古莉，趙軍，胡洪，楊永杰

（1．西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都610500；2．西安石文軟件有限公司，陜西 西安710075；3．中國石油集團(tuán)測井有限公司，陜西 西安710077）

0 引 言

港西地區(qū)屬于陸相碎屑巖油藏，經(jīng)過長期注水開發(fā)，油藏儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化，尤其是進(jìn)入中高含水期注水開發(fā)的油田出砂嚴(yán)重，注入水利用率低，開發(fā)效益低。通過對(duì)港西地區(qū)地質(zhì)概況以及儲(chǔ)層宏觀和微觀性質(zhì)的研究，對(duì)開發(fā)前期和開發(fā)后期的水驅(qū)油效果進(jìn)行對(duì)比，總結(jié)出大孔道對(duì)水驅(qū)油效果的影響因素，選取適當(dāng)?shù)闹垡蛩貙?duì)儲(chǔ)層中存在的大孔道進(jìn)行綜合識(shí)別。國內(nèi)外主要利用試井、測井以及巖心分析等手段對(duì)大孔道進(jìn)行定性或定量識(shí)別。王祥等［1］將根據(jù)注水剖面測井資料的異常響應(yīng)特征總結(jié)出識(shí)別地層大孔道的方法，如時(shí)間推移測井方法、同位素追蹤法等應(yīng)用于現(xiàn)場資料解釋，提高了注水剖面測井資料解釋精度；史有剛等［2］采用注水井井口壓降雙對(duì)數(shù)曲線診斷大孔道的存在，方法簡單且資料容易取得，其可行性也在對(duì)生產(chǎn)井的封堵調(diào)剖中得到證實(shí)。本文提出運(yùn)用模糊決策理論識(shí)別大孔道的方法。該方法綜合了多種表現(xiàn)因素對(duì)大孔道進(jìn)行識(shí)別，實(shí)現(xiàn)了分層次加權(quán)，最大程度地體現(xiàn)出綜合識(shí)別方法的優(yōu)越性，在一定程度上避免了錯(cuò)判與漏判，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。

1 大孔道形成機(jī)理與影響因素

油藏注水采收的過程中注入水在儲(chǔ)層中的流動(dòng)以及壓力和流速的改變，使得儲(chǔ)層性質(zhì)發(fā)生了一系列的變化，促使了大孔道的形成［3－4］。

1．1 大孔道形成的微觀特征

圖1為開發(fā)初期以及高含水階段港西某井巖心薄片的掃描電鏡圖像，從圖1可見，經(jīng)過長期的注水沖刷，儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了顯著變化，黏土礦物受注入水沖刷明顯減少，巖石骨架溶蝕現(xiàn)象普遍，孔隙喉道增大，形成了大孔道，連通性變好。

圖1 港西某井掃描電鏡圖

1．2 儲(chǔ)層宏觀變化規(guī)律

通過港西地區(qū)注水前后儲(chǔ)層層內(nèi)和層間非均質(zhì)參數(shù)的對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，注水開發(fā)過程中儲(chǔ)層宏觀非均質(zhì)性變化較為明顯，注水開發(fā)后大部分水淹層的層內(nèi)和層間變異系數(shù)都比未水洗層大，層內(nèi)和層間非均質(zhì)性均有所增強(qiáng)。

粒度的變化在儲(chǔ)層宏觀性質(zhì)中變化也較為明顯。圖2為統(tǒng)計(jì)的港西某層段不同注水時(shí)期的粒度分布圖。可見粒度分布隨注水開發(fā)發(fā)生顯著變化。粒度隨注水開發(fā)時(shí)間的增長向高粒度中值集中，說明儲(chǔ)層微粒隨注入水沖刷發(fā)生了運(yùn)移。此外，儲(chǔ)層平均孔隙度、滲透率、含油飽和度以及潤濕性等也隨著水驅(qū)油的進(jìn)程而產(chǎn)生相應(yīng)的規(guī)律性變化。

1．3 大孔道形成的影響因素

（1）對(duì)于泥質(zhì)膠結(jié)的疏松砂巖油藏，由于注入水長期沖刷，油藏中的黏土礦物膨脹、分散、運(yùn)移而被沖走或沖散，儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)、黏土礦物含量和產(chǎn)狀等均發(fā)生了很大變化，使儲(chǔ)層孔隙度、滲透率、泥質(zhì)含量也產(chǎn)生了明顯變化，促進(jìn)了大孔道的形成。

圖2 港西某層段注水前后粒度分布圖

（2）正韻律沉積，非均質(zhì)性嚴(yán)重，隨著注水時(shí)間增加，注入水主要沿高滲透層突進(jìn)，增加了層內(nèi)層間矛盾，加劇了大孔道的形成［5］。

（3）港西地區(qū)相應(yīng)工區(qū)為典型的河流相沉積，在水驅(qū)油過程中，注入水總是優(yōu)先進(jìn)入河道，并沿河道向下游方向突進(jìn)，到特高含水期易形成大孔道。

（4）港西開發(fā)區(qū)早期以注清水為主，未經(jīng)脫氧。注入水?dāng)y帶的溶解氧使原油受到一定程度的氧化，原油性質(zhì)變壞，黏度變大，注水后水沿高滲透帶“指進(jìn)”嚴(yán)重，至特高含水期成為水的滲流通道，沖刷淘洗形成大孔道。

（5）采用強(qiáng)采強(qiáng)注方式，注水倍數(shù)增加，也會(huì)加劇大孔道的形成［6－7］。

2 大孔道模糊層次分析識(shí)別法

模糊綜合評(píng)判是應(yīng)用模糊變換原理和貼近度原則，考慮與被評(píng)價(jià)事物相關(guān)的各個(gè)因素，對(duì)其作綜合評(píng)價(jià)［8－9］。對(duì)大孔道進(jìn)行模糊識(shí)別，首先需要確定著眼因素，建立著眼因素集和權(quán)重集，通過模糊矩陣運(yùn)算確定評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，將模糊層次分析得出需要進(jìn)行識(shí)別的樣本計(jì)算值與解釋標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，可以得到識(shí)別結(jié)果。

2．1 著眼因素選擇［10－12］

大孔道形成后儲(chǔ)層的物性參數(shù)、黏土礦物、非均質(zhì)性及流體性質(zhì)等方面發(fā)生許多變化。這些變化在新鉆調(diào)整井的常規(guī)測井、生產(chǎn)測井以及生產(chǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測等方面明顯區(qū)別于一般儲(chǔ)層的測井響應(yīng)特征。總結(jié)這些響應(yīng)的特點(diǎn)能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)大孔道的測井識(shí)別提供重要依據(jù)。

圖3 西×井注水后測井曲線圖

自然電位曲線主要測量流體界面的離子交換能力，其幅度值升高表明油層內(nèi)流體交換能力增強(qiáng)。一般水淹情況下，自然電位值會(huì)降低，但在注入水長期強(qiáng)力沖刷形成大孔道后，含水率上升，油層的泥質(zhì)含量和含油飽和度都大幅降低，大大減小了離子交換阻力，使水淹油層顯示出某些水層的響應(yīng)特征，從而引起自然電位值增大（如圖3中港西×井1068～1077m井段）。

聲波時(shí)差曲線受儲(chǔ)層物性、流體性質(zhì)影響，隨著孔隙度的增大，巖石縱波速度呈降低趨勢。在長期注水開采中，蒙脫石等黏土礦物會(huì)吸水膨脹，產(chǎn)生蝕變，使巖石結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，總孔隙度增加，這往往造成聲波時(shí)差值較大孔道形成之前增大（如圖3中港西×井1068～1077m井段）。

電阻率曲線主要反映距井眼較遠(yuǎn)處油層的電阻情況，巖石骨架及其中的流體是電阻率的主要貢獻(xiàn)者。大孔道形成以后，孔隙中的油被注入水代替，巖石潤濕性轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水，降低了巖石骨架電阻率。通過重合電阻率曲線，大孔道形成后測得的電阻率曲線值較開發(fā)初期顯著降低。大孔道形成前所測電阻率曲線與形成后的電阻率曲線重合程度差（見圖3）。

2．2 確定評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

2．2．1 評(píng)判決策模型建立

根據(jù)模糊數(shù)學(xué)原理［13］，如果用于評(píng)判一個(gè)事物的因素只由單層因素組成，則評(píng)判決策模型為

式中，B為模糊綜合判別矩陣；A為評(píng)判因素權(quán)重集（簡稱權(quán)重集）；R為評(píng)價(jià)矩陣。

大孔道的模糊判別由2個(gè)層次的因素組成，故決策模型也應(yīng)由2個(gè)層次構(gòu)成，即

式中，A1、R1、A2、R2、A3、R3分別為測井、生產(chǎn)和地質(zhì)因素的權(quán)重集和評(píng)價(jià)矩陣，在這里稱作次級(jí)權(quán)重集和評(píng)價(jià)矩陣。

2．2．2 確定次級(jí)評(píng)判因素權(quán)重集

在大孔道模糊綜合評(píng)判系統(tǒng)中采用主客觀綜合法確定各評(píng)判因素權(quán)重，即綜合主觀和客觀評(píng)判的意見對(duì)大孔道進(jìn)行識(shí)別。

主客觀綜合法中的主觀權(quán)重B可以采用九標(biāo)度法和方根法計(jì)算。將每一結(jié)構(gòu)層次內(nèi)各指標(biāo)兩兩比較其重要性的大小，寫成矩陣形式，得到一個(gè)判斷矩陣，并用方根法計(jì)算權(quán)重，最后進(jìn)行歸一化，可得到主觀權(quán)重B。

采用變異系數(shù)法計(jì)算各指標(biāo)的客觀權(quán)重H。設(shè)有n個(gè)參評(píng)樣本分別對(duì)其m個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)定。為便于衡量各指標(biāo)重要程度，首先根據(jù)同一結(jié)構(gòu)層次內(nèi)的各因素實(shí)際值，根據(jù)其分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，分別得到其隸屬度值，得到隸屬度矩陣。

分別計(jì)算各指標(biāo)隸屬度的均值r和方差S。各指標(biāo)變異系數(shù)為

對(duì)Vj歸一化，得各指標(biāo)的權(quán)數(shù)［h1，h2，…，hm］。

根據(jù)九標(biāo)度法和變異系數(shù)法計(jì)算得到的主觀權(quán)重和客觀權(quán)重得到綜合權(quán)重。主客觀綜合法計(jì)算因素權(quán)重的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

式中，α、β分別為主觀權(quán)重和客觀權(quán)重在綜合權(quán)重計(jì)算中所占的比例系數(shù)，這里分別取0．4和0．6。

2．2．3 構(gòu)造評(píng)價(jià)矩陣

不同的著眼因素?cái)?shù)值量綱不同，在構(gòu)造評(píng)價(jià)矩陣之前必須對(duì)量綱不同的測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。計(jì)算方法為

式中，X為測井?dāng)?shù)據(jù)值；Xmax、Xmin分別為測井響應(yīng)的最大值和最小值；X′為標(biāo)準(zhǔn)化之后的輸出值。

對(duì)著眼因素集中的單因素進(jìn)行評(píng)判；結(jié)合評(píng)語集中的結(jié)論得到單一因素對(duì)評(píng)語集的映射；將各個(gè)次級(jí)因素綜合起來，構(gòu)造成評(píng)價(jià)矩陣。以測井因素為例，含有的次級(jí)因素有4種（自然電位、深感應(yīng)、中感應(yīng)、聲波時(shí)差），評(píng)語集中的結(jié)論有2種（大孔道、非大孔道），式（2）中的評(píng)價(jià)矩陣R1應(yīng)為一個(gè)2×4的矩陣，即

同理，生產(chǎn)因素和地質(zhì)因素的評(píng)價(jià)矩陣R2、R3分別為2×2和2×4型矩陣。一級(jí)評(píng)價(jià)矩陣R為2×3型矩陣。模型中，取測井因素、生產(chǎn)因素和地質(zhì)因素的權(quán)重分別為0．3、0．3、0．4，經(jīng)過全面分析，大孔道判別標(biāo)準(zhǔn)：

若綜合判斷值≥0．88，判斷對(duì)象為大孔道層；

若綜合判斷值＜0．88，判斷對(duì)象為非大孔道。

2．3 判別模型的適用

將所選井段地層的各評(píng)價(jià)因素指標(biāo)值（相應(yīng)數(shù)值或經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化校正后的值）按照設(shè)定權(quán)重進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算，求得第1層次評(píng)價(jià)因素的指標(biāo)值，然后按2．2．3節(jié)中所述的權(quán)重（測井因素0．3、生產(chǎn)因素0．3、地質(zhì)因素0．4）進(jìn)行相加，將得到的數(shù)值與判別標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比照，可以得到判別結(jié)果。

表1為大孔道模糊綜合評(píng)判采用現(xiàn)場資料計(jì)算結(jié)果。從表1中可以看出，采用模糊綜合評(píng)判方法得到的結(jié)論跟現(xiàn)場解釋結(jié)論符合得比較好，基本能滿足現(xiàn)場應(yīng)用的要求。

表1 模糊綜合判別法計(jì)算實(shí)例

3 結(jié) 論

（1）水驅(qū)油藏大孔道的形成與地質(zhì)條件及儲(chǔ)層的物性變化有著密切聯(lián)系。通過對(duì)地質(zhì)概況和儲(chǔ)層性質(zhì)的研究，對(duì)儲(chǔ)層各宏觀和微觀參數(shù)變化的分析可以得出大孔道的形成機(jī)理及影響因素，便于模糊層次模型的建立和評(píng)價(jià)權(quán)重的分配。

（2）聲波時(shí)差、中感應(yīng)、深感應(yīng)、自然電位等測井方法對(duì)孔隙度或者地層流體性質(zhì)響應(yīng)明顯，可以作為模糊層次分析中用于識(shí)別大孔道的重要因素。

（3）模糊層次分析法綜合了多種表現(xiàn)因素對(duì)大孔道進(jìn)行識(shí)別，避免了使用單因素識(shí)別大孔道的局限性，實(shí)現(xiàn)了分層次加權(quán)，最大程度地體現(xiàn)出綜合識(shí)別方法的優(yōu)越性，在一定程度上避免了錯(cuò)判與漏判，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。

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