張翔宇， 侯加根， 胡晨彬， 劉 燁， 王喜鑫， 季 嶺

(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249；2.油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；3.中石化勝利油田分公司，山東 東營(yíng) 257000；4.中石油大港油田分公司，河北 滄州 061023 )

中國(guó)大多數(shù)油田已經(jīng)進(jìn)入開發(fā)的中后期，精細(xì)油藏描述中的儲(chǔ)層層間非均質(zhì)性研究是調(diào)動(dòng)剩余油開發(fā)的重要內(nèi)容。儲(chǔ)層層間非均質(zhì)性是指縱向上砂體之間儲(chǔ)層性質(zhì)的差異程度。層間非均質(zhì)性是造成多層合采，注水開發(fā)油田層間矛盾的內(nèi)因(李波等，2007)。目前油田生產(chǎn)中研究?jī)?chǔ)層層間非均質(zhì)性大多采用單項(xiàng)參數(shù)評(píng)價(jià)儲(chǔ)層層間差異，較常用的參數(shù)有層間滲透率變異系數(shù)、層間滲透率級(jí)差、層間滲透率突進(jìn)系數(shù)等，或是將隔層的儲(chǔ)層參數(shù)進(jìn)行羅列比較，反應(yīng)其層間非均質(zhì)性(張興平等，2004)。前人在參數(shù)研究過程中較多地使用熵權(quán)法、加權(quán)平均法、非線性映射法、模糊數(shù)學(xué)等方法(郭瑞等，2016；萬(wàn)建鵬等，2015；吳光文等，2015；楊柏等，2009;王祝文等，2009)。這些方法都可以將各種儲(chǔ)層參數(shù)相結(jié)合得出一個(gè)確定性的、唯一的綜合指數(shù)，但是影響儲(chǔ)層非均質(zhì)性的參數(shù)很多，這些參數(shù)對(duì)儲(chǔ)層非均質(zhì)性的影響程度不同，這些方法僅僅將這些參數(shù)進(jìn)行羅列，所得出的綜合指數(shù)不具有代表性。因此本次研究中使用主成分分析法對(duì)王23-王27斷塊的層間非均質(zhì)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，不同于前人對(duì)各種評(píng)價(jià)參數(shù)的綜合疊加而是采取數(shù)理統(tǒng)計(jì)中降維的思維將多個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)轉(zhuǎn)化為較少的參數(shù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

王官屯油田位于河北省滄縣王官屯鄉(xiāng)境內(nèi)，構(gòu)造位置處于渤海灣盆地黃驊坳陷南部孔店構(gòu)造帶孔東斷裂西側(cè)，孔東斷層控制其構(gòu)造展布，整體為一被斷層復(fù)雜化的單斜構(gòu)造，其中王23-王27斷塊為構(gòu)造巖性油氣藏(圖1)，棗Ⅲ油組是主力含油層系,為沖積扇扇中沉積體系產(chǎn)物，厚度90～180 m，砂巖發(fā)育,厚度大,巖性以細(xì)—粗砂巖、砂礫巖為主， 夾紫紅色、灰綠色泥巖和泥質(zhì)粉砂巖。平均孔隙度為19.04%，平均滲透率為 61.9×10-3μm2, 孔隙度為18%～23%,滲透率分布較為分散。受斷層的影響,平面上原油粘度差異較大(劉鈺銘等，2010)。為了繼續(xù)挖潛，提高油田產(chǎn)量,有必要對(duì)儲(chǔ)層層間非均質(zhì)性進(jìn)行研究，尤其對(duì)層間滲透率非均質(zhì)性的判斷對(duì)開發(fā)過程中的地質(zhì)方案制定極為重要。

2 儲(chǔ)層層間滲透率非均質(zhì)性的研究

在沉積、成巖和構(gòu)造共同控制作用下，導(dǎo)致儲(chǔ)層在空間和內(nèi)部屬性的各向異性和非均勻的變化即為儲(chǔ)層的非均質(zhì)性(吳元燕等，2005)。在實(shí)際的油田生產(chǎn)中，儲(chǔ)層非均質(zhì)性嚴(yán)重影響地下油、氣、水的流動(dòng)和分布，從而影響油氣的采收程度。這其中儲(chǔ)層層間滲透率非均質(zhì)性與油田生產(chǎn)密切相關(guān)(周宏，2006；陳培元等，2013)。

儲(chǔ)層非均質(zhì)性的分類較多，針對(duì)國(guó)內(nèi)陸相碎屑巖儲(chǔ)層特征(表1)，國(guó)內(nèi)油田大多數(shù)以碎屑巖儲(chǔ)層非均質(zhì)性分類方案(裘懌楠等，2001)

圖1 王23-王27斷塊構(gòu)造地理位置Fig.1 Wang23-Wang27 block structural location 表1 不同規(guī)模的儲(chǔ)層非均質(zhì)性表征內(nèi)容Table 1 Reservoir heterogeneity in different scales

表征內(nèi)容層間非均質(zhì)性平面非均質(zhì)性層內(nèi)非均質(zhì)性微觀非均質(zhì)性儲(chǔ)層分布儲(chǔ)集單元多層儲(chǔ)層分布單層儲(chǔ)層分布層內(nèi)儲(chǔ)集單元隔夾層層間隔層側(cè)向隔擋體層內(nèi)夾層儲(chǔ)層質(zhì)量非均質(zhì)分布孔滲平面分布滲透率韻律孔隙、喉道填隙物非均質(zhì)程度層間滲透率非均質(zhì)性層內(nèi)非均質(zhì)程度各向異性平面滲透率各向異性層內(nèi)滲透率各向異性儲(chǔ)層裂縫層間裂縫平面裂縫層內(nèi)裂縫微裂縫

層間非均質(zhì)性為縱向上多個(gè)油層之間的差異性。主要指砂體間的旋回性及滲透率分布梯度、隔夾層分布和構(gòu)造裂縫等的差異(單敬福等，2006)。

儲(chǔ)層形成過程中，受到沉積作用，成巖作用和構(gòu)造作用的影響形成不同類型的砂體，不同類型儲(chǔ)層的滲透率差異較大，滲透率的差異影響著油田的注水開發(fā)。實(shí)際油田生產(chǎn)中，在采用合層注水開發(fā)的過程中，注入水會(huì)優(yōu)先進(jìn)入高滲透層驅(qū)油，較低滲透儲(chǔ)層的動(dòng)用情況較差。

層間滲透率非均質(zhì)程度的通常應(yīng)用層間滲透率變異系數(shù)、層間滲透率突進(jìn)系數(shù)和層間滲透率級(jí)差三種參數(shù)評(píng)價(jià)(表2)。

表2 非均質(zhì)性的綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

(1)滲透率變異系數(shù)。滲透率變異系數(shù)是滲透率標(biāo)準(zhǔn)偏差和滲透率平均值的比值，即

滲透率層間變異系數(shù)體現(xiàn)樣品偏離整體平均值的程度，即分布均勻情況。當(dāng)它的變化范圍為Vk≥0，該值越小，說明樣品值越均勻，Vk=0時(shí)為均勻型。

滲透率突進(jìn)系數(shù)反映儲(chǔ)層單層滲透率高導(dǎo)致注入劑單層突進(jìn)情況，其變化范圍為Sk≥1，該值越小反映了垂向上層間滲透率變化小，注入劑波及體積大，驅(qū)油效果好。反之，說明滲透率在垂向上變化大，注入劑容易沿滲透性強(qiáng)段竄進(jìn)，波及范圍小，水驅(qū)油效果不佳。

(3)滲透率級(jí)差(Nk)。滲透率級(jí)差是縱向上各砂層的滲透率最大值(Kmax)與最小值(Kmin)的比值，即

Nk=Kmax/Kmin

滲透率級(jí)差反映滲透率變化幅度即滲透率絕對(duì)值的差異程度。其變化范圍為Nk≥1。數(shù)值越大，說明層間滲透率變化幅度大，非均質(zhì)性越強(qiáng)，數(shù)值越接近于1，儲(chǔ)層越均質(zhì)。

每一種參數(shù)對(duì)層間滲透率非均質(zhì)程度都會(huì)給出度量標(biāo)準(zhǔn)，不同油田的不同區(qū)塊，沉積環(huán)境的不同導(dǎo)致采用的參數(shù)不同，因此參數(shù)選擇尤為重要。本文將應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法中的主成分分析法對(duì)王官屯地區(qū)王23-王27斷塊的層間滲透率非均質(zhì)參數(shù)進(jìn)行分析，確定出影響程度最大的參數(shù)作為指導(dǎo)參數(shù)來對(duì)該斷塊的層間滲透率非均質(zhì)程度進(jìn)行定義。

3 主成分分析法應(yīng)用實(shí)例

代數(shù)學(xué)上的p個(gè)隨機(jī)變量X1,X2,…,Xp組成的一些特殊的線性組合，通過原有坐標(biāo)軸系的旋轉(zhuǎn)變換得到一個(gè)在幾何學(xué)上匹配這些線性組合的新坐標(biāo)系。新坐標(biāo)軸代表數(shù)據(jù)變異性的最大方向并對(duì)協(xié)方差結(jié)構(gòu)提供一個(gè)更簡(jiǎn)煉的刻畫。雖然p個(gè)成分可以再現(xiàn)全系統(tǒng)的變異性，但大部分變異性規(guī)律常常只需要k(k

研究層間滲透率非均質(zhì)性非均質(zhì)程度的垂向測(cè)量單元為單砂層，研究層次為小層級(jí)別。首先進(jìn)行地層劃分，依據(jù)高分辨率層序地層學(xué)將地層劃分為單砂層級(jí)別。地層劃分是揭示儲(chǔ)層層間非均質(zhì)性、認(rèn)識(shí)單個(gè)含油砂體宏觀和微觀非均質(zhì)性的基礎(chǔ),有助于了解儲(chǔ)集體在地下的分布情況。綜合單個(gè)砂體中井網(wǎng)分布狀況，結(jié)合動(dòng)態(tài)資料和靜態(tài)資料全面分析控制儲(chǔ)層非均質(zhì)性形成的主要因素(武明輝等，2006)。本次研究中根據(jù)每口井的SP，GR和RT等測(cè)井曲線形態(tài)選用標(biāo)準(zhǔn)井(圖2)，使用標(biāo)志層控制層位。采用沉積旋回和地層厚度法結(jié)合標(biāo)志層劃分砂層的對(duì)比方法，將棗Ⅲ-1，棗Ⅲ-2，棗Ⅲ-3，棗Ⅲ-4四個(gè)小層分為16個(gè)單砂層，其中棗Ⅲ-1小層分為3個(gè)單砂層，棗Ⅲ-2小層分為4個(gè)單砂層，棗Ⅲ-3小層分為3個(gè)單砂層，棗Ⅲ-4小層分為6個(gè)單砂層。統(tǒng)計(jì)區(qū)塊內(nèi)110口單井的各個(gè)單砂層的滲透率，并計(jì)算層間滲透率變異系數(shù)、層間滲透率突進(jìn)系數(shù)和層間滲透率級(jí)差等參數(shù)(表3)。在此基礎(chǔ)上，對(duì)三種參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性計(jì)算(表4)和參數(shù)數(shù)據(jù)的主成分分析，得出三種參數(shù)對(duì)層間滲透率非均質(zhì)性的貢獻(xiàn)率(表5)。

圖2 王27井單井柱狀圖Fig.2 Single well histogram of Wang27 表3 各個(gè)小層內(nèi)的單砂層層間滲透率非均質(zhì)參數(shù)Table 3 Heterogeneity parameters of single sandlayer permeability in different layers

小層單砂層層間變異系數(shù)單砂層層間突進(jìn)系數(shù)級(jí)差ZⅢ-10.5291.7570.11ZⅢ-20.5341.8375.96ZⅢ-30.5361.7934.77ZⅢ-40.6292.0978.68

表4 相關(guān)性計(jì)算結(jié)果

表5 主成分分析結(jié)果

表4，5中的x1，x2，x3分別代表層間滲透率變異系數(shù)、層間滲透率突進(jìn)系數(shù)和層間滲透率級(jí)差。根據(jù)最初的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，從層間變異系數(shù)角度出發(fā)，為中等非均質(zhì)性，從突進(jìn)系數(shù)角度出發(fā)則為弱-中等非均質(zhì)性，從級(jí)差角度出發(fā)則為強(qiáng)非均質(zhì)性，這樣的結(jié)果顯然存在矛盾，而通過主成分分析結(jié)果易得，層間變異系數(shù)對(duì)滲透率非均質(zhì)性的影響權(quán)重占76.23%，突進(jìn)系數(shù)占23.30%，級(jí)差占0.47%，因此將以層間變異系數(shù)作為第一主成分，層間突進(jìn)系數(shù)作為第二主成分，級(jí)差的影響較小，故可得出該儲(chǔ)層的層間滲透率非均質(zhì)性程度為中等非均質(zhì)性。該結(jié)論與油田開采動(dòng)態(tài)結(jié)果吻合，因此用主成分分析法分析數(shù)據(jù)可將非均質(zhì)性類型的定義與數(shù)據(jù)分析相結(jié)合得出一個(gè)相對(duì)可靠的結(jié)論。

4 結(jié)論

(1)提出了運(yùn)用主成分分析研究法評(píng)價(jià)儲(chǔ)層層間非均質(zhì)性：即先進(jìn)行單砂層劃分，統(tǒng)計(jì)斷塊內(nèi)每口單井在不同單砂層的滲透率值，以單砂層為垂向測(cè)量單元，計(jì)算不同單砂層滲透率層間非均質(zhì)參數(shù)，運(yùn)用主成分分析法計(jì)算出各個(gè)參數(shù)的影響權(quán)重，再進(jìn)行層間非均質(zhì)性評(píng)價(jià)。

(2)針對(duì)王23-王27斷塊，運(yùn)用主成分分析研究法確立了層間滲透率變異系數(shù)為該斷塊層間滲透率非均質(zhì)性主要評(píng)價(jià)參數(shù)，突進(jìn)系數(shù)為次要評(píng)價(jià)參數(shù)，判定該儲(chǔ)層的層間滲透率非均質(zhì)性程度為中等非均質(zhì)性。

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