CN113570276A - 一种压裂缝内支撑剂铺置效果综合评价方法 - Google Patents

一种压裂缝内支撑剂铺置效果综合评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种压裂缝内支撑剂铺置效果综合评价方法，包括如下步骤：利用平板狭缝输砂装置对不同实验参数下支撑剂铺置形态进行模拟，获取支撑剂铺置效果评价参数；建立层次结构模型及判断矩阵A(I)；引入转移矩阵D，获得一致性优化判断矩阵A(II)；计算权重向量ω并进行一致性检验；建立因素集U、评价集V；建立铺置效果评价模糊矩阵A(Ⅲ)；建立缝内支撑剂铺置效果综合评价模型，对平板狭缝输砂实验条件下缝内支撑剂铺置效果进行综合评价。本发明基于改进层次分析法构建支撑剂铺置效果综合评价模型，可定量表征平板狭缝输砂实验中支撑剂铺置效果，为支撑剂材料优选及施工参数优化提供一定的参考。

Description

一种压裂缝内支撑剂铺置效果综合评价方法
技术领域
本发明涉及一种压裂缝内支撑剂铺置效果综合评价方法，涉及油气田开发技术领域。
背景技术
水力压裂技术是实现常规油气增产和非常规油气商业开发的关键技术措施。压裂形成的裂缝网络是油气由地层向井筒渗流的高速通道。水力压裂效果很大程度上取决于裂缝是否得到有效充填。因此，对于压裂裂缝内的支撑剂输运研究显得尤为重要。运用平板狭缝输砂装置进行缝内支撑剂输运的可视化模拟是目前研究压裂缝内支撑剂铺置规律的重要方式。针对平板狭缝输砂实验中的支撑剂铺置形态评价包含两种参数评价体系，一种是采用砂堤平衡时间、平衡高度、砂堤长度、支撑面积、有效填充体积等单一参数评价体系；另一种是将单一参数进行简单组合的多参数评价体系。采用单一参数评价缝内支撑剂铺置时，评价结果往往过于片面；而对于同一实验采用多参数评价体系时，往往存在评价结果相互交叉、相互矛盾及不唯一的不足。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种压裂缝内支撑剂铺置效果综合评价方法。基于层次分析法和模糊数学法，建立支撑剂铺置效果综合评价模型，实现平板狭缝输砂实验中支撑剂铺置效果的定量表征，为压裂施工设计优化提供参考。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种压裂缝内支撑剂铺置效果综合评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S10、利用平板狭缝输砂装置对不同实验参数下支撑剂铺置形态进行模拟，获取支撑剂铺置效果评价参数；
步骤S20、建立层次结构模型及判断矩阵A(I)；
步骤S30、引入转移矩阵D，获得一致性优化判断矩阵A(II)；
步骤S40、计算权重向量ω并进行一致性检验；
步骤S50、建立因素集U、评价集V；
步骤S60、建立铺置效果评价模糊矩阵A(Ⅲ)；
步骤S70、建立缝内支撑剂铺置效果综合评价模型，对平板狭缝输砂实验条件下缝内支撑剂铺置效果进行综合评价。
进一步的，对于步骤S10所述的评价参数包括：砂堤前缘距离、砂堤前缘坡度、砂堤长度、砂堤高度；获取方法为：视频记录平板狭缝输砂实验过程、截取平衡时刻特征图像、对平衡时刻特征图像进行二值化处理获得支撑剂铺置形态灰度图像、将灰度图像导入图形处理软件中利用样条曲线提取砂堤轮廓、计算并统计评价参数值。
进一步的，对于步骤S20所述的判断矩阵A(I)为：
Figure BDA0003199286680000021
式中：A(I)表示判断矩阵；aij表示评价参数i相对于评价参数j的相对重要性；i、j依次表示砂堤长度、砂堤高度、砂堤前缘距离、砂堤前缘坡度。
进一步的，对于步骤S30中所述的转移矩阵D及一致性优化判断矩阵A(II)为：
Figure BDA0003199286680000022
式中：D表示转移矩阵；dij表示转移矩阵中的元素；aik，ajk表示k取不同值时对应判断矩阵A(I)中的元素；A(II)表示一致性优化判断矩阵；
Figure BDA0003199286680000023
表示一致性优化后，评价参数i相对于评价参数j的相对重要性；i、j依次表示砂堤长度、砂堤高度、砂堤前缘距离、砂堤前缘坡度。
进一步的，对于所骤S40所述的权重向量ω为采用和积法计算的一致性优化判断矩阵A(II)的最大特征向量，一致性检验方程为：
Figure BDA0003199286680000024
式中：CI表示计算一致性指标；λmax表示判断矩阵的最大特征值；n表示判断矩阵的阶数；CR表示检验系数，其值越接近0表明一致性越好；RI表示随机一致性指标，n＝4时，RI＝0.9。
进一步的，对于步骤S50所述的因素集U、评价集V为：
Figure BDA0003199286680000025
式中：U表示因素集；V表示评价集。
进一步的，对于步骤S60所述的铺置效果模糊矩阵A(Ⅲ)为：
Figure BDA0003199286680000031
式中：A(Ⅲ)表示铺置效果模糊矩阵；Rmj表示因素集中第j个元素对评价集中第m个元素的隶属度。
进一步的，所述的隶属度计算方程为：
Figure BDA0003199286680000032
式中：R表示隶属度；X表示评价参数值；Xmax表示评价参数最大值；Xmin表示评价参数最小值。
进一步的，对于步骤S70所述的缝内支撑剂铺置效果综合评价模型为：
Figure BDA0003199286680000033
式中：SI表示铺砂指数，可反映支撑剂在裂缝中的铺置效果；ω表示评价参数的权重向量。
本发明的有益效果是：本发明选择砂堤前缘距离、砂堤前缘坡度、砂堤高度、砂堤长度作为支撑剂铺置效果评价参数；基于层次分析法，构建评价参数层次结构模型及判断矩阵，引入转移矩阵对判断矩阵一致性进行优化，获取评价参数权重向量；基于模糊数学法，以平板狭缝输砂实验为评价集，构架铺置效果模糊矩阵。将评价参数权重向量与铺置效果模糊矩阵结合，建立缝内支撑剂铺置效果综合评价模型，可定量综合表征平板狭缝输砂实验中的缝内支撑剂铺置效果，为油田现场支撑剂材料优选及施工参数优化提供一定的参考。
附图说明
图1为本发明的平板狭缝输砂实验平衡时刻砂堤特征图；
图2为本发明的经处理提取的砂堤轮廓图；
图3为本发明的评价参数层次结构模型；
图4为本发明的缝内支撑剂铺置定量评价结果图。
具体实施方式
根据发明的内容说明，以平板狭缝实验中的支撑剂铺置效果为评价目标进行举例，结合附图对本发明进行进一步说明。
本发明的一种压裂缝内支撑剂铺置效果综合评价方法，可定量表征缝内支撑剂铺置效果，为压裂施工设计优化提供参考。主要包括如下步骤：
步骤S10、利用平板狭缝输砂装置对不同实验参数下支撑剂铺置形态进行模拟，获取支撑剂铺置效果评价参数；
利用专利号CN201910898699.0，名称为《一种实时变砂比的压裂支撑剂输送模拟方法及实验装置》所述装置，连接管线后配置压裂液并在储砂料斗中加入支撑剂；设置模拟实验参数如表1所示；打开离心泵将压裂液注入混砂桶与支撑剂混合形成携砂液；打开螺杆泵，将携砂液泵注进入模拟裂缝；从支撑剂进入模拟裂缝开始，至所配液体泵送完为止，用摄像头记录实验现象并截取平衡时刻特征图像，所述特征图像如图1所示；对平衡时刻特征图像进行二值化处理获得支撑剂铺置形态灰度图像；将灰度图像导入图形处理软件中利用样条曲线提取砂堤轮廓，如图2所示；计算并统计评价参数值如表1所示。
表1支撑剂铺置效果评价参数表
Figure BDA0003199286680000041
步骤S20、建立层次结构模型及判断矩阵A(I)；
所述层次模型如图3所示，判断矩阵A(I)为：
Figure BDA0003199286680000042
式中：A(I)表示判断矩阵；aij表示评价参数i相对于评价参数j的相对重要性；i、j依次表示砂堤长度、砂堤高度、砂堤前缘距离、砂堤前缘坡度。
步骤S30、引入转移矩阵D，获得一致性优化判断矩阵A(II)；
所述转移矩阵D为：
Figure BDA0003199286680000051
式中：D表示转移矩阵；dij表示转移矩阵中的元素；aik，ajk表示k取不同值时对应判断矩阵A(I)中的元素；
所述一致性优化判断矩阵A(Ⅱ)为：
Figure BDA0003199286680000052
式中：A(II)表示一致性优化判断矩阵；
Figure BDA0003199286680000053
表示一致性优化后，评价参数i相对于评价参数j的相对重要性；i、j依次表示砂堤长度、砂堤高度、砂堤前缘距离、砂堤前缘坡度。
步骤S40、计算权重向量ω并进行一致性检验；
所述一致性检验方程为：
Figure BDA0003199286680000054
式中：CI表示计算一致性指标；λmax表示判断矩阵的最大特征值；n表示判断矩阵的阶数；CR表示检验系数，其值越接近0表明一致性越好；RI表示随机一致性指标，n＝4时，RI＝0.9。
所述判断矩阵A(I)采用和积法计算的权重向量ω及一致性检验结果CR为：
Figure BDA0003199286680000055
式中：ω1表示判断矩阵A(I)对应的权重向量。
所述一致性优化判断矩阵A(II)采用和积法计算的权重向量ω及一致性检验结果CR为：
Figure BDA0003199286680000056
式中：ω2表示一致性优化判断矩阵A(II)对应的权重向量。
所述一致性优化判断矩阵A(II)一致性检验结果CR相较于判断矩阵A(I)更接近于0，表明引入转移矩阵有效提高了判断矩阵的一致性。
步骤S50、建立因素集U、评价集V；
所述因素集U为：
U＝(砂堤长度，砂堤高度，砂堤前缘距离，砂堤前缘坡度)
式中：U表示因素集。
所述评价集V为：
V＝(实验1，实验2，实验3，…，实验7，实验8，实验9)
式中：V表示因素集。
步骤S60、建立铺置效果评价模糊矩阵A(Ⅲ)；
所述隶属度计算方程为：
Figure BDA0003199286680000061
式中：R表示隶属度；X表示评价参数值；Xmax表示评价参数最大值；Xmin表示评价参数最小值。
所述评价参数隶属度计算结果见表2。
表2评价参数隶属度计算
Figure BDA0003199286680000062
所述铺置效果模糊矩阵A(Ⅲ)为：
Figure BDA0003199286680000071
式中：A(Ⅲ)表示铺置效果模糊矩阵；Rmj表示因素集中第j个元素对评价集中第m个元素的隶属度。
步骤S70、建立缝内支撑剂铺置效果综合评价模型，对平板狭缝携砂实验条件下缝内支撑剂铺置效果进行综合评价。
所述缝内支撑剂铺置效果综合评价模型为：
Figure BDA0003199286680000072
式中：SI表示铺砂指数，可反映支撑剂在裂缝中的铺置效果；ω表示评价参数的权重向量。
所述缝内支撑剂铺置定量评价结果如图4所示，铺砂指数SI由大到小为(支撑剂铺置效果由好到差)：实验7>实验8>实验1>实验4>实验2>实验5>实验9>实验6>实验3。可见在实验7的条件下，支撑剂铺置均匀，有效支撑体积大，支撑剂铺置效果好。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种压裂缝内支撑剂铺置效果综合评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S10、利用平板狭缝输砂装置对不同实验参数下支撑剂铺置形态进行模拟，获取支撑剂铺置效果评价参数；
步骤S20、建立层次结构模型及判断矩阵A(I)；
步骤S30、引入转移矩阵D，获得一致性优化判断矩阵A(II)；
步骤S40、计算权重向量ω并进行一致性检验；
步骤S50、建立因素集U、评价集V；
步骤S60、建立铺置效果评价模糊矩阵A(III)；
步骤S70、建立缝内支撑剂铺置效果综合评价模型，对平板狭缝输砂实验条件下缝内支撑剂铺置效果进行综合评价。
2.根据权利要求1所述的一种压裂缝内支撑剂铺置效果综合评价方法，其特征在于，步骤S10中所述的评价参数包括：砂堤前缘距离、砂堤前缘坡度、砂堤长度、砂堤高度；获取方法为：视频记录平板狭缝输砂实验过程、截取平衡时刻特征图像、对平衡时刻特征图像进行二值化处理获得支撑剂铺置形态灰度图像、将灰度图像导入图形处理软件中利用样条曲线提取砂堤轮廓、计算并统计评价参数值。
3.根据权利要求1所述的一种压裂缝内支撑剂铺置效果综合评价方法，其特征在于，步骤S20中所述的判断矩阵A(I)为：
Figure FDA0003199286670000011
式中：A(I)表示判断矩阵；aij表示评价参数i相对于评价参数j的相对重要性；i、j依次表示砂堤长度、砂堤高度、砂堤前缘距离、砂堤前缘坡度。
4.根据权利要求1所述的一种压裂缝内支撑剂铺置效果综合评价方法，其特征在于，步骤S30中所述的转移矩阵D及一致性优化判断矩阵A(II)为：
Figure FDA0003199286670000012
式中：D表示转移矩阵；dij表示转移矩阵中的元素；aik，ajk表示k取不同值时对应判断矩阵A(I)中的元素；A(II)表示一致性优化判断矩阵；
Figure FDA0003199286670000013
表示一致性优化后，评价参数i相对于评价参数j的相对重要性；i、j依次表示砂堤长度、砂堤高度、砂堤前缘距离、砂堤前缘坡度。
5.根据权利要求1所述的一种压裂缝内支撑剂铺置效果综合评价方法，其特征在于，步骤S40中所述的权重向量ω为采用和积法计算的一致性优化判断矩阵A(II)的最大特征向量，一致性检验方程为：
Figure FDA0003199286670000021
式中：CI表示计算一致性指标；λmax表示判断矩阵的最大特征值；n表示判断矩阵的阶数；CR表示检验系数，其值越接近0表明一致性越好；RI表示随机一致性指标，n＝4时，RI＝0.9。
6.根据权利要求1所述的一种压裂缝内支撑剂铺置效果综合评价方法，其特征在于，步骤S50中所述的因素集U、评价集V为：
Figure FDA0003199286670000022
式中：U表示因素集；V表示评价集。
7.根据权利要求1所述的一种压裂缝内支撑剂铺置效果综合评价方法，其特征在于，步骤S60中所述的铺置效果模糊矩阵A(Ⅲ)为：
Figure FDA0003199286670000023
式中：A(Ⅲ)表示铺置效果模糊矩阵；Rmj表示因素集中第j个元素对评价集中第m个元素的隶属度。
8.根据权利要求7所述的一种压裂缝内支撑剂铺置效果综合评价方法，其特征在于，所述的隶属度计算方程为：
Figure FDA0003199286670000024
式中：R表示隶属度；X表示评价参数值；Xmax表示评价参数最大值；Xmin表示评价参数最小值。
9.根据权利要求1所述的一种压裂缝内支撑剂铺置效果综合评价方法，其特征在于，步骤S70中所述的缝内支撑剂铺置效果综合评价模型为：
Figure FDA0003199286670000031
式中：SI表示铺砂指数，可反映支撑剂在裂缝中的铺置效果；ω表示评价参数的权重向量。
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