一种碳酸盐卤水储层的增渗潜力评价方法及系统

本发明涉及卤水钾盐资源勘测，具体涉及一种碳酸盐卤水储层的增渗潜力评价方法及系统。

背景技术：

1、卤水钾盐储层普遍具有低孔隙度、低渗透率的致密特征，自然产能较低，需通过水力压裂等人工增渗措施提高开采效率。因此，在实施增渗作业前，对储层各井段的增渗潜力进行科学评价，优选高效增渗目标井段并合理安排施工顺序，是降低工程成本、提高增产效果的关键环节。

2、现有面向卤水钾盐储层的增渗潜力评价方法主要包括以下技术路线。

3、其一，基于地质与岩石物理参数的综合评价方法：构建包含岩石成分、孔隙度与渗透率、毛管压力特性、地应力场、脆性指数、卤水化学性质及现有连通性等指标的评价体系；采用层次分析法（ahp）对上述各指标进行主观赋权，或采用随机森林、梯度提升树等机器学习模型基于历史施工数据进行特征重要性分析以获取客观权重；将各指标值与其对应权重进行加权求和，得到各井段的增渗潜力定量评分；

4、结合井位坐标与地质分层数据，采用克里金插值或反距离加权插值方法将离散评分扩展至全井区三维地质模型，生成增渗潜力空间分布图；根据评分阈值自动筛选高效增渗目标井段，并按评分从高到低输出优先施工顺序。类方法的优点在于充分考虑了影响增渗潜力的多维度地质因素，且通过空间插值实现了全井区的连续评价。

5、其二，基于水力裂缝扩展物理模型的模拟方法：获取目标储层的岩石力学参数（杨氏模量、泊松比、断裂韧性等）和地应力参数，采用pkn模型、kgd模型或二维离散裂缝网络模型对水力裂缝的扩展形态进行数值模拟，计算裂缝半长、裂缝宽度、裂缝高度及缝网复杂度等特征参数，进而依据上述参数对储层的可压裂性和增渗效果进行评价。

6、然而，上述现有技术方案仍存在以下不足：

7、第一，层次分析法依赖专家经验确定指标权重，主观性强，缺乏定量化的客观依据；而单纯依赖机器学习模型进行加权虽能克服主观性问题，但其训练需要大量带有准确效果标签的历史施工数据，在卤水钾盐储层中此类历史数据往往有限，且机器学习模型难以保证预测结果符合岩石力学的基本物理规律。

8、第二，现有评价方法多以整个井段（通常为数十米至上百米）为基本评价单元，对各单元内的岩石物理参数取平均值进行评价，忽略了沿井轴方向储层物性的非均质变化。实际上，在数米甚至亚米尺度上，岩石的脆性矿物含量、地应力大小及天然裂缝发育程度均可能存在显著差异，平均化处理会掩盖井段内的高潜力微小区间，同时也会将低效区间计入评价结果，导致优选精度不足。

9、第三，现有评价体系主要关注单个井段或单个微分单元的独立增渗潜力，缺少对相邻井段或相邻微分单元之间压裂后裂缝网络连通能力的评估。水力压裂形成的裂缝并非孤立存在，相邻射孔簇或相邻井段之间能否形成有效的连通缝网，直接决定了整体增渗效果和泄流范围，忽视段间连通性可能导致各井段独立评价均为高分但整体增产效果不佳的局面。

10、第四，地质与岩石物理参数评价方法（第一类）与水力裂缝扩展物理模型（第二类）在现有技术中通常各自独立使用，前者侧重于利用实测数据对储层本征属性进行统计评价，后者侧重于基于力学原理对裂缝扩展形态进行理论计算，二者之间缺乏有效的融合机制，未能充分发挥物理约束与数据驱动各自的优势。

11、综上所述，如何在对储层沿井非均质性进行精细化表征的基础上，兼顾相邻单元的缝网连通性，并将物理模拟与多源实测数据进行有机融合，以实现客观、准确、精细化的增渗潜力评价，是当前本技术领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种碳酸盐卤水储层的增渗潜力评价方法及系统，以解决现有技术中存在评价手段主观性强或依赖大量历史数据且缺乏物理一致性约束、以粗粒度井段为单元掩盖非均质性、忽视相邻单元间裂缝连通能力评估、以及物理模拟与数据驱动方法缺乏有效融合机制的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

3、一种碳酸盐卤水储层的增渗潜力评价方法，包括如下步骤：

4、步骤100、获取目标储层中目标井段的多源基础数据，所述多源基础数据至少包括岩石力学参数、地应力参数、岩石物理参数、压裂施工设计参数以及井段空间位置数据，对所述多源基础数据进行预处理，形成标准化多源特征集；

5、步骤200、基于水力裂缝扩展模型，将所述目标井段沿井轴方向离散为多个微分单元，通过对每个微分单元输入所述岩石力学参数、地应力参数和压裂施工设计参数中的注入排量参数进行数值模拟，获得每个微分单元在预设压裂载荷下的裂缝径向扩展最大包络范围及裂缝几何特征参数，基于所述裂缝径向扩展最大包络范围和裂缝几何特征参数计算每个微分单元的局部导流能力指数，并根据相邻微分单元在各自最大包络范围端部的径向重叠关系以及所述相邻微分单元之间的地应力差和断裂韧性差计算连续能力系数，将所述局部导流能力指数和所述连续能力系数进行空间加权综合，得到所述目标井段的等效物理模拟特征向量；

6、步骤300、构建基于随机森林或梯度提升树的自适应多源数据融合模型，所述自适应多源数据融合模型以所述标准化多源特征集中的至少部分特征作为第一类输入特征，以所述等效物理模拟特征向量作为第二类输入特征，输出用于表征增渗潜力的评分；

7、步骤400、利用已施工井段的历史数据及对应的实际增渗效果标签对所述融合模型进行训练，并采用交叉验证进行模型验证；

8、步骤500、将所述目标井段的所述标准化多源特征集与对应的等效物理模拟特征向量输入训练完成的融合模型，得到所述目标井段的增渗潜力评分，并基于所述增渗潜力评分输出施工相关评价结果。

9、进一步地，对每个微分单元进行数值模拟，获得裂缝扩展参数，具体包括：

10、在预设的施工限压和排量约束条件下，模拟施加极限压裂载荷，获取微分单元内裂缝径向扩展的最大包络范围；

11、基于所述最大包络范围，提取微分单元的裂缝几何特征和缝网复杂度指标，用于计算所述局部导流能力指数。

12、进一步地，所述局部导流能力指数基于微分单元的最大包络范围内的平均裂缝宽度、裂缝高度和裂缝网分形维数计算得到，具体为：

13、；

14、其中，为第个微分单元的最大包络范围内的平均裂缝宽度，为裂缝高度，为裂缝网分形维数，和为预设的权重系数；

15、所述缝网分形维数由最大包络范围内裂缝网络的分支密度和连接度计算得到。

16、进一步地，所述空间加权综合的方法具体为：

17、将每个微分单元的局部导流能力指数沿井轴坐标进行深度加权积分，得到目标井段的加权导流能力主值；

18、将各相邻微分单元间的连续能力系数沿井轴坐标进行加权累加后除以目标井段总长度，得到目标井段的段间连通修正系数；

19、所述等效物理模拟特征向量由所述加权导流能力主值、段间连通修正系数 、各微分单元的局部导流能力指数的分布方差以及裂缝最大径向扩展范围的平均值共同构成。

20、进一步地，所述连续能力系数基于相邻两个微分单元在各自最大包络范围端部的径向重叠面积、重叠区域内裂缝走向夹角差值，以及所述相邻两个微分单元界面处的地应力差和断裂韧性差计算得到，具体为：

21、；

22、其中，为第i个微分单元与第i+1个微分单元最大包络范围端面的径向重叠率；为两微分单元之间的最小水平主应力差归一化值；为两微分单元之间的断裂韧性差归一化值；为两微分单元最大包络范围端面裂缝走向夹角差值归一化值；为单调递减函数，其取值范围为，且随任意一值的增大而减小。

23、当小于预设阈值或小于预设阈值时，取值为零。

24、进一步地，相邻两个微分单元之间的连续能力系数的确定方法包括：

25、计算第个微分单元的最大包络范围端面与第个微分单元的最大包络范围端面的径向重叠面积，以及两个端面各自包络面积的平均值，并计算径向重叠率，其中：

26、；

27、若大于预设的第一阈值，则判定相邻两微分单元之间具备连续导流能力，连续能力系数取值为；

28、若小于或等于第一阈值但大于预设的第二阈值，则判定具备弱连续导流能力，连续能力系数取值为，为衰减系数；

29、若小于或等于第二阈值，则判定不具备连续导流能力，连续能力系数取值为零；

30、第一阈值大于第二阈值。

31、进一步地，所述融合模型采用随机森林或梯度提升树作为基学习器，并采用贝叶斯优化方法对超参数进行全局搜索优化；各输入特征对预测结果的贡献度基于shap分析方法进行量化，当任一岩石力学参数或物理模拟特征向量的shap贡献度低于预设的物理一致性阈值时，将特征从输入空间中剔除并重新训练模型。

32、为了解决上述技术问题，本发明进一步地提供了：

33、一种碳酸盐卤水储层的增渗潜力评价系统，具体用于实现所述的碳酸盐卤水储层的增渗潜力评价方法，包括：

34、数据获取模块，用于执行所述的多源基础数据获取及预处理操作；

35、物理模拟模块，用于执行微分单元离散、水力裂缝扩展模拟、局部导流能力指数及连续能力系数计算、等效物理模拟特征向量生成操作；

36、融合评价模块，用于执行融合模型构建、训练及验证操作；

37、输出模块，用于执行增渗潜力评分输出、三维分布图生成以及高效增渗目标井段筛选和施工顺序输出操作。

38、本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

39、本发明通过将粗粒度的井段评价细化为微分单元尺度的精细评价，并结合段间连通能力系数的计算，使物理模拟结果能够同时反映储层沿井非均质性与缝网整体连通性，克服了局部潜力掩盖和孤立评价导致整体误导的双重缺陷；在此基础上，将物理模拟结果抽象为等效特征向量，与实测多源数据共同输入融合模型，利用历史施工数据驱动模型自适应学习两类信息的贡献权重，既发挥了物理模型对裂缝扩展规律的力学约束作用，又弥补了纯数据驱动方法在历史数据有限或物理一致性不足时的缺陷，实现了物理机理与数据统计的有机协同。本发明在仅依赖少量已施工井段历史数据的条件下，即可输出科学可靠的增渗潜力评分及施工决策依据。