田 瀚 辛勇光 張 豪 王 鑫 孫豪飛

1.中國石油杭州地質(zhì)研究院 2. 中國石油西南油氣田分公司勘探開發(fā)研究院

0 引言

近年來，四川盆地川中龍崗地區(qū)雷口坡組獲得了油氣勘探的重大突破。雷口坡組頂部為一個風(fēng)化剝蝕面，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的雷口坡組氣藏基本上都發(fā)育在剝蝕面附近，而且發(fā)現(xiàn)儲層發(fā)育部位與巖性存在著密切關(guān)系，主要發(fā)育在顆粒白云巖和晶粒白云巖中[1-6]，但該區(qū)地層巖性復(fù)雜，由砂屑白云巖、生屑白云巖、角礫云巖、細(xì)粉晶云巖、泥晶云巖、泥晶灰?guī)r和泥質(zhì)云巖組成，且橫向變化嚴(yán)重。雖說利用測井交會圖版可以在一定程度上對地層巖性進(jìn)行識別，但是這種識別僅限于大的巖性類別上（如區(qū)分石灰?guī)r、白云巖），對于精細(xì)識別仍較困難。因此如何有效預(yù)測有利巖性分布區(qū)已經(jīng)成為制約勘探進(jìn)展的主要影響因素之一。針對此問題，在對取心井的巖心、薄片及測井資料分析的基礎(chǔ)上，優(yōu)選出對巖性最為敏感的測井參數(shù)，結(jié)合基于圖形的多分辨率聚類分析法和多礦物模型分析法，有效地識別出該區(qū)各井巖性變化情況。這不僅可以了解單井垂向上巖性的變化情況，而且對儲層預(yù)測及沉積相展布特征研究具有重要指導(dǎo)意義。

1 儲層特征

龍崗地區(qū)位于川中北部凹陷，與開江古隆起相鄰（圖1）。目前所鉆揭的雷口坡組各段分層特征清楚，與鄰區(qū)具有較好的可對比性。根據(jù)雷四段巖性組合特征，由下至上可分為3個亞段，即雷四1、雷四2和雷四3亞段，而產(chǎn)氣層主要為雷口坡組頂部雷四3亞段[7-12]（圖2）。

圖1 上揚子地區(qū)中三疊世雷口坡期古構(gòu)造簡圖

龍崗地區(qū)雷四3亞段主要沉積了一套富含藍(lán)綠藻和顆粒的白云巖，形成云坪、灰坪和顆粒灘沉積[9]。雷四3亞段頂部與須家河組呈角度不整合接觸，底部與雷四2亞段連續(xù)沉積，內(nèi)部根據(jù)巖性和電性特征，可進(jìn)一步細(xì)分為a、b、c三個小層，而儲層主要發(fā)育于a小層中。根據(jù)實鉆井的巖心、薄片觀察等綜合研究表明：雷四3亞段儲層主要發(fā)育在顆粒云巖和細(xì)粉晶云巖中，顆粒成分為各種生屑、砂屑、鮞粒，尤其以砂屑最富集（圖3）。

宏觀儲集空間以巖心級別的針狀溶孔、裂縫為主；微觀儲集空間類型主要為粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、晶間溶孔和溶蝕擴大縫（圖3），其中裂縫的發(fā)育對改善儲層性能有重要影響[11-13]。

2 巖性識別

2.1 敏感參數(shù)優(yōu)選

測井曲線能夠連續(xù)、精細(xì)地反映巖石地球物理性質(zhì)，不同巖性的測井響應(yīng)特征不同，這是利用測井資料識別巖性的物理基礎(chǔ)[14-16]。測井曲線是地層特征的綜合響應(yīng)，其中包括多種巖石成分、孔隙空間和流體性質(zhì)，不同的測井曲線對巖性的敏感程度不同，而且測井曲線主要反映的是巖石成分，對巖石結(jié)構(gòu)的反映較弱，因此，要想利用測井曲線對巖性進(jìn)行精細(xì)識別就需要對不同巖性的測井特征做仔細(xì)對比分析，優(yōu)選出對巖性最為敏感的參數(shù)。

首先需要對巖心進(jìn)行深度歸位，這是一切工作的基礎(chǔ)，只有這樣才能確保不同的巖性對應(yīng)的是其本身的測井響應(yīng)特征。在依據(jù)巖心薄片對巖石的巖性做精細(xì)鑒定后，提取相應(yīng)巖性段的5條測井曲線值，分別為：自然伽馬（GR）、深電阻率（RT）、聲波時差（AC）、補償中子（CNL）和密度值（DEN）。

利用常規(guī)測井的多礦物模型分析和典型巖性段提取的曲線值制作散點交會圖版（圖4）。利用測井軟件中Polygon模塊圈出位于灰?guī)r骨架線（藍(lán)色）和云巖骨架線（紫色）上的數(shù)據(jù)點，然后將其投影到單井剖面上，可以發(fā)現(xiàn)藍(lán)色一般都對應(yīng)著電阻值高的區(qū)域，而紫色對應(yīng)著電阻值相對低的區(qū)域，這表明電阻率曲線在區(qū)分灰?guī)r和云巖上有一定的識別能力；圖5為龍崗地區(qū)一些井的井眼情況，可以發(fā)現(xiàn)該區(qū)鉆井在雷四3亞段普遍存在井眼擴徑現(xiàn)象，由于密度測井儀器是貼井壁測量，導(dǎo)致密度曲線質(zhì)量好壞與井眼有著密切關(guān)系，從圖中可以看出，當(dāng)井眼發(fā)生擴徑時，密度曲線值存在明顯的降低，而這種密度值的降低并不是真實地層變化所引起的，所以對于井眼質(zhì)量較差的井，其密度曲線無法真實反映地層巖石的真實情況，因此在研究區(qū)要慎用密度曲線；圖6為其他各參數(shù)散點交會圖，可以發(fā)現(xiàn)自然伽馬值和補償中子對巖性有較好的區(qū)分，而聲波時差對巖性的分辨能力相對較弱，不同的巖性類別存在著明顯的相互疊置現(xiàn)象，無法有效區(qū)分。綜合以上分析，本次研究選擇自然伽馬、深電阻率和補償中子三條曲線作為巖性分析的敏感曲線。

2.2 MRGC聚類分析

圖2 川中地區(qū)中三疊統(tǒng)雷口坡組地層綜合柱狀圖

Ye等[17]在2000年提出了基于圖形的多分辨率聚類分析法，即MRGC聚類分析法（Multi-resolution graph-based clustering），MRGC聚類分析法是基于非參數(shù)的KNN（K-nearest neighbors）算法和圖形數(shù)據(jù)表示（graph data representation）的一種多維的點陣圖形識別方法。這種聚類分析方法不同于其他的聚類算法，如ANN（人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）和SOM（自組織特征映射）等[18-20]，它們在使用時通常需要設(shè)置大量的參數(shù)且計算過程復(fù)雜，而一些經(jīng)驗參數(shù)的設(shè)置往往會對結(jié)果產(chǎn)生很大的影響或不確定性，而MRGC聚類分析法是不依賴分析者的偏好，也不需要事先了解聚類數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，而且運算的速度很快。該聚類方法在結(jié)合實際需求的情況下，可以利用測井?dāng)?shù)據(jù)自動確定最優(yōu)的巖性聚類方案，推廣至鄰區(qū)也很容易，相比其他方法，存在獨特的優(yōu)勢[21]。

圖3 雷口坡組雷四3亞段儲層巖性特征圖版

MRGC聚類分析法中存在兩個關(guān)鍵參數(shù)：臨近指數(shù)（NI）和核心代表指數(shù)（KRI）。鄰近指數(shù)是一個基于測量點x相對于所有其他測量點y加權(quán)函數(shù)[21]。其具體表達(dá)式如下：

式中測量點x是測量點y第m位鄰近點，m≤N－1；α是平滑因子，α≥0；NI(x)值的變化范圍是0到1，當(dāng)NI(x)值越大，說明該點就越接近某一類的“核心”。

核心代表指數(shù)（KRI）是結(jié)合了臨近指數(shù)NI(x)、鄰區(qū)函數(shù)M(x,y)和距離函數(shù)D(x,y)的一個組合函數(shù)。臨近指數(shù)NI(x)對于核心代表指數(shù)（KRI）而言是很重要的一個因子，但是它僅僅只是一個局部指標(biāo)，因此引入了鄰區(qū)函數(shù)M(x,y)和距離函數(shù)D(x,y)。其中臨近指數(shù)NI(x)能有效識別出聚類的核心，鄰區(qū)函數(shù)M(x,y)能生成尺寸相當(dāng)?shù)木垲?，而距離函數(shù)D(x,y)則能形成體積相當(dāng)?shù)木垲?，因此M(x, y) 和D(x,y)的結(jié)合可以在聚類尺寸和體積上形成有效的平衡并得到一致的結(jié)果?；谟嬎愕腒RI就可以得到最優(yōu)的聚類方案，其中核心代表指數(shù)KRI可以通過如下公式得到，即

圖4 利用多礦物模型處理的巖性剖面及中子 密度交會圖

圖5 龍崗地區(qū)雷四3亞段井眼擴徑現(xiàn)象圖

圖6 測井參數(shù)交會散點圖

式中當(dāng)y是x的第m位鄰近點時，M(x,y)=m；D(x, y)表示測量點x和y之間的距離。

2.3 實例應(yīng)用

針對取心井，先將優(yōu)選出的3條敏感曲線（GR、RT和CNL）進(jìn)行預(yù)處理，根據(jù)實際需求，分別設(shè)定不同測井曲線的取值范圍，具體如下：自然伽馬取值范圍0～150 API、補償中子取值范圍-0.15～0.35、深電阻率取值范圍2～20 000 Ω m。在實際分析中剔除落在取值范圍外的異常點，從而可以避免這些數(shù)據(jù)對分類結(jié)果的影響。

經(jīng)過MRGC聚類分析后，可以得到五種最優(yōu)的分類方案，這5種分類方案的聚類數(shù)分別為10、13、15、18和23種，根據(jù)研究區(qū)實際地層巖性情況，發(fā)現(xiàn)當(dāng)測井相分類過細(xì)時，實際應(yīng)用過程中的誤差往往會偏高，而10類測井相的聚類方案就能很好的滿足實際需求，結(jié)合實際的巖性組合，將相近測井相進(jìn)行整合，從而得到最終的巖性分類（圖7）。

經(jīng)巖心標(biāo)定后，可將LG172井以顏色表示的測井相轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的巖性，從而為測井相賦予實際地質(zhì)意義，發(fā)現(xiàn)經(jīng)由MRGC聚類分析得到的測井相轉(zhuǎn)變后的巖性與實際的巖心描述的巖性剖面存在很好的一致性（圖8）。對于顆粒云巖，其測井響應(yīng)表現(xiàn)為明顯的低伽馬、中—高中子和中—低電阻率值特征；細(xì)粉晶云巖表現(xiàn)為中—低伽馬、高中子和低電阻率值特征，這兩類巖性物性最好，是儲層主要發(fā)育段；灰?guī)r則表現(xiàn)出典型的低中子和高電阻特征，三孔隙度曲線顯示巖性致密；泥質(zhì)云巖則表現(xiàn)出高伽馬、高中子和低電阻率特征，伽馬曲線就能很好將其與其他巖性進(jìn)行區(qū)分；泥晶云巖測井響應(yīng)特征則為中伽馬、中—低中子和中—高電阻率值，由于泥晶云巖與其他巖性的區(qū)分度不高，準(zhǔn)確識別泥晶云巖存在一定難度。

圖7 測井相數(shù)據(jù)分布（左）及最終5類巖性（右）數(shù)據(jù)分布情況

圖8 LG172井MRGC測井巖性識別結(jié)果圖

通過對多口井MRGC預(yù)測巖性和巖心描述巖性對比，發(fā)現(xiàn)MRGC方法預(yù)測的巖性具有較高符合率，以LG168井為例，針對井深4 565～4 585 m取心段，通過與實際薄片鑒定結(jié)果對比，測井解釋巖性吻合率可達(dá)80%，但在細(xì)粉晶云巖與泥晶云巖的識別上誤差相對較大。在定性識別巖性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步給出了不同巖性的定量判別標(biāo)準(zhǔn)（表1）?；诖藥r性識別方法，通過多井處理后的連井對比（圖9、10）可以看出，顆粒云巖和細(xì)粉晶云巖集中發(fā)育于雷四3亞段的中上部，而且從北至南，顆粒云巖發(fā)育程度逐漸降低，顆粒云巖和細(xì)粉晶云巖整體厚度也逐漸減薄，雷四3亞段中下部灰?guī)r地層厚度逐漸增大；從西向東，顆粒云巖和細(xì)粉晶云巖的發(fā)育規(guī)模也是不一樣的，在LG19井附近厚度最大，越往西，灰?guī)r的含量越大，反映出水體是逐漸加深的。

結(jié)合區(qū)域古地理背景（圖1）可知，位于上揚子克拉通地塊的四川盆地中三疊世雷口坡沉積期表現(xiàn)為周邊古隆起發(fā)育、盆內(nèi)隆坳相間的古地理格局。龍崗地區(qū)北面為天井山、米倉山和大巴山等一系列隆起，東邊是開江隆起，在其西側(cè)為川中坳陷[1]。這一系列隆起構(gòu)成了四川盆地中三疊世雷口坡期碳酸鹽巖臺地沉積環(huán)境良好的障壁條件，影響著外海與臺地內(nèi)部的海水溝通，但是西側(cè)海盆仍可以通過島鏈之間的水道與內(nèi)部相連通[22]。此時對于內(nèi)部一些地勢相對隆起地區(qū)則有可能發(fā)育臺內(nèi)灘或云坪，結(jié)合MRGC預(yù)測的巖性認(rèn)為，LG168-LG170-LG19-LG161井這一環(huán)帶是有利巖性（顆粒云巖和晶粒白云巖）最為發(fā)育區(qū)，環(huán)帶往西有利巖性的厚度就逐漸變薄，環(huán)帶往東厚度也是逐漸減薄，且泥質(zhì)和灰?guī)r含量逐漸增多，水體有變深的趨勢。

表1 不同巖性測井定量判別標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié)論

1）巖性分析是儲層研究的基礎(chǔ)，利用測井?dāng)?shù)據(jù)結(jié)合MRGC聚類分析法在龍崗地區(qū)可以對巖性進(jìn)行有效預(yù)測。MRGC聚類分析法是基于非參數(shù)的KNN算法和圖形數(shù)據(jù)表示的一種多維的點陣圖形識別方法。該方法可以自動確定最優(yōu)的聚類方案，避免主觀因素的影響，結(jié)合實際需求可以確定最終的巖性分類，且很容易運用到非取心井的巖性識別中。

圖9 LG168-LG170-LG172-LG176-LG177連井對比圖

圖10 LG20-LG19-LG17-LG166連井對比圖

2）在龍崗地區(qū)，利用MRGC聚類方法識別出五種巖性，即顆粒云巖、細(xì)粉晶云巖、泥晶云巖、灰?guī)r和泥質(zhì)云巖，預(yù)測巖性與取心段巖性對比符合率高達(dá)80%，并且給出了定量判別巖性的標(biāo)準(zhǔn)。對比測井解釋孔隙度可以發(fā)現(xiàn)，儲層主要發(fā)育于顆粒云巖和細(xì)粉晶云巖中，其中顆粒云巖和細(xì)粉晶云巖集中發(fā)育于雷四3亞段的中上部，而且通過多井的連井分析認(rèn)為，在龍崗地區(qū)，LG168-LG170-LG19-LG161井這一環(huán)帶是有利巖性（顆粒云巖和晶粒白云巖）最為發(fā)育區(qū)，而環(huán)帶往西和往東其厚度均逐漸減薄。