤系气纵向开发层段基础数据库中获取各地层的TOC含量、含气量、地层厚度、黏土矿物含量、孔隙度;计算各层段的平均TOC含量、平均含气量、地层累积厚度、层段综合含气性、平均孔隙度、平均渗透率、平均黏土矿物含量及平均杨氏模量,脆性指数;
(3-4)将层段的平均TOC含量、平均含气量、地层累积厚度、层段综合含气性、平均孔隙度、平均渗透率、平均黏土矿物含量及平均杨氏模量,脆性指数作为煤系气层段筛选条件,根据筛选条件及其相应参数阈值对步骤S2中得到的煤系气纵向开发层段划分结果进一步筛选,剔除不符合筛选条件的层段,保留符合筛选条件的层段。
5.根据权利要求4所述的一种基于GIS技术的煤系气纵向开发层段优选方法,其特征在于:步骤(3-3)中,杨氏模量、渗透率、脆性指数的计算公式分别为:其中,Es为静态杨氏模量,Δtp为纵波时差,ρ为介质体积密度;
其中,K为渗透率,hf为裂缝宽度,hm为裂缝间距,R、F为比例因子,φf为裂缝孔隙度;
其中,BRIT为岩石脆性指数,Va表示硅质矿物体积,Vb表示长石体积,Vc表示碳酸盐岩体积,V表示全部矿物体积;
步骤(3-3)所述层段综合含气性指标参数判断条件为:煤系气层段资源量不小于厚度
15m,含气量2.0m3/t的页岩层段。
6.根据权利要求4所述的一种基于GIS技术的煤系气纵向开发层段优选方法,其特征在于:步骤S4所述加权指标衡量方法如下:层段总含气性通过各层段单位面积气量累加求和得到;
层段顶底板岩性采用打分法进行衡量,根据各类岩石的致密程度及渗透性的不同,赋予其不同分值,其中,致密盖层分值为g1;中等致密盖层分值为g2;砂岩分值为g3;所述致密盖层包括岩盐、富含干酪根的页岩、粘土质泥岩;所述中等致密盖层包括粉砂质页岩、泥灰岩、碳酸盐岩;
层段内力学性质差异通过计算层段内杨氏模量差异系数来衡量;公式为:
其中,Vy是杨氏模量变异系数,Yi是地层样品的杨氏模量值,i=1,2,3,…,n,n为层段内地层的个数,是层段内所有地层杨氏模量的平均值;
渗透率差异通过计算层段内渗透率变异系数来衡量;公式为:
其中,Vk是渗透率变异系数,Ki是地层样品的渗透率值,i=1,2,3,…,n,n为层段内地层的个数, 是层段内所有地层渗透率的平均值;
储集空间差异通过计算孔隙分形维数来衡量;公式为:
lnV=Kln[ln(po/p)]+C
D=K+3
其中,D为孔隙分形维数;V为平衡压力p对应的气体吸附量,单位为cm3/g;p0为吸附气体饱和蒸汽压力,单位为MPa;p为吸附平衡压力,单位为MPa;C为常数,K为斜率;
资源丰度差异通过计算含气量差异系数来衡量;公式为:
其中,Vq是含气量差异系数,Qi是地层样品的含气量值,i=1,2,3,…,n,n为层段内地层的个数, 是层段内所有地层含气量的平均值。
7.根据权利要求4-6任一所述的一种基于GIS技术的煤系气纵向开发层段优选方法,其特征在于:步骤S5所述对各煤系气层段内加权指标得分进行加权计算,方法如下:根据步骤S4的指标计算结果,对步骤S3筛选后所保留的各层段进行归一化处理,并根据各项指标权重计算各层段内累计得分;
其中,Wj为第j个层段内的累计得分,N为加权指标个数,αi为第i个指标所占权重,Pi为第i个指标得分。
8.根据权利要求4-6任一所述的一种基于GIS技术的煤系气纵向开发层段优选方法,其特征在于:步骤S6所述根据各煤系气层段的优选性及各层段间的间隔距离,确定层段开采优先级及煤系气开发方式,方法如下:(6-1)根据各煤系气层段的优选性,若存在单层层段优选性数值达到r%及以上,则选择水平井开发方式进行开采;
(6-2)若所有煤系气层段优选性数值均未达到r%,则选择直井开发方式进行开采;若所有的层段中任意相邻的两个层段之间距离均大于d2,则直接采用直井开发方式,分段压裂,逐段突破;否则,根据各层段的优选性排序结果,若两个不相邻的层段,满足层段之间距离大于d2,则将该两层段作为一个组合,从所有组合中,选取相对的优选性排序最前的组,作为最终的开发层段,采用直井开发方式分段压裂。
9.根据权利要求8所述的一种基于GIS技术的煤系气纵向开发层段优选方法,其特征在于:步骤(6-1)所述选择水平井开发方式进行开采分为两种情况:其一,若只存在一个层段资源量占比即优选性数值达到r%及以上,采用水平井开发方式;其二,若存在两个层段优选性数值均达到r%及以上,且两层段之间间距小于d1,采用反向双分支水平井开发方式;若两个层段优选性数值均达到r%及以上,且两层段之间间距大于或等于d1,采用多分支水平井开发方式。
10.根据权利要求9所述的一种基于GIS技术的煤系气纵向开发层段优选方法,其特征在于:所述多分支水平井选择迭加式或Y形多分支井。