張毅

(長江大學(xué)信息與數(shù)學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434023)

陳巖

(油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長江大學(xué)), 湖北 武漢 430100)

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灰色關(guān)聯(lián)分析在中階煤層氣有利井區(qū)快速優(yōu)選中的應(yīng)用

張毅

(長江大學(xué)信息與數(shù)學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434023)

陳巖

(油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長江大學(xué)), 湖北 武漢 430100)

[摘要]我國的中階煤層氣資源豐富,而開發(fā)初期對(duì)于中煤階煤層氣有利井區(qū)優(yōu)選評(píng)價(jià),目前還沒有成形的成熟模式。以鄂爾多斯盆地東緣某煤層氣含氣區(qū)塊為例，根據(jù)開發(fā)階段中階煤產(chǎn)量的主要影響因素，應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)分析的方法進(jìn)行有利井區(qū)評(píng)價(jià)，排序。從資源條件、賦存條件、開發(fā)條件角度出發(fā)，篩選出含氣量、煤層厚度、水文地質(zhì)條件、頂板保存條件、地解比、滲透率等多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過分析序列、無量綱化計(jì)算關(guān)聯(lián)度，并綜合應(yīng)用地質(zhì)研究認(rèn)識(shí)，進(jìn)行有利井區(qū)快速排序，預(yù)測先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)區(qū)。該方法適合其他類似煤層氣含氣區(qū)塊的有利井區(qū)優(yōu)選評(píng)價(jià)。

[關(guān)鍵詞]中階煤層氣；有利井區(qū)；鄂爾多斯盆地；評(píng)價(jià)指標(biāo)；灰色關(guān)聯(lián)分析

煤層氣煤層氣生產(chǎn)機(jī)理復(fù)雜，影響因素眾多，還未形成較為成熟的開發(fā)初階段的選區(qū)評(píng)價(jià)模式。模糊數(shù)學(xué)多層次分析方法是進(jìn)行選區(qū)評(píng)價(jià)較常用的理論方法[1～3]，該方法概念直觀，計(jì)算方便，容易理解。但其最大的缺憾是主觀性強(qiáng)，客觀性差。而灰色關(guān)聯(lián)分析最大的優(yōu)點(diǎn)是客觀性強(qiáng)，避免了人的主觀判斷帶來的影響[4，5]。鄂爾多斯盆地東緣(以下簡稱盆地東緣)一直是煤層氣勘探的活躍區(qū)，煤層的鏡質(zhì)體反射率為0.5%～2.0%，煤巖變質(zhì)程度主要是中煤階分布范圍[6]。中階段煤層氣開發(fā)階段的主要影響因素已經(jīng)不是煤層氣的生氣潛力、儲(chǔ)集性能和保存條件，而是煤層氣的資源條件、賦存條件和開發(fā)條件[7]。下面，筆者從這幾方面建立研究區(qū)評(píng)價(jià)體系，利用灰色關(guān)聯(lián)分析開展井區(qū)優(yōu)選評(píng)價(jià)。

1評(píng)價(jià)參數(shù)優(yōu)選

圖1　煤層氣有利開發(fā)區(qū)綜合評(píng)價(jià)體系

煤層氣地質(zhì)選區(qū)評(píng)價(jià)是煤層氣資源勘探開發(fā)的一項(xiàng)極為重要的基礎(chǔ)工作。對(duì)煤層氣地質(zhì)選區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇，不同的煤層氣勘探或開發(fā)階段有所不同，不同的煤質(zhì)變質(zhì)程度有所不同[8]。筆者針對(duì)鄂爾多斯盆地東緣，進(jìn)入開發(fā)階段的中煤階區(qū)塊來講，主要考慮煤層的資源條件、賦存條件和開發(fā)條件3 個(gè)方面，共22個(gè)主要地質(zhì)參數(shù): 煤層厚度、滲透率、含氣量、資源豐度、資源量、儲(chǔ)層蘭氏體積、蘭氏壓力、臨儲(chǔ)比、灰分含量、煤層演化程度、吸附飽和度、煤層原始滲透率、煤儲(chǔ)層壓力、埋深、煤體結(jié)構(gòu)、有效地應(yīng)力、煤層割理、裂隙發(fā)育程度、煤層含氣面積、蓋層砂泥比、構(gòu)造條件及水文地質(zhì)條件。經(jīng)優(yōu)選，煤層含氣量、煤層厚度、水文地質(zhì)條件、頂板保存條件、臨儲(chǔ)比、煤層埋深、煤體結(jié)構(gòu)和滲透等參數(shù)為關(guān)鍵評(píng)價(jià)參數(shù)，建立的評(píng)價(jià)體系如圖1所示。水文地質(zhì)條件、頂板保存條件和煤體結(jié)構(gòu)無法量化，在其他參數(shù)進(jìn)行完灰色關(guān)聯(lián)分析后，加以綜合考慮，最終確定有利井區(qū)排序。

2評(píng)價(jià)方法

開發(fā)成熟階段可用煤層氣井穩(wěn)產(chǎn)時(shí)的產(chǎn)量與關(guān)鍵地質(zhì)參

數(shù)的關(guān)聯(lián)程度，賦予權(quán)重[9]，李俊乾等在2014年詳細(xì)介紹了原理及方法[10]。在開發(fā)時(shí)間短，地質(zhì)參數(shù)與產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相關(guān)性不強(qiáng)的工區(qū)，可以用灰色系統(tǒng)理論法。該方法通過灰色關(guān)聯(lián)分析來尋求系統(tǒng)中各因素的主要關(guān)系，找出影響各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要因素，從而掌握事物的主要特征。根據(jù)因素之間發(fā)展趨勢的相似或相異程度，亦即“灰色關(guān)聯(lián)度”，作為衡量因素間關(guān)聯(lián)程度的一種方法。

2.1確定分析序列

實(shí)際操作時(shí)，可利用繪制地質(zhì)參數(shù)平面等值線圖，進(jìn)行矢量化并賦值，建立適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格，將各地質(zhì)參數(shù)等值線圖進(jìn)行網(wǎng)格化處理，再進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析，進(jìn)行區(qū)塊性分析。

2.2對(duì)變量序列進(jìn)行無量綱化

一般情況下，原始變量序列具有不同的量綱或數(shù)據(jù)級(jí)，為了保證分析結(jié)果的可靠性，需要對(duì)變量序列進(jìn)行無量綱化，常用的有均一化法、初值化法、區(qū)間值化法等。筆者采用均一化法，即各參數(shù)除以各參數(shù)的平均值。

2.3求絕對(duì)差序列、最大差和最小差

同一觀測時(shí)刻各子因素與母因素之間的絕對(duì)差值為：

同一觀測時(shí)刻(觀測點(diǎn))各子因素與母因素之間的絕對(duì)差值的最大值為：

同一觀測時(shí)刻(觀測點(diǎn))各子因素與母因素之間的絕對(duì)差值的最小值為：

2.4計(jì)算關(guān)聯(lián)度及根據(jù)關(guān)聯(lián)度排序

母序列與子序列的關(guān)聯(lián)系數(shù)Lt(i,0)為：

ρ∈(0,1)，ρ 一般取0.5。

關(guān)聯(lián)度為:

3應(yīng)用實(shí)例

中國石油天然氣股份有限公司(以下簡稱中國石油)在鄂爾多斯盆地可供煤層氣勘探開發(fā)的區(qū)塊總面積約8.8×104km2,利于煤層氣勘探開發(fā)的區(qū)域主要集中在盆地的東緣，持續(xù)被多名學(xué)者所關(guān)注[11～14]，其中煤層埋深淺于1500m的煤層氣地質(zhì)資源量約9×1012m3。研究區(qū)內(nèi)整體呈一單斜構(gòu)造，地層平緩，南北走向，傾向西，傾角為5～10°。斷層延伸距離短，均為逆斷層，斷距小于60m。石炭系-二疊系煤系地層十分發(fā)育,煤層層數(shù)多,分布較穩(wěn)定,煤層集中發(fā)育在太原組和山西組。研究的8+9號(hào)煤屬于太原組，屬于潮坪及三角洲沉積體系,煤層厚3.80～15.52m，平均厚為10.61m，埋深淺于1200m。實(shí)測含氣量(空氣干燥基)4.30～6.03m3/t，平均值4.93m3/t。煤體結(jié)構(gòu)多樣，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)。因此，如何進(jìn)行煤層氣含氣區(qū)塊井區(qū)的優(yōu)選排序，對(duì)于下一步先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)井區(qū)的選擇，及產(chǎn)能的確定具有一定的指導(dǎo)意義。

3.1確定分析序列

通過工區(qū)均勻分布的11個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)(11口井)的參數(shù)(含氣量、厚度、臨儲(chǔ)比、埋深、滲透)，確定最優(yōu)值系列作為參考系列，即為母系列。最優(yōu)值應(yīng)為產(chǎn)量與地質(zhì)因數(shù)的相關(guān)關(guān)系，通過鄰區(qū)生產(chǎn)資料分析，認(rèn)為除埋深外其他參數(shù)與產(chǎn)量呈正比關(guān)系。從經(jīng)濟(jì)開發(fā)來看，埋深越淺越經(jīng)濟(jì)。11口井的參數(shù)作為比較系列(子系列)，見表1。

表1　11口井?dāng)?shù)據(jù)參考序列和比較系列表

3.2無量綱化

將計(jì)算關(guān)聯(lián)度的數(shù)據(jù)列進(jìn)行無量綱化處理，用均一化處理，即各參數(shù)除以各參數(shù)的平均值，結(jié)果見表2。

表2　各井參數(shù)均一化表

3.3求絕對(duì)差

比較序列和參考序列的絕對(duì)差，結(jié)果見表3。

3.4求兩級(jí)最小差、最大差和關(guān)聯(lián)度

求得Δmax和Δmin，分別為{0.34,0.73,1.05,2.45,0.45}和{0,0,0,0,0}，確定各井各項(xiàng)指標(biāo)關(guān)聯(lián)度系數(shù)，見表4。

表3　比較序列和參考序列絕對(duì)差表

表4　各井各項(xiàng)指標(biāo)關(guān)聯(lián)度系數(shù)

表5　各井關(guān)聯(lián)度終值表

各井與最優(yōu)井的關(guān)聯(lián)度如表5所示，可以看出，3號(hào)井>9號(hào)井>5號(hào)井>6號(hào)井>11號(hào)井>7號(hào)井>8號(hào)井>10號(hào)井>4號(hào)井>2號(hào)井>1號(hào)井，因此認(rèn)為3號(hào)井是該區(qū)最優(yōu)的有利井區(qū)。再考慮到該區(qū)各井的頂板保存條件，2號(hào)井、1號(hào)井的頂板直接接觸砂巖，砂巖厚度為10m左右，不利于煤層氣的保存，采取一票否決或次序最低。煤體結(jié)構(gòu)10號(hào)井、4號(hào)井、8號(hào)井發(fā)育碎裂煤，但以碎粒煤為主，不利于煤層氣的開發(fā)，次序降低。從水文條件來說，11號(hào)井、7號(hào)井距離水動(dòng)力活躍區(qū)較近，不利于煤層氣的保存，次序降低。綜合以上分析，認(rèn)為3號(hào)井>9號(hào)井>5號(hào)井>6號(hào)井>11號(hào)井,其他各井次序靠后，得到以地質(zhì)參數(shù)為基礎(chǔ)的井優(yōu)選排序。

4結(jié)論

1)建立了一種適應(yīng)于勘探開發(fā)初期，煤層氣有利井區(qū)或區(qū)塊的優(yōu)選方法。該方法較層次分析法客觀性強(qiáng)，對(duì)結(jié)果的精度要求較高，操作簡單，可短時(shí)間內(nèi)做出決策。

2)處于開發(fā)初期的中階煤，產(chǎn)能與本區(qū)地質(zhì)因數(shù)關(guān)聯(lián)性較差，數(shù)據(jù)點(diǎn)較少，而地質(zhì)評(píng)價(jià)參數(shù)較多，為了快速井區(qū)優(yōu)選，采用煤層含氣量、煤層厚度、水文地質(zhì)條件、頂板保存條件、臨儲(chǔ)比、煤層埋深、煤體結(jié)構(gòu)和滲透等參數(shù)為關(guān)鍵評(píng)價(jià)參數(shù)，建立評(píng)價(jià)體系。對(duì)于可量化的用灰色關(guān)聯(lián)分析排序，再利用不可量化的水文地質(zhì)條件、頂板保存條件和煤體結(jié)構(gòu)，加以綜合考慮，最終確定有利井區(qū)排序。

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[編輯]洪云飛

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號(hào)]1673-1409(2016)10-0017-05

[中圖分類號(hào)]O29

[作者簡介]劉靈童(1983-)，女，碩士，工程師，現(xiàn)主要從事常規(guī)和非常規(guī)開發(fā)地質(zhì)方面的研究工作；通信作者:張毅，327899468@qq.com。

[基金項(xiàng)目]中海油能源發(fā)展重大專項(xiàng)(HFXMLZ-CJFZ1306)。

[收稿日期]2015-12-27

[引著格式]劉靈童，王文升，尹彥君，等.灰色關(guān)聯(lián)分析在中階煤層氣有利井區(qū)快速優(yōu)選中的應(yīng)用[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版)，2016,13(10)：17～21.