王 強(qiáng) 趙興華 謝傳禮 于浩洋 張 慧

(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京)石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 102249； 2.中國(guó)石化西北石油局， 烏魯木齊 830011)

儲(chǔ)層評(píng)價(jià)是預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)探區(qū)含油氣有利區(qū)帶的一項(xiàng)重要技術(shù)手段，通過(guò)該技術(shù)可以對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行合理分類(lèi)[1-2]，利于更加科學(xué)合理地開(kāi)發(fā)油藏，最大限度地挖掘剩余油。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，如果僅采用單一因素來(lái)評(píng)價(jià)儲(chǔ)層，常常會(huì)出現(xiàn)不合理甚至相互矛盾的結(jié)果，很難在各種影響因素中反映出儲(chǔ)集空間的本質(zhì)。本次研究主要針對(duì)單因素評(píng)價(jià)儲(chǔ)層結(jié)果不唯一的特點(diǎn)，探討儲(chǔ)層綜合定量評(píng)價(jià)的方法。以鄂爾多斯東勝氣田為例，從研究區(qū)的地質(zhì)資料中，優(yōu)選孔隙度、滲透率、泥質(zhì)含量、砂厚、滲透率變異系數(shù)、突進(jìn)系數(shù)和級(jí)差等指標(biāo)，綜合運(yùn)用改進(jìn)的層次分析方法，確定各指標(biāo)權(quán)重，結(jié)合綜合評(píng)價(jià)因子對(duì)太原組、山西組、下石盒子組、上石盒子組儲(chǔ)層進(jìn)行分類(lèi)，提高了儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。

1 研究區(qū)域的地質(zhì)概況

東勝氣田位于鄂爾多斯盆地伊盟北部隆起帶，區(qū)域內(nèi)部斷層系統(tǒng)不發(fā)育，具代表性的是呈東西走向的泊爾江海子逆斷層，該斷層控制著東勝地區(qū)的沉積和構(gòu)造。研究區(qū)域位置南起錦56，北到錦15，西至錦46，東到錦50，面積約120 km2。其內(nèi)部地層平緩，是一個(gè)傾角不到1°的西傾單斜。目的層由老到新依次為石炭系太原組、二疊系山西組、下石盒子組和上石盒子組。根據(jù)沉積旋回、電性特征和含氣性特點(diǎn)，將山西組劃分為山一段、山二段，下石盒子組劃分為盒一段、盒二段、盒三段。其中，太原組為一套海陸交互相的含煤碎屑沉積，地層南厚北薄，北粗南細(xì)，厚度介于45～100 m；山西組為三角洲前緣水下分流河道沉積，厚度介于4～79 m；下石盒子組為河流相河道砂體沉積。山西組、太原組的煤系地層是主要烴源巖，上石盒子組湖相泥巖是區(qū)域蓋層，主要以巖性油氣藏為主。

2 改進(jìn)的層次分析法基本原理

傳統(tǒng)的層次分析法(AHP)是由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家Saaty T L 最先提出，其基本思想是將復(fù)雜問(wèn)題細(xì)分為若干層次和因素，判斷各指標(biāo)的重要程度并建立判斷矩陣，計(jì)算判斷矩陣的最大特征值及對(duì)應(yīng)特征向量，最后得到不同指標(biāo)重要性程度的權(quán)重。該方法本質(zhì)上是一種決策思維方法，適用于定性和定量因素相結(jié)合的決策分析，特別側(cè)重于定性因素分析[3]。該方法在考慮事物本身屬性的同時(shí)加入主觀經(jīng)驗(yàn)判斷, 既能體現(xiàn)研究對(duì)象的客觀特征，又能體現(xiàn)人的主觀認(rèn)識(shí)，在多目標(biāo)規(guī)劃領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。本次研究中，改進(jìn)后的層次分析方法采用三標(biāo)度法建立比較矩陣[4]，再通過(guò)極差法將比較矩陣轉(zhuǎn)化為判斷矩陣。這樣可避免傳統(tǒng)九標(biāo)度法建立判斷矩陣時(shí)的不一致性，使特征值的計(jì)算量大大減少，具有簡(jiǎn)便、快速、易于操作等優(yōu)點(diǎn)。

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇

評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定是在全面分析影響被評(píng)價(jià)事物特性的基礎(chǔ)上，結(jié)合理論分析和專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)而形成因素集的過(guò)程。評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇應(yīng)滿足以下要求：(1)規(guī)律性，即所選評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)突出評(píng)價(jià)目的的特點(diǎn)；(2)避免追求全面性，評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)體現(xiàn)選題的個(gè)性；(3)目標(biāo)性，評(píng)價(jià)指標(biāo)與評(píng)價(jià)目標(biāo)一致，避免相互矛盾[5-7]。

開(kāi)發(fā)階段的儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)參數(shù)一般有11項(xiàng)[8]，針對(duì)不同油氣藏的不同時(shí)期，具體評(píng)價(jià)時(shí)可以根據(jù)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)目的與研究精度而選取不同的評(píng)價(jià)參數(shù)。東勝氣田目的層碎屑巖儲(chǔ)層物性受到多種因素的影響，這些因素之間又在一定程度上相互影響；因此，定量研究碎屑巖儲(chǔ)層物性的控制因素比較復(fù)雜，各因素影響程度定量排序比較困難。通過(guò)統(tǒng)計(jì)該地區(qū)部分儲(chǔ)層資料，共選擇了孔隙度φ、滲透率K、泥質(zhì)含量Vsh、砂厚H、滲透率變異系數(shù)Vk、突進(jìn)系數(shù)Tk、級(jí)差Jk等7個(gè)參數(shù)作為綜合評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的指標(biāo)。東勝地區(qū)目的層儲(chǔ)層評(píng)價(jià)參數(shù)數(shù)據(jù)如表1所示。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的定量標(biāo)準(zhǔn)化

對(duì)原始評(píng)價(jià)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理的目的是消除物理意義和量綱間的差異。標(biāo)準(zhǔn)化處理方法有初值化處理、均值化處理、極大值標(biāo)準(zhǔn)化及歸一化處理等[5-6]。本次研究中采取極大值標(biāo)準(zhǔn)化法，通過(guò)處理使每項(xiàng)評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)變成無(wú)量綱的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)。根據(jù)參數(shù)的不同意義可將極大值標(biāo)準(zhǔn)化處理方法分為3種：(1)當(dāng)儲(chǔ)層質(zhì)量與評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)值成正相關(guān)，此時(shí)要用評(píng)價(jià)參數(shù)數(shù)據(jù)除以本參數(shù)中的最大值，比如滲透率、孔隙度等；(2)當(dāng)儲(chǔ)層質(zhì)量與評(píng)價(jià)數(shù)值成負(fù)相關(guān)，此時(shí)用此類(lèi)參數(shù)的最大值與單項(xiàng)參數(shù)數(shù)據(jù)的差值除以極大值，比如泥質(zhì)含量、滲透率變異系數(shù)等；(3)當(dāng)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)取中間值時(shí)反映儲(chǔ)層質(zhì)量，用單個(gè)參數(shù)減去中間值并求取絕對(duì)值，再?gòu)闹羞x取最大絕對(duì)值，最后用最大絕對(duì)值與各項(xiàng)指標(biāo)的差值除以最大絕對(duì)值，比如粒徑Md。

通過(guò)統(tǒng)計(jì)東勝地區(qū)儲(chǔ)層各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)，獲得標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)表(表2)。

表1 東勝地區(qū)目的層儲(chǔ)層評(píng)價(jià)參數(shù)數(shù)據(jù)表

2.3各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

2.3.1 建立遞階層次結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)碎屑巖儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)原則，結(jié)合影響準(zhǔn)則的7個(gè)因素，建立如圖1所示遞階層次結(jié)構(gòu)。在本文所選取的7個(gè)參數(shù)中，孔隙度代表了砂體的宏觀物性特征，歸入物性參數(shù)類(lèi)中[9]；泥質(zhì)含量、砂厚、滲透率變異系數(shù)、突進(jìn)系數(shù)、級(jí)差代表了砂體宏觀整體特征，將其歸入綜合參數(shù)中。滲透率和孔隙度除對(duì)物性參數(shù)有貢獻(xiàn)外，也在一定程度上反映了綜合參數(shù)的某些特征；而泥質(zhì)含量、砂厚、滲透率變異系數(shù)、突進(jìn)系數(shù)、級(jí)差除對(duì)綜合參數(shù)有貢獻(xiàn)外，反過(guò)來(lái)也制約了物性參數(shù)值的大小和分布。所建立的遞階層次結(jié)構(gòu)客觀反映了研究區(qū)砂體各參數(shù)間復(fù)雜的聯(lián)系。

表2 東勝地區(qū)目的層儲(chǔ)層評(píng)價(jià)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)表

圖1 東勝地區(qū)碎屑巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)遞階層次結(jié)構(gòu)模型

2.3.2 構(gòu)造判斷矩陣

遞階層次結(jié)構(gòu)模型的建立直接確定了上下層因素之間的隸屬關(guān)系，可以據(jù)此來(lái)構(gòu)造比較矩陣。如圖1所示，以A層為目標(biāo)，它所支配的下層次因素為Bi,Bij表示Bi對(duì)于Bj的相對(duì)重要性數(shù)值，i=1,2,…,n，j=1,2,…，n。在傳統(tǒng)的層次分析方法中Bij的取值按照Saaty提出的“1 — 9標(biāo)度法”，兩兩比較后進(jìn)行賦值。用傳統(tǒng)層次分析方法進(jìn)行分析時(shí)，由于決策者較難準(zhǔn)確把握標(biāo)度標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致判斷結(jié)果不能通過(guò)一致性檢驗(yàn)，必須再次進(jìn)行修訂與改進(jìn)。為了避免這種問(wèn)題的出現(xiàn)，這里采用三標(biāo)度法(表3)對(duì)其進(jìn)行比較賦值。建立比較矩陣后，應(yīng)用極差法將比較矩陣轉(zhuǎn)化為判斷矩陣。

用極差法構(gòu)造判斷矩陣時(shí)，其變換公式為：

表3 評(píng)價(jià)矩陣標(biāo)度與含義(三標(biāo)度法)

(1)

(2)

式中cb為常量，是按某種標(biāo)準(zhǔn)預(yù)先給定的極差元素的相對(duì)重要程度，在實(shí)際應(yīng)用中一般cb=9；R=rmax-rmin，為極差，其中rmax=max{r1,r2,…,rn}，rmin=min{r1,r2,…,rn}。所得的矩陣C=(cij)n×m為一致性判斷矩陣[10-12]。

2.3.3 權(quán)重系數(shù)的計(jì)算

這里采用方根法計(jì)算權(quán)重向量ωi=(ω1,ω2，…,ωn)T。計(jì)算步驟如下：

計(jì)算判斷矩陣每一行元素的乘積Mi：

(3)

(4)

(5)

則ωi=(ω1,ω2,…,ωn)T即為所求預(yù)測(cè)指標(biāo)權(quán)值的特征向量。

2.3.4 綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算和分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)

儲(chǔ)層綜合定量評(píng)價(jià)則是在選取儲(chǔ)層評(píng)價(jià)參數(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)儲(chǔ)層多個(gè)影響因素做綜合評(píng)價(jià)，最終得到一個(gè)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，并以此對(duì)儲(chǔ)層分類(lèi)。綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算公式為:

(6)

式中:REI為儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)；Xi為儲(chǔ)層評(píng)價(jià)參數(shù)；ai為儲(chǔ)層評(píng)價(jià)參數(shù)的權(quán)系數(shù)，即上一步計(jì)算出的ωi；n為儲(chǔ)層評(píng)價(jià)參數(shù)的個(gè)數(shù)。由式(6)可以看出，Xi為已知參數(shù)，只有權(quán)系數(shù)ai未知，若求出權(quán)系數(shù)ai則可計(jì)算得到綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)[14-15]。

最后確定儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的指標(biāo)為：滲透率u1、孔隙度u2、泥質(zhì)含量u3、砂厚u4、變異系數(shù)u5、突進(jìn)系數(shù)u6、級(jí)差u7。根據(jù)計(jì)算，可以得到影響儲(chǔ)層質(zhì)量的各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重(表4)。

表4 各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重?cái)?shù)據(jù)

通過(guò)最大值標(biāo)準(zhǔn)化處理后，可以得到每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，然后將得到的單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)與本類(lèi)的“權(quán)重”系數(shù)相乘，得到單項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)衡分類(lèi)。最后將每個(gè)小層的各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的單項(xiàng)均衡分?jǐn)?shù)相加，得到各個(gè)小層的綜合權(quán)衡評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)，即“儲(chǔ)層質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)Q因子”。東勝地區(qū)目的層儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)結(jié)果如表5所示。

表5 東勝地區(qū)目的層儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)儲(chǔ)層質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)Q因子數(shù)值差別確定本研究區(qū)的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，可將東勝氣田目的層劃分為4類(lèi)：Q因子值為1～0.75，儲(chǔ)層為I類(lèi)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層；Q因子值為0.75～0.65，則儲(chǔ)層為為II類(lèi)中等儲(chǔ)層；Q因子值為0.65～0.55，則儲(chǔ)層為III類(lèi)一般儲(chǔ)層；Q因子小于0.55，則儲(chǔ)層為為Ⅳ類(lèi)較差儲(chǔ)層。

應(yīng)用此方法劃分的各類(lèi)儲(chǔ)層特征明顯，與研究區(qū)儲(chǔ)層特征具有良好的一致性。Ⅰ級(jí)儲(chǔ)層為研究區(qū)最好儲(chǔ)層，占沉積單元總數(shù)的7.7%。相對(duì)于其他層段，盒三段的P1x3-2無(wú)阻流量很高，孔隙度和滲透率較其他層段更大。Ⅱ級(jí)儲(chǔ)層為研究區(qū)較好儲(chǔ)層，占沉積單元總數(shù)的30.7%，以中滲、中孔型儲(chǔ)集層為主。Ⅲ級(jí)儲(chǔ)層為研究區(qū)一般儲(chǔ)層，占沉積單元總數(shù)的38.5%，以低滲、中低孔型儲(chǔ)集巖為主。Ⅳ級(jí)儲(chǔ)層為該區(qū)最差的儲(chǔ)層，占沉積單元總數(shù)的23.1%，以低滲、低孔型儲(chǔ)集巖為主。該分類(lèi)結(jié)果與東勝油田的開(kāi)發(fā)方向基本一致，Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層試油結(jié)果顯示含油層多，吻合度很高，是勘探開(kāi)發(fā)的有利儲(chǔ)層；Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層次之，見(jiàn)油層較多，也是勘探開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)區(qū)塊。

3 結(jié) 語(yǔ)

采用層次分析方法來(lái)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，定性與定量反映所選指標(biāo)在儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中的重要性，可避免單因素評(píng)價(jià)結(jié)果矛盾的情況出現(xiàn)。

改進(jìn)的層次分析方法中，三標(biāo)度法便于決策者做出正確判斷，建立比較矩陣。應(yīng)用極差法將比較矩陣轉(zhuǎn)化為判斷矩既，能避免傳統(tǒng)的九標(biāo)度法建立判斷矩陣時(shí)產(chǎn)生的不一致性，使特征值的計(jì)算大大減少，具有簡(jiǎn)便、快速、易于操作等優(yōu)點(diǎn)。

[1] 宋子齊，譚成仟.灰色理論油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1995:6-15.

[2] 李勝利，于興河，高興軍，等．剩余油分布研究新方法：灰色關(guān)聯(lián)法[J].石油與天然氣地質(zhì)，2003,24(2)：175-179.

[3] 薩蒂.層次分析法在資源、分配、管理和沖突中的應(yīng)用[M].紐約：煤麥格勞·希爾公司，1980:45-53.

[4] 左軍.層次分析法中判斷矩陣的間接給出法[J].系統(tǒng)工程,1988,10(6)：56-63.

[5] 萬(wàn)曉偉，畢建霞，劉志遠(yuǎn)，等.灰色關(guān)聯(lián)網(wǎng)格化綜合評(píng)價(jià)普光氣田儲(chǔ)層[J].斷塊油氣田,2010,17(4)：405-408.

[6] 馬楊洋，王海兵，董效鋒，等.灰色理論應(yīng)用于儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)的方法研究[J].西部探礦工程,2011(1)：41-47.

[7] 張一偉，熊琦華，王志章，等.陸相油藏描述[M].北京：石油工業(yè)出版社,1997:127-132.

[8] 于興河.油氣儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2010:82-90.

[9] 張琴，朱筱敏，鐘大康，等.儲(chǔ)層“主因素定量”評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用：以東營(yíng)凹陷下第三系碎屑巖為例[J].天然氣工業(yè)，2006,26(10)：21-23.

[10] 王蓮芬，許樹(shù)柏.層次分析法引論[M].北京：中國(guó)人民大學(xué)出版社,1990:32-40.

[11] 趙煥臣，許樹(shù)柏，和金生.層次分析法[M].北京：科學(xué)出版社,1986:47-53.

[12] 朱茵，孟志勇，闞叔愚.用層次分析法計(jì)算權(quán)重[J].北方交通大學(xué)學(xué)報(bào),1999,23(5)：119-122.

[13] 張昌民.儲(chǔ)層研究中的層次分析方法[J].石油與天然氣地質(zhì),1992,13(3)：344-350.

[14] 王震，郭少斌.灰色關(guān)聯(lián)分析在鄂爾多斯盆地環(huán)縣地區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古石油化工,2011(7)：268-269.

[15] 涂乙，謝傳禮，劉超，等.灰色關(guān)聯(lián)分析法在青東凹陷儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].天然氣地球科學(xué),2012(2)：381-384.