基于AHP的煤层气储层改造影响因素分析

2018-10-17

福建质量管理 2018年18期

(郑州大学管理工程学院河南郑州 450001)

引言

煤层气是储存于煤层及周边岩层中的一种清洁能源，若能得到合理有效的开发，即可变为安全高效的清洁能源。相关国内外学者对煤层气储层改造相关方面进行了研究：Zhang J等[1]提出了双孔介质两相三维流动水力压裂模型，并成功应用于煤层气储层，提升单井产气量；Huang W等[2]通过分析煤层气储层改造损害因素，采用润湿性调节剂、抑制剂等添加剂对压裂液系统进行优化，以减少煤层气储层岩心损害程度；毕彩芹等[3]在分析了六盘水3口煤层气井储层物性、含气性等特征基础上，进行储层改造，并取得了良好的改造效果；赵春[4]在煤炭特征、含气性等储层参数分析的基础上，对成庄区3号煤层进行人工储层改造，提高煤层气井产气率。在前人研究基础上，运用层次分析法对煤储层改造影响因素指标进行研究，筛选出重要煤储层影响因素，以帮助煤层气企业提高煤层气井的产气效率。

一、煤储层改造影响因素模型构建

(一)指标体系的构建

首先，通过分析现有相关文献，筛选出来影响煤储层改造的因素有压裂强度(z1)、压裂规模(z2)、压裂工艺(z3)、压裂选点(z4)；其次，进一步到煤层气开采现场进行观察、走访，增加相关煤储层改造影响因素有压裂液(z5)、支撑剂(z6)、填充气体(CO2等)(z7)、压裂液添加剂(z8)；然后，将收集的影响因素交给相关专家进行审阅，在审阅过程中专家认为还应增加爆破强度(z9)、钻孔深度(z10)、振动频率(z11)为煤储层改造的影响因素。最终，在遵循科学性、系统性的原则基础上，从压裂(y1)、气体及液体剂(y2)、其他(y3)等三方面构建煤储层改造的影响因素指标(x)。

(二)模型构建

AHP(层次分析法)是一种定性与定量相结合的方法，能够将复杂问题分解为若干因素，然后通过各因素之间的相互比较，得到各自不同权重，为方案的抉择提供依据[5]。具体步骤如下：

1.建立两两比较的判断矩阵

为了能定量描述因素之间的比较度，采用1-9的标度方法对不同情况下的评比给出数量标度：若相互比较的两个因素同等重要，则标度为1；若其中一个因素比另一个略微重要则标度为3；若一个因素比另一个因素较为重要，则标度为5，以此类推。根据影响因素指标建立好判断矩阵之后，专家根据标度方法对判断矩阵中两两因素之间的相互比较度进行打分，并将最后的分值取算术平均值。以准则层y(y1，y2，y3)为例，准则层y是一个3×3的判断矩阵，且判断矩阵中的标度应满足以下关系：

aij>0；aii=1；aij=1/aji；aij=aik/ajk

(1)

2.层次单排序确定各因素权重

本文采取和积法的方式计算判断矩阵各因素的特征向量(权重)，具体操作如下所示：

①将判断矩阵y的每一列作归一化处理，得到以下结果：

(2)

(3)

③将向量Wi=(W1,W2,…,Wn)t作归一化处理，得到如下结果：

(4)

3.判断矩阵一致性检验

一致性检验可以判定判断矩阵是否偏离逻辑，可检查计算出的各因素权重是否合理。

首先计算判断矩阵的最大特征根λmax。

(5)

其次，计算判断矩阵一次性指标CI，如下所示：

(6)

式(6)中的n为判断矩阵的阶数。CI计算出来后，引入平均随机一致性指标RI(RI可查阅随机一致性指标表)以及随机一致性比率CR：

(7)

二、模型识别及应用

笔者利用上述构建的模型对河南某煤层气企业的煤储层改造影响因素重要度进行分析求解。首先，邀请相关专家对各个影响煤储层改造的因素进行打分；其次，将打分结果取其算数平均值并建立相应的判断矩阵；然后，对判断矩阵进行层次单排序以确定各因素权重；最后，对所得的因素权重值进行一次性检验。检验合格后，根据此标准权重求解出各个因素指标相较于目标层的最终权重值，见表1。

根据表1的数据结果，不难发现在影响企业煤储层改造的因素中，气体及液体剂权重为0.42，最为重要，说明企业应多从添加气体或液体剂的角度出发对煤层气储层进行改造。而在气体或液体添加剂里面，压裂液和支撑剂所占权重较大，达到0.26，反应出企业应高度重视这一点，通过购买压裂液和支撑剂可有效改造煤储层，提升煤层气开采效益。压裂影响因素的权重为0.34，相较于气体及液体剂的重要性稍微小一点，但也是企业应注重的一部分，应适当改变压裂力度及方式来提升煤储层改造效果。在压裂影响因素中，压裂强度和压裂规模较为重要，占据0.21，由此企业可通改变压裂强度和压裂规模来改造煤储层，提高其煤层气开采效率。最后，其他影响因素所占权重较小，为0.24，说明企业可适当把这些因素作为非重点来对待，但也不可完全忽视其作用性，在特殊情况下，不同的爆破强度、钻孔深度和振动频率也会对煤储层改造造成不小影响。