黃亞璇 楊永強(qiáng) 李濤濤 黃子艦 劉 波 方鐵園

(①?gòu)V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(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探部)

0 引 言

輕烴錄井技術(shù)主要檢測(cè)儲(chǔ)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(jì)，輕烴原始參數(shù)(103個(gè))和衍生參數(shù)多達(dá)223個(gè)，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(duì)解釋評(píng)價(jià)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(shí)間會(huì)有明顯的差異，同一儀器由于井場(chǎng)供電條件、儀器色譜柱老化、色譜柱溫波動(dòng)和流動(dòng)相穩(wěn)定性等因素的影響，都可能導(dǎo)致保留時(shí)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(lái)較大困擾。

筆者利用多點(diǎn)保留時(shí)間校正法對(duì)輕烴譜圖進(jìn)行數(shù)字化處理，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)輕烴分析結(jié)果各組分保留時(shí)間的校正。通過(guò)收集長(zhǎng)慶油田測(cè)試井不同流體性質(zhì)的輕烴譜圖對(duì)比分析，利用油層標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照譜圖比對(duì)，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(diǎn)保留時(shí)間校正法

1.1 原理與方法

保留時(shí)間校正的實(shí)質(zhì)，是根據(jù)各譜圖中某些相同組分的色譜峰位置，對(duì)譜圖進(jìn)行伸縮和平移處理，并通過(guò)色譜基線線性插值方法，使各組分間保留時(shí)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(jì)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(guò)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(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)組成，導(dǎo)入Excel后可重新生成輕烴采集的譜圖(圖1)，實(shí)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(shí)間校正

保留時(shí)間校正示意圖見(jiàn)圖2。首先選取參考譜圖中n個(gè)特征明顯的組分保留時(shí)間作為校正的基準(zhǔn)，并劃分為幾個(gè)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(shí)間值。

圖2 保留時(shí)間校正示意

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

ti′=t0+(ti-t0) (t1-t0)/(t1′-t0′)

(1)

具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程簡(jiǎn)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(gè)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(shí)間前輕烴譜圖對(duì)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(shí)間為例，校正前后數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表1。其他部分組分保留時(shí)間校正以此類推。

表1 保留時(shí)間校準(zhǔn)前后對(duì)比

1.4 保留時(shí)間校正后的效果對(duì)比

選取長(zhǎng)慶油田測(cè)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(gè)輕烴譜圖疊加說(shuō)明，保留時(shí)間校正前后對(duì)比見(jiàn)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(diǎn)校正后輕烴譜圖疊加效果

輕烴分析譜圖利用多點(diǎn)保留時(shí)間校正后，采集譜圖能夠更加規(guī)范化，通過(guò)譜圖直觀識(shí)別分析對(duì)儲(chǔ)層流體性質(zhì)的判識(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)定性評(píng)價(jià)，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(jì)學(xué)算法對(duì)流體性質(zhì)進(jìn)一步判識(shí)，從而最終實(shí)現(xiàn)流體性質(zhì)的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。

2 相似度評(píng)價(jià)

相似度算法是用于評(píng)價(jià)兩個(gè)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(píng)價(jià)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(jià)值，簡(jiǎn)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(gè)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(duì)比，計(jì)算結(jié)果用散點(diǎn)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(jì)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(hào)。筆者優(yōu)選48個(gè)不同樣品進(jìn)行分析，設(shè)置樣品7～9個(gè)為共有峰，進(jìn)行相似度評(píng)價(jià)后，編號(hào)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?qǐng)D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(píng)價(jià)方法中是一種創(chuàng)新。

圖5 輕烴錄井相似度解釋評(píng)價(jià)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(jì)分析方法。判別分析是一種根據(jù)觀察或測(cè)量到的若干變量值，來(lái)判斷研究對(duì)象如何分類的常用統(tǒng)計(jì)分析方法[5]。該方法用于儲(chǔ)層流體性質(zhì)識(shí)別時(shí)，將55個(gè)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(shí)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(duì)圖板的貢獻(xiàn)值，箭頭越長(zhǎng)代表該參數(shù)在流體性質(zhì)識(shí)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(duì)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(duì)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(cè)試井55個(gè)輕烴譜圖中所有數(shù)據(jù)點(diǎn)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(hào)為橫坐標(biāo)。其根狀分類結(jié)果見(jiàn)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(diǎn)保留時(shí)間校正法能夠有效解決輕烴譜圖每個(gè)化合物保留時(shí)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(shí)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(píng)價(jià)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(píng)價(jià)中首次應(yīng)用，對(duì)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(shí)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。