賀亞維，張榮軍，郭永宏

(1.陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 資源與測(cè)繪工程學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712000；2.西安石油大學(xué) 石油工程學(xué)院，陜西 西安 710065；3.延長(zhǎng)油田股份有限公司 青平川采油廠，陜西 延安 717200)

0 引 言

儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)是儲(chǔ)層研究的重點(diǎn)，也是儲(chǔ)層研究的最終目的。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者針對(duì)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)做了大量工作，提出了眾多儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的方法，特別是在參數(shù)的選取及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的建立方面尤為突出[1-7]。Ghadam等利用模糊數(shù)學(xué)的方法對(duì)某大型碳酸鹽儲(chǔ)層進(jìn)行了合理的分類評(píng)價(jià)[8]；Liang等采用灰色關(guān)聯(lián)法對(duì)威利斯頓盆地巴肯致密油儲(chǔ)層進(jìn)行了定量分析評(píng)價(jià)[9]；劉吉余等在對(duì)薩爾圖油田儲(chǔ)層評(píng)價(jià)時(shí)，采用灰色關(guān)聯(lián)分析法解決了單因素評(píng)價(jià)過程中評(píng)價(jià)結(jié)果出現(xiàn)矛盾性的問題[10]；楊正明等通過模糊評(píng)判方法將低滲透儲(chǔ)層指標(biāo)進(jìn)行集成對(duì)大慶外圍低滲透油田開展了儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)[11]；涂乙等利用灰色關(guān)聯(lián)分析法對(duì)青東凹陷沙三段、沙四段儲(chǔ)層進(jìn)行了合理的評(píng)價(jià)，解決了在數(shù)據(jù)量較小的情況下，如何進(jìn)行儲(chǔ)層定量評(píng)價(jià)的問題[12]。總之，目前的儲(chǔ)層定量評(píng)價(jià)方法仍然以模糊數(shù)學(xué)或灰色理論為主，但不同學(xué)者對(duì)評(píng)價(jià)參數(shù)的選擇不同，其主要原因在于不同盆地甚至同一盆地的不同層位差異顯著，無(wú)法形成統(tǒng)一適用的評(píng)價(jià)模式。因此，要實(shí)現(xiàn)對(duì)于某一盆地、某一地區(qū)、甚至某一儲(chǔ)層的準(zhǔn)確定量評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)過程中參數(shù)的選取就非常重要。

針對(duì)目前儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方法的不確定性問題，以鄂爾多斯盆地延川地區(qū)長(zhǎng)2儲(chǔ)層為研究對(duì)象，綜合考慮地質(zhì)特征影響，通過聚類分析法優(yōu)選儲(chǔ)層評(píng)價(jià)參數(shù)，應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)法計(jì)算儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)因子，建立延川地區(qū)長(zhǎng)2段儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)長(zhǎng)2儲(chǔ)層進(jìn)行定量劃分。

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造分區(qū)及研究區(qū)位置Fig.1 Tectonic units and location of the study area in Ordos Basin

1 儲(chǔ)層特征

1.1 儲(chǔ)層巖性特征

巖心觀察及巖石薄片分析表明(圖2)，延川地區(qū)長(zhǎng)2儲(chǔ)層以長(zhǎng)石砂巖為主，含少量巖屑長(zhǎng)石砂巖。各碎屑成分平均含量約為：長(zhǎng)石44.45%，石英30.81%，巖屑12.94%.巖屑類型以火成巖和變質(zhì)巖巖屑為主。砂巖中填隙物主要包括綠泥石(相對(duì)含量53.40%)、高嶺石(相對(duì)含量23.40%)等粘土礦物，其次為鐵方解石、方解石等碳酸鹽礦物(平均含量3.92%)。儲(chǔ)層砂巖以細(xì)-粉砂巖為主，顆粒分選性中-好，磨圓度為次棱-次圓狀，以孔隙式和接觸式膠結(jié)為主。整體上，砂巖成分成熟度較低，結(jié)構(gòu)成熟度中等。

圖2 延川地區(qū)長(zhǎng)2儲(chǔ)層砂巖分類Fig.2 Classification of Chang 2 reservoir sandstone in Yanchuan areaⅠ 石英砂巖 Ⅱ 長(zhǎng)石石英砂巖 Ⅲ 巖屑石英砂巖Ⅳ 長(zhǎng)石砂巖 Ⅴ 巖屑長(zhǎng)石砂巖 Ⅵ 長(zhǎng)石巖屑砂巖 Ⅶ 巖屑砂巖

1.2 儲(chǔ)層物性特征

根據(jù)長(zhǎng)2儲(chǔ)層191塊巖心物性統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看(圖3)，其孔隙度主要分布在7.5%～15.0%之間，平均值為12.2%.滲透率主要分布在(0.10～1.25)×10-3μm2之間，平均值為1.39×10-3μm2.總體上，延川地區(qū)長(zhǎng)2儲(chǔ)層屬于低孔-特低滲儲(chǔ)層。

圖3 延川地區(qū)長(zhǎng)2儲(chǔ)層孔隙度及滲透率Fig.3 Porosity and permeability frequency distribution of Chang 2 reservoir in Yanchuan area

1.3 儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征

砂巖儲(chǔ)層的孔隙和喉道是影響儲(chǔ)層中流體儲(chǔ)存與流動(dòng)的決定因素，孔隙特征影響儲(chǔ)集層儲(chǔ)集能力，喉道特征控制流體在儲(chǔ)集層中的滲流能力[13]。受沉積環(huán)境及成巖作用的影響，延川地區(qū)長(zhǎng)2儲(chǔ)層孔隙非均質(zhì)性較強(qiáng)，對(duì)其儲(chǔ)層微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行深入研究有助于后期進(jìn)行合理的儲(chǔ)層評(píng)價(jià)。

根據(jù)鑄體薄片、掃描電鏡等資料分析，延川地區(qū)長(zhǎng)2段儲(chǔ)層發(fā)育原生粒間孔、溶蝕孔、晶間孔和微裂隙4種孔隙類型，其中粒間孔最為發(fā)育，約占總儲(chǔ)集空間的92%，主要為原生孔隙經(jīng)歷成巖作用后殘留下來(lái)的孔隙，一般具有較為規(guī)則的外形，孔徑大多介于10～80 μm(圖4(a))。溶蝕孔次之，且以粒內(nèi)溶蝕孔為主，尤其發(fā)育長(zhǎng)石溶孔，約占總儲(chǔ)集空間的6%，鏡下表現(xiàn)為長(zhǎng)石顆粒沿解理縫發(fā)生的溶蝕(圖4(b)，4(d))。巖屑溶孔較少發(fā)育，主要表現(xiàn)為巖屑顆粒內(nèi)部易溶組分發(fā)生溶蝕，往往不具有明顯規(guī)則外形(圖4(c))，溶蝕孔孔徑多位于60～120 μm之間。另外，研究區(qū)還存在少量晶間微孔，表現(xiàn)為葉片狀綠泥石集合體與自生鈉長(zhǎng)石晶體共生于孔隙中，形成晶間孔，孔徑極小，約3～5 μm(圖4(e))。微裂隙在研究區(qū)較為罕見(圖4(f))，且由于其孔隙微小，對(duì)儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能幾乎沒有影響，然而由于其能連通微小孔隙(長(zhǎng)度一般小于60 μm)，對(duì)儲(chǔ)層滲流能力有很大改善。

從孔隙分布特征上看(圖5)，長(zhǎng)2儲(chǔ)層孔隙直徑主要以小孔隙為主(直徑<30 μm)，占總孔隙數(shù)量的55.37%，其面積累計(jì)頻率占比11.66%.其次為中孔隙(直徑30～100 μm)，占總孔隙數(shù)量的40.83%，面積頻率占65.51%.大孔隙(直徑>100 μm)數(shù)量很少，只占總孔隙數(shù)量的3.83%，面積頻率占22.83%，說(shuō)明延川地區(qū)長(zhǎng)2儲(chǔ)層孔隙類型主要為中-細(xì)孔。

壓汞實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示(表1)，長(zhǎng)2儲(chǔ)層平均喉道半徑分布在0.02～8.14 μm之間，平均為1.43 μm，排驅(qū)壓力較高，喉道分選性較差，其分布呈現(xiàn)高而窄的尖峰形態(tài)，退出效率分布在18.58%～43.43%之間，平均為28.16%.整體上，長(zhǎng)2段儲(chǔ)層喉道半徑較小，分選性差，特低滲儲(chǔ)層特征明顯。

儲(chǔ)層的滲透性受喉道的大小及分布控制，特征參數(shù)上主要是平均喉道半徑和排驅(qū)壓力，兩者與儲(chǔ)層滲透率都有著很好的相關(guān)性(圖6(a)、圖6(b))，隨著平均喉道半徑的增大，滲透率呈現(xiàn)明顯的增加，而排驅(qū)壓力越大，則表明儲(chǔ)層的滲透率越低。

層位平均喉道半徑/μm排驅(qū)壓力/MPaPc50/MPaRc50/μm喉道分選系數(shù)峰態(tài)歪度退出效率/%長(zhǎng)20.02～8.141.430.01～8.000.600.79～7.733.100.10～0.920.332.02～3.322.741.69～3.722.730.06～2.801.2618.58～43.4328.16

圖5 延川地區(qū)長(zhǎng)2儲(chǔ)層孔隙分布特征Fig.5 Pore distribution characteristics of Chang 2 reservoir in Yanchuan area

圖6 延川地區(qū)長(zhǎng)2儲(chǔ)層滲透率與孔喉半徑及排驅(qū)壓力相關(guān)性Fig.6 Correlation between permeability，pore throat radius and displacement pressure of Chang 2 reservoir in Yanchuan area

2 儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)

針對(duì)延川地區(qū)長(zhǎng)2儲(chǔ)層低孔—特低滲地質(zhì)特征，有必要對(duì)其進(jìn)行合理的評(píng)價(jià)，篩選出有利區(qū)及開發(fā)潛力區(qū)。儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的方法有很多，從最初的定性分析到目前的定量分析，其解釋精度在逐步提高[14-18]。儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的結(jié)果精度與參數(shù)的選取密切相關(guān)，如何合理的選擇評(píng)價(jià)參數(shù)，對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的精度至關(guān)重要。為實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)2儲(chǔ)層的定量評(píng)價(jià)，本次采用了聚類—灰色關(guān)聯(lián)相結(jié)合的方法進(jìn)行儲(chǔ)層評(píng)價(jià)，主要原因在于想將譜系聚類和灰色關(guān)聯(lián)法各自的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合起來(lái)，提高評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.1 評(píng)價(jià)參數(shù)選取

對(duì)于低滲透儲(chǔ)層評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)主要包括：反映物性特征的經(jīng)典參數(shù)孔隙度、滲透率，反映儲(chǔ)層類型的巖性、沉積相，反映儲(chǔ)層厚度的砂厚、有效厚度，反映儲(chǔ)層微觀非均質(zhì)性的滲透率、變異系數(shù)、突進(jìn)系數(shù)等一些列參數(shù)。但是，將這些參數(shù)全部用于儲(chǔ)層評(píng)價(jià)顯然會(huì)導(dǎo)致評(píng)價(jià)過程的繁瑣性，而且可能會(huì)出現(xiàn)參數(shù)之間相互矛盾的情況。因此，在儲(chǔ)層評(píng)價(jià)過程中，應(yīng)合理的選取參數(shù)，這樣既可以降低計(jì)算過程的復(fù)雜性，又能提高結(jié)果的精確性[19-21]。

首先應(yīng)用譜系聚類分析的方法從眾多參數(shù)中篩選出相對(duì)獨(dú)立的參數(shù)。距離系數(shù)是聚類分析中常用的一個(gè)分類統(tǒng)計(jì)量，用于表示各研究對(duì)象之間的相似性[22]。最常用的歐氏距離可表示為

(1)

為消除量綱間的差異，采用歸一化法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算公式為

(2)

式中xmax為參數(shù)x中的最大值；xmin為參數(shù)x中的最小值。針對(duì)多項(xiàng)參數(shù)，按照最小歐式距離為原則進(jìn)行聚類，結(jié)果如圖7所示。

圖7 延川地區(qū)長(zhǎng)2儲(chǔ)層聚類分析圖譜Fig.7 Pedigree cluster analysis of Chang 2 reservoir in Yanchuan area

綜上，文中選擇5個(gè)相對(duì)獨(dú)立的參數(shù)對(duì)延川地區(qū)長(zhǎng)2段儲(chǔ)層進(jìn)行儲(chǔ)層評(píng)價(jià)，包括孔隙度、滲透率、砂厚、泥質(zhì)含量和突進(jìn)系數(shù)。

2.2 參數(shù)權(quán)重系數(shù)確定

2.2.1 確定母序列與子序列

將對(duì)影響儲(chǔ)層質(zhì)量較大的參數(shù)確定為母因素，構(gòu)成關(guān)聯(lián)分析的母序列[23]，即

(3)

子序列是指其他各子因素的有序排列，即

(4)

在本次儲(chǔ)層評(píng)價(jià)過程中，將孔隙度作為母因素，其余參數(shù)作為子因素。

2.2.2 母子序列無(wú)量綱化處理

由于不同參數(shù)代表不同的物理意義，其量綱不同。為避免量綱間的差異，采用極大值標(biāo)準(zhǔn)化法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

對(duì)于滲透率、有效厚度等呈正貢獻(xiàn)的參數(shù)，用單個(gè)參數(shù)值除以本組參數(shù)的極大值；對(duì)于泥質(zhì)含量等呈負(fù)貢獻(xiàn)的參數(shù)，先用本組參數(shù)的極大值減去單個(gè)參數(shù)值，再用其差值除以本組參數(shù)的極大值。

2.2.3 計(jì)算灰關(guān)聯(lián)系數(shù)

子因素與母因素的灰關(guān)聯(lián)系數(shù)εi,0表示為

(5)

式(5)中

(6)

(7)

(8)

以上數(shù)據(jù)分別表示同一觀測(cè)點(diǎn)各子因素與母因素絕對(duì)差值、絕對(duì)值差值的最大值和最小值；ρ為分辨系數(shù)；ρ∈[0.1，1]，能夠降低由于Δmax太大而導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真的影響，一般取ρ為0.5[24]。

2.2.4 計(jì)算灰關(guān)聯(lián)度

關(guān)聯(lián)度ri,0定義為

(9)

式中ri,0為子序列i與母序列0的灰關(guān)聯(lián)度；n為評(píng)價(jià)參數(shù)的個(gè)數(shù)。

灰關(guān)聯(lián)度的取值范圍介于0與1之間，其值越接近于1，則表明母子序列間的關(guān)系越緊密。

2.2.5 權(quán)系數(shù)的確定

對(duì)灰關(guān)聯(lián)度進(jìn)行歸一化處理后，便可得到各參數(shù)的權(quán)系數(shù)[25]。歸一化后的權(quán)系數(shù)ai表示為

(10)

式中ai為歸一化后的權(quán)系數(shù)；ri,0為子序列i與母序列0的灰關(guān)聯(lián)度。

經(jīng)計(jì)算，5個(gè)參數(shù)孔隙度、滲透率、有效厚度、砂厚、突進(jìn)系數(shù)的權(quán)系數(shù)分別為：0.396，0.373，0.258，0.196和0.143.

2.3 儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)因子

對(duì)每個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)進(jìn)行極大值標(biāo)準(zhǔn)化處理后，分別乘以各評(píng)價(jià)參數(shù)的權(quán)系數(shù)，就得到各參數(shù)權(quán)衡分?jǐn)?shù)，再將各參數(shù)的權(quán)衡分?jǐn)?shù)累計(jì)，便得到儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)因子Q，表達(dá)式為

(11)

式中Q為儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)因子；n為評(píng)價(jià)參數(shù)的個(gè)數(shù)；ai為評(píng)價(jià)參數(shù)的權(quán)系數(shù)；Xi為儲(chǔ)層評(píng)價(jià)參數(shù)[26]。

2.4 儲(chǔ)層劃分結(jié)果

為了對(duì)長(zhǎng)2儲(chǔ)層進(jìn)行合理的劃分，獲取了研究區(qū)大量的井?dāng)?shù)據(jù)，用于計(jì)算各個(gè)井的綜合評(píng)價(jià)因子Q，并以此綜合因子的大小，建立了延川地區(qū)長(zhǎng)2段儲(chǔ)層劃分的標(biāo)準(zhǔn)(表2)。

表2 延川地區(qū)長(zhǎng)2儲(chǔ)層評(píng)價(jià)分類界限

根據(jù)上述劃分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)延川地區(qū)長(zhǎng)2儲(chǔ)層進(jìn)行劃分，從儲(chǔ)層劃分結(jié)果看(圖8)，長(zhǎng)2儲(chǔ)層主要被劃分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類4類儲(chǔ)層。結(jié)合長(zhǎng)2沉積期沉積微相的展布，可以看出：Ⅰ類儲(chǔ)層主要發(fā)育在心灘發(fā)育的部位，在平面上零星分布，連片性較差，物性最好；Ⅱ類儲(chǔ)層環(huán)繞于Ⅰ類儲(chǔ)層周緣，連片性稍好，發(fā)育在心灘附近的河道填積砂體中，砂體發(fā)育程度相對(duì)心灘較弱，物性較好；Ⅲ類儲(chǔ)層在研究區(qū)最為發(fā)育，分布面積最廣，大面積連片分布，大部分屬于河道充填沉積形成的砂體，整體物性較差；Ⅳ類儲(chǔ)層平面上砂體呈窄片狀、細(xì)長(zhǎng)的條帶狀展布，分布于河道充填沉積與泛濫盆地過渡地帶，砂體發(fā)育程度低，泥質(zhì)含量高，導(dǎo)致整體物性很差，屬于不利儲(chǔ)層。

圖8 延川地區(qū)長(zhǎng)2儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)Fig.8 Comprehensive evaluation of Chang 2 reservoir in Yanchuan area

3 結(jié) 論

1)延川地區(qū)長(zhǎng)2儲(chǔ)層屬于低孔-特低滲儲(chǔ)層。儲(chǔ)集空間主要為粒間孔，約占總孔隙92%，其次為溶蝕孔，約占總孔隙6%.孔-喉組合以中小孔細(xì)喉型—小孔特細(xì)喉型為主，具有較強(qiáng)非均質(zhì)性。

2)儲(chǔ)層的滲透率由喉道半徑大小及分布控制，喉道越大的儲(chǔ)層其滲透率越高，顯示占據(jù)較小空間的大喉道對(duì)儲(chǔ)層滲透率具有較大的貢獻(xiàn)值。

3)應(yīng)用聚類—灰色關(guān)聯(lián)法不僅能夠解決儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中參數(shù)選擇問題，而且可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層定量評(píng)價(jià)。依據(jù)其所建立的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可將長(zhǎng)2儲(chǔ)層分為4類，其中Ⅰ類、Ⅱ類是最有利的儲(chǔ)層。