黃亞璇 楊永強(qiáng) 李濤濤 黃子艦 劉 波 方鐵園

(①廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院；②盤錦中錄油氣技術(shù)服務(wù)有限公司；③中國石油長慶油田分公司勘探部)

0 引 言

輕烴錄井技術(shù)主要檢測儲層巖石C1-C9中的正構(gòu)烷烴、異構(gòu)烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴類，據(jù)不完全統(tǒng)計，輕烴原始參數(shù)(103個)和衍生參數(shù)多達(dá)223個，蘊(yùn)含豐富的地層烴類信息[1-2]。在這眾多的輕烴參數(shù)中，如何提取對解釋評價有用的信息成為提高解釋符合率的關(guān)鍵。由于不同儀器廠商、相同儀器廠商的不同儀器間保留時間會有明顯的差異，同一儀器由于井場供電條件、儀器色譜柱老化、色譜柱溫波動和流動相穩(wěn)定性等因素的影響，都可能導(dǎo)致保留時間變化，所以不能直接比較譜圖間的相似性與差異性，為后期資料應(yīng)用帶來較大困擾。

筆者利用多點保留時間校正法對輕烴譜圖進(jìn)行數(shù)字化處理，最終實現(xiàn)了對輕烴分析結(jié)果各組分保留時間的校正。通過收集長慶油田測試井不同流體性質(zhì)的輕烴譜圖對比分析，利用油層標(biāo)準(zhǔn)對照譜圖比對，直觀地反映輕烴參數(shù)差異性并可量化得出與標(biāo)準(zhǔn)譜圖的相似度；利用相似度分析、偏最小二乘判別分析、聚類分析進(jìn)一步歸類分析[2-3]，從而達(dá)到精準(zhǔn)劃分油氣水層的目的。

1 多點保留時間校正法

1.1 原理與方法

保留時間校正的實質(zhì)，是根據(jù)各譜圖中某些相同組分的色譜峰位置，對譜圖進(jìn)行伸縮和平移處理，并通過色譜基線線性插值方法，使各組分間保留時間一致，直接比較譜圖間的相似性，且不影響原始采集譜圖的峰面積計算結(jié)果。

1.2 色譜圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

首先將色譜工作站采集的原始譜圖文件進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以海城市石油化工儀器廠生產(chǎn)的QTZF輕烴組分分析儀為例，通過儀器自身提供的軟件功能，將分析譜圖“.hw”格式文件轉(zhuǎn)換成“.txt”或“.dat”格式的數(shù)據(jù)文件，每張譜圖由31 441個數(shù)據(jù)點組成，導(dǎo)入Excel后可重新生成輕烴采集的譜圖(圖1)，實現(xiàn)譜圖數(shù)據(jù)化。

圖1 重新生成的輕烴譜圖

1.3 保留時間校正

保留時間校正示意圖見圖2。首先選取參考譜圖中n個特征明顯的組分保留時間作為校正的基準(zhǔn)，并劃分為幾個特征組，選取待校正的譜圖與參考譜圖中相同的組分，分別提取其保留時間值。

圖2 保留時間校正示意

以m1組為例，參考譜圖中nC1的保留時間記作t0, nC6的保留時間記作t1, 待校正譜圖中nC1的保留時間記作t0′, nC6的保留時間記作t1′。m1組某個組分為Ci，在參考譜圖中其保留時間為ti。待校正譜圖中，m1組中Ci組分校正后的保留時間ti′見公式(1)，最后再取與參考譜圖相同的組分的保留時間完成多點保留時間校正。

ti′=t0+(ti-t0) (t1-t0)/(t1′-t0′)

(1)

具體實現(xiàn)過程簡單描述為利用色譜工作站導(dǎo)出數(shù)據(jù)，在Excel中生成譜圖，根據(jù)指定的幾個標(biāo)志峰(如nC1、nC6、nC7、nC8和nC9等)將導(dǎo)出的數(shù)據(jù)分成4段(分別為圖3中①②③④)。

圖3 未校正保留時間前輕烴譜圖對比

為了便于闡述校正方法，以C1-C6段校正3-甲基戊烷(3MC5)保留時間為例，校正前后數(shù)據(jù)對比見表1。其他部分組分保留時間校正以此類推。

表1 保留時間校準(zhǔn)前后對比

1.4 保留時間校正后的效果對比

選取長慶油田測試井不同流體性質(zhì)輕烴譜圖進(jìn)行疊加，把具有代表性的油層譜圖作為參考標(biāo)志譜圖，為更加直觀展示效果，選取3個輕烴譜圖疊加說明，保留時間校正前后對比見圖4。從校正后縱向?qū)Ρ茸V圖分析，油層、油水同層、含油水層各化合物參數(shù)值的高低能夠明顯區(qū)分。

圖4 多點校正后輕烴譜圖疊加效果

輕烴分析譜圖利用多點保留時間校正后，采集譜圖能夠更加規(guī)范化，通過譜圖直觀識別分析對儲層流體性質(zhì)的判識能夠?qū)崿F(xiàn)定性評價，但考慮一些譜圖差異性小或人為因素等影響情況，易造成油層的漏判，故利用相似度分析、偏最小二乘判別分析、聚類分析等多種統(tǒng)計學(xué)算法對流體性質(zhì)進(jìn)一步判識，從而最終實現(xiàn)流體性質(zhì)的準(zhǔn)確評價。

2 相似度評價

相似度算法是用于評價兩個樣本的向量或矩陣之間相似程度的一大類算法的統(tǒng)稱，目前常用的相似度評價方法主要有相關(guān)系數(shù)法、距離系數(shù)法、夾角余弦法等，在信息學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價值，簡潔直觀是該方法的突出特征[4]。具體方法是在校正后的輕烴譜圖中優(yōu)選若干個相同流體試油數(shù)據(jù)設(shè)置為共有峰，以油層輕烴譜圖為例，作為統(tǒng)一標(biāo)尺，與油水同層、含油水層數(shù)據(jù)進(jìn)行定量對比，計算結(jié)果用散點圖的方式進(jìn)行顯示(圖5)，縱坐標(biāo)表示相似度(采用的是夾角余弦法，具體計算公式不再進(jìn)行詳細(xì)介紹，可以由軟件直接生成)，橫坐標(biāo)表示樣品編號。筆者優(yōu)選48個不同樣品進(jìn)行分析，設(shè)置樣品7～9個為共有峰，進(jìn)行相似度評價后，編號1、2、3樣品與油層、油水同層具有較大的差異性，在后期解釋為含油水層。按照圖板分析，相似度值大于0.6解釋為油層，相似度值介于0.4～0.6之間解釋為油水同層，小于0.4解釋為含油水層。該方法在輕烴錄井解釋評價方法中是一種創(chuàng)新。

圖5 輕烴錄井相似度解釋評價圖板

3 偏最小二乘判別分析

偏最小二乘判別分析是一種用于判別分析的多變量統(tǒng)計分析方法。判別分析是一種根據(jù)觀察或測量到的若干變量值，來判斷研究對象如何分類的常用統(tǒng)計分析方法[5]。該方法用于儲層流體性質(zhì)識別時，將55個輕烴分析數(shù)據(jù)導(dǎo)入解釋軟件中，選擇偏最小二乘判別算法生成圖件，其橫、縱坐標(biāo)分別用潛變量得分LV1、LV2表示(圖6)，可以看出油層、油水同層、含油水層三組樣品已經(jīng)完全區(qū)分，分布比較分散，該圖板可作為后期資料應(yīng)用。由于應(yīng)用偏最小二乘判別算法可以在SPSS軟件實現(xiàn)，在數(shù)據(jù)算法方面本文不再進(jìn)行詳細(xì)介紹。圖6中箭頭代表敏感參數(shù)對圖板的貢獻(xiàn)值，箭頭越長代表該參數(shù)在流體性質(zhì)識別中越敏感。

圖6 輕烴錄井偏最小二乘判別解釋圖板

4 聚類分析

對輕烴樣品繼續(xù)采用聚類分析，常用的分析方法有“快速聚類分析方法”及“層次聚類分析方法”[6-7]。本文主要采用層次聚類分析方法，將最相似的對象結(jié)合在一起，以逐次聚合的方式，直到最后所有樣本都聚成一類。首先在解釋軟件中導(dǎo)入選取測試井55個輕烴譜圖中所有數(shù)據(jù)點并求取歐氏距離，再將求取的參數(shù)值作為圖板的縱坐標(biāo)，樣品編號為橫坐標(biāo)。其根狀分類結(jié)果見圖7。

圖7 輕烴錄井聚類分析可視化圖板

可以明顯看出油水同層、含油水層、油層三組樣本各自聚為一類,也能夠明顯區(qū)分流體性質(zhì)(圖中選擇的共有模式數(shù)據(jù)與油層聚為一類，用藍(lán)色表示)?，F(xiàn)以樣品1、3、4為例分析：樣品1與樣品4距離最小，首先聚成一類，樣品3與樣品1、樣品4之間距離小，并聚成一類為含油水層(淺綠色)，其他樣品以此類推。圖7中油層樣品11、樣品14、樣品15由于與油層其他樣品距離具有差異性，不能較好地聚在一起(可考慮為異常數(shù)據(jù))，灰色線連接代表樣本聚類效果差異性大。

5 應(yīng)用前景

采用多點保留時間校正法能夠有效解決輕烴譜圖每個化合物保留時間的差異性，使輕烴譜圖分析更加直觀，該方法的應(yīng)用在輕烴錄井中屬于一種創(chuàng)新的思路，利用保留時間校正后的輕烴譜圖選擇相似度分析、偏最小二乘判別分析和聚類分析后可大幅提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，能夠提取輕烴解釋評價中的有用信息，減少了人為因素的干擾，方法更科學(xué)。由于該方法在輕烴錄井解釋評價中首次應(yīng)用，對其他錄井技術(shù)的解釋方法研究方面同樣具有一定的借鑒意義，同時該方法也可推廣應(yīng)用于其他行業(yè)，如電力變壓器絕緣油分析和變壓器故障診斷等。