夏宏泉 ，賴 俊，李高仁，楊 赟

1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室·西南石油大學，四川 成都 610500；2.中國石油長慶油田勘探開發(fā)研究院，陜西 西安 710021；3.中國石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院，陜西 西安710021

引言

頁巖油甜點預測的關鍵是頁巖油層評價，通常包括3 個方面：烴源巖特性品質(zhì)（SQ）評價、儲層物性品質(zhì)（RQ）評價和完井品質(zhì)（CQ）評價[1]。三品質(zhì)評價是尋找地質(zhì)甜點（用于揭示頁巖儲層資源潛力）和工程甜點（用于評價儲層的可壓裂性）的理論依據(jù)[2]。針對長慶油田隴東地區(qū)長7 段低孔、低滲、低壓儲層，按照三品質(zhì)評價參數(shù)的巖石物理意義，通過儲層三品質(zhì)綜合評價與劃分標準的建立，形成一套地質(zhì)–工程一體化頁巖油儲層評價方法，實現(xiàn)對目的層甜點區(qū)的有效識別和預測。

周德華等[3]提出了儲層核心參數(shù)評價法，綜合地質(zhì)–工程兩個方面的評價參數(shù)，對四川盆地建南地區(qū)侏羅系頁巖儲層甜點進行了預測。鄒才能等[4]總結分析了中國頁巖油沉積環(huán)境、儲集空間、油氣聚集等方面的問題，明確了頁巖油核心評價參數(shù)。張晨晨等[5]考慮脆性指數(shù)和有機碳含量之間的顯著相關性、有機質(zhì)豐度和可壓裂性，建立了頁巖儲層品質(zhì)分類指標，并對四川盆地五峰組–龍馬溪組頁巖儲層甜點進行了預測。廖東良等[6]評價了單一參數(shù)法、雷達面積模型和獨立性權重系數(shù)模型在頁巖儲層甜點預測的準確性。曹海濤等[7]采用灰色關聯(lián)分析法研究了深層頁巖儲層地質(zhì)因素與工程甜點的相關性，建立了適用于永川地區(qū)頁巖儲層甜點預測方法。郭旭光等[8]分析了準噶爾盆地頁巖油儲層甜點形成條件，明確了甜點主控因素，建立了多參數(shù)甜點預測方法。蒲秀剛等[9]開展了頁巖油儲層成藏因素研究，形成了甜點預測“四準”技術。

以上這些研究雖然較好地考慮了地質(zhì)、工程兩個因素，但是，在評價參數(shù)賦值方面存在不足，即籠統(tǒng)地按照評價參數(shù)與試油產(chǎn)量的相關性對其進行賦值，未考慮不同品質(zhì)評價在儲層甜點預測中的權重差異。

本文利用縱向分辨率高、蘊含豐富地質(zhì)力學信息的測井曲線，結合射孔壓裂、試油等資料，首先，計算SQ、RQ、CQ 等3 類評價參數(shù)，然后，從地質(zhì)與工程兩個方面考慮不同參數(shù)所蘊含信息具有重復性，引入復相關系數(shù)法和地質(zhì)工程甜點系數(shù)的概念，綜合評價與明確地質(zhì)工程甜點的主控因素，以形成地質(zhì)工程一體化參數(shù)評價標準。由此對單井地質(zhì)剖面上的甜點層段進行識別與劃分，為研究區(qū)頁巖油的射孔壓裂選層與改造等工作提供依據(jù)。

1 頁巖油三品質(zhì)參數(shù)的測井提取

利用自然伽馬、密度、聲波時差等測井曲線提取儲層三品質(zhì)參數(shù)是甜點預測的基礎工作。頁巖油評價與甜點預測需要綜合考慮烴源巖特性品質(zhì)參數(shù)、儲層物性品質(zhì)參數(shù)和完井品質(zhì)參數(shù)[10-11]。

1.1 烴源巖特性品質(zhì)（SQ）參數(shù)提取

（1）有機碳含量提取：有機碳含量越高，儲層烴源巖品質(zhì)越好，越有利于形成頁巖油地質(zhì)甜點區(qū)[12]，其測井計算模型數(shù)值上為

（2）有機質(zhì)成熟度提取：有機質(zhì)成熟度越高，儲層烴源巖品質(zhì)越好，越有利于形成頁巖油地質(zhì)甜點區(qū)，其測井計算模型數(shù)值上為[13]

1.2 儲層物性品質(zhì)（RQ）參數(shù)提取

（1）孔隙度提?。嚎紫抖仍礁?，儲層物性品質(zhì)越好，越有利于形成頁巖油地質(zhì)甜點區(qū)，其測井計算模型數(shù)值上為

（2）含油飽和度提?。汉惋柡投仍礁?，儲層物性品質(zhì)越好，越有利于形成頁巖油地質(zhì)甜點區(qū)，其測井計算模型數(shù)值上為

1.3 完井品質(zhì)（CQ）參數(shù)提取

（1）泊松比提?。翰此杀仍降停瑑油昃焚|(zhì)（CQ）越好，越有利于形成頁巖油工程甜點區(qū)。泊松比根據(jù)縱橫波時差計算，縱橫波時差比值一般大于1.414，而且其比值越大，則泊松比越大，其測井計算模型數(shù)值上為[14]

（2）楊氏模量提?。簵钍夏Ａ吭礁撸瑑油昃焚|(zhì)越好，越有利于形成頁巖油工程甜點區(qū)，其測井計算模型數(shù)值上為

（3）脆性指數(shù)提取：脆性指數(shù)越高，儲層完井品質(zhì)越好，越有利于形成頁巖油工程甜點區(qū)[15]，其測井計算模型數(shù)值上為

（4）孔隙壓力提取：孔隙壓力越高，儲層完井品質(zhì)越好，越有利于形成頁巖油工程甜點區(qū)，其測井計算模型數(shù)值上為

（5）水平主應力提取：水平主應力越低，儲層完井品質(zhì)越好，越有利于形成頁巖油工程甜點區(qū)，采用Anderson 模型進行測井計算

式（9）和式（10）中Biot 系數(shù)根據(jù)式（11）進行測井計算

（6）破裂壓力提?。浩屏褖毫υ降停瑑油昃焚|(zhì)越好，越有利于形成頁巖油甜點區(qū)，其測井計算模型為[16]

（7）水平應力差異系數(shù)提?。核綉Σ町愊禂?shù)越高，儲層完井品質(zhì)越好，越有利于形成頁巖油工程甜點區(qū)，其計算模型為[17]

（8）斷裂韌度提?。簲嗔秧g度越低，儲層完井品質(zhì)越好，越有利于形成頁巖油工程甜點區(qū)，其計算模型為[18-19]

（9）波阻抗提取：波阻抗越低，儲層完井品質(zhì)越好，越有利于形成頁巖油工程甜點區(qū)，其測井計算模型為

（10）可壓裂指數(shù)提?。嚎蓧毫阎笖?shù)越高，儲層完井品質(zhì)越好，有利于形成頁巖油工程甜點區(qū)[20]，其測井計算模型為

對隴東地區(qū)7 口井7 個儲層段進行巖石力學計算的測井精細處理，結合試油產(chǎn)能數(shù)據(jù)，提取得到7 個儲層段甜點響應敏感參數(shù)（有機碳含量、有機質(zhì)成熟度、孔隙度、含油飽和度、楊氏模量、泊松比、脆性指數(shù)、水平最小主應力、水平應力差異系數(shù)、孔隙壓力、破裂壓力、I 型斷裂韌度、II 型斷裂韌度、波阻抗、可壓裂指數(shù)）及其對應儲層的頁巖油產(chǎn)量，結果如表1 所示。

表1 7 個層段甜點響應敏感參數(shù)提取結果Tab.1 Extraction results of sensitive parameters for sweet spot in 7 reseevoir intervals

結果為頁巖油甜點中主控因素分析和甜點評價標準建立提供依據(jù)。

2 頁巖油甜點主控因素分析

依據(jù)不同參數(shù)對頁巖儲層產(chǎn)量的關聯(lián)程度，選取關聯(lián)程度高的因素作為儲層評價的主控因素，并賦以合理權重是進行儲層甜點預測的首要工作。由于單因素回歸結果的相關性較差，為此采用灰色關聯(lián)分析法[21]和復相關系數(shù)法[22]對上述因素分析，綜合選出符合工區(qū)頁巖儲層甜點評價的主控因素。

2.1 灰色關聯(lián)分析法

灰色關聯(lián)分析法是針對數(shù)據(jù)量較少、相關數(shù)據(jù)之間意義不清楚的情況下，利用既有的數(shù)據(jù)所潛在的信息來進行關聯(lián)分析的一種方法。

它是通過建立評價矩陣(儲層評價的眾多因素)與參考矩陣(儲層產(chǎn)油量)，求得各個評價因素與參考因素的灰色關聯(lián)度，按照關聯(lián)程度的大小確定儲層主控因素。其原理如下：

（1）建立評價矩陣Xi和參考矩陣X0

（2）采用均值標準化對矩陣(X0,X1,X2···,Xn)T進行無量綱化；

（3）計算關聯(lián)系數(shù)

式中：Ri–灰色關聯(lián)度。

采用灰色關聯(lián)法對包含儲層有效厚度（He）的16 個甜點響應敏感參數(shù)進行了逐一分析，結果如表2 所示。

表2 甜點響應敏感參數(shù)關聯(lián)分析結果Tab.2 Correlation analysis results of sensitive parameters of sweet spot response

各個敏感參數(shù)的關聯(lián)度結果，關聯(lián)度越大，則表明該參數(shù)對于甜點的影響就越大。

通過對比各個參數(shù)的關聯(lián)度，選取了關聯(lián)度較大（>0.8）的10 個敏感參數(shù)，按照其所屬的評價類型進行分類，分別為SQ（ITOC，Ro）、RQ（He，φ，So）、CQ（υ，pp，SH12，KIC，KIIC），并將其作為判別儲層甜點的主控因素。

2.2 多元回歸復相關系數(shù)法

復相關系數(shù)是用來描述因變量Y與多個自變量（X1,X2···,Xc）之間相關程度的統(tǒng)計指標。采用復相關系數(shù)法能夠綜合各個指標，并且賦予相應的權重值，精準對儲層進行評價和甜點預測。

復相關系數(shù)不是直接求得，需要通過建立因變量Y與多個自變量（X1,X2···,Xc）多元回歸模型來求取相關系數(shù)。

（1）建立因變量與多個自變量（X1,X2···,Xc）的多元回歸模型

對優(yōu)選出的主控因素按照SQ、RQ、CQ 進行復相關系數(shù)分析，得出復相關系數(shù)及權重結果（表3）。

表3 復相關系數(shù)及權重分析結果Tab.3 Analysis results of the multiple correlation coefficient and weight

對于烴源巖品質(zhì)，復相關系數(shù)ITOC>Ro，其對應的權重分別為0.495、0.505；對于儲層物性品質(zhì)，復相關系數(shù)He=φ >So，其對應的權重分別為0.198、0.198、0.604；對于完井品質(zhì)，復相關系數(shù)KIC=KIIC>pp>υ=SH12，其對應的權重分別為0.178、0.178、0.186、0.229、0.229；這為頁巖油甜點評價系數(shù)及標準的劃分奠定了堅實基礎。

3 頁巖油甜點評價系數(shù)計算與標準

利用灰色關聯(lián)分析法篩選出具有代表性的評價參數(shù)作為主控因素，同時利用復相關系數(shù)法對選出的主控因素進行合理的權重賦值，綜合兩種方法得出甜點系數(shù)的計算公式為

通過測井資料精準計算各評價參數(shù)，結合灰色關聯(lián)分析法與復相關系數(shù)法，按照不同的評價指標，建立適用于隴東地區(qū)長7 段三甜點系數(shù)的公式為

應用該方法對工區(qū)J12 井、J14 井等進行甜點評價，求出三甜點系數(shù)XSQ、XRQ、XCQ，建立的工區(qū)頁巖油甜點評價標準，如表4 所示。綜合分析頁巖油層的XSQ、XRQ、XCQ，取其最小值作為評價標準界限，則適用于該區(qū)長7 段優(yōu)質(zhì)頁巖油儲層甜點的評價標準為：XSQ>0.581、XRQ>0.494、XCQ>0.715。

表4 甜點系數(shù)分析結果Tab.4 Analysis results of sweet spot coefficients

4 應用實例分析

以隴東地區(qū)Y321 井為例，利用長7 段頁巖油地層（2 047～2 166 m）測井數(shù)據(jù)計算其主控因素（He、ITOC、Ro、φ、So、υ、SH12、Pp、KIC、KIIC），并依據(jù)式（27）～式（29）計算出甜點系數(shù)（表5）。

表5 Y321 井長7 段頁巖油地層甜點系數(shù)Tab.5 Sweet spot coefficients of Chang 7 shale oil formation in Well Y321

圖1 解釋結論中1、2、3、4 分別代表解釋為頁巖油的4 個含油小層。

圖1 Y321 井長7 段甜點響應敏感參數(shù)測井解釋結果Fig.1 Logging interpretation results of sensitive parameters for sweet spots in Chang 7 section of Well Y321

通過進一步提取主控因素進行歸一化處理，求得Y321 井4 個小層的三品質(zhì)甜點系數(shù)。將三品質(zhì)甜點系數(shù)與評價標準（XSQ>0.581、XRQ>0.494、XCQ>0.715）進行比較，發(fā)現(xiàn)Y321 井4 個小層的三甜點系數(shù)均大于評價標準，從而得出Y321 井長7 段4 個小層皆為頁巖油甜點層的結果。

該結果與實際試油產(chǎn)能8.16 t/d 相符，證實了本文預測方法和標準的準確性。

5 結論

（1）充分利用自然伽馬、密度、聲波時差等測井曲線可準確地提取頁巖油烴源巖特性品質(zhì)（SQ）、儲層物性品質(zhì)（RQ）和完井品質(zhì)（CQ）3 方面的品質(zhì)評價參數(shù)。

（2）采用灰色關聯(lián)分析法優(yōu)選出隴東地區(qū)長7段頁巖油甜點主控因素，主要包括有效厚度、有機碳含量、有機質(zhì)成熟度、孔隙度、含油飽和度、泊松比、水平應力差異系數(shù)、孔隙壓力、I 型斷裂韌度、II型斷裂韌度等10 項甜點主控因素。這些主控因素能夠較全面地表征儲層的烴源巖品質(zhì)、儲層品質(zhì)和完井品質(zhì)，基本可以避免了單因素回歸的局限性和片面性。

（3）通過多元回歸復相關系數(shù)法對主控因素賦以合理的權重，并結合試油產(chǎn)能測試結果，確定出三品質(zhì)甜點系數(shù)的推薦評價標準為XSQ>0.581、XRQ>0.494、XCQ>0.715。

（4）隴東地區(qū)Y321 井實例分析表明，該井長7段頁巖地層中4 個頁巖油小層的三品質(zhì)甜點系數(shù)均大于推薦的評價標準，說明4 個小層均為頁巖油甜點層，該結果與實際試油產(chǎn)能8.16 t/d 相符，證實了本文預測方法和評價標準的準確性。