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        基于測井信息的烴源巖定量評價方法

        2021-04-07 12:50:00宋延杰孫欽帥張曉軍馮景和
        黑龍江科技大學學報 2021年2期
        關(guān)鍵詞:生烴實測值烴源

        宋延杰, 孫欽帥, 張曉軍, 馮景和

        (1.東北石油大學 地球科學學院, 黑龍江 大慶 163318; 2.東北石油大學 非常規(guī)油氣成藏與開發(fā)省部共建國家重點實驗室培育基地, 黑龍江 大慶 163318; 3.延長油田井下作業(yè)工程公司, 陜西 延安 716000)

        0 引 言

        烴源巖的識別與評價工作對油氣田勘探與開發(fā)有著舉足輕重的意義。常規(guī)巖心樣品化驗分析雖能提供較為可靠的烴源巖熱解參數(shù)數(shù)據(jù)等地球化學信息,但受限于巖心數(shù)量、化驗費用等因素,難以獲取垂向的連續(xù)分析數(shù)據(jù)。利用測井資料縱向分辨率較高、垂向上數(shù)據(jù)連續(xù)準確的優(yōu)點可以間接地指示地層的巖性及流體情況,為烴源巖的識別與評價提供更加準確的參數(shù)。目前,利用地球物理資料進行烴源巖有機質(zhì)豐度評價成為一大熱點[1-2]。

        ??松?Exxon)與埃索(Esso)公司最先將ΔlgR技術(shù)運用于碳酸鹽巖及碎屑巖TOC計算中并獲得了較好的效果,國內(nèi)學者將該方法引入我國各盆地烴源巖的研究中,給烴源巖評價工作提供了較大幫助[3-5]。近幾十年來,學者利用測井信息對烴源巖的有機質(zhì)豐度評價做了許多工作[6-7],出現(xiàn)了碳氧比測井法[8]、神經(jīng)網(wǎng)絡法、ΔlgR法[9]等一系列定量計算TOC的方法[10-12],一些學者提出利用回歸方法建立測井響應與熱解生烴潛量(S1+S2)間的關(guān)系以對S1+S2進行定量評價[13]。針對缺乏特殊測井資料、僅利用常規(guī)測井信息難以對烴源巖總有機碳含量(TOC)及熱解生烴潛量(S1+S2)進行有效的綜合評價這一問題,文中以巖心熱解參數(shù)數(shù)據(jù)及實測測井資料為基礎(chǔ),依據(jù)測井響應與樣品分析化驗數(shù)據(jù)的關(guān)系,詳述了4種通用總有機碳含量(TOC)、2種熱解生烴潛量(S1+S2)的測井定量評價方法,在W凹陷進行試用并對計算結(jié)果進行定量對比分析,以期為研究區(qū)的烴源巖評價以及勘探工作提供幫助。

        1 烴源巖基本特征

        W凹陷含油氣構(gòu)造較為發(fā)育且油源條件較為充足,自下而上發(fā)育4套主力烴源巖系。其中E層巖性剖面主要為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖和炭質(zhì)泥巖,具有較強的生烴能力且為良好的儲集層,為研究區(qū)主要勘探目的層。通過對目的層位實測TOC、氯仿瀝青“A”,總烴及生烴潛量等數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計,得到TOC、氯仿瀝青“A”以及熱解生烴潛量(S=S1+S2)的頻率分布直方圖(圖1a~c,頻率占比為k)。根據(jù)SY/T 5375—1995陸相烴源巖評價標準(詳見表1)可以看出,研究區(qū)生油巖類型以中等至好生油巖為主。通過鏡質(zhì)體反射率Ro頻率分布直方圖(圖1d)可以看出,E層烴源巖以成熟烴源巖為主,處于油氣大量生成的階段。

        圖1 研究區(qū)實測結(jié)果

        表1 陸相烴源巖有機質(zhì)豐度評價標準(SY/T 5735—1995)

        2 總有機碳含量定量計算方法

        由于測井響應資料垂向上深度連續(xù)、分辨率較高,且可以間接反映地層的巖性及流體性質(zhì),因此TOC與測井信息之間關(guān)系方面的研究從未停歇,許多學者也建立了相應的計算模型[14]。文中利用研究區(qū)測井曲線對烴源巖的異常響應的特點,分別通過單因素分析法、多元回歸法[15]、改進ΔlgR法、主成分回歸法對TOC進行計算求取,以達到準確求取研究區(qū)TOC的目的。

        2.1 單因素分析法與多元回歸法

        單因素分析法可以直觀快速評價TOC與單條測井響應的相關(guān)性,但當測井曲線與TOC相關(guān)性較差時,往往計算結(jié)果與化驗分析數(shù)據(jù)存在較大誤差,這也是單因素法的不足之處。文中通過分別繪制巖心分析TOC實測值wr與自然伽馬(GR,γ)曲線、聲波時差(AC,Δt)曲線、密度(DEN,ρ)曲線、電阻率(RLLD,R)曲線及自然電位(SP,U)曲線的交會圖(圖2),可以看出,TOC與AC相關(guān)性最好,相關(guān)系數(shù)為0.663 1。因此選取AC作為TOC的敏感曲線,利用TOC與AC的擬合公式作為定量計算TOC的公式。其公式為

        w(TOC)=0.005 3Δt+0.403 7。

        多元回歸分析方法是一種建立多個變量之間線性或非線性數(shù)學關(guān)系式的統(tǒng)計方法,反映了一種現(xiàn)象或事物的數(shù)量依多種現(xiàn)象或事物的數(shù)量的變動而相應地變動的規(guī)律。“多元”就是多種測井曲線,通過多元線性回歸的方式建立多條測井曲線與TOC的響應方程。該方法地域性較強,因此應根據(jù)地區(qū)實際情況選取與TOC相關(guān)性較好的測井曲線建立回歸公式。在該研究區(qū)單因素分析基礎(chǔ)上,選用AC、RLLD曲線作為TOC的敏感曲線,建立了適用于該區(qū)塊的多元回歸TOC解釋模型。其公式為

        w(TOC)=0.005 6Δt+0.01ρ+0.214 4。

        圖2 巖心TOC與測井曲線的關(guān)系

        2.2 改進Δlg R計算法

        ΔlgR=lg(R/Rb)+0.02(Δt-Δtb),

        式中:Rb——非烴源巖段電阻率與聲波時差重合時的電阻率測井響應值;

        Δtb——非烴源巖段電阻率與聲波時差重合時的聲波時差測井響應值;

        R——電阻率測井響應值;

        Δt——聲波時差測井響應值。

        由ΔlgR計算TOC,經(jīng)驗公式[17]為

        w(TOC)=ΔlgR×10(2.297-0.168 8 LOM)。

        (1)

        式中,LOM——成熟度指數(shù)。

        由樣品分析化驗的鏡質(zhì)體反射率(Ro)數(shù)據(jù)可知,研究區(qū)目的層位有機質(zhì)成熟度變化范圍不大,且TOC與ΔlgR線性相關(guān),因此式(1)可進一步修改為

        當時,灌著石油的內(nèi)燃機在戰(zhàn)爭中又開辟了一個嶄新的領(lǐng)域,空中打擊戰(zhàn)。1914年第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)時,航空工業(yè)初見雛形,僅有1000人;而5個月后的1915年1月,英國也才制造出250架飛機,其中60架還屬試產(chǎn)機型。為了迎合戰(zhàn)爭需要,飛機立即被應用于軍事領(lǐng)域。

        w(TOC)=A×ΔlgR+B,

        (2)

        其中,B為擬合的系數(shù),A可認為等價于式(1)中的10(2.297-0.168 8 LOM),B為常數(shù),與ΔlgR有關(guān)。根據(jù)研究區(qū)實際測井資料,選取非烴源巖段電阻率與聲波時差重合處的基線數(shù)值為:Rb=2.6 Ω·m,Δtb=278 μs/m。通過對TOC與ΔlgR線性擬合(圖3),求出式(2)的系數(shù)A、B分別為0.285 1、1.724 8,進而得出:

        w(TOC)=0.285 1ΔlgR+1.724 8

        。

        (3)

        圖3 Δlg R與巖心TOC的關(guān)系

        2.3 主成分回歸法PCR

        主成分回歸是回歸系數(shù)參數(shù)的一種線性有偏估計,它克服了最小二乘估計在設計陣病態(tài)(即存在多重共線性)時表現(xiàn)出的不穩(wěn)定性。將原來的回歸自變量變換為另一組變量(即主成分),選擇其中重要的主成分作為新的自變量(實際上是降維過程),然后利用最小二乘法對只含有主成分的模型參數(shù)進行估計,最后再變換回原來的模型求出參數(shù)的估計[18-19]。對研究區(qū)選取GR、AC、DEN、RLLD、SP曲線作為TOC的影響因素,利用Matlab軟件建立了TOC定量計算模型,即

        w(TOC)=0.005 8Δt-0.001 9γ-0.048 4ρ+0.006 2R+0.002 5U+0.42。

        3 熱解生烴潛量定量的計算方法

        目前對于S1+S2定量計算方法主要為多元回歸方法。在TOC計算方法分析基礎(chǔ)上,利用TOC相關(guān)法、主成分回歸法對S1+S2分別進行定量預測并建立了相應的計算模型。

        3.1 TOC相關(guān)法

        通常,S1+S2與TOC呈正相關(guān)。文中利用巖心熱解分析數(shù)據(jù)及測井信息,對S1+S2實測值與TOC計算值進行了線性擬合(圖4),其中TOC由改進ΔlgR法計算求得(詳見式(3)),利用其擬合公式作為S1+S2的定量預測模型以求取研究區(qū)的S1+S2,其公式為

        S1+S2=3.078 2w(TOC)+4.368 6。

        圖4 S1+S2實測值與TOC計算值的關(guān)系

        3.2 主成分回歸法

        考慮到多種曲線對S1+S2值共同具有貢獻作用,單一曲線對S1+S2貢獻作用較小或相關(guān)系數(shù)較低的情況,文中選取了基于改進ΔlgR法計算求得的TOC值(詳見式(3))及GR、RLLD、DEN、AC、SP曲線作為S1+S2的影響因素,采用主成分回歸法(主成分回歸方法原理前述已提及,詳見2.3),利用Matlab軟件建立了S1+S2定量預測模型,即

        S1+S2=3.513 7w(TOC)-0.011 5γ-0.016 7Δt+1.322 9ρ-0.063 2R+0.035 1U-3.954 2。

        4 定量計算結(jié)果分析與應用實例

        4.1 TOC定量計算結(jié)果分析

        通過4種方法的計算結(jié)果對比分析(見表2、圖5),TOC計算值為wc。

        圖5 TOC計算值與實測值對比

        由圖5可見,改進的ΔlgR方法計算效果最優(yōu),其分析與計算數(shù)據(jù)點平均相對誤差僅為2.56%。其次為多元回歸方法,該模型的相關(guān)系數(shù)為0.746 1,分析與計算數(shù)據(jù)點平均相對誤差為2.63%。單因素分析法與主成分回歸法的平均相對誤差分別為3.81%和3.06%。

        表2 總有機碳(TOC)定量預測模型統(tǒng)計

        4.2 S1+S2定量計算結(jié)果分析

        通過對比TOC相關(guān)法與主成分回歸法的計算結(jié)果(表3,圖6,S1+S2計算值為Sc,S1+S2實測值為Sr),主成分回歸法效果較好,平均相對誤差為35.61%。TOC相關(guān)法計算與分析數(shù)據(jù)點平均相對誤差高達43.51%,考慮原因如下:研究區(qū)有機質(zhì)成熟度較高,通過大量的有機質(zhì)生、排烴過程使得S1+S2含量較低,因此S1+S2與TOC相關(guān)性差。

        表3 熱解生烴潛量(S1+S2)定量預測模型統(tǒng)計

        圖6 S1+S2計算值與實測值對比

        4.3 單井實例

        結(jié)合TOC及S1+S2各模型的定量計算分析結(jié)果,優(yōu)選出TOC及S1+S2計算效果較好的方法分別為改進ΔlgR法和主成分回歸法。利用兩種方法分別對W凹陷k6井的TOC及S1+S2值進行了定量預測(圖7)。

        由圖7可見,在4 290~5 130 m井段,TOC計算值范圍為1.42%~2.93%,與巖心TOC實測值平均絕對誤差為0.14%,平均相對誤差為3.62%;S1+S2計算值范圍為0.03~2.36 mg/g,與巖心S1+S2實測值平均絕對誤差為0.27 mg/g,平均相對誤差為34.79%。表明利用改進ΔlgR法和主成分回歸法分別求取的TOC值和S1+S2值均能滿足研究區(qū)的定量計算精度要求,證實了兩種方法的可靠性與實用性,可有效應用于研究區(qū)烴源巖有機質(zhì)豐度評價工作。根據(jù)SY/T 5375—1995陸相烴源巖評價標準(表1),由TOC指標可以看出,該井段以好生油巖類型為主,根據(jù)S1+S2指標來看該井段則以差至中等生油巖類型為主。

        圖7 TOC與S1+S2計算模型應用實例

        綜合來看,該井段生油巖類型為中等至好,推測S1+S2值較低原因可能為有機質(zhì)成熟度較高,處于油氣大量生成階段。

        5 結(jié) 論

        (1)研究區(qū)層位烴源巖地化特征分析表明,其生油巖類型較好,烴源巖類型主要為成熟烴源巖。

        (2)單因素分析法、多元回歸法、改進的ΔlgR法及主成分回歸法4種總有機碳定量預測模型均能滿足研究區(qū)定量求取總有機碳的需要,改進的ΔlgR法效果最優(yōu)。

        (3)通過TOC相關(guān)法、主成分回歸法對研究區(qū)烴源巖生烴潛量進行了定量評價,結(jié)果表明,主成分回歸法效果較好,在分析化驗資料較少時,可用主成分回歸法對生烴潛量進行定量評價。在利用TOC相關(guān)法對生烴潛量進行定量預測時,需考慮有機質(zhì)成熟度這一因素。

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