賀亞維，張榮軍，郭永宏

(1.陜西能源職業(yè)技術(shù)學院 資源與測繪工程學院，陜西 咸陽 712000；2.西安石油大學 石油工程學院，陜西 西安 710065；3.延長油田股份有限公司 青平川采油廠，陜西 延安 717200)

0 引 言

儲層分類評價是儲層研究的重點，也是儲層研究的最終目的。近年來，國內(nèi)外諸多學者針對儲層評價做了大量工作，提出了眾多儲層評價的方法，特別是在參數(shù)的選取及評價標準的建立方面尤為突出[1-7]。Ghadam等利用模糊數(shù)學的方法對某大型碳酸鹽儲層進行了合理的分類評價[8]；Liang等采用灰色關(guān)聯(lián)法對威利斯頓盆地巴肯致密油儲層進行了定量分析評價[9]；劉吉余等在對薩爾圖油田儲層評價時，采用灰色關(guān)聯(lián)分析法解決了單因素評價過程中評價結(jié)果出現(xiàn)矛盾性的問題[10]；楊正明等通過模糊評判方法將低滲透儲層指標進行集成對大慶外圍低滲透油田開展了儲層綜合評價[11]；涂乙等利用灰色關(guān)聯(lián)分析法對青東凹陷沙三段、沙四段儲層進行了合理的評價，解決了在數(shù)據(jù)量較小的情況下，如何進行儲層定量評價的問題[12]?？傊?，目前的儲層定量評價方法仍然以模糊數(shù)學或灰色理論為主，但不同學者對評價參數(shù)的選擇不同，其主要原因在于不同盆地甚至同一盆地的不同層位差異顯著，無法形成統(tǒng)一適用的評價模式。因此，要實現(xiàn)對于某一盆地、某一地區(qū)、甚至某一儲層的準確定量評價，評價過程中參數(shù)的選取就非常重要。

針對目前儲層評價方法的不確定性問題，以鄂爾多斯盆地延川地區(qū)長2儲層為研究對象，綜合考慮地質(zhì)特征影響，通過聚類分析法優(yōu)選儲層評價參數(shù)，應用灰色關(guān)聯(lián)法計算儲層綜合評價因子，建立延川地區(qū)長2段儲層分類評價標準，并對長2儲層進行定量劃分。

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造分區(qū)及研究區(qū)位置Fig.1 Tectonic units and location of the study area in Ordos Basin

1 儲層特征

1.1 儲層巖性特征

巖心觀察及巖石薄片分析表明(圖2)，延川地區(qū)長2儲層以長石砂巖為主，含少量巖屑長石砂巖。各碎屑成分平均含量約為：長石44.45%，石英30.81%，巖屑12.94%.巖屑類型以火成巖和變質(zhì)巖巖屑為主。砂巖中填隙物主要包括綠泥石(相對含量53.40%)、高嶺石(相對含量23.40%)等粘土礦物，其次為鐵方解石、方解石等碳酸鹽礦物(平均含量3.92%)。儲層砂巖以細-粉砂巖為主，顆粒分選性中-好，磨圓度為次棱-次圓狀，以孔隙式和接觸式膠結(jié)為主。整體上，砂巖成分成熟度較低，結(jié)構(gòu)成熟度中等。

圖2 延川地區(qū)長2儲層砂巖分類Fig.2 Classification of Chang 2 reservoir sandstone in Yanchuan areaⅠ 石英砂巖 Ⅱ 長石石英砂巖 Ⅲ 巖屑石英砂巖Ⅳ 長石砂巖 Ⅴ 巖屑長石砂巖 Ⅵ 長石巖屑砂巖 Ⅶ 巖屑砂巖

1.2 儲層物性特征

根據(jù)長2儲層191塊巖心物性統(tǒng)計結(jié)果來看(圖3)，其孔隙度主要分布在7.5%～15.0%之間，平均值為12.2%.滲透率主要分布在(0.10～1.25)×10-3μm2之間，平均值為1.39×10-3μm2.總體上，延川地區(qū)長2儲層屬于低孔-特低滲儲層。

圖3 延川地區(qū)長2儲層孔隙度及滲透率Fig.3 Porosity and permeability frequency distribution of Chang 2 reservoir in Yanchuan area

1.3 儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征

砂巖儲層的孔隙和喉道是影響儲層中流體儲存與流動的決定因素，孔隙特征影響儲集層儲集能力，喉道特征控制流體在儲集層中的滲流能力[13]。受沉積環(huán)境及成巖作用的影響，延川地區(qū)長2儲層孔隙非均質(zhì)性較強，對其儲層微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征進行深入研究有助于后期進行合理的儲層評價。

根據(jù)鑄體薄片、掃描電鏡等資料分析，延川地區(qū)長2段儲層發(fā)育原生粒間孔、溶蝕孔、晶間孔和微裂隙4種孔隙類型，其中粒間孔最為發(fā)育，約占總儲集空間的92%，主要為原生孔隙經(jīng)歷成巖作用后殘留下來的孔隙，一般具有較為規(guī)則的外形，孔徑大多介于10～80 μm(圖4(a))。溶蝕孔次之，且以粒內(nèi)溶蝕孔為主，尤其發(fā)育長石溶孔，約占總儲集空間的6%，鏡下表現(xiàn)為長石顆粒沿解理縫發(fā)生的溶蝕(圖4(b)，4(d))。巖屑溶孔較少發(fā)育，主要表現(xiàn)為巖屑顆粒內(nèi)部易溶組分發(fā)生溶蝕，往往不具有明顯規(guī)則外形(圖4(c))，溶蝕孔孔徑多位于60～120 μm之間。另外，研究區(qū)還存在少量晶間微孔，表現(xiàn)為葉片狀綠泥石集合體與自生鈉長石晶體共生于孔隙中，形成晶間孔，孔徑極小，約3～5 μm(圖4(e))。微裂隙在研究區(qū)較為罕見(圖4(f))，且由于其孔隙微小，對儲層的儲集性能幾乎沒有影響，然而由于其能連通微小孔隙(長度一般小于60 μm)，對儲層滲流能力有很大改善。

從孔隙分布特征上看(圖5)，長2儲層孔隙直徑主要以小孔隙為主(直徑<30 μm)，占總孔隙數(shù)量的55.37%，其面積累計頻率占比11.66%.其次為中孔隙(直徑30～100 μm)，占總孔隙數(shù)量的40.83%，面積頻率占65.51%.大孔隙(直徑>100 μm)數(shù)量很少，只占總孔隙數(shù)量的3.83%，面積頻率占22.83%，說明延川地區(qū)長2儲層孔隙類型主要為中-細孔。

壓汞實驗結(jié)果顯示(表1)，長2儲層平均喉道半徑分布在0.02～8.14 μm之間，平均為1.43 μm，排驅(qū)壓力較高，喉道分選性較差，其分布呈現(xiàn)高而窄的尖峰形態(tài)，退出效率分布在18.58%～43.43%之間，平均為28.16%.整體上，長2段儲層喉道半徑較小，分選性差，特低滲儲層特征明顯。

儲層的滲透性受喉道的大小及分布控制，特征參數(shù)上主要是平均喉道半徑和排驅(qū)壓力，兩者與儲層滲透率都有著很好的相關(guān)性(圖6(a)、圖6(b))，隨著平均喉道半徑的增大，滲透率呈現(xiàn)明顯的增加，而排驅(qū)壓力越大，則表明儲層的滲透率越低。

層位平均喉道半徑/μm排驅(qū)壓力/MPaPc50/MPaRc50/μm喉道分選系數(shù)峰態(tài)歪度退出效率/%長20.02～8.141.430.01～8.000.600.79～7.733.100.10～0.920.332.02～3.322.741.69～3.722.730.06～2.801.2618.58～43.4328.16

圖5 延川地區(qū)長2儲層孔隙分布特征Fig.5 Pore distribution characteristics of Chang 2 reservoir in Yanchuan area

圖6 延川地區(qū)長2儲層滲透率與孔喉半徑及排驅(qū)壓力相關(guān)性Fig.6 Correlation between permeability，pore throat radius and displacement pressure of Chang 2 reservoir in Yanchuan area

2 儲層綜合評價

針對延川地區(qū)長2儲層低孔—特低滲地質(zhì)特征，有必要對其進行合理的評價，篩選出有利區(qū)及開發(fā)潛力區(qū)。儲層評價的方法有很多，從最初的定性分析到目前的定量分析，其解釋精度在逐步提高[14-18]。儲層評價的結(jié)果精度與參數(shù)的選取密切相關(guān)，如何合理的選擇評價參數(shù)，對評價結(jié)果的精度至關(guān)重要。為實現(xiàn)長2儲層的定量評價，本次采用了聚類—灰色關(guān)聯(lián)相結(jié)合的方法進行儲層評價，主要原因在于想將譜系聚類和灰色關(guān)聯(lián)法各自的優(yōu)勢相結(jié)合起來，提高評價結(jié)果的準確性。

2.1 評價參數(shù)選取

對于低滲透儲層評價標準指標主要包括：反映物性特征的經(jīng)典參數(shù)孔隙度、滲透率，反映儲層類型的巖性、沉積相，反映儲層厚度的砂厚、有效厚度，反映儲層微觀非均質(zhì)性的滲透率、變異系數(shù)、突進系數(shù)等一些列參數(shù)。但是，將這些參數(shù)全部用于儲層評價顯然會導致評價過程的繁瑣性，而且可能會出現(xiàn)參數(shù)之間相互矛盾的情況。因此，在儲層評價過程中，應合理的選取參數(shù)，這樣既可以降低計算過程的復雜性，又能提高結(jié)果的精確性[19-21]。

首先應用譜系聚類分析的方法從眾多參數(shù)中篩選出相對獨立的參數(shù)。距離系數(shù)是聚類分析中常用的一個分類統(tǒng)計量，用于表示各研究對象之間的相似性[22]。最常用的歐氏距離可表示為

(1)

為消除量綱間的差異，采用歸一化法對原始數(shù)據(jù)進行處理，計算公式為

(2)

式中xmax為參數(shù)x中的最大值；xmin為參數(shù)x中的最小值。針對多項參數(shù)，按照最小歐式距離為原則進行聚類，結(jié)果如圖7所示。

圖7 延川地區(qū)長2儲層聚類分析圖譜Fig.7 Pedigree cluster analysis of Chang 2 reservoir in Yanchuan area

綜上，文中選擇5個相對獨立的參數(shù)對延川地區(qū)長2段儲層進行儲層評價，包括孔隙度、滲透率、砂厚、泥質(zhì)含量和突進系數(shù)。

2.2 參數(shù)權(quán)重系數(shù)確定

2.2.1 確定母序列與子序列

將對影響儲層質(zhì)量較大的參數(shù)確定為母因素，構(gòu)成關(guān)聯(lián)分析的母序列[23]，即

(3)

子序列是指其他各子因素的有序排列，即

(4)

在本次儲層評價過程中，將孔隙度作為母因素，其余參數(shù)作為子因素。

2.2.2 母子序列無量綱化處理

由于不同參數(shù)代表不同的物理意義，其量綱不同。為避免量綱間的差異，采用極大值標準化法對原始數(shù)據(jù)進行處理。

對于滲透率、有效厚度等呈正貢獻的參數(shù)，用單個參數(shù)值除以本組參數(shù)的極大值；對于泥質(zhì)含量等呈負貢獻的參數(shù)，先用本組參數(shù)的極大值減去單個參數(shù)值，再用其差值除以本組參數(shù)的極大值。

2.2.3 計算灰關(guān)聯(lián)系數(shù)

子因素與母因素的灰關(guān)聯(lián)系數(shù)εi,0表示為

(5)

式(5)中

(6)

(7)

(8)

以上數(shù)據(jù)分別表示同一觀測點各子因素與母因素絕對差值、絕對值差值的最大值和最小值；ρ為分辨系數(shù)；ρ∈[0.1，1]，能夠降低由于Δmax太大而導致數(shù)據(jù)失真的影響，一般取ρ為0.5[24]。

2.2.4 計算灰關(guān)聯(lián)度

關(guān)聯(lián)度ri,0定義為

(9)

式中ri,0為子序列i與母序列0的灰關(guān)聯(lián)度；n為評價參數(shù)的個數(shù)。

灰關(guān)聯(lián)度的取值范圍介于0與1之間，其值越接近于1，則表明母子序列間的關(guān)系越緊密。

2.2.5 權(quán)系數(shù)的確定

對灰關(guān)聯(lián)度進行歸一化處理后，便可得到各參數(shù)的權(quán)系數(shù)[25]。歸一化后的權(quán)系數(shù)ai表示為

(10)

式中ai為歸一化后的權(quán)系數(shù)；ri,0為子序列i與母序列0的灰關(guān)聯(lián)度。

經(jīng)計算，5個參數(shù)孔隙度、滲透率、有效厚度、砂厚、突進系數(shù)的權(quán)系數(shù)分別為：0.396，0.373，0.258，0.196和0.143.

2.3 儲層綜合評價因子

對每個評價參數(shù)進行極大值標準化處理后，分別乘以各評價參數(shù)的權(quán)系數(shù)，就得到各參數(shù)權(quán)衡分數(shù)，再將各參數(shù)的權(quán)衡分數(shù)累計，便得到儲層綜合評價因子Q，表達式為

(11)

式中Q為儲層綜合評價因子；n為評價參數(shù)的個數(shù)；ai為評價參數(shù)的權(quán)系數(shù)；Xi為儲層評價參數(shù)[26]。

2.4 儲層劃分結(jié)果

為了對長2儲層進行合理的劃分，獲取了研究區(qū)大量的井數(shù)據(jù)，用于計算各個井的綜合評價因子Q，并以此綜合因子的大小，建立了延川地區(qū)長2段儲層劃分的標準(表2)。

表2 延川地區(qū)長2儲層評價分類界限

根據(jù)上述劃分標準對延川地區(qū)長2儲層進行劃分，從儲層劃分結(jié)果看(圖8)，長2儲層主要被劃分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類4類儲層。結(jié)合長2沉積期沉積微相的展布，可以看出：Ⅰ類儲層主要發(fā)育在心灘發(fā)育的部位，在平面上零星分布，連片性較差，物性最好；Ⅱ類儲層環(huán)繞于Ⅰ類儲層周緣，連片性稍好，發(fā)育在心灘附近的河道填積砂體中，砂體發(fā)育程度相對心灘較弱，物性較好；Ⅲ類儲層在研究區(qū)最為發(fā)育，分布面積最廣，大面積連片分布，大部分屬于河道充填沉積形成的砂體，整體物性較差；Ⅳ類儲層平面上砂體呈窄片狀、細長的條帶狀展布，分布于河道充填沉積與泛濫盆地過渡地帶，砂體發(fā)育程度低，泥質(zhì)含量高，導致整體物性很差，屬于不利儲層。

圖8 延川地區(qū)長2儲層綜合評價Fig.8 Comprehensive evaluation of Chang 2 reservoir in Yanchuan area

3 結(jié) 論

1)延川地區(qū)長2儲層屬于低孔-特低滲儲層。儲集空間主要為粒間孔，約占總孔隙92%，其次為溶蝕孔，約占總孔隙6%.孔-喉組合以中小孔細喉型—小孔特細喉型為主，具有較強非均質(zhì)性。

2)儲層的滲透率由喉道半徑大小及分布控制，喉道越大的儲層其滲透率越高，顯示占據(jù)較小空間的大喉道對儲層滲透率具有較大的貢獻值。

3)應用聚類—灰色關(guān)聯(lián)法不僅能夠解決儲層評價中參數(shù)選擇問題，而且可以實現(xiàn)儲層定量評價。依據(jù)其所建立的評價標準可將長2儲層分為4類，其中Ⅰ類、Ⅱ類是最有利的儲層。