許宏龍，劉 建，喬 誠，龔劉憑，金成林，余夢南

（長江大學地球科學學院，湖北 武漢 430100）

灰色關聯(lián)分析法在雙河油田儲層評價中的應用

許宏龍，劉 建，喬 誠，龔劉憑，金成林，余夢南

（長江大學地球科學學院，湖北 武漢 430100）

對儲層進行精細評價對油氣田勘探開發(fā)意義重大，其中最重要的是確定各個評價參數(shù)的權重系數(shù)。以雙河油田438塊核三段Ⅲ油組1小層為例，介紹了灰色系統(tǒng)理論的基本原理，并選取與儲層相關的孔隙度、滲透率、砂厚、砂地比、泥質(zhì)含量及變異系數(shù)等6個評價指標，通過灰色關聯(lián)分析法求得各個指標的權系數(shù)，得出研究區(qū)各個儲層單元的綜合評價因子。在此基礎上，用拐點法確定儲層評價的分類閥值，從而對雙河油田438塊核三段Ⅲ油組1小層儲層進行綜合定量評價。研究結果表明：該方法能有效避免使用單因素評價儲層出現(xiàn)的結果相互矛盾的問題，計算簡單，所需數(shù)據(jù)量小，與油田實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)一致，并且能有效解釋同一優(yōu)勢相下儲層產(chǎn)能存在差異性的問題，是一種值得推廣的儲層評價與分類方法。

權重系數(shù)；灰色理論；關聯(lián)分析；雙河油田；儲層評價

儲層研究的最終目的是對儲層進行合理的分類和評價，確定不同層位、不同區(qū)塊儲集層質(zhì)量的相對差異，從而為油氣藏開發(fā)提供有效的依據(jù)[1]。我國絕大部分油田目前已進入開發(fā)中后期，為提高油氣采收率，進一步挖掘剩余油，對全區(qū)儲層進行評價并建立符合實際地質(zhì)條件的分類標準是必不可少的。以往通常采用單因素法來評價儲層，即通過計算與儲層相關的孔隙度、滲透率等參數(shù)分別對研究區(qū)的儲層進行評價，但是該方法得出的評價結果常相互矛盾[2-3]。為解決這一問題，必須綜合考慮多個評價參數(shù)，根據(jù)各個參數(shù)對儲層質(zhì)量的重要性，優(yōu)選評價指標并確定指標權重。雙河油田作為中部老油田，已進入開發(fā)中后期，前人主要根據(jù)求得的孔隙度和滲透率，并參考沉積相來對研究區(qū)儲層進行評價分類，在這個過程中會遇到滲透率、孔隙度得出的評價結果不一致，以及同一優(yōu)勢相下產(chǎn)能差異較大的問題。研究區(qū)位于雙河油田438塊核三段Ⅲ油組1小層，該區(qū)域大部分發(fā)育水下分流河道微相，選取砂地比較大的15口井，利用灰色關聯(lián)分析法對儲層進行評價，得出的評價結果與油田生產(chǎn)實際一致。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

泌陽凹陷位于南襄盆地東部，為一個南深北淺的箕狀斷陷，該凹陷主要受控于NW向的唐河—栗園斷裂帶和NE向的栗園—泌陽斷裂帶，沉積沉降中心位于凹陷東南部[4]。雙河油田位于泌陽凹陷西南部，東鄰泌陽凹陷的沉降中心。該區(qū)古近系核三段劃分為9個油組（H3Ⅰ-H3Ⅸ），而H3Ⅲ油組又可分為H3Ⅲ-1、H3Ⅲ-2、H3Ⅲ-3三個小層。該區(qū)成藏條件良好，烴源巖厚度大，有機質(zhì)類型較好。該區(qū)儲層主要為扇三角洲砂體，物源主要來自南部，往湖盆方向逐漸減薄至尖滅。烴源巖和儲層空間配置關系良好，平面上砂巖被泥巖包圍，縱向上砂泥巖互層。雙河油田438塊位于油田東南部，為一典型的鼻狀構造油藏，主力儲油層為核三段Ⅲ油組，主要發(fā)育扇三角洲前緣亞相，研究區(qū)面積小，離物源近，處于陡坡帶，沉積物搬運流程短，且湖水進退較頻繁，使該區(qū)域沉積韻律復雜、儲層非均質(zhì)性嚴重[5]。

2 灰色關聯(lián)分析法的基本原理

灰色系統(tǒng)理論是鄧聚龍教授提出的，該方法主要用來解決少數(shù)據(jù)、貧信息的不確定性問題，它通過對系統(tǒng)內(nèi)部分已知信息的處理，來實現(xiàn)對系統(tǒng)未知信息的預測及量化研究[6]。石油勘探開發(fā)既包含已知信息（如測井、地震及鉆井等獲取的信息），也包含未知信息（如儲層、油氣分布等），因此，可看作一個灰色系統(tǒng)來進行研究。對儲層質(zhì)量的評價主要采用灰色系統(tǒng)理論中的灰色關聯(lián)分析法，通過找出各評價參數(shù)的主要聯(lián)系，確定對目標值的影響較大的參數(shù)，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)變化趨勢的定量描述和比較[7-9]。應用灰色關聯(lián)分析法的目的是求出一個考慮多個評價參數(shù)的綜合評價因子，應用步驟包括評價指標（即母序列與子序列）的選取，評價指標的標準化處理，關聯(lián)度以及權重系數(shù)確定等[2]。

2.1 選取評價指標

一般通過分析目標事物及被評價事物特性的影響因素，然后結合地質(zhì)理論分析和實際地質(zhì)情況獲得。為了評析目標事物和其影響因素之間的聯(lián)系，得用選取的某個指標作為主因素來反映目標事物的特性，把主因素數(shù)據(jù)按一定順序排列成的序列稱為灰色關聯(lián)分析的母序列[8]，可記為：

把影響目標事物的各子因素數(shù)據(jù)按母序列順序排列成的序列稱為灰色關聯(lián)分析的子序列[10]，若目標事物有m個子因素，則子序列可記為：

根據(jù)得出的母序列和子序列，即可構成如下的原始數(shù)據(jù)矩陣：

用于儲層分類評價的指標包括巖性、物性、孔隙結構和非均質(zhì)性等多個項目的多個參數(shù)，本文根據(jù)SY/T6285-2011《油氣儲層評價方法》[10]，結合研究區(qū)實際地質(zhì)情況，優(yōu)選了滲透率、孔隙度、砂厚、砂地比、變異系數(shù)及泥質(zhì)含量作為該區(qū)儲層評價的指標，并將滲透率定為主因素，其余指標作為子因素（表1）。

2.2 評價指標標準化處理

由于系統(tǒng)中各個評價指標的物理性質(zhì)不同，量綱一般也不一致，為了進行準確的評價，必須統(tǒng)一各個指標的量綱，可采用均值化或極大值法對原始數(shù)據(jù)進行處理，本文采用極大值法進行數(shù)據(jù)處理[8-9]。根據(jù)各個指標對被評價事物的意義的不同，極大值法的處理方法有所不同，研究區(qū)可分為兩種情況：對于數(shù)值大小與儲層質(zhì)量正相關的評價指標，如砂厚、滲透率等，標準化值則為該指標的單個參數(shù)值與其最大參數(shù)值的比值（即：I標=I/Imax）；而對于數(shù)值越大，反映儲層質(zhì)量越差的指標，如泥質(zhì)含量、變異系數(shù)等，則先用本指標的最大參數(shù)值減去單個參數(shù)，然后再除以本指標的最大值（即：I標=（Imax-I）/Imax）。通過對研究區(qū)部分關鍵井評價指標數(shù)據(jù)進行處理，即可得到無量綱的統(tǒng)計數(shù)據(jù)（表2）。

2.3 灰關聯(lián)度及權重系數(shù)的計算

對各個參數(shù)進行標準化處理后，即可通過下列公式求出各子因素與主因素之間的灰關聯(lián)系數(shù)，進而確定各子因素與主因素之間的灰關聯(lián)度。

表2 雙河油田438塊H3Ⅲ-1部分關鍵井儲層評價參數(shù)標準化數(shù)據(jù)Table 2 Standardized data of reservoir evaluation parameters of some key wells in formation H3Ⅲ-1 of block 438, Shuanghe oilfield

式中：ξi，0代表各子因素與主因素間的灰色關聯(lián)系數(shù)；h代表分辨系數(shù)；代表標準化后的評價指標值；，表示同一觀測點各子因素與主因素之間的絕對差值。

為了降低因Δmax過大而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)失真的影響，提高各評價指標的灰關聯(lián)系數(shù)的差異性，公式（4）引入了分辨系數(shù)h，h取值區(qū)間一般為[0.1，1]，本文h取0.5[2]，經(jīng)過計算可得出各個指標的灰色關聯(lián)系數(shù)（表3）?；疑P聯(lián)度定義為：，n代表序列長度，即每個評價指標的參數(shù)的個數(shù)，求得研究區(qū)各評價指標的灰色關聯(lián)度為：r=（1.000 0，0.464 1，0.670 0，0.565 3，0.413 8，0.404 9），灰色關聯(lián)度是有界的，取值區(qū)間為[0.1，1]，灰色關聯(lián)度值越趨近于1，說明該子因素對主因素越有影響，反之亦然[8]。

表3 雙河油田438塊H3Ⅲ-1部分關鍵井儲層評價參數(shù)關聯(lián)系數(shù)數(shù)據(jù)Table 3 Association index data of reservoir evaluation parameters of some key wells in formation H3Ⅲ-1 of block 438,Shuanghe oilfield

確定選取的評價指標對儲層質(zhì)量的影響大小，就是求出它們相對于主因素即砂體滲透率的權重值，具體做法是將所有評價指標的灰色關聯(lián)度進行歸一化處理，處理的結果就是選取的評價指標進行儲層質(zhì)量評價時的權重系數(shù)[2,11]。歸一化公式為：，式中ai是各個評價指標的權重系數(shù)。利用上式得出6個評價指標的權重系數(shù)分別為：a=（0.284 2，0.131 9，0.190 4，0.160 7，0.117 6，0.115 1）。

表4 雙河油田438塊H3Ⅲ-1部分關鍵井儲層綜合評價分類Table 4 Reservoir synthetic evaluation classification of some key wells in formation H3Ⅲ-1 of block 438,Shuanghe oilfield

按權重系數(shù)大小，將各個評價指標進行排序得：滲透率＞變異系數(shù)＞泥質(zhì)含量＞孔隙度＞砂地比＞砂厚。孔隙度、砂地比和砂厚排在后面是因為研究區(qū)砂體厚度及孔隙度普遍較大，數(shù)據(jù)波動較小，對研究區(qū)儲層的影響也較小。而雙河油田438塊儲層非均質(zhì)性嚴重且泥質(zhì)夾層分布復雜，故泥質(zhì)含量及變異系數(shù)對儲層質(zhì)量的影響較大。

2.4 綜合評價因子計算及分類標準確認

將經(jīng)過標準化處理的單個評價指標數(shù)據(jù)與其對應的權重系數(shù)的相乘，再把6個評價指標得出的數(shù)據(jù)相加即可得出綜合評價因子Q[12]（表4）（即：Q=滲透率×a滲透率+孔隙度×a孔隙度+變異系數(shù)×a變異系數(shù)+泥質(zhì)含量×a泥質(zhì)含量+砂地比×a砂地比+砂巖厚度×a砂巖厚度，式中a代表各個指標的權重系數(shù)）。本文采取拐點法將該區(qū)儲層分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三類，具體做法為將求得的評價因子按從小到大的順序排列，繪出拐點圖，由圖1可看出研究區(qū)Ⅰ、Ⅱ和Ⅱ、Ⅲ類儲層的閥值分別為0.5和0.6（圖1）。

圖1 雙河油田438塊H3Ⅲ-1部分關鍵井儲層分類界限Fig.1 Reservoir classification limit of some key wells in formation H3Ⅲ-1 of block 438,Shuanghe oilfield

綜合評價因子大于0.6為Ⅰ類儲層，該類儲層孔隙度、滲透都較大，變異系數(shù)較小，儲層質(zhì)量最優(yōu)；介于0.5～0.6之間為Ⅱ類儲層，該類儲層孔隙度、滲透率中等，為儲層質(zhì)量良好；介于0.4～0.5之間為Ⅲ類儲層，變異系數(shù)較大，該類儲層質(zhì)量較差。若小于0.4為非儲層，變異系數(shù)大，孔隙度、滲透率值較小。本文所選的15口關鍵井砂地比均超過0.6，做沉積相分析時均劃分為水下分流河道微相，但是實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)含油氣井的產(chǎn)能有較大區(qū)別，這反映了該研究區(qū)儲層非均質(zhì)性嚴重，用傳統(tǒng)的方法只能從一方面對儲層進行評價，且結果不夠準確，采用灰色關聯(lián)分析法得出的結果與油田生產(chǎn)實際基本一致，可作為后期開發(fā)的有效依據(jù)。

3 結論

可采用灰色關聯(lián)分析法來對儲層質(zhì)量進行客觀、定量的評價，該方法能避免用單因素法評價儲層時出現(xiàn)的評價結果相互矛盾等問題，利用灰色關聯(lián)分析法求出儲層綜合評價因子后，可采用拐點法得出儲層分類閥值，從而對儲層進行正確的分類。

灰色關聯(lián)分析法具有所需數(shù)據(jù)量小、運算簡單、易于操作等優(yōu)點，將該方法應用到雙河油田438塊的儲層分類評價取得了較好的效果，說明該方法能為油田的開發(fā)決策提供可信的依據(jù)，是一種值得推廣的儲層評價分類方法。

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（編輯 楊友勝）

Application of gray correlative analysis method to reservoir evaluation of Shuanghe oilfield

Xu Honglong,Liu Jian,Qiao Cheng,Gong Liuping,Jin Chenglin and Yu Mengnan
(School of Geosciences,Yangtze University,Wuhan,Hubei 430100,China)

The fine reservoir evaluation is important to oil and gas field exploration,in which,the most important is to determine weight coefficient of every evaluation parameter.Taking formation H3Ⅲ-1 for example,rationale of grey system theory was introduced.Six evaluation indexes related to the reservoir such as porosity,permeability,sandstone thickness,ratio of sand body,shale content and variation coefficient were selected.By gray correlative analysis method,weight coefficient of every index was obtained and comprehensive evaluation factors of every reservoir unit were acquired.On this basis,inflection point method was applied to determine classification thresholds of reservoir evaluation.Accordingly,comprehensive quantitative assessment was conducted in formation H3Ⅲ-1 of block 438 in Shuanghe oilfield.The research results show that,by this method,the contradictory results of evaluating reservoir by using single factor can be avoided.The calculation is simple and needs fewer data.Its result is in accordance with real production data.The method can effectively explain differential problems occurred in reservoir productivity under the same advantage and it is worth promoting in reservoir evaluation and classification.

weight coefficient,grey theory,correlative analysis,Shuanghe oilfield,reservoir evaluation

TE122.2

：A

2015-05-05。

許宏龍（1988—），男，碩士，油氣成藏研究。