張叢秀，郝晉美，劉治恒，郭浩鵬

（1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，陜西西安 710021；2.低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710021）

鄂爾多斯盆地環(huán)西—彭陽(yáng)地區(qū)位于有效烴源巖分布區(qū)邊緣，原油主要來(lái)源于長(zhǎng)6 段和長(zhǎng)7 段的烴源巖[1-2]，含油層系多，小斷層發(fā)育，油藏規(guī)模小，相鄰井含油性差異大[3-8]，部分油氣層還發(fā)生過(guò)二次運(yùn)移，對(duì)地質(zhì)錄井有嚴(yán)重影響[9-14]。該地區(qū)原油屬輕質(zhì)油，且80%以上原油含乳化水，地層水性質(zhì)變化大，油水層電性界限模糊，測(cè)井解釋困難[15]。延安組儲(chǔ)層還是典型的氣測(cè)全烴含量低的油層，氣油比非常低，氣測(cè)錄井難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)油氣顯示，同時(shí)受氣測(cè)全烴含量過(guò)低的影響，部分氣測(cè)組分不全，利用目前常用的氣測(cè)解釋評(píng)價(jià)方法無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)價(jià)儲(chǔ)層流體性質(zhì)[16]。為了更好地識(shí)別儲(chǔ)層流體性質(zhì)，筆者從測(cè)錄井資料入手，結(jié)合儲(chǔ)層試油結(jié)果，對(duì)儲(chǔ)層流體與測(cè)錄井參數(shù)的響應(yīng)特征進(jìn)行了全面分析，篩選出與儲(chǔ)層流體性質(zhì)有關(guān)的價(jià)值參數(shù)，并引入SPSS 軟件的Fisher 判別方法，對(duì)儲(chǔ)層錯(cuò)綜復(fù)雜的測(cè)錄井參數(shù)進(jìn)行了深度數(shù)據(jù)挖掘，從判識(shí)率和分離度2 方面考慮，優(yōu)選出判識(shí)率高且分離度大的參數(shù)組合，建立了解釋圖版，以期降低人為因素影響，提高流體識(shí)別能力。

1 儲(chǔ)層流體特征對(duì)測(cè)錄井的影響

1.1 原油特征的影響

環(huán)西—彭陽(yáng)地區(qū)產(chǎn)油層系主要為延7 段、延8 段和延9 段，原油屬輕質(zhì)油，且80%以上原油含乳化水，乳化水對(duì)儲(chǔ)層的電性特征有一定的影響。研究表明[17]，加入無(wú)機(jī)鹽可以使原油的乳化含水率增大，無(wú)機(jī)鹽對(duì)流動(dòng)條件下原油乳化含水率的影響程度排序?yàn)镹aCl＞（Na2SO4、NaHCO3）＞MgCl2＞CaCl2。該地區(qū)地層水以Na2SO4型、NaHCO3型和MgCl2型為主，這可能是引起原油乳化的重要因素。該地區(qū)純油層的電阻率為4.79～351.37 Ω·m，范圍大，因此用測(cè)井電阻率判識(shí)儲(chǔ)層流體性質(zhì)較為困難。

趙彥德等人[1]對(duì)環(huán)西—彭陽(yáng)地區(qū)原油和油砂抽提物族組分進(jìn)行了分析，結(jié)果為：飽和烴含量為26.36%～65.27%，芳烴含量為13.33%～27.37%，非烴和瀝青質(zhì)含量為11.98%～50.91%，飽/芳值為1.6～4.1，族組分變化范圍比較大。這一特點(diǎn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)熒光錄井有一定影響，使現(xiàn)場(chǎng)錄井結(jié)果差異較大，因而利用錄井資料判識(shí)儲(chǔ)層流體性質(zhì)也很困難。

1.2 地層水特征的影響

環(huán)西—彭陽(yáng)地區(qū)延安組儲(chǔ)層的另一典型特征是存在比較強(qiáng)的流體非均質(zhì)現(xiàn)象，其地層水水型分布如圖1 所示。從圖1 可以看出：地層水類(lèi)型較多，隨著深度增加，水型從硫酸鈉型和碳酸氫鈉型逐漸變成氯化鈣型，證明該地區(qū)地層水明顯含有晚期的滲透水[18]，它導(dǎo)致了儲(chǔ)層油氣的再次運(yùn)移、聚集以及油氣藏的氧化、破壞和散失等[19-20]。二次運(yùn)移后的殘余油層具有一定的油層特征，成為影響儲(chǔ)層流體識(shí)別的一大難點(diǎn)。該地區(qū)地層水Cl－質(zhì)量濃度與電阻率的關(guān)系如圖2 所示。由圖2 可知，儲(chǔ)層地層水Cl－質(zhì)量濃度為1191～74737 mg/L，變化范圍較大。隨著Cl－質(zhì)量濃度降低，儲(chǔ)層電阻率有增大趨勢(shì)，因其影響，試油純水層電阻率為3.69～114.48 Ω·m，差異大，明顯存在高阻產(chǎn)水層（見(jiàn)圖2 中綠圈）。地層水性質(zhì)紊亂，造成了油水層電阻率對(duì)比度低，水性的差別削弱、掩蓋甚至抵消了含油性對(duì)電性的影響，使油、水層電性界限模糊[16]。

圖1 地層水水型分布Fig.1 Distribution of formation water types

圖2 地層水Cl－質(zhì)量濃度與電阻率的關(guān)系Fig.2 Relationship between mass concentration of chloride ion in formation water and resistivity

2 敏感參數(shù)優(yōu)選

2.1 測(cè)井參數(shù)優(yōu)選

環(huán)西—彭陽(yáng)地區(qū)延安組儲(chǔ)層電阻率受地層水影響較大，直接應(yīng)用符合率較低且會(huì)遺漏有價(jià)值的儲(chǔ)層（見(jiàn)圖3、圖4），結(jié)合電阻率差異和電阻率變化，其規(guī)律性有所提高。電阻率呈負(fù)差異且有下降趨勢(shì)，儲(chǔ)層產(chǎn)水比例高（見(jiàn)圖5、圖6）。隨著通過(guò)測(cè)井資料計(jì)算的含油飽和度增大，泥質(zhì)含量降低，儲(chǔ)層產(chǎn)油的可能性增大（見(jiàn)圖7）。

2.2 錄井參數(shù)優(yōu)選

2.2.1 現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)錄井參數(shù)優(yōu)選

對(duì)環(huán)西—彭陽(yáng)地區(qū)延安組有試油結(jié)果的84 小層的現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)錄井參數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，熒光直照色主要為黃色和黃白色，暗黃色和亮黃色較少（見(jiàn)圖8）。黃色產(chǎn)油可能性大，黃白色產(chǎn)水可能性大；熒光系列對(duì)比級(jí)別越高（見(jiàn)圖9）、熒光含油面積（見(jiàn)圖10）越大，產(chǎn)油可能性越大。對(duì)21 層試油只產(chǎn)油儲(chǔ)層的現(xiàn)場(chǎng)錄井參數(shù)進(jìn)行組合分析，21 層共有17 種組合，說(shuō)明內(nèi)部關(guān)系非常復(fù)雜，想要達(dá)到統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，比較困難。

圖3 電阻率與聲波時(shí)差解釋圖版Fig.3 Interpretation chart of resistivity and interval transit time

圖4 電阻率與補(bǔ)償中子解釋圖版Fig.4 Interpretation chart of resistivity and compensated neutron

圖5 電阻率差異與儲(chǔ)層流體性質(zhì)的關(guān)系Fig.5 Relationship between resistivity difference and reservoir fluid properties

2.2.2 氣測(cè)錄井參數(shù)優(yōu)選

圖6 電阻率變化與儲(chǔ)層流體性質(zhì)的關(guān)系Fig.6 Relationship between resistivity variation and reservoir fluid properties

石油運(yùn)移過(guò)程中壓力降低，氣油比隨運(yùn)移距離增大而逐漸變小。側(cè)向運(yùn)移時(shí)，由于甲烷與圍巖間的吸附力小，其含量增加；垂向運(yùn)移時(shí)，甲烷相對(duì)分子質(zhì)量小，滲透性最強(qiáng)，會(huì)優(yōu)先逸失，氣油比和甲烷含量均會(huì)變小[3]。環(huán)西—彭陽(yáng)地區(qū)延安組油氣經(jīng)過(guò)垂向和側(cè)向運(yùn)移，大多儲(chǔ)層氣油比較低，平均為6.0 m3/t，為典型的氣測(cè)全烴含量低的油層。分析氣測(cè)參數(shù)，做最大全烴含量與濕度比、充注系數(shù)與峰基比的圖版，結(jié)果見(jiàn)圖11 和圖12。從圖11 和圖12 可以看出，有一定規(guī)律，但效果一般，怎樣把這些有價(jià)值的參數(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，是需要研究的問(wèn)題。

圖10 熒光含油面積與儲(chǔ)層流體性質(zhì)的關(guān)系Fig.10 Relationship between fluorescence oil-bearing area and reservoir fluid properties

3 儲(chǔ)層流體識(shí)別方法

由上述分析可知，評(píng)價(jià)參數(shù)多而雜。圖3～圖12 是從大量圖版中優(yōu)選出的、有一定規(guī)律的圖版，各參數(shù)均有一定效果，但單獨(dú)應(yīng)用符合率均比較低。為此，經(jīng)過(guò)綜合分析和考慮，引入了多元統(tǒng)計(jì)分析判別歸屬的方法——Fisher 判別方法。該方法的基本原理是：利用已知分類(lèi)樣本的數(shù)據(jù)信息，找出樣本客觀分類(lèi)的規(guī)律，從而建立某種判別公式和判別準(zhǔn)則；然后，根據(jù)建立的判別公式和準(zhǔn)則，判別新樣本數(shù)據(jù)所屬的類(lèi)別。

Fisher 判別分析的基本思路為：針對(duì)P維空間中的某點(diǎn)X={X1，X2，…，XP}，尋找一個(gè)能使它降為一維數(shù)值的線性函數(shù)F=ΣCiXi，然后應(yīng)用該線性函數(shù)把P維空間中的已知類(lèi)別總體歸屬的樣本都變換為一維數(shù)據(jù)，這樣既能最大限度地縮小同類(lèi)別中各個(gè)樣本點(diǎn)之間的差異，又能最大限度地?cái)U(kuò)大不同類(lèi)別中各個(gè)樣本點(diǎn)之間的差異，從而獲得滿(mǎn)意的判別結(jié)果[21-23]。

圖11 氣測(cè)最大全烴含量與氣測(cè)濕度比的圖版Fig.11 Chart of maximum total hydrocarbon content and gas logging humidity ratio

圖12 氣測(cè)峰基比與充注系數(shù)的圖版Fig.12 Chart of gas logging peak-to-base value and filling coefficient

統(tǒng)計(jì)環(huán)西—彭陽(yáng)地區(qū)延安組83 層已知流體類(lèi)別儲(chǔ)層的相關(guān)數(shù)據(jù)（1 層因參數(shù)不全未統(tǒng)計(jì)），以試油結(jié)論油層、油水同層、含油水層、和水層作為分類(lèi)變量。因取心對(duì)氣測(cè)值及現(xiàn)場(chǎng)顯示有明顯的影響，所以將是否取心也作為判別流體性質(zhì)的一個(gè)因素。首先對(duì)前期篩選的非數(shù)字化參數(shù)進(jìn)行數(shù)字化處理，如將熒光直照色中黃白色、亮黃色、黃色和暗黃色分別數(shù)字化為1，2，3 和4；含油面積＜5%，5%～10%，10%～15%，15%～20%和＞20%分別數(shù)字化為1，2，3，4 和5；電阻率差異的負(fù)差異、無(wú)差異和正差異分別數(shù)字化為?1，0 和1；電阻率變化的降低、平穩(wěn)和升高分別數(shù)字化為?1，0 和1；將是否取心中的取心和未取心分別數(shù)字化為1 和0。然后將這83 層數(shù)字化后的測(cè)錄井參數(shù)（電阻率、聲波時(shí)差、密度、補(bǔ)償中子、泥質(zhì)含量、含油飽和度、是否取心、全烴基值、最大全烴含量、平均全烴含量、峰基比、充注系數(shù)、濕度比、平衡比、熒光直照色、含油面積、熒光系列對(duì)比級(jí)別、電阻率差異和電阻率變化）導(dǎo)入SPSS 軟件，從符合率和分離度2 方面考慮，逐一判別和檢驗(yàn)，再次進(jìn)行優(yōu)選，最終選出最能反映研究區(qū)流體性質(zhì)的15 項(xiàng)參數(shù)組合，建立了3 個(gè)判別函數(shù)F1、F2和F3（見(jiàn)表1）。SPSS 軟件流體分類(lèi)Fisher 判別圖見(jiàn)圖13，F(xiàn)isher 分類(lèi)及流體性質(zhì)判別符合情況見(jiàn)表2。

表1 不同類(lèi)型儲(chǔ)層流體分類(lèi)函數(shù)系數(shù)及常量Table 1 Coefficient and constant of classification function for different types of reservoir fluids

圖13 SPSS 軟件流體分類(lèi)Fisher 判別圖Fig.13 Fisher discrimination diagram of fluid classification by SPSS software

表2 Fisher 分類(lèi)及流體性質(zhì)判別符合情況Table 2 Conformity of Fisher classification and fluid properties identification

由表2 可知，83 個(gè)樣本中有77 個(gè)樣本判別正確，判別準(zhǔn)確率達(dá)到了92.77%。圖13 和表2 證明，該方法能夠較好地識(shí)別儲(chǔ)層流體性質(zhì)。

Fisher 判別函數(shù)的特征值與方差貢獻(xiàn)率見(jiàn)表3。從表3 可以看出，函數(shù)F1和F2的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)90.5%，函數(shù)F3的方差貢獻(xiàn)率較小。此處選用2 個(gè)貢獻(xiàn)率較大的函數(shù)F1和F2進(jìn)行交會(huì)，建立了解釋圖版（見(jiàn)圖14），該圖版的返判率為89%。

表3 Fisher 判別函數(shù)特征值與方差貢獻(xiàn)率Table 3 Eigenvalue and variance contribution rate of Fisher discriminant function

圖14 Fisher 判別方法流體性質(zhì)解釋圖版Fig.14 Interpretation chart of fluid properties by Fisher discriminant method

4 應(yīng)用效果

利用基于測(cè)錄井資料的環(huán)西—彭陽(yáng)地區(qū)延安組儲(chǔ)層流體性質(zhì)識(shí)別方法，解釋評(píng)價(jià)9 口井10 層的流體，結(jié)果見(jiàn)表4 和圖15。由表4 和圖15 可知，1 油層落在油水同層區(qū)，1 水層落在含油水層區(qū)，其余全部符合，符合率為80%，未漏失有價(jià)值的層，效果較好。

表4 環(huán)西—彭陽(yáng)地區(qū)延安組綜合解釋圖版驗(yàn)證結(jié)果Table 4 Verification results of comprehensive interpretation chart of Yan'an Formation in Huanxi-Pengyang area

圖15 環(huán)西—彭陽(yáng)地區(qū)延安組綜合解釋驗(yàn)證圖版Fig.15 Comprehensive interpretation and verification chart of Yan'an Formation in Huanxi-Pengyang Area

以該地區(qū)X42 井與X20 井的延9 儲(chǔ)層段為例進(jìn)行對(duì)比分析。X42 井與X20 井的參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表5，X42 井和X20 井延安組測(cè)井錄井曲線如圖16、圖17所示。由表5 及圖16、圖17 可知，X42 井與X20 井的測(cè)井錄井參數(shù)非常相近，僅僅用前面單一的解釋圖版，無(wú)法正確判識(shí)流體性質(zhì)，但是將各參數(shù)擬合出的判別函數(shù)F1、F2投入解釋圖版（見(jiàn)圖18），可明顯看出落入不同區(qū)域。由此可知，在解釋評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)盡可能將測(cè)錄井資料收集全，全面應(yīng)用，以降低人為因素的影響，得到可信的解釋結(jié)論。

5 結(jié)論

1）環(huán)西—彭陽(yáng)地區(qū)位于鄂爾多斯盆地?cái)U(kuò)邊勘探區(qū)，準(zhǔn)確判別流體性質(zhì)對(duì)該盆地邊緣油氣的勘探開(kāi)發(fā)具有重要作用。一般來(lái)說(shuō)，儲(chǔ)層流體會(huì)發(fā)生二次運(yùn)移，低氣油比、原油乳化水及地層水的非均質(zhì)性對(duì)判別儲(chǔ)層流體性質(zhì)影響較大，采用測(cè)井電阻率、錄井交會(huì)圖等常規(guī)方法判別儲(chǔ)層流體性質(zhì)，準(zhǔn)確率不高。

表5 X42 井與X20 井參數(shù)對(duì)比Table 5 Comparison of parameters of Well H42 and Well H20

圖16 X42 井延安組測(cè)井錄井曲線Fig.16 Logging curve of Yan'an formation of Well X42

圖17 X20 井延安組測(cè)井錄井曲線Fig.17 Logging curve of Yan'an formation of Well X20

圖18 X42 井和X20 井綜合解釋圖版Fig.18 Comprehensive interpretation chart of Well X42 and Well X20

2）Fisher 判別法是多元統(tǒng)計(jì)分析判別歸屬的方法，其把P維空間的所有點(diǎn)轉(zhuǎn)化為一維數(shù)值，既能最大限度地縮小同類(lèi)別中各個(gè)樣本點(diǎn)之間的差異，又能最大限度地?cái)U(kuò)大不同類(lèi)別中各個(gè)樣本點(diǎn)之間的差異，判別準(zhǔn)確率可達(dá)80%以上。其不足主要是，選取因子時(shí)較為繁瑣，前期需要對(duì)大量測(cè)錄井參數(shù)進(jìn)行篩選，后期還要將篩選的參數(shù)導(dǎo)入SPSS 軟件進(jìn)行逐一判別、檢驗(yàn)，選出最能反映研究區(qū)儲(chǔ)層流體性質(zhì)的測(cè)錄井參數(shù)組合。

3）Fisher 判別法為環(huán)西-彭陽(yáng)地區(qū)延安組儲(chǔ)層流體識(shí)別提供了較為實(shí)用的方法，也值得其他類(lèi)似地區(qū)參考借鑒。但要注意，不同研究區(qū)塊識(shí)別流體的測(cè)錄井參數(shù)組合和對(duì)應(yīng)函數(shù)不盡相同，需要通過(guò)類(lèi)似方法尋找最能反映研究區(qū)塊儲(chǔ)層流體性質(zhì)的測(cè)錄井參數(shù)組合及對(duì)應(yīng)函數(shù)。