袁少陽(yáng), 張占松, 李權(quán), 石文睿

(油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長(zhǎng)江大學(xué)), 湖北 武漢 430100)

0 引 言

復(fù)雜儲(chǔ)層具有孔隙空間類型多樣、巖性復(fù)雜、非均質(zhì)性強(qiáng)等特點(diǎn),有著極其復(fù)雜的巖石物理響應(yīng),如果不對(duì)儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià),將難以建立準(zhǔn)確的測(cè)井響應(yīng)理論模型,且儲(chǔ)層的非線性、非均質(zhì)性導(dǎo)致測(cè)井解釋的多解性[1]。依據(jù)巖性對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行分類,每一類巖性都有其對(duì)應(yīng)的孔隙結(jié)構(gòu),各類孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)不同的測(cè)井曲線特征?？紫抖鹊臏?zhǔn)確計(jì)算是油藏精細(xì)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)[2]。為了提高伊位克M油田復(fù)雜巖性儲(chǔ)層的計(jì)算孔隙度的精度,本文采用最小錯(cuò)誤率的貝葉斯判別法先進(jìn)行巖性判別,根據(jù)巖性選擇不同的孔隙度計(jì)算模型,將計(jì)算出的孔隙度與不進(jìn)行巖性分類而直接計(jì)算的孔隙度對(duì)比,發(fā)現(xiàn)分類后可以得到較高精度的計(jì)算孔隙度。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)位于伊拉克M油田,其地質(zhì)構(gòu)造格局主要是由三次大規(guī)模的造山運(yùn)動(dòng)所決定的,分別是元古宙晚期-顯生宙早期的泛非運(yùn)動(dòng),古生代晚期-中生代早期的印支-海西運(yùn)動(dòng),以及新生代的喜馬拉雅造山運(yùn)動(dòng),最終形成了構(gòu)造走向以北西—南東為主的現(xiàn)今構(gòu)造格局[3],在復(fù)雜的構(gòu)造條件下形成了該地區(qū)較為復(fù)雜的巖性類別和儲(chǔ)集空間。研究區(qū)的儲(chǔ)集空間以孔隙型為主,但也含有較多裂縫型和裂縫-孔隙型。分析薄片資料可知,孔隙包括有粒間孔隙以及粒內(nèi)溶孔、鑄?？?、晶間孔隙等次生孔隙。分析巖心物性資料和裂縫數(shù)據(jù)可知,孔隙度主要分布在4%～12%,滲透率分布在0.2～5 mD*非法定計(jì)量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2; 1 ft=12 in=0.304 8 m,下同,屬于低孔隙度低滲透率儲(chǔ)層[4]。一些垂直裂縫和多向裂縫的存在也使一些層段有較大的滲透率,但也并不一定是較好的儲(chǔ)集層。

分析M油田的取心錄井資料,研究區(qū)的巖性復(fù)雜,各類巖性分布比例如圖1所示。層位上從上到下大體的巖性分布趨勢(shì)為白云巖儲(chǔ)層、含砂巖夾層的白云巖,深層主要為灰?guī)r、 薄層泥頁(yè)巖,以及含白云巖夾層的砂巖儲(chǔ)層。不同的巖性類別具有不同的骨架值和測(cè)井響應(yīng)特征,以巖性識(shí)別為基礎(chǔ)建立孔隙度模型可以更有效地計(jì)算孔隙度。

圖1 M油田巖性分布比例

2 巖性判別基礎(chǔ)上的孔隙度計(jì)算

孔隙度的常規(guī)計(jì)算方法主要是體積模型法和巖心刻度法。最常用的純巖石水層體積模型的使用有2個(gè)前提條件:①地層不含泥質(zhì)或泥質(zhì)含量穩(wěn)定;②孔隙度在15%～30%的范圍內(nèi)變化[5]。在巖性相對(duì)復(fù)雜的低孔隙度低滲透率儲(chǔ)層中直接利用體積模型法并不能較準(zhǔn)確反映儲(chǔ)層孔隙度。對(duì)于巖心刻度法,對(duì)比M地區(qū)測(cè)井資料和取心、錄井資料發(fā)現(xiàn),孔隙度與各測(cè)井曲線相關(guān)系數(shù)都較低(見(jiàn)表1)。從圖2看出,巖心孔隙度與密度、聲波時(shí)差呈現(xiàn)出散亂的對(duì)應(yīng)關(guān)系。分析其原因主要是研究區(qū)巖性復(fù)雜,不同的巖性具有不同的巖性骨架值,混雜巖性如泥質(zhì)或膏質(zhì)的影響造成了交會(huì)點(diǎn)的散亂分布。結(jié)合一些數(shù)學(xué)方法以提高孔隙度的計(jì)算精度是有必要的[6]。

圖2 孔隙度與密度、聲波時(shí)差交會(huì)圖

ACRHOBNPHIGRRLLd?0.301-0.4670.4140.053-0.282

2.1 利用貝葉斯判別法進(jìn)行巖性識(shí)別

基于研究區(qū)的復(fù)雜巖性特征,先利用模式識(shí)別方法識(shí)別巖性,再計(jì)算孔隙度。貝葉斯判別法是統(tǒng)計(jì)模型決策中的基本方法,在不完全已知所有的情況下對(duì)于部分未知的狀態(tài)用主觀概率估計(jì),用貝葉斯公式對(duì)發(fā)生概率進(jìn)行修正,最后利用期望值和修正概率作出最優(yōu)決策[7]。本文是將巖性識(shí)別看作是種類判別問(wèn)題,從最小錯(cuò)誤率的要求出發(fā),利用貝葉斯公式得出使錯(cuò)誤率最小的分類決策[8]。

整個(gè)巖性識(shí)別過(guò)程。①根據(jù)巖性描述初步了解研究區(qū)的主要巖性,根據(jù)巖性的分布情況進(jìn)行判別巖性的大體分類。貝葉斯判別所要求的數(shù)據(jù)應(yīng)服從正態(tài)分布,只有當(dāng)均勻抽樣時(shí)才能滿足這一條件。為了大致使各種分類的先驗(yàn)概率相等,研究區(qū)共有十幾口研究井,選擇了其中的5口井建立了巖性樣本。②選擇特征最顯著、曲線最齊全的1口井作為關(guān)鍵井,對(duì)研究區(qū)作了測(cè)井曲線標(biāo)準(zhǔn)化。③選擇合適的測(cè)井曲線作為輸入曲線,利用貝葉斯判別法編寫了程序,形成貝葉斯判別分類器。其中,后驗(yàn)概率是利用貝葉斯公式求得

圖3 白云巖單條測(cè)井曲線擬合模型示意圖

(1)

式中,P(ωi|x)為后驗(yàn)概率;p(x|ωi)為概率密度函數(shù);P(ωi)為先驗(yàn)概率。利用式(1)計(jì)算每個(gè)深度點(diǎn)的各類訓(xùn)練樣本的后驗(yàn)概率值,選取其最大值所對(duì)應(yīng)的巖性類別作為該深度點(diǎn)的類,滿足最小錯(cuò)誤率的要求。④對(duì)樣本的回判率和檢驗(yàn)井的判別結(jié)果進(jìn)行分析,調(diào)整巖性分類和測(cè)井曲線組合。選取了回判率最高的一組測(cè)井曲線組合,判別用到的測(cè)井曲線分別為自然伽馬、聲波時(shí)差、補(bǔ)償中子、補(bǔ)償密度和深電阻率曲線。表2為5口驗(yàn)證井的回判率。⑤重復(fù)上2步操作直到得到比較準(zhǔn)確的巖性判別結(jié)果,最后將巖性判定為泥質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r、粉砂質(zhì)灰?guī)r、白云巖、砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖、石膏等8種巖性。判別后以數(shù)字形式輸出一條連續(xù)的方波曲線。

表2 各驗(yàn)證井訓(xùn)練樣本回判率

2.2 基于巖性判別的孔隙度計(jì)算

在依據(jù)巖性分類的基礎(chǔ)上選擇各巖性較為典型的數(shù)據(jù)點(diǎn),排除裂縫層位和邊界點(diǎn),利用巖心分析孔隙度與三孔隙度曲線分別建立了測(cè)井解釋模型,孔隙度與測(cè)井曲線之間體現(xiàn)出較好的相關(guān)性。圖3為白云巖孔隙度與聲波時(shí)差和補(bǔ)償密度的擬合模型。

用單條測(cè)井曲線擬合模型的數(shù)據(jù)進(jìn)行多元擬合后,得到6大類巖性最終用于計(jì)算的巖性刻度模型:

白云巖φ=34.907+0.556AC-20.257RHOB-0.028NPHI

灰?guī)rφ=34.251+0.372AC-19.702RHOB+0.379NPHI

砂巖φ=16.827+0.057AC-8.940RHOB+0.907NPHI

泥質(zhì)灰?guī)rφ=-57.212RHOB+154.46

石膏、泥巖φ=0

式中,φ為計(jì)算孔隙度;AC、RHOB、NPHI分別為聲波時(shí)差、補(bǔ)償中子、補(bǔ)償密度孔隙度曲線。

對(duì)于巖性分類中的粉砂質(zhì)灰?guī)r和砂質(zhì)泥巖由于砂質(zhì)的存在沒(méi)有較好的擬合模型,在計(jì)算過(guò)程中直接使用灰?guī)r和泥巖的解釋模型。計(jì)算時(shí)會(huì)根據(jù)巖性分類器輸出的巖性數(shù)字代碼而選擇不同的測(cè)井解釋模型,從而有效計(jì)算孔隙度。

根據(jù)巖石物理體積模型原理,孔隙度測(cè)井值可以看成是在測(cè)井儀器的探測(cè)范圍內(nèi)地層巖石各組分的相對(duì)體積與對(duì)應(yīng)的測(cè)井物理量乘積的總和。運(yùn)用體積模型的關(guān)鍵主要是參數(shù)的選擇,而M地區(qū)的復(fù)雜巖性特征使單一或常規(guī)的巖石骨架值都不能較準(zhǔn)確計(jì)算整口井的孔隙度值。通過(guò)前文所述的交會(huì)圖可以確定各類巖石骨架值,在巖性識(shí)別后自動(dòng)選擇各巖性所對(duì)應(yīng)的骨架參數(shù),大大提高了孔隙度的計(jì)算精度。骨架值、泥質(zhì)及流體參數(shù)的選擇見(jiàn)表3。

表3 各巖性的骨架參數(shù)及孔隙流體參數(shù)

除了以上4種巖性外,泥質(zhì)灰?guī)r和粉砂質(zhì)灰?guī)r計(jì)算時(shí)也使用灰?guī)r的骨架密度值,砂質(zhì)泥巖與泥巖一樣同等于0。將骨架參數(shù)代入體積模型計(jì)算公式也可較好地計(jì)算孔隙度。補(bǔ)償密度計(jì)算孔隙度

(2)

式中,ρb、ρma、ρsh、ρf分別為地層、骨架、泥巖、流體密度測(cè)井值,g/cm3。

補(bǔ)償中子計(jì)算孔隙度

(3)

聲波時(shí)差計(jì)算孔隙度

(4)

式中,Δt、Δtma、Δtsh、Δtf分別為地層、骨架、泥巖、流體聲波測(cè)井值,μs/ft;Cp為地層壓實(shí)校正系數(shù)。

中子—密度測(cè)井值交會(huì)計(jì)算孔隙度

φ=(φD+φN)/2

(5)

3 孔隙度的評(píng)價(jià)與分析實(shí)例

以伊拉克M油田×-3井為例計(jì)算儲(chǔ)層孔隙度,編寫好所需的貝葉斯決策分類器和跟據(jù)巖性選擇不同的孔隙度計(jì)算模型程序,可以得到分別由體積模型法和巖心刻度法計(jì)算的2類孔隙度。圖4是×-3井通過(guò)2種算法計(jì)算的孔隙度;圖4中判別巖性與錄井巖性符合率很高,計(jì)算孔隙度中第1列和第2列是基于巖性識(shí)別后利用巖心刻度法與體積法計(jì)算的;第3列是直接利用補(bǔ)償密度的體積模型公式計(jì)算的。顯然,前2列計(jì)算值與巖心分析孔隙度有較好的一致性,第3列計(jì)算值整體偏小。

圖4 ×-3井孔隙度計(jì)算結(jié)果示意圖

×-3井,基于巖性識(shí)別后利用體積模型法計(jì)算的孔隙度平均絕對(duì)誤差為1.46%,平均相對(duì)誤差為16.37%,利用巖心刻度法計(jì)算的孔隙度平均絕對(duì)誤差為2.51%,平均相對(duì)誤差為25.32%;直接利用體積模型計(jì)算平均絕對(duì)誤差為4.57%,平均相對(duì)誤差為48.3%。由此可見(jiàn),基于貝葉斯判別法的孔隙度計(jì)算方法可以有效提高孔隙度的計(jì)算精度,達(dá)到精細(xì)評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的目的。表4為M油田8口井的孔隙度計(jì)算結(jié)果。

圖4和表4中,利用體積模型法所計(jì)算孔隙度的誤差值要小于巖心刻度法可以計(jì)算出更高精度的孔隙度值,在評(píng)價(jià)M油田復(fù)雜儲(chǔ)層中利用貝葉斯判別法判別巖性后再利用體積模型的計(jì)算方法更為有效。

表4 各井孔隙度計(jì)算結(jié)果誤差分析表

4 結(jié) 論

(1) 對(duì)于復(fù)雜巖性儲(chǔ)層的測(cè)井評(píng)價(jià)可以考慮分巖性進(jìn)行研究,每一類巖性在測(cè)井曲線特征上都有一定的共性,找出其特征值進(jìn)行巖性分類,可以更好地進(jìn)行儲(chǔ)層評(píng)價(jià)。

監(jiān)督責(zé)任不夠明晰。監(jiān)督必須要承擔(dān)責(zé)任，不然監(jiān)督可有可無(wú)。但在實(shí)踐當(dāng)中，紀(jì)檢監(jiān)察人員嚴(yán)格執(zhí)行制度卻經(jīng)常被貼上不愿擔(dān)責(zé)、缺乏擔(dān)當(dāng)?shù)臉?biāo)簽，究其原因，是制度規(guī)定不夠明晰，對(duì)監(jiān)督失職、瀆職行為雖然有處罰規(guī)定，處罰也很嚴(yán)厲，但依據(jù)怎樣的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)定性卻較為籠統(tǒng)，被監(jiān)督部門往往以“出了問(wèn)題還是我們擔(dān)責(zé)，又不會(huì)追你們的責(zé)”為由來(lái)搪塞；比如招投標(biāo)承辦部門只在開(kāi)標(biāo)前通知紀(jì)檢部門參與監(jiān)督，是不是做到了事前報(bào)告；這時(shí)候不監(jiān)督是失職，監(jiān)督了怕違規(guī)，參與還是不參與，責(zé)任如何界定；相關(guān)制度卻沒(méi)有明確規(guī)定，很多時(shí)候顯得左右為難。

(2) 利用貝葉斯算法可以綜合考慮多方面的測(cè)井參數(shù)有效識(shí)別巖性,消除對(duì)模型無(wú)關(guān)的信息干擾,在不同層位選取最有效的計(jì)算模型,可以明顯提高孔隙度的計(jì)算精度?；趲r性識(shí)別的基礎(chǔ),巖心刻度和體積模型2種傳統(tǒng)的孔隙度計(jì)算方法都可以完成較準(zhǔn)確的計(jì)算。

(3) 伊位克M油田體積模型的方法比巖心刻度法更能夠準(zhǔn)確計(jì)算孔隙度,選取貝葉斯判別法識(shí)別巖性與體積模型法的組合去計(jì)算孔隙度可以較好地支持該地區(qū)的油藏精細(xì)評(píng)價(jià)工作。

參考文獻(xiàn):

[1] 王樹(shù)寅, 李曉光, 石強(qiáng), 等. 復(fù)雜儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)原理和方法 [M]. 北京: 石油工業(yè)出版社, 2006.

[2] 雍世和, 張超謨. 測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)處理與綜合解釋 [M]. 東營(yíng): 中國(guó)石油大學(xué)出版社, 2007.

[3] 韓耀祖, 陳偉, 歐成華, 等. 伊拉克米桑地區(qū)阿布古拉卜背斜的幾何解析和運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬 [J]. 新疆石油地質(zhì), 2014, 35(1): 124-129.

[4] 朱筱敏. 沉積巖石學(xué) [M]. 4版. 北京: 石油工業(yè)出版社, 2008.

[5] 袁曉宇, 張哨楠, 李映濤, 等. 非線性有效孔隙度計(jì)算方法研究 [J]. 測(cè)井技術(shù), 2013, 37(2): 173-176.

[6] 范銘濤, 沈全意, 吳輝, 等. 復(fù)雜巖性裂縫-孔隙型儲(chǔ)層孔隙度計(jì)算方法研究 [J]. 天然氣工業(yè), 2005, 25(5): 29-36.

[7] 毛寧波, 王浩, 謝濤, 等. 貝葉斯判別法在GD地區(qū)疊前地震屬性交會(huì)中的應(yīng)用 [J]. 石油天然氣學(xué)報(bào)(江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)), 2010, 32(5): 95-98.

[8] 宋秋強(qiáng), 張占松, 張沖, 等. 測(cè)井相-巖相分析技術(shù)有復(fù)雜巖性中的應(yīng)用 [J]. 石油天然氣學(xué)報(bào)(江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)), 2013, 35(6): 1-4.