復(fù)雜巖性儲(chǔ)層流體識(shí)別方法研究

梁永光 （中石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶163712）

海拉爾盆地為復(fù)式斷陷湖盆，斷層發(fā)育，具有多物源、多期扇體發(fā)育和相變快的特征。南屯組（k1n）厚度大，是海拉爾盆地主要烴源巖層和儲(chǔ)集層，油藏圍繞k1n生烴中心呈環(huán)帶狀分布，具有平面分布廣、油層厚度大的特點(diǎn)［1，2］。海拉爾盆地k1n儲(chǔ)層具有含火山碎屑的沉積巖和陸源沉積巖等多種巖性，儲(chǔ)層特征差異大，孔隙度相同時(shí)，滲透率相差大；孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致電阻率高；同時(shí)，由于含油飽和度低、油水分異作用較弱，油層、油水同層、水層電性差異不明顯，電阻率變化難以敏感反映流體性質(zhì)變化。直接應(yīng)用電阻率和自然電位相對值等常規(guī)方法識(shí)別流體性質(zhì)［3～5］，油水層解釋符合率僅為75%。針對油水層識(shí)別精度低的問題，筆者開展了影響流體識(shí)別的主控因素研究，并根據(jù)影響因素構(gòu)建了敏感參數(shù)；同時(shí)，結(jié)合自然電位相對值和孔隙度，通過主成分分析法建立主成分因子模型后，采用交會(huì)圖技術(shù)進(jìn)行流體識(shí)別。應(yīng)用該方法對36口新井進(jìn)行了流體識(shí)別，經(jīng)55個(gè)層位試油驗(yàn)證，流體識(shí)別符合率達(dá)到了87.3%，提高了12.3個(gè)百分點(diǎn)，效果較好。

1 影響流體識(shí)別的主控因素

一般而言，影響流體識(shí)別的主控因素主要有儲(chǔ)層的物性、巖性以及地層水礦化度。k1n地層水分析資料表明，其礦化度穩(wěn)定；巖心及物性資料表明，儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、巖石造巖礦物類型多樣。因此，筆者主要針對物性和巖性影響流體性質(zhì)識(shí)別開展研究。

1.1 復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)影響分析

通過對研究區(qū)k1n的28口井巖心觀察，發(fā)現(xiàn)由于沉積、成巖和后期改造等方面的作用，儲(chǔ)層孔隙類型多樣，有剩余粒間孔隙、粒間溶蝕孔隙、粒內(nèi)溶蝕孔隙、微孔等。對350塊巖心分析數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)表明，儲(chǔ)層的平均孔隙度為11.3%，平均滲透率為0.71mD，物性較差［6～8］。從巖心分析的有效孔隙度、空氣滲透率關(guān)系圖 （圖1）可以看出，同一孔隙度對應(yīng)的滲透率相差較大，說明儲(chǔ)層的孔隙類型多樣、非均質(zhì)性強(qiáng)，儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

從平均孔隙度和滲透率看，研究區(qū)儲(chǔ)層物性差，導(dǎo)致流體對測井響應(yīng)的貢獻(xiàn)較小，測井信息對流體性質(zhì)的變化反映不敏感。儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)電路徑長，具有復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)的油水同層電阻率高于某些孔隙結(jié)構(gòu)簡單的油層 （見圖2）。綜上所述，儲(chǔ)層物性差、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致油水同層識(shí)別精度低。

1.2 巖性影響分析

海拉爾盆地k1n具有多物源、多期扇體發(fā)育和相變快的特點(diǎn)，儲(chǔ)層的巖性主要為細(xì)砂巖、粉砂巖，少量含凝灰質(zhì)砂巖。以巖心分析的巖性為基礎(chǔ)，采用2種對比方式開展巖性對電阻率的影響研究：①選取研究區(qū)不同巖性的試油干層，對比其電阻率大小表明，粉砂巖干層電阻率最低，細(xì)砂巖干層電阻率略高于粉砂干層，含凝灰質(zhì)砂巖干層電阻率最高；②選取研究區(qū)不同巖性但物性相當(dāng)?shù)乃畬訉Ρ入娮杪蚀笮。?類巖性儲(chǔ)層的電阻率變化趨勢與第①種對比結(jié)論一致。2種對比結(jié)論可以推論出，3類巖性儲(chǔ)層含油飽和度相同時(shí)，凝灰質(zhì)砂巖的電阻率高于細(xì)砂巖的，細(xì)砂巖的電阻率高于粉砂巖的。因此不考慮巖性影響下建立的流體識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)解釋符合率低。

圖1 有效孔隙度與空氣滲透率關(guān)系圖

圖2 深側(cè)向電阻率和有效孔隙度識(shí)別流體性質(zhì)圖版

2 敏感參數(shù)提取

2.1 與孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)的敏感參數(shù)

孔隙度相同的儲(chǔ)層，孔隙結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，對應(yīng)的滲透率越低。滲透率與比表面積的關(guān)系表明，滲透率越低，比表面積越大，而比表面積越大的儲(chǔ)層中子孔隙度越高［9］，研究區(qū)儲(chǔ)層特征也是如此。儲(chǔ)層的物性參數(shù)中，儲(chǔ)層品質(zhì)指數(shù) （Irq）是反映孔隙結(jié)構(gòu)最敏感的參數(shù)。從巖心分析的孔隙度和滲透率計(jì)算得到的Irq與壓汞試驗(yàn)得到的最大喉道半徑 （rmax）、平均喉道半徑 （rave）、排驅(qū)壓力 （pd）等反映孔隙結(jié)構(gòu)的參數(shù)具有較好的相關(guān)性。Irq越大，孔隙結(jié)構(gòu)越好。應(yīng)用研究區(qū)巖心分析資料和測井資料建立了Irq與φe／φn（有效孔隙度／中子孔隙度）的關(guān)系圖 （圖3），可以看出，儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)越好，Irq越大，φe／φn越接近于1，即φe與φn越相近，孔隙結(jié)構(gòu)越好；反之，孔隙結(jié)構(gòu)越差。

孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜的儲(chǔ)層，導(dǎo)電路徑復(fù)雜，導(dǎo)致儲(chǔ)層電阻率變化難以反映流體性質(zhì)的變化，因此直接應(yīng)用電阻率難以簡單識(shí)別流體性質(zhì)。為了減小孔隙結(jié)構(gòu)對電阻率的影響，定義了與孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)的敏感參數(shù)：

式中：Szhz為與孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)的敏感參數(shù)，Ω·m；ρt為地層電阻率，Ω·m。

當(dāng)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí)，φe／φn較小，Szhz減小，在一定程度上對孔隙結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行了校正。

2.2 與巖性有關(guān)的敏感參數(shù)

補(bǔ)償密度主要反映巖石的體積密度，換算為孔隙度，與巖石的成分特別是填隙物關(guān)系密切；補(bǔ)償中子主要反映真實(shí)孔隙體積和黏土層間水體積，換算為孔隙度，與粒間充填物以及泥質(zhì)含量關(guān)系密切。應(yīng)用上述2種孔隙度的差異可以反映儲(chǔ)層巖石成分和填隙物的變化。對于研究區(qū)儲(chǔ)層，含巖石顆粒變細(xì)時(shí)，φd（密度孔隙度）基本不變，φn變大，（φd－φn）變?。缓屹|(zhì)時(shí)，φd基本不變，φn變小，（φd－φn）變大；反映了儲(chǔ)層巖性的變化。

通過上述研究可知，巖性變細(xì)，ρt降低；而含凝灰質(zhì)時(shí)，ρt升高。為了減小巖性對電阻率的影響，定義與巖性有關(guān)的敏感參數(shù)：

式中：Shyz為與巖性有關(guān)的敏感參數(shù)，Ω·m。

當(dāng)填隙物成分為泥質(zhì)或巖性變細(xì)時(shí)，（φd－φn）小，泥質(zhì)含量越高，ρt越低，利用 （φd－φn）對ρt進(jìn)行校正后，ρt變高；當(dāng)填隙物為凝灰質(zhì)時(shí)，（φd－φn）較大，利用 （φd－φn）對ρt進(jìn)行校正后，ρt變低。Shyz在一定程度上對巖性影響進(jìn)行了校正。

3 基于主成分的流體識(shí)別方法

3.1 主成分分析法的基本原理

主成分分析法是采取一種數(shù)學(xué)降維的方法，找出幾個(gè)綜合變量來代替原來眾多的變量，使這些綜合變量能盡可能地代表原來變量的信息量，而且彼此之間互不相關(guān)。這種把多個(gè)變量化為少數(shù)幾個(gè)互相無關(guān)的綜合變量的統(tǒng)計(jì)分析方法就叫做主成分分析法或主分量分析法。主成分分析所要做的就是設(shè)法將原來眾多具有一定相關(guān)性的變量，重新組合為一組新的相互無關(guān)的綜合變量來代替原來的變量。通常，數(shù)學(xué)上的處理方法就是將原來的變量做線性組合，作為新的綜合變量，但是這種組合如果不加以限制，可以有很多，應(yīng)該如何選擇呢？如果將選取的第1個(gè)線性組合即第1個(gè)綜合變量記為F1，自然希望它盡可能多地反映原來變量的信息，這里的“信息”用方差來測量，即Var（F1）越大，表示F1包含的信息越多。因此在所有的線性組合中選取的F1應(yīng)該是方差最大的，故稱F1為第1主成分。如果F1不足以代表原來眾多變量的信息，再考慮選取第2個(gè)線性組合F2，為了有效地反映原來信息，F(xiàn)1已有的信息就不需要再出現(xiàn)在F2中，用數(shù)學(xué)語言表達(dá)就是要求Cor（F1，F(xiàn)2）＝0，稱F2為第2主成分，依此類推可以構(gòu)造出第3，4，…，第p個(gè)主成分。

3.2 研究區(qū)主成分的選取

在儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)及巖性對電阻率影響分析后，分別對其進(jìn)行校正，得到了校正后的對流體性質(zhì)變化敏感的參數(shù)Szhz和Shyz；對儲(chǔ)層流體較為敏感的還有自然電位相對值 （ΔUsp），一般含水儲(chǔ)層的ΔUsp比純油層大；φe在二維坐標(biāo)系中，一般也用于流體識(shí)別。因此，優(yōu)選出對海拉爾盆地k1n的油水層敏感的參數(shù)Szhz、Shyz、ΔUsp、φe。

3.3 基于主成分的流體識(shí)別圖版

以研究區(qū)試油及測井資料為基礎(chǔ)，選取油層、油水同層及水層樣本，采用主成分分析方法，計(jì)算得到F1、F2與測井參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，具體表達(dá)式為：

應(yīng)用研究區(qū)30口井70個(gè)樣本的主成分值，建立了基于主成分的流體識(shí)別圖版 （圖4），圖版精度為95%，流體識(shí)別圖版精度明顯提高。

4 應(yīng)用效果

圖3 Irq與φe／φn關(guān)系圖

圖4 基于主成分的流體識(shí)別圖版

應(yīng)用上述模型，對研究區(qū)36口井進(jìn)行了流體識(shí)別，經(jīng)55個(gè)層位試油驗(yàn)證，該方法的流體識(shí)別符合率達(dá)到了87.3%。圖5為X井測井解釋成果圖，57號(hào)層電阻率較高，應(yīng)用圖2的標(biāo)準(zhǔn)均解釋為油層；通過對電阻率校正后，應(yīng)用基于主成分的流體識(shí)別圖版 （圖4），解釋為油水同層，經(jīng)試油驗(yàn)證為油水同層。應(yīng)用結(jié)果表明，該方法對于研究區(qū)的疑難層具有較好的適用性。

圖5 X井測井綜合解釋成果圖

5 結(jié)論

1）以巖心、物性、試油及測井資料為基礎(chǔ)，確定出影響流體識(shí)別的2個(gè)主要影響因素——孔隙結(jié)構(gòu)及巖性，并以此為依據(jù)，構(gòu)建了相應(yīng)的2個(gè)敏感參數(shù)Szhz和Shyz，能較為敏感地反映流體性質(zhì)的變化。

2）在敏感參數(shù)分析及構(gòu)建校正參數(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合自然電位相對值和有效孔隙度，研制了基于主成分的流體識(shí)別圖版。應(yīng)用該圖版對海拉爾盆地k1n復(fù)雜巖性儲(chǔ)層進(jìn)行流體識(shí)別，經(jīng)36口井55個(gè)層位試油層驗(yàn)證，流體識(shí)別精度提高到87.3%，效果較好。

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