黃 淵，廖明光，2，李 斌，2，胡曉蝶，胡雯雯

(1.西南石油大學，四川 成都 610500;2.天然氣與地質四川省重點實驗室西南石油大學，四川 成都 610500;3.中油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000;4.中油西南油氣田分公司，四川 達州 635000)

引 言

儲層分類評價是儲層評價的基礎，合理的儲層類型劃分標準可更深入、綜合地認識儲層內部結構特征，有利于油氣藏的精細研究[1-4]。儲層分類的關鍵在于合理選擇評價參數和方法，傳統(tǒng)的儲層分類方法主要為多參數綜合定性分析法和人為劃定權重的半定量評價法[5-6]。在對川東北龍崗東地區(qū)龍會場—鐵山區(qū)塊儲層的研究中發(fā)現，儲層非均質性強，裂縫及溶蝕孔洞發(fā)育較多，現有評價標準難以對該區(qū)進行精細刻畫[7-11]，急需尋求新標準實現對儲層的有效評價。由此，本文引入了數據挖掘中的因子分析和聚類分析對儲層進行分類，建立針對該區(qū)的儲層定量評價標準，得到更精準的定量評價結果，比傳統(tǒng)定性分類更合理、全面。

1 方法與原理

數據挖掘是指從大量的、隨機的數據中通過算法搜索并提取隱藏的潛在信息的過程，常用的方法有分類、回歸分析、聚類、關聯(lián)規(guī)則和偏差分析等[12-14]。其中，因子分析是一種從多個相關變量中提取少數包含原始數據的大部分信息的共性因子的統(tǒng)計方法，本文用以確定變量權重;聚類分析是一種逐級歸類的數學方法，將性質相近的歸為一類，并據此聚合形成一個由大到小分類的譜系圖[6，15]。

1.1 因子分析

假設有n個研究樣本，每個樣本有p項參數，所有原始數據集合可以用以下矩陣來表示:

對數據進行標準化處理，去除異常點和原始量綱;再根據原始變量之間的相關系數r(因子載荷)大小來判斷數據間相關性強弱，用以確定數據是否適合進行因子分析;將矩陣線性變化為公共因子Fi(i＜p)的表達式，求 Fi的特征根 λi(λ1，λ2，…，λp＞0)和對應的標準正交化特征向量eij，特征根即為公共因子Fi的方差貢獻，進一步求得方差貢獻率T，選擇或T＞0.8的公共因子;旋轉因子eij命名解釋，求出Fi的因子得分(圖1)。

圖1 因子分析流程

1.2 層次聚類分析

層次聚類又稱系統(tǒng)聚類，自動生成不同分類方案的聚類結果。本文選擇歐氏距離來描述樣本間的相似程度，選用離差平方和法來描述類間距離。從樣本間到類間，按照對比、并類的聚合原則反復進行，直至所有樣本歸為一類為止(圖2)。

圖2 層次聚類分析流程

2 儲層類型劃分

2.1 區(qū)域地質概況

龍崗東地區(qū)龍會場—鐵山區(qū)塊構造位于四川省達州市西南方，開江—梁平海槽西側，區(qū)內自西向東分布龍會場、華鎣山北傾沒端和鐵山構造，面積約為978 km2。區(qū)內飛仙關鮞粒灘氣藏位于下三疊統(tǒng)飛仙關組，主要為鮞粒白云巖，碳酸鹽巖臺地沉積。鐵山區(qū)塊長興生物礁氣藏位于上二疊統(tǒng)長興組，以礁灰?guī)r和礁云巖為主，屬于碳酸鹽巖深緩坡與海槽過渡相帶中的陸棚邊緣生物礁沉積。儲層非均質性強，多為低孔、低滲裂縫—孔隙型儲層[7-10]。

2.2 參數優(yōu)選和因子分析

在4口取心井產層段取60個樣品，優(yōu)選了巖心孔隙度、巖心滲透率(克氏值)、儲層厚度、含水飽和度、自然伽馬(GR)曲線值和聲波時差(AC)曲線值作為分析指標?？紫抖确从硟拥膬阅埽瑵B透率反映巖石的滲流能力，儲層厚度反映儲層的發(fā)育程度，GR曲線判斷沉積能量的高低[1]，AC值反應巖層孔隙空間好壞。對數據進行因子分析(表1)。

表1 公共因子方差分析

選取因子1、2、3和4作為公共因子。F1在AC值、孔隙度上的系數最大，命名為孔隙性因子;同理，F2、F3、F4可分別命名為含油氣性因子、滲透性因子、儲集規(guī)模因子。根據表1可知，孔隙性因子和含油氣性因子的方差貢獻率最大，是影響此次儲層分類的重要因素。

使用回歸法求出因子得分系數矩陣，得公共因子得分函數:

式中:H為儲層厚度，m;φ為孔隙度，%;K為滲透 率，10-3μm2;QGR為 GR值，API;SW為含水飽和度，%;TAC為 AC 值，μs/m。

根據4個公共因子的得分對該區(qū)碳酸鹽巖儲層進行聚類分析，得到龍會場—鐵山儲層分類譜系圖(圖3)。

圖3 龍會場—鐵山儲層分類譜系圖

2.3 聚類結果及特征

由圖3可知，當距離系數為6時，所有樣品明顯地分為4類，絕大多數均勻歸納為A、B和C類儲層，極少部分樣品為D類。D類儲層中，42號樣品表現異常突出，經分析此樣品可能是由于該地區(qū)儲層的高度非均質性造成的一類特殊儲層，現象不具普遍性，不參與統(tǒng)計及分析。從A類到D類，物性由好變差，4類儲層指標范圍跨度均較大，呈較強非均質性(表2)。

表2 儲層分類參數統(tǒng)計

2.4 聚類結果的巖石學特征和沉積特征分析

圖3中C、D類儲層最相似，2類儲層沉積微相也極為相似(表3)，從數據上看C類比D類略好(表2)，但D類在沉積旋回上的分布更接近Ⅳ旋回，低能環(huán)境增多，云質鮞狀灰?guī)r的發(fā)育變薄，儲層儲集性能更差。此外，A類儲層的低伽馬、高聲波測井響應特征以及較高巖心孔滲數據和其他3類儲層有著明顯差異，因其位于高能帶的臺緣鮞粒壩，水動力較強，經地表淡水淋濾作用等后期改造，鮞狀云巖常被溶蝕形成大量溶蝕孔而成為良好儲層[16-22]，儲集性能優(yōu)于鮞狀灰?guī)r。據此，聚類結果中A、B類儲層優(yōu)于C、D類儲層，該結論與前人總結的臺緣礁灘比臺內鮞水動力更強、儲集性能更優(yōu)[8-9]的研究成果吻合。

表3 儲層類型和巖性、沉積微相對應關系

總之，聚類分析綜合了各類地質參數，對儲層定量區(qū)分的同時，也自發(fā)地把沉積環(huán)境的影響作為了約束條件之一，與該地區(qū)儲層相控特征吻合;所得結論地質意義明確，儲層發(fā)育與沉積相帶分布密切相關，聚類結果亦可用于識別儲層發(fā)育的有利沉積相帶和儲集巖。

2.5 建立評價標準

根據聚類結果中相關參數的正態(tài)分布，建立儲層分類評價標準(表4)，將儲層分為4類。

A類儲層多發(fā)育于臺緣鮞灘(壩)，巖性常見鮞狀云巖，整體特征呈高聲波、低伽馬、中孔、中滲、低含水;B類儲層，多發(fā)育于臺緣生物礁和臺緣生屑灘，以礁云巖、灰質云巖為主，整體呈低聲波、高伽馬、低孔、中滲、含水;C類儲層，主要分布于臺內鮞粒灘，潟湖次之，以鮞狀灰?guī)r、灰質云巖為主，少見泥晶灰?guī)r，呈現低聲波、高伽馬、低孔、低滲、高含水的特征;D類儲層，多見分布于潟湖和臺內鮞粒灘，巖性多為泥晶灰?guī)r，整體的特征與較差儲層相同。

表4 研究區(qū)內儲層分類評價

新評價標準沿襲經典將儲層也分為好、較好、較差以及差儲層4類;類別下限與現有標準相關性較強;新標準將前人分類中該區(qū)儲層分布較多的Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ類儲層進行了更細致地分類與歸納，大大提高了不同儲層的區(qū)分度，更適于此地區(qū)強非均質性儲層(圖4)。

圖4 T5井儲層綜合評價圖

2.6 實例應用分析

結合研究區(qū)單井及多井實際日產量資料分析。采用新儲層定量評價標準，J1井和T8井以C類儲層為主，少量D類，T13井以A、C類儲層為主，T14井主要為B類儲層。經測試，在飛仙關鮞粒灘，J1井獲得工業(yè)氣流0.43×104m3/d，產水高達362 m3/d;T8井產氣微量，產水26.4 m3/d;T13井產氣78.11×104m3/d，無出水現象。T14井則在長興礁灘上高產氣118.02×104m3/d。主要含A、B類儲層的T13、T14井產氣量遠高于含C、D類儲層的J1、T8井，其中含B類儲層的T14井產量略高于含A、C類的T13井。

T5井在飛仙關組鮞灘(壩)上日產氣量為34.64×104m3/d，在長興組礁灘上日產氣量為50.10×104m3/d，采用現有儲層分類評價標準，此段儲層基本都為Ⅲ類，不同分布的儲層間差異無法體現。使用新分類評價標準，飛仙關組儲層主要為A類，C類次之，長興組儲層以B類為主。根據圖4可知，主產氣段儲層主要是A、B兩類，C類較少，未見D類;B類儲層產氣量略大于A、C類混層段，可見，單井上高產層段的分布與新評價標準對應。多井間和單井的分析都表明，A、B類儲層產量明顯優(yōu)于C、D類儲層;A類儲層常與C類共存，總體產量略遜于B類儲層。

根據定量分類評價標準編制各類儲層的平面分布圖(圖5、6)，龍會場區(qū)塊飛仙關組主要分布A、C類儲層，長興組儲層基本不發(fā)育。鐵山區(qū)塊飛仙關組儲層分布面積較廣，A、B類儲層為主，鐵山南區(qū)域可見A類儲層零星分布;鐵山長興組則以C類儲層為主，B類儲層集中鐵山南地區(qū)分布。

綜上所述，該儲層分類評價標準的結論與實際生產井產能情況吻合，好儲層井對應高產氣井，好儲層段對應高產層段，與現有儲層分類評價標準相比較，新評價標準可以實現現有標準未能達到的區(qū)分精度，評價效果更好，更適用于該地區(qū)強非均質性儲層的精細刻畫。

3 結論

(1)優(yōu)選巖心和測井數據進行因子分析，簡化數據個數、突出地質意義，通過層次聚類分析將儲層分為4類;從A類到D類儲層，各參數值呈現規(guī)律遞變，整體儲集性能由好變差。

圖5 飛仙關組儲層平面分布

圖6 長興組儲層平面分布

(2)4類儲層區(qū)分度高，A、B類優(yōu)質儲層多發(fā)育于臺緣礁灘白云巖，反映了該地區(qū)儲層的相控分布特征，與前人研究結論一致，獲得定量與定性的統(tǒng)一。

(3)儲層定量分類評價標準，提高了儲層對比精度，突出了儲層分布和沉積環(huán)境的密切聯(lián)系，經實際生產資料驗證，評價效果優(yōu)于現有標準，更適于本區(qū)強非均質性儲層的精細研究。

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