黃　澧， 何文祥

(長江大學(xué) 地球環(huán)境與水資源學(xué)院 教育部油氣資源與勘探技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖北 武漢　430100)

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綜合指數(shù)法在神木氣田儲層非均質(zhì)性應(yīng)用

黃澧， 何文祥*

(長江大學(xué) 地球環(huán)境與水資源學(xué)院 教育部油氣資源與勘探技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖北 武漢430100)

摘要：神木氣田是典型的致密氣藏，儲層受成巖期后期作用被致密化，滲透率值普遍較低，用傳統(tǒng)的非均質(zhì)性研究方法來表征有所局限.為定量探討研究區(qū)域儲層的非均質(zhì)性程度，本文采用了綜合指數(shù)法來進(jìn)行表征.綜合指數(shù)法選取的非均質(zhì)性參數(shù)有：滲透率、孔隙度、含氣飽和度、泥質(zhì)含量、含砂量、夾層密度、孔喉半徑等.考慮到該區(qū)域儲層較為致密，故針對開發(fā)效果選取了上述前四個參數(shù)作為主要參考指標(biāo).通過借鑒前人的兩種計算各參數(shù)權(quán)重值的方法來相互印證.結(jié)果顯示：兩種權(quán)重計算方法均顯示各小層非均質(zhì)性很強(qiáng)，且太1段最強(qiáng)，符合對該區(qū)域太1段地質(zhì)背景的認(rèn)識,也反映出沉積背景對儲層非均質(zhì)性起到了控制作用.

關(guān)鍵詞：神木氣田； 致密氣； 綜合指數(shù)法; 儲層非均質(zhì)性

0引言

國際上關(guān)于儲層非均質(zhì)性早在20世紀(jì)70年代提出，至今國內(nèi)外學(xué)者已提出了不同的劃分方案.例如，Pettijohn(1973年)曾將河流沉積儲層劃分為5個層次[1]；Weber(1986年)不僅考慮到儲層的規(guī)模，還考慮了非均質(zhì)性對流體滲流的影響，將儲層非均質(zhì)性分為7類[1]；國內(nèi)具有代表性的分類方案是裘亦楠(1997年)將儲層非均質(zhì)性與開發(fā)生產(chǎn)相結(jié)合而提出的新分類方案[2].

在這40余年里，國內(nèi)外學(xué)者一直致力于儲層非均質(zhì)性定量表征研究.如模糊數(shù)學(xué)分析[3,4]、變差函數(shù)分析[5]、分型模型分析[6]、地質(zhì)建模三維模型分析[7-9]、洛倫茲統(tǒng)計分析[10,11]、灰色理論分析[12,13]、熵權(quán)值分析[14,15]、新參數(shù)分析[16,17]、綜合指數(shù)分析[18,19]等.

傳統(tǒng)方法在評價層間層內(nèi)非均質(zhì)性時認(rèn)為，滲透率是其主要影響參數(shù)，應(yīng)從變異系數(shù)、突進(jìn)系數(shù)、級差等來表征儲層的非均質(zhì)性特征.在一般性儲層中，這一表征方法足以滿足需要.然而，在特殊儲層中(如致密儲層)，僅能從某一角度或某一方面來描述儲層的非均質(zhì)性，可能與實(shí)際的情況有所出入.在致密儲層中，滲透率普遍較低，離散程度相對于高孔高滲的儲層較低，在非均質(zhì)性評價時，本來非均質(zhì)性較強(qiáng)的致密儲層相反地得出了非均質(zhì)性較弱的結(jié)論.因此，評價這些儲層時，不能主要靠滲透率或者某一個參數(shù)來表征，而選用多個評價參數(shù)來綜合評價儲層非均質(zhì)性，更具有實(shí)際意義.

1神木氣田地質(zhì)背景介紹

神木氣田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東北部，如圖1所示.西鄰榆林氣田，南抵米脂氣田.神木地區(qū)古生界地層缺失中上奧陶統(tǒng)、志留系、泥盆系及下石炭統(tǒng)地層.上、下古生界地層呈平行不整合接觸，頂部與中生界地層整合接觸.上古生界地層以海陸過渡相——內(nèi)陸湖盆沉積為主.該區(qū)域在太原組時期，海平面上升，沉積模式為潮控三角洲及碳酸鹽巖潮坪相沉積；而進(jìn)入山西組時期，發(fā)生海退，沉積模式為河控三角洲，主要發(fā)育三角洲平原亞相.如此復(fù)雜的沉積背景，反映出了儲層非均質(zhì)性很強(qiáng).又因?yàn)槌蓭r作用影響，導(dǎo)致儲層致密化程度嚴(yán)重，加劇了儲層的非均質(zhì)性程度.

圖1　神木氣田構(gòu)造位置

2儲層層內(nèi)非均質(zhì)性

2.1傳統(tǒng)滲透率參數(shù)表征

傳統(tǒng)滲透率表征參數(shù)有：滲透率變異系數(shù)(Vk)、突進(jìn)系數(shù)(Tk)、級差(Jk).在無特殊地質(zhì)條件下的儲層中，用來表征儲層層內(nèi)非均質(zhì)性.

(1)

對研究區(qū)域各小層進(jìn)行了研究，其結(jié)果如表1所示.

表1　神木氣田各小層非均質(zhì)系數(shù)

按傳統(tǒng)的評價標(biāo)準(zhǔn)來看，變異系數(shù)>0.7、突進(jìn)系數(shù)>3評價為強(qiáng)非均質(zhì)性，然而由于級差沒有定量的評價標(biāo)準(zhǔn)，因此無法準(zhǔn)確衡量非均質(zhì)性程度.在本區(qū)，各小層級差均低于60，甚至山23小層級差為3，若用級差評價，層間的非均質(zhì)性不可能很強(qiáng).從表1整體上看，山22小層非均質(zhì)性最強(qiáng)，太1小層非均質(zhì)性最弱.該結(jié)論顯示與地質(zhì)背景的認(rèn)識不相符.

為了更好地認(rèn)識該區(qū)域儲層非均質(zhì)性，并能夠進(jìn)行定量評價，在此借鑒前人采用綜合指數(shù)來評價非均質(zhì)性的方法原理.

2.2綜合參數(shù)表征方法

目前，常用的非均質(zhì)參數(shù)主要有：滲透率變異系數(shù)、突進(jìn)系數(shù)、級差、孔隙度、泥質(zhì)含量、含氣飽和度、砂層厚度、分層系數(shù)、砂巖密度、夾層頻數(shù)、夾層密度，以及有效砂層系數(shù)等.綜合這些系數(shù)，通過各項(xiàng)系數(shù)對非均質(zhì)性影響的權(quán)重相加，就會得到新的參數(shù)來定量描述研究區(qū)域儲層非均質(zhì)性.

考慮到研究區(qū)域處于開發(fā)早期階段，基礎(chǔ)性地質(zhì)研究還不透徹，初步提出了影響較大的四種參數(shù)(孔隙度、滲透率、含氣飽和度、泥質(zhì)含量)來對儲層進(jìn)行綜合評價.

2.2.1非均質(zhì)性綜合參數(shù)原理

設(shè)非均質(zhì)綜合指數(shù)為P，則P在(0，1) 之間變化，P值越小，表示儲層的非均質(zhì)性越強(qiáng)[20].

(2)

式(2)中:Mi-第i個參數(shù)的權(quán)重;Ni-第個i參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化值.Ni在實(shí)際計算中，由于各個參數(shù)的單位不統(tǒng)一，大小相差懸殊，故首先對參數(shù)進(jìn)行歸一化處理.最簡單的方法是,將各個參數(shù)的值統(tǒng)一標(biāo)定到0～1之間，0代表非儲層，1代表高質(zhì)量儲層.

對于值愈大，反映儲層性質(zhì)愈好的參數(shù)(如,孔隙度、滲透率等) 的標(biāo)準(zhǔn)化公式為

(3)

對于值愈小，反映儲層性質(zhì)愈好的參數(shù)(如,泥質(zhì)含量) 的標(biāo)準(zhǔn)化公式為

(4)

式(3)和(4)中:Xi-第i個儲層參數(shù)值;Ximax-第i個儲層參數(shù)的最大值;Ximin-第i個儲層參數(shù)的最小值.

2.2.2確定權(quán)重

共有兩種算法.

(1)變異系數(shù)法

參數(shù)的權(quán)重(Mi)反映該參數(shù)的重要程度.求取儲層非均質(zhì)綜合指數(shù)的目的是確定層間層內(nèi)平面差異，用不同參數(shù)變異系數(shù)占整體變異系數(shù)的比例來求取.

(5)

式(5)中:Mi-第i個參數(shù)的權(quán)重系數(shù);Vi-第i個參數(shù)的變異系數(shù).

(2)熵權(quán)法[14]

熵權(quán)法原理是把評價中各個待評價單元的信息進(jìn)行量化與綜合后的方法.采用熵權(quán)法對各因子賦權(quán),可以簡化評價過程.因此,可采用熵值法對指標(biāo)的權(quán)值進(jìn)行確定.

有n口井m個評價指標(biāo)，可以得到一個n×m的原始矩陣：A=(aij)n×m

(6)

式(6)中:aij表示第i口井中第j個指標(biāo)的評價值.

歸一化指標(biāo)值，得到矩陣B

(7)

(8)

式(7)表示參數(shù)的值越大，對應(yīng)表征儲層非均質(zhì)性越弱的參數(shù)，如孔隙度、滲透率、含氣飽和度等；式(8)表示參數(shù)的值越大，對應(yīng)表征儲層非均質(zhì)性越強(qiáng)的參數(shù)，如泥質(zhì)含量.將其數(shù)據(jù)歸一化后得到的矩陣為:

(9)

計算第i口井第j個指標(biāo)下的評價值的比重，其計算公式如下：

(10)

當(dāng)fij=0時，令fij=Infij=0

利用熵權(quán)法確定各指標(biāo)的權(quán)重.為確定各指標(biāo)的權(quán)重,先計算各指標(biāo)的熵值，第j個指標(biāo)的熵定義為：

(11)

式(11)中:k=1/Inn

計算第j個指標(biāo)的熵權(quán)Mj

(12)

對不同的小層采用變異權(quán)重(權(quán)重值1)與熵權(quán)(權(quán)重值2)等兩種類型評價方法進(jìn)行評價,其結(jié)果如表2～3所示.

表2　神木氣田層內(nèi)非均質(zhì)性變異系數(shù)法權(quán)重值

表3　神木氣田層內(nèi)非均質(zhì)性熵權(quán)法權(quán)重值

總體來看，滲透率兩種權(quán)重值在0.48以上，說明滲透率仍然是主要的影響因素.而部分層位因?yàn)槠渌蛩氐挠绊?，泥質(zhì)含量變異權(quán)重可能達(dá)到0.29，含氣飽和度的熵權(quán)達(dá)到0.32.這些數(shù)據(jù)表明，在影響致密儲層的非均質(zhì)性程度方面，局部區(qū)域除滲透率參數(shù)作為主要影響因子外，其它的影響因素(如,含氣飽和度、泥質(zhì)含量)亦可能起到關(guān)鍵的作用.

在定量評價非均質(zhì)性程度方面,除了選取合適的參數(shù)以外，還需要建立合適的評價標(biāo)準(zhǔn)，如表4所示.評價標(biāo)準(zhǔn)的建立具有主觀性，參考前人各類評價標(biāo)準(zhǔn)[20]，將0.3、0.55、0.7設(shè)置為不同非均質(zhì)性程度的界限值.

表4　儲層非均質(zhì)性定量評價標(biāo)準(zhǔn)

注：據(jù)魏欽廉等，2009下限值有修改

根據(jù)前文定量表征的參數(shù)，通過兩種權(quán)重計算方式得出兩類綜合指數(shù)，如表5所示.經(jīng)過對比分析，前者的結(jié)論顯示，太1小層非均質(zhì)性最強(qiáng)， 山22與太22小層非均質(zhì)性最弱.這與后者評價一致，匹配非常好.

由熵權(quán)的原理得知，在計算過程中會去同存異，導(dǎo)致太1與太21小層的滲透率權(quán)重比例大大加強(qiáng)，在評價太21時，兩者結(jié)論不一致.而山22小層的差異性,是賦予孔隙度與泥質(zhì)含量的權(quán)重相反的結(jié)果，其主要參數(shù)滲透率權(quán)重相差不大，最后評價值接近界限值,因此造成了誤差.

表5　兩種不同權(quán)重計算評價結(jié)論

整體比較來看，兩個不同權(quán)重計算方法產(chǎn)生的結(jié)論較為一致，如圖2所示.綜合指數(shù)在0.15～0.38范圍內(nèi).與傳統(tǒng)方法比較，避免了變異系數(shù)、突進(jìn)系數(shù)與級差評價不一致的情況，也綜合考慮到了各項(xiàng)參數(shù)在地層中的不同權(quán)重比例，因而得出的結(jié)論具有可靠性.

圖2　各個小層不同權(quán)重評價值柱狀圖

3儲層平面非均質(zhì)性

儲層平面非均質(zhì)性包括砂體幾何形態(tài)、各項(xiàng)連續(xù)性、孔滲平面變化等.而砂體主要受沉積微相控制.通過計算得到的非均質(zhì)性綜合指數(shù)，來繪制平面等值線圖，如圖3所示,可以刻畫其平面上的非均質(zhì)性程度;再通過小層微相來進(jìn)行對比，如圖4所示，可以驗(yàn)證綜合指數(shù)在平面上刻畫的非均質(zhì)性是否準(zhǔn)確可靠.

以太1小層為例，采用熵權(quán)值計算的綜合值來進(jìn)行對比分析.將圖3與圖4進(jìn)行對比來看：研究區(qū)域的非均質(zhì)性程度在0.2以下，整體的非均質(zhì)性程度很強(qiáng)；但分流河道主體部位非均質(zhì)性值大于0.2，且在分流河道交叉口和分流河道中心部位出

現(xiàn)了非均質(zhì)性綜合指數(shù)大于0.3區(qū)域.因此，研究區(qū)域整體上非均質(zhì)性很強(qiáng)，其河道砂體局部發(fā)育非均質(zhì)性相對較弱的“甜點(diǎn)”區(qū)域適合開發(fā)，如A15井、A27井、A26井均獲得了較高日產(chǎn)氣流.

圖4　太1小層沉積微相圖

4總結(jié)

(1)采用傳統(tǒng)儲層非均質(zhì)性評價方法，其結(jié)論顯示:研究區(qū)域各小層具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性，而山22小層的非均質(zhì)性最強(qiáng)；而借鑒前人采用綜合方法來分析，得出結(jié)論是太1小層非均質(zhì)最強(qiáng).后者更符合對該地區(qū)的地質(zhì)認(rèn)識.

(2)通過兩種不同的權(quán)重值計算方法，基本結(jié)論相似，而部分迥異.這是由于熵權(quán)計算法去同存異的特點(diǎn)，使得太21與山22小層評價結(jié)論為強(qiáng)非均質(zhì)性.這一方法有利于分析物性較差、非均質(zhì)性較強(qiáng)區(qū)域的非均質(zhì)性程度,這推廣到全區(qū)或者其他地區(qū)都具有借鑒意義.

(3)通過非均質(zhì)性綜合指數(shù)平面等值線圖與太1小層沉積微相與對比分析:在河道中心部位非均質(zhì)性程度較低，順著河道方向砂體發(fā)育規(guī)模較大，即使有后期成巖作用影響，也無法造成很強(qiáng)的非均質(zhì)性.從全區(qū)來看，開發(fā)優(yōu)選區(qū)域仍然應(yīng)以發(fā)育厚砂體沉積環(huán)境為主.通過熵權(quán)計算法，可進(jìn)一步優(yōu)化縮小開發(fā)范圍，節(jié)約勘探開發(fā)成本.

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Application of the composite index method to the

heterogeneity of reservoirs in Shenmu gas field

HUANG Li， HE Wen-xiang*

(College of Earth Environment and Water Resources, Key Laboratory of Exploration Technologies for Oil and Gas Resources, Ministry of Education, Yangtze University, Wuhan 430100, China)

Abstract:Shenmu gas field is the typical tight gas reservoirs.The reservoir is densified in the later diagenesis, leading to the general lower value of permeability.So there would be some limitation to use the traditional heterogeneity methods for characterization.In order to quantitatively investigate the reservoir heterogeneity degree of the study area,this method of comprehensive index is used to characterize.The parameters using in this method are many, such as permeability,porosity,gas saturation,clay content, sand content, mezzanine density,pore throat radius.Considering the reservoir densified in this area,the first four main parameters are selected for the development efforts.Two methods of weight are used for reference to confirm mutually.Conclusions is that the two methods showed that the heterogeneity of the small layer is very strong, and small layer of Tai 1 is the strongest, fitting the cognition of the Tai 1 layer geological background.Also reflecting the controlling of deposition background on reservoir heterogeneity.

Key words:Shenmu gas field; tight gas reservoir; composite index method; heterogeneity of reservoirs

中圖分類號：TE12

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1000-5811(2015)01-0108-05

通訊作者:何文祥(1968-)，男，湖北天門人，教授，博士，研究方向：油藏描述及油氣地球化學(xué)，hwx@yangtzeu.edu.cn

作者簡介:黃澧(1989-)，男，湖北荊州人，在讀碩士研究生,研究方向：油氣儲層地質(zhì)

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目(40902043)