多因素水淹強(qiáng)度指數(shù)在剩余油評價(jià)中的應(yīng)用

王婧慈，郭海敏，令狐松，單沙沙，李婷婷

(1.油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 長江大學(xué)，湖北 武漢 430100；2.長江大學(xué)，湖北 武漢 430100；3.中油測井有限公司，陜西 西安 710077)

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多因素水淹強(qiáng)度指數(shù)在剩余油評價(jià)中的應(yīng)用

王婧慈1，2，郭海敏1，2，令狐松3，單沙沙3，李婷婷3

(1.油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 長江大學(xué)，湖北 武漢 430100；2.長江大學(xué)，湖北 武漢 430100；3.中油測井有限公司，陜西 西安 710077)

針對常規(guī)測井解釋方法確定水淹層剩余油飽和度時(shí)參數(shù)難以確定、測井資料缺失等問題，選用合理的水淹評價(jià)因素，利用基于橢圓基函數(shù)的動態(tài)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對水淹強(qiáng)度指數(shù)進(jìn)行多因素預(yù)測，得到由多因素水淹強(qiáng)度指數(shù)劃分的水淹級別和剩余油平面分布規(guī)律。實(shí)例證明，水淹級別預(yù)測正確率為100%，剩余油飽和度計(jì)算相對誤差在10.7%以內(nèi)，具有現(xiàn)場應(yīng)用意義。

水淹層段；動靜態(tài)測井資料；剩余油；水淹強(qiáng)度指數(shù)；動態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

引 言

水淹油藏地層水由真實(shí)地層水與后期注入水共同組成，稱為混合地層水?；旌系貙铀娮杪屎驼麄€(gè)地層電阻率是進(jìn)行油氣飽和度計(jì)算的重要參數(shù)[1-2]，其隨注水開發(fā)的進(jìn)行均發(fā)生著動態(tài)變化[3-4]，剩余油氣評價(jià)存在一定困難。尕斯庫勒油田是柴達(dá)木盆地油氣富集地區(qū)，地處盆地西部的茫崖坳陷尕斯斷陷獅子溝—油砂山大逆斷層下盤。尕斯庫勒油田目前處于水驅(qū)開發(fā)期，主要采用清污混注開發(fā)模式?；旌系貙铀娮杪首兓?，測井響應(yīng)特征變得異常復(fù)雜，自然電位測井資料受影響大，混合地層水電阻率計(jì)算[5]精度低，只能從定性、半定量程度判別水淹層，常規(guī)水淹層剩余油飽和度計(jì)算方法在研究區(qū)塊失去應(yīng)用意義。進(jìn)行剩余油研究時(shí)，必須利用目標(biāo)時(shí)期以內(nèi)的飽和度測井資料，但并非每口井每個(gè)小層都有符合要求的測井信息。為解決上述問題，采用了一種以小層為單位，綜合利用多種動、靜態(tài)測井信息的剩余油平面預(yù)測方法，主要包括：選擇水淹評價(jià)因素；井間小層連通性分析；針對目的層，確定研究井網(wǎng)；基于目的層，計(jì)算研究井網(wǎng)內(nèi)各點(diǎn)水淹強(qiáng)度指數(shù)；利用水淹強(qiáng)度指數(shù)進(jìn)行目的層剩余油平面預(yù)測。

1 水淹層飽和度傳統(tǒng)解釋方法的缺陷

水淹層剩余油飽和度基于單因素測井信息得出，其缺陷主要有以下幾個(gè)方面：

(1) 若測井資料影響因素較多，將給最終的剩余油計(jì)算結(jié)果帶來無法忽略的影響。這也是單因素測井資料計(jì)算儲層參數(shù)的最大弱點(diǎn)。

(2) 混合地層水礦化度確定不當(dāng)將給計(jì)算結(jié)果帶來誤差。

(3) 當(dāng)?shù)貐^(qū)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵呀?jīng)建立，但在評價(jià)剩余油的目標(biāo)時(shí)期之內(nèi)缺乏相應(yīng)測井資料，就無法利用現(xiàn)有的模型進(jìn)行處理。

(4) 一些老井的裸眼井測井資料取自多年以前，吸水剖面或產(chǎn)液剖面資料只能在一定程度上推測近期射孔層段飽和度情況，過套管剩余油飽和度測井通常只在重點(diǎn)層段測量，因此利用單因素測井資料計(jì)算飽和度時(shí)會遇到盲區(qū)。

無論是確定水淹趨勢還是剩余油分布特征，多因素方法的優(yōu)點(diǎn)在于不局限于唯一信息，即便某一種信息缺失，依然可以在最大程度上充分利用其他動、靜態(tài)信息，從而在一定程度上弱化利用單一資料評價(jià)產(chǎn)生的誤差和缺陷，為清污混注水淹層提出了剩余油評價(jià)新思路。

2 水淹強(qiáng)度評價(jià)因素

為計(jì)算研究區(qū)內(nèi)每個(gè)井點(diǎn)某一個(gè)小層的水淹強(qiáng)度指數(shù)，研究選用泥質(zhì)因素、流動單元指數(shù)因素、飽和度因素、吸水剖面因素、產(chǎn)液剖面因素作為主要評價(jià)因素。

為考慮小層連通的鄰井的輔助作用，定義2口井的距離影響系數(shù)：

(1)

式中：X1、X2、Y1、Y2分別為2口井的井位坐標(biāo)；Xmax、Xmin、Ymax、Ymin為研究井網(wǎng)中最大、最小井位坐標(biāo)。

2口井距離較近時(shí)，距離影響系數(shù)較大。同時(shí)考慮某井周圍多口鄰井的距離影響系數(shù)，則利用(1)式分別計(jì)算每一口鄰井的D，再進(jìn)行歸一化處理。

2.1 泥質(zhì)因素

分析實(shí)際資料可知，在剔除泥巖段的基礎(chǔ)上，泥質(zhì)含量較高的儲層物性差，水淹強(qiáng)度低。有些高水淹層也會出現(xiàn)泥質(zhì)含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于有效儲層泥質(zhì)含量上限的假象，原因是水驅(qū)開發(fā)后地層中放射性物質(zhì)被搬運(yùn)堆積，自然伽馬測井響應(yīng)值容易出現(xiàn)異常[6]。因此，泥質(zhì)因素設(shè)計(jì)為：

(2)

式中：SH為水淹強(qiáng)度判別指標(biāo)；Vshmax為某井某小層泥質(zhì)含量；SH為有效儲層的泥質(zhì)含量上限。

SH越高，水淹概率越大。

2.2 流動單元指數(shù)因素

水驅(qū)將對儲層物性、孔隙結(jié)構(gòu)、黏土礦物等造成一定影響[7-8]，流動單元指數(shù)(FZI)因素選用剩余油評價(jià)目標(biāo)時(shí)期內(nèi)的測井資料確定。FZI為能夠在平面上和垂向上劃分出具有連續(xù)的、相似的滲透率儲層單元的有效參數(shù)，在水淹層解釋方面具有一定作用。

若某井裸眼井資料取自剩余油評價(jià)目標(biāo)時(shí)期以內(nèi)，F(xiàn)ZI可用裸眼井資料計(jì)算而來。當(dāng)裸眼井資料較老時(shí)，必須借助該井過套管測井資料。地層孔隙度與脈沖中子類過套管剩余油飽和度測井近、遠(yuǎn)探測器計(jì)數(shù)率比值具有一定關(guān)系，可選用剩余油評價(jià)目標(biāo)時(shí)期內(nèi)的過套管測井資料計(jì)算出當(dāng)前孔隙度，并根據(jù)前期建立的孔滲關(guān)系確定出滲透率及FZI。

2.3 飽和度因素

根據(jù)研究區(qū)定性解釋標(biāo)準(zhǔn)，利用測井響應(yīng)值劃定干層、油層、油水同層、含油水層、水層，飽和度因素S依次賦值為0、1、2、3、4。若某井裸眼井資料測于目標(biāo)時(shí)期以內(nèi)，則飽和度因素利用裸眼井資料確定。若裸眼井資料較老，可利用目的層在目標(biāo)時(shí)期以內(nèi)的過套管剩余油飽和度測井資料。

若某井裸眼井資料較老，且在目的層無目標(biāo)時(shí)期以內(nèi)的過套管飽和度測井資料，則：

(3)

式中：Sn為研究區(qū)內(nèi)該井周圍第n口目的層相連通的鄰井的飽和度因素S(選用的鄰井具有剩余油評價(jià)目標(biāo)時(shí)期以內(nèi)的飽和度資料)；dn為j口鄰井歸一化處理后的距離影響系數(shù)。

2.4 吸水剖面因素

若某井在目的層有剩余油評價(jià)目標(biāo)時(shí)期以內(nèi)的吸水剖面資料，吸水剖面因素(IP)為該井目的層絕對吸水量。否則，吸水剖面因素為：

(4)

式中：Wn為第n口目的層相連通的鄰井在剩余油評價(jià)目標(biāo)時(shí)期內(nèi)的目的層絕對吸水量。

2.5 產(chǎn)液剖面因素

若某井在目的層有剩余油評價(jià)目標(biāo)時(shí)期以內(nèi)的產(chǎn)液剖面資料，產(chǎn)液剖面因素(PP)為該井目的層產(chǎn)水量與產(chǎn)液量之比。否則，產(chǎn)液剖面因素為：

(5)

式中：Rn為第n口目的層相連通的鄰井在目標(biāo)時(shí)期以內(nèi)的產(chǎn)液剖面因素。

綜上所述，水淹評價(jià)因素選擇辦法如表1所示。

表1 水淹評價(jià)因素選擇方法

3 水淹強(qiáng)度指數(shù)的計(jì)算

水淹強(qiáng)度指數(shù)FI為：

(6)

式中：So為剩余油飽和度；Soo為原始含油飽和度；Sor為殘余油飽和度。

無論采用何種數(shù)學(xué)方法進(jìn)行多因素預(yù)測，都需要首先選擇出學(xué)習(xí)樣本，并對學(xué)習(xí)樣本進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及特征的分析。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為地質(zhì)體的多參數(shù)非線性分析提供了新的思路，多因素預(yù)測水淹強(qiáng)度指數(shù)的問題也適合利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來解決。因此，選用一種處理測井資料效果較好的基于橢圓基函數(shù)的動態(tài)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多因素預(yù)測。圖1為水淹強(qiáng)度指數(shù)預(yù)測模型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本框架，輸入端為歸一化處理后的5項(xiàng)水淹強(qiáng)度評價(jià)因素，輸出端為水淹強(qiáng)度指數(shù)。

圖1 水淹指數(shù)預(yù)測模型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

4 應(yīng)用實(shí)例

為了研究水淹評價(jià)因素與水淹強(qiáng)度指數(shù)之間的關(guān)系，選擇研究區(qū)塊107個(gè)采樣點(diǎn)作為學(xué)習(xí)樣本，這些采樣點(diǎn)具有最佳測井資料，已經(jīng)進(jìn)行過精細(xì)解釋。為保證學(xué)習(xí)樣本與待測試數(shù)據(jù)具有可比性，當(dāng)所有待測試數(shù)據(jù)整理完畢并形成數(shù)據(jù)集后，將學(xué)習(xí)樣本加入數(shù)據(jù)集一并進(jìn)行歸一化處理。歸一化處理之后的數(shù)據(jù)中，學(xué)習(xí)樣本用來進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，訓(xùn)練完成后可用于其他采樣點(diǎn)的測試或預(yù)測。與孔隙度、滲透率、砂體厚度、水淹強(qiáng)度指數(shù)等多種參數(shù)的小層平面分布圖進(jìn)行對比分析，可明確水驅(qū)延伸規(guī)律。根據(jù)式(6)還可計(jì)算出剩余油飽和度(表2)，并繪制剩余油飽和度小層平面分布圖(圖2)。

表2 A小層測試采樣點(diǎn)剩余油飽和度結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比

另外，也可利用水淹強(qiáng)度指數(shù)建立一套新的水淹級別劃分標(biāo)準(zhǔn)，與常規(guī)水淹級別劃分標(biāo)準(zhǔn)相互補(bǔ)充(表3、圖3、4)。當(dāng)測井時(shí)間在剩余油評價(jià)目標(biāo)時(shí)期以外，或者某些參數(shù)難以確定時(shí)，即可首先計(jì)算出采樣點(diǎn)在目標(biāo)時(shí)期以內(nèi)的水淹強(qiáng)度指數(shù)，進(jìn)而推算出水淹級別。

圖2 A小層剩余油飽和度分布

水淹級別未水淹低水淹中低水淹中高水淹高水淹水層水淹強(qiáng)度指數(shù)/%<3030～4545～5555～7070～80>80

圖3 產(chǎn)水率與水淹強(qiáng)度指數(shù)關(guān)系

圖4 水淹強(qiáng)度指數(shù)與剩余油飽和度關(guān)系

5 結(jié) 論

(1) 多種測井和地質(zhì)參數(shù)都能反映水淹強(qiáng)度，若能充分利用本井及鄰井的多種動、靜態(tài)信息，再選用恰當(dāng)?shù)亩嘁蛩胤治龇椒?，可將水淹?qiáng)度指數(shù)進(jìn)行量化計(jì)算。若結(jié)合原始含油飽和度，可實(shí)現(xiàn)基于多因素的剩余油分布預(yù)測。

(2) 多因素水淹強(qiáng)度指數(shù)評價(jià)剩余油方法不局限于某一種資料，即便某種測井資料失真乃至缺失，或者某些參數(shù)難以確定，依然可以充分利用所能獲知的其他各種信息達(dá)到目的，從而有效地減小利用單一信息評價(jià)產(chǎn)生的誤差和局限性。

(3) 學(xué)習(xí)樣本需體現(xiàn)研究區(qū)塊整個(gè)數(shù)據(jù)集的特點(diǎn)，樣本數(shù)值覆蓋范圍應(yīng)與整個(gè)數(shù)據(jù)集保持一致，在此基礎(chǔ)上，非線性建模的工具并不局限于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

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編輯 張耀星

20140806；改回日期：20141124

中國石油天然氣股份有限公司重大科技專項(xiàng)“柴達(dá)木盆地高原咸化湖盆油氣藏測井評價(jià)技術(shù)攻關(guān)”(2011E-0305)；長江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金“水淹層混合地層水礦化度數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究”(K2014-01)

王婧慈(1985-)，女，講師，2007年畢業(yè)于山東師范大學(xué)物理學(xué)專業(yè)，2013年畢業(yè)于長江大學(xué)地球探測與信息技術(shù)專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)主要從事地球物理測井解釋優(yōu)化及油藏動態(tài)監(jiān)測方面的研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.01.023

TE341

A

1006-6535(2015)01-0103-04