李功權(quán),吳東勝,陳恭洋

(長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434023)

空間數(shù)據(jù)挖掘在儲(chǔ)層表征中的應(yīng)用實(shí)踐

李功權(quán),吳東勝,陳恭洋

(長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434023)

儲(chǔ)層表征的過程可以看成是盡可能地整合多種數(shù)據(jù)源形成儲(chǔ)層地質(zhì)知識(shí)庫的過程。在儲(chǔ)層表征過程中應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘方法應(yīng)按照原始數(shù)據(jù)及研究成果收集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、儲(chǔ)層知識(shí)獲取、儲(chǔ)層知識(shí)質(zhì)量評(píng)估和儲(chǔ)層知識(shí)入庫等5個(gè)步驟進(jìn)行。按照這5個(gè)步驟，在吐哈油田溫西一區(qū)塊的研究過程中應(yīng)用空間疊加分析和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法研究了其沉積微相與生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，采用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法定量地獲取了三間房組第二砂層組的沉積微相分布知識(shí)，應(yīng)用可視化方法檢查了該儲(chǔ)層模型的準(zhǔn)確性。實(shí)踐表明，應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘方法不僅可以提高儲(chǔ)層表征工作效率，而且可以交互驗(yàn)證各個(gè)階段的儲(chǔ)層知識(shí)，保證儲(chǔ)層知識(shí)的完整性和正確性。

儲(chǔ)層表征；數(shù)據(jù)挖掘；疊加分析；可視化

儲(chǔ)層表征的過程實(shí)際上是儲(chǔ)層地質(zhì)研究結(jié)果定量化的過程，也就是盡可能地整合多種數(shù)據(jù)源，綜合和概括多項(xiàng)研究成果，形成儲(chǔ)層地質(zhì)知識(shí)庫的過程[1～3]。獲取儲(chǔ)層知識(shí)的方法有成熟區(qū)井網(wǎng)的精細(xì)解剖、沉積過程模擬和現(xiàn)代地質(zhì)考查3種方法[4]，其中以成熟區(qū)井網(wǎng)的精細(xì)解剖最為適用[5]。無論哪一種方法，如果僅僅依賴人工的方式進(jìn)行研究，都是費(fèi)時(shí)、費(fèi)力的研究工作。而空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)[6]的出現(xiàn)，可以為各項(xiàng)儲(chǔ)層地質(zhì)專項(xiàng)研究提供輔助，但由于地質(zhì)過程的復(fù)雜性，研究方法的多樣性和地質(zhì)數(shù)據(jù)的不確定性，還需要研究各種空間數(shù)據(jù)挖掘算法的適用條件，獲取儲(chǔ)層知識(shí)的基本步驟等?；谝陨险J(rèn)識(shí)，筆者以成熟區(qū)井網(wǎng)的精細(xì)解剖為例，探討了其在儲(chǔ)層表征中的獲取儲(chǔ)層知識(shí)的一般步驟及其實(shí)際應(yīng)用效果。

1 數(shù)據(jù)挖掘方法獲取儲(chǔ)層知識(shí)的基本步驟

圖1 數(shù)據(jù)挖掘輔助儲(chǔ)層表征的一般步驟

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是在統(tǒng)計(jì)學(xué)、人工智能(特別是機(jī)器學(xué)習(xí))和數(shù)據(jù)庫技術(shù)等多種技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其常用的數(shù)據(jù)挖掘方法包括統(tǒng)計(jì)分析方法、空間分析方法、聚類與分類方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、 數(shù)據(jù)可視化方法、粗集方法及云理論等[7]。由于每一種數(shù)據(jù)挖掘方法都有其自身的特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用過程中并不能隨意地挑選一種挖掘方法就能得到滿意的結(jié)果，因此，根據(jù)儲(chǔ)層地質(zhì)研究的數(shù)據(jù)特點(diǎn)和研究流程，可以將空間數(shù)據(jù)挖掘方法輔助獲取儲(chǔ)層知識(shí)的整個(gè)過程劃分為5個(gè)環(huán)節(jié)(圖1)，即原始數(shù)據(jù)及研究中間成果收集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、儲(chǔ)層知識(shí)獲取、儲(chǔ)層知識(shí)評(píng)估和解釋階段以及儲(chǔ)層知識(shí)入庫。

1)原始數(shù)據(jù)及研究成果收集 儲(chǔ)層建模的數(shù)據(jù)挖掘有別于一般的空間數(shù)據(jù)挖掘，因?yàn)槠渫诰虻膶?duì)象除原始數(shù)據(jù)以外，還可能包括儲(chǔ)層精細(xì)地質(zhì)研究成果、測(cè)井解釋成果和地震解釋成果等。數(shù)據(jù)挖掘所需數(shù)據(jù)的抽取相對(duì)容易，關(guān)鍵是怎么為某項(xiàng)數(shù)據(jù)挖掘?qū)ｎ}研究提供有效數(shù)據(jù)，如挖掘沉積微相與電性曲線之間的知識(shí)關(guān)系時(shí)，選擇哪幾條測(cè)井曲線能代表工區(qū)內(nèi)沉積微相的特征，則往往由于地質(zhì)條件的多變，需要研究人員的決策，因而在數(shù)據(jù)抽取時(shí)應(yīng)提供對(duì)應(yīng)的提示信息。

2)數(shù)據(jù)預(yù)處理 由于儲(chǔ)層數(shù)據(jù)的類型較多、量綱也不盡相同以及可能存在誤差等，直接將其用于數(shù)據(jù)挖掘是不合適的。為此，在使用數(shù)據(jù)挖掘算法開始前，應(yīng)對(duì)提取的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，如沉積微相合并及編碼、物性數(shù)據(jù)正態(tài)分布處理和其他研究成果的質(zhì)量檢查等。

3)儲(chǔ)層知識(shí)獲取 這是數(shù)據(jù)挖掘過程中最關(guān)鍵的一步，也是技術(shù)難點(diǎn)所在，主要是根據(jù)準(zhǔn)備獲取的儲(chǔ)層知識(shí)類型選擇哪一種數(shù)據(jù)挖掘算法。數(shù)據(jù)挖掘算法的選擇主要是根據(jù)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和儲(chǔ)層知識(shí)類型2個(gè)方面的因素進(jìn)行。例如，要統(tǒng)計(jì)各沉積微相的百分含量，則需選擇一般的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法。

4)儲(chǔ)層知識(shí)質(zhì)量評(píng)估 數(shù)據(jù)挖掘用于儲(chǔ)層表征的目的是獲得對(duì)儲(chǔ)層地質(zhì)知識(shí)。然而，經(jīng)數(shù)據(jù)挖掘方法所獲的知識(shí)，可能存在不完全正確的知識(shí)，這就需要根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況進(jìn)行綜合分析。例如，直接根據(jù)單井解釋成果統(tǒng)計(jì)各沉積微相的百分含量，由于鉆井位置的人為性以及工區(qū)的覆蓋程度等因素，就有可能致使統(tǒng)計(jì)的各沉積微相的百分含量存在誤差甚至錯(cuò)誤。也有可能所發(fā)現(xiàn)的知識(shí)不滿足實(shí)際需要，這就要求重新返回到數(shù)據(jù)挖掘階段之前，重新分析數(shù)據(jù)對(duì)象的特點(diǎn)，甚至更換一種挖掘算法，不同的方法可能具有不同的挖掘效果。如在獲取波阻抗與微相、孔隙度等參數(shù)的相關(guān)關(guān)系時(shí)常常需要進(jìn)行多次反復(fù)。作為儲(chǔ)層表征的最終結(jié)果，儲(chǔ)層模型建立后，也可以利用空間數(shù)據(jù)挖掘方法獲取儲(chǔ)層知識(shí)，以便和前期研究獲得的儲(chǔ)層知識(shí)進(jìn)行比較和分析。

5)儲(chǔ)層知識(shí)入庫 作為儲(chǔ)層知識(shí)獲取的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，可以采用數(shù)據(jù)庫的管理方法來管理儲(chǔ)層知識(shí)，因?yàn)椴捎脭?shù)據(jù)挖掘方法得到的并且被評(píng)估為可利用的儲(chǔ)層知識(shí)，一方面還要在以后的生產(chǎn)實(shí)踐中進(jìn)行檢驗(yàn)，另一方面，隨著對(duì)儲(chǔ)層認(rèn)識(shí)的不斷加深，還需進(jìn)一步補(bǔ)充和完善。

2 實(shí)際應(yīng)用效果分析

吐哈油田溫西一區(qū)塊位于臺(tái)北凹陷Ⅰ級(jí)構(gòu)造帶內(nèi)的溫吉桑Ⅱ級(jí)構(gòu)造帶中帶，是一個(gè)走向北東的短軸斷背斜，閉合面積5.8km2。工區(qū)內(nèi)完鉆47口井，較均勻地分布在工區(qū)范圍內(nèi)，是一個(gè)很好地實(shí)例研究區(qū)塊(圖2)。在儲(chǔ)層地質(zhì)研究、儲(chǔ)層建模過程中,筆者應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘方法進(jìn)行了嘗試。

圖小層注水產(chǎn)液剖面與沉積微相關(guān)系圖

2)在儲(chǔ)層建模過程中的應(yīng)用 在儲(chǔ)層建模開始之前，首先根據(jù)儲(chǔ)層精細(xì)地質(zhì)研究成果來確定沉積微相類型及展布特點(diǎn)，然后采用空間分析方法中地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法獲取定量的儲(chǔ)層分布知識(shí)。由于沉積微相的分布受基準(zhǔn)面變化的影響和控制，相應(yīng)地，儲(chǔ)層砂體也表現(xiàn)出在縱向和橫向上有規(guī)律的分布特征。該區(qū)儲(chǔ)層的成因類型主要可劃為水下分流河道、河口壩和前緣席狀砂3種沉積砂體和支流間灣。在該研究過程中，由于井距在400m左右，且位置分布均勻，首先按每30°計(jì)算實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)，然后做出各個(gè)方向的實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)圖，最終得到各層的變差函數(shù)參數(shù)。表1為S2的各沉積微相的變差函數(shù)參數(shù)，展布方向以北偏東30°為主要展布方向，支流間灣占主導(dǎo)作用，達(dá)到了近70%，各水下分流河道和支流間灣微相呈條帶狀展布。

表1 各旋回平面沉積微相指示變差函數(shù)參數(shù)

圖3 WX1-73～ WX1-35井沉積微相剖面

3)儲(chǔ)層模型建立后的應(yīng)用 可視化的數(shù)據(jù)挖掘方法是在統(tǒng)一的空間坐標(biāo)系下，采用三維顯示、三維交互技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多維數(shù)據(jù)、多屬性的綜合可視化，可以形象直觀地查看變量的空間分布。在儲(chǔ)層研究過程中既可以在三維空間中檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量，又可以在儲(chǔ)層模型建立完畢以后，通過多種切片技術(shù)查看屬性的空間分布，根據(jù)儲(chǔ)層地質(zhì)研究獲得的地質(zhì)認(rèn)識(shí)判斷儲(chǔ)層模型的可靠性。沉積微相剖面圖如圖3所示。由圖3可以看出各沉積微相在空間中的變化，如在井WX1-54和WX1-405之間，河口壩砂體在空間中的尖滅位置清楚可見。

3 結(jié) 語

雖然以前的儲(chǔ)層表征過程中也采用了一些與空間數(shù)據(jù)挖掘類似的方法，但沒有在一個(gè)完整的框架下去歸納統(tǒng)一。通過在吐哈油田溫西一區(qū)塊儲(chǔ)層表征中的實(shí)踐應(yīng)用，在儲(chǔ)層表征中整合空間數(shù)據(jù)挖掘方法，不僅可以提高儲(chǔ)層表征工作效率，而且可以交互驗(yàn)證各個(gè)階段的儲(chǔ)層知識(shí)，保證儲(chǔ)層知識(shí)的完整性和正確性。

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[編輯] 易國華

2009-08-01

李功權(quán)(1971-)，男，1994年大學(xué)畢業(yè)，博士，副教授，現(xiàn)主要從事油藏描述、空間數(shù)據(jù)分析和可視化方法方面的研究工作。

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1673-1409(2009)04-N047-03