提高電纜地層測壓成功率方法——以渤海礦區(qū)沙河街組（Es）為例

鄧強(qiáng)，蘇鶴成，曹軍（中海油能源發(fā)展股份有限公司監(jiān)督監(jiān)理技術(shù)分公司，天津 300452）

與常規(guī)測井項(xiàng)目相比，電纜地層測試儀在確定儲(chǔ)層的流體類型、地層壓力和氣、油、水界面等方面具有技術(shù)優(yōu)勢。測壓點(diǎn)的設(shè)計(jì)是電纜地層測試儀測量前的重要環(huán)節(jié)，直接影響測壓作業(yè)的時(shí)效，這就要求作業(yè)者針對(duì)不同的評(píng)價(jià)對(duì)象和評(píng)價(jià)目的，有的放矢地做好儲(chǔ)層測壓作業(yè)的測前設(shè)計(jì)工作，以減少無效測壓點(diǎn)的產(chǎn)生，提高測壓成功率。根據(jù)渤海油田大量已測壓點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表明：沙河街組（Es）的測壓成功率為63%，相對(duì)較低。筆者以Es測壓資料為基礎(chǔ)，對(duì)影響測壓成功的因素進(jìn)行分析，利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法找出不同測壓類型與測井響應(yīng)特征參數(shù)之間的關(guān)系，以達(dá)到優(yōu)化測前設(shè)計(jì)方案，提高Es儲(chǔ)層測壓的成功率。

1 影響測壓成功的因素及測壓失敗類型

根據(jù)Es已鉆井測壓作業(yè)的時(shí)效來看，通常測壓失敗點(diǎn)多發(fā)生于井況差、泥餅質(zhì)量差和地層巖性致密、物性差的地方。綜合考慮，可將影響測壓成功因素分為2類：一類是以地層性質(zhì)和泥漿性能為主的因素，稱為靜態(tài)因素；另一類是儀器本身的原因（如探測器堵塞、封隔器損壞、壓力計(jì)失靈），儲(chǔ)層非均值性，人為誤操作等，稱為動(dòng)態(tài)因素［1，2］。在測壓作業(yè)前，應(yīng)根據(jù)測壓質(zhì)量控制要求，進(jìn)行動(dòng)態(tài)因素的最大消除，同時(shí)也應(yīng)在測壓進(jìn)行時(shí)對(duì)動(dòng)態(tài)因素造成的現(xiàn)象進(jìn)行判斷，予以補(bǔ)救，這都是保證測壓成功的先決條件。筆者認(rèn)為靜態(tài)因素是可以進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)的，比如地層致密，對(duì)應(yīng)的巖電參數(shù)及綜合錄井參數(shù)都會(huì)呈現(xiàn)相應(yīng)的特點(diǎn)。由于測壓作業(yè)都是假設(shè)“動(dòng)態(tài)因素”完全消除的前提下進(jìn)行的，所以對(duì)靜態(tài)因素的分析則為研究的重點(diǎn)部分。

通過對(duì)鉆遇Es的36口井中733個(gè)測壓點(diǎn)測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)測壓質(zhì)量類型主要有6種：穩(wěn)定測試、干測試、坐封失敗、漏封、超壓和未穩(wěn)定。具體分析，漏封可以認(rèn)為是座封失敗的特例，而未穩(wěn)定又可以認(rèn)為是干測試的一種表現(xiàn)方式，所以測壓質(zhì)量的失敗類型可以劃分為3大類：干測試、座封失敗和超壓。筆者主要對(duì)比分析了Es上述3種不同測壓失敗類型的自然伽馬、密度、中子和聲波時(shí)差的差異特征。

1.1 干測試（dry testing）

巖性致密、地層含泥質(zhì)較重、儲(chǔ)層孔滲條件差的點(diǎn)易發(fā)生干測試。干測試多表現(xiàn)為當(dāng)泵抽后，由于地層導(dǎo)壓能力差，壓力長時(shí)間不能恢復(fù)到原始地層壓力。當(dāng)前對(duì)于干測試有很多學(xué)者通過壓力恢復(fù)過程中壓力隨時(shí)間的波動(dòng)推導(dǎo)其最終地層壓力值，但還沒有形成標(biāo)準(zhǔn)的算法，所以仍然視為無效點(diǎn)。Es干測試的自然伽馬和密度比穩(wěn)定測試大，聲波時(shí)差則略低。

1.2 坐封失敗（failure sitting）

很多原因都能導(dǎo)致坐封失敗，例如：①井眼不規(guī)則導(dǎo)致封隔器無法正常工作；②儲(chǔ)層異常致密導(dǎo)致形成的泥餅韌性差、薄厚不均，造成在測試過程中井筒和地層沒有完全封隔開，泥漿仍然可以通過井壁滲透到封隔點(diǎn)；③儲(chǔ)層有縫洞存在。統(tǒng)計(jì)Es的59個(gè)坐封失敗測壓點(diǎn)發(fā)現(xiàn)井眼均較規(guī)則，無擴(kuò)徑現(xiàn)象，且目標(biāo)區(qū)塊為砂巖儲(chǔ)層，無縫、洞存在。因此，坐封失敗點(diǎn)多發(fā)生在巖性致密、物性差、無法形成高質(zhì)量泥餅的儲(chǔ)層。影響泥餅質(zhì)量的因素有很多，地層原因（滲透性）是一方面，另一方面則是泥漿的性能。坐封失敗點(diǎn)較穩(wěn)定測試點(diǎn)而言，其密度和自然伽馬偏大、聲波時(shí)差偏小。坐封失敗點(diǎn)與干測試點(diǎn)比較，密度略高。

1.3 超壓（supercharge）

超壓是指測得的地層壓力高于儲(chǔ)層真實(shí)壓力的現(xiàn)象。通常兩種情況下會(huì)形成超壓。①在低滲透地層，正壓鉆頭破開地層的同時(shí)伴隨著泥漿侵入，在接近井壁范圍內(nèi)形成局部高壓，由于是低滲透層，導(dǎo)壓能力差，侵入地層的高壓難以釋放，測壓時(shí)就會(huì)形成超壓現(xiàn)象［3］。②測壓過程中，因?yàn)榫谛纬傻哪囡炠|(zhì)量差不足以隔開井筒泥漿和地層孔隙流體的壓力差，仍伴隨著泥漿壓力向地層傳導(dǎo)，造成測得的壓力緩慢升高，超過地層的真實(shí)壓力。經(jīng)統(tǒng)計(jì)超壓點(diǎn)比穩(wěn)定測壓點(diǎn)對(duì)應(yīng)的聲波時(shí)差低，密度與自然伽馬偏高。

2 提高測壓作業(yè)成功率方法介紹

測壓前要對(duì)測壓作業(yè)進(jìn)行測點(diǎn)設(shè)計(jì)，通常要了解所需測壓層位的沉積環(huán)境、油氣藏類型、測井響應(yīng)特征，再結(jié)合地質(zhì)目的選取測壓點(diǎn)。測壓點(diǎn)的成功與失敗與儲(chǔ)層的巖性、物性有著很強(qiáng)的關(guān)系。筆者以渤海油田Es的測壓點(diǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，嘗試通過貝葉斯判別法研究測壓質(zhì)量與常規(guī)測井響應(yīng)間的關(guān)系，對(duì)測壓點(diǎn)進(jìn)行測前測壓質(zhì)量結(jié)果預(yù)測。

2.1 貝葉斯判別原理及測壓預(yù)判程序

貝葉斯判別法的實(shí)質(zhì)是通過對(duì)樣本點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，提取樣本特征參數(shù)，建立不同類的判別預(yù)測函數(shù)，并利用判別函數(shù)對(duì)觀測點(diǎn)進(jìn)行類別劃分［4，5］。對(duì)測壓點(diǎn)來講，其對(duì)應(yīng)的常規(guī)測井參數(shù)為其特征參數(shù)。當(dāng)已知樣本的先驗(yàn)概率時(shí)，通過貝葉斯公式可得到觀測樣本的后驗(yàn)概率。

在實(shí)際運(yùn)用中，一般假定觀測數(shù)據(jù)服從多元正態(tài)分布。在多元正態(tài)模型下，有相應(yīng)的貝葉斯判別函數(shù)。利用這個(gè)判別函數(shù)，對(duì)每個(gè)觀測樣本計(jì)算出判別函數(shù)值，判別函數(shù)值最大的即為預(yù)測的類。

根據(jù)上述方法和原理，采用C＃語言編寫了測壓判別程序。程序采用了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想，由矩陣類、貝葉斯方法類、窗體觸發(fā)代碼和窗體繪制代碼組成。矩陣類主要完成矩陣數(shù)據(jù)的計(jì)算，貝葉斯方法負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)概率函數(shù)的算法，窗體觸發(fā)代碼和窗體繪制代碼則主要實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互過程，各模塊間相互依賴。該程序采用TXT 文本格式進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入輸出，具有Windows圖形界面，人機(jī)交互性良好。測壓判別程計(jì)算步驟如圖1所示。

圖1 測壓判別程序計(jì)算步驟

2.2 測壓質(zhì)量類型預(yù)測

統(tǒng)計(jì)鉆遇Es的36口已鉆井的測壓情況，失敗點(diǎn)的測壓質(zhì)量類型主要為干測試、坐封失敗、超壓。坐封失敗的主要原因是地層致密、滲透性差造成泥餅質(zhì)量差，干測試和超壓也都與儲(chǔ)層的巖性和物性有關(guān)。所以自然伽馬、聲波時(shí)差、中子、密度4個(gè)參數(shù)被確定為參數(shù)變量。為了便于研究分類，將致密、坐封失敗、超壓都?xì)w為測壓失敗點(diǎn)。此次以鉆遇Es的36口井中的733個(gè)測壓點(diǎn)數(shù)據(jù)為建模數(shù)據(jù)，其中包含測壓穩(wěn)定點(diǎn)465個(gè)，測壓失敗點(diǎn)268個(gè)。首先從測壓結(jié)果中獲得每個(gè)測壓點(diǎn)的類別參數(shù)，根據(jù)深度提取了這些測壓點(diǎn)的中子、聲波時(shí)差、密度和自然伽馬，其次進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后將這些值作為測壓點(diǎn)的屬性參數(shù)，最終建立訓(xùn)練樣本庫，按照穩(wěn)定測試和失敗測試兩類樣本類型把733個(gè)已測點(diǎn)的屬性參數(shù)分類導(dǎo)入程序。第1類樣本代表穩(wěn)定點(diǎn)，第2類樣本代表失敗點(diǎn)。

測壓預(yù)測程序判別過程中是從733個(gè)點(diǎn)中隨機(jī)選取210個(gè)、260個(gè)測壓點(diǎn)作為預(yù)測樣本，將預(yù)測樣本點(diǎn)的屬性參數(shù)作為待處理數(shù)據(jù)樣本輸入，處理之后的數(shù)據(jù)以TXT 文本格式保存和顯示，記錄每個(gè)樣本點(diǎn)的所有判別函數(shù)值和所屬類別。

從預(yù)測的結(jié)果看，2次預(yù)測結(jié)果為：①182 個(gè)測壓點(diǎn)預(yù)測正確，28 個(gè)測壓點(diǎn)預(yù)測錯(cuò)誤，正確率86.6%；②228個(gè)點(diǎn)預(yù)測正確，32個(gè)點(diǎn)預(yù)測錯(cuò)誤，正確率87.6%。相比前期Es的63%測壓成功率分別提高23.6個(gè)百分點(diǎn)和24.6個(gè)百分點(diǎn)。

3 結(jié)論

1）據(jù)統(tǒng)計(jì)，渤海油田Es測壓質(zhì)量類型主要有穩(wěn)定測試、干測試、坐封失敗、封漏、超壓和未穩(wěn)定。巖性致密、物性差是造成干測試、坐封失敗、超壓的主要因素。其中物性差是造成泥餅質(zhì)量差的主要原因之一，泥餅的質(zhì)量直接影響封隔器坐封的效果。

2）通過貝葉斯判別原理為理論基礎(chǔ)，對(duì)代表儲(chǔ)層巖性、物性參數(shù)的數(shù)據(jù)（自然伽馬、聲波、中子、密度）進(jìn)行分析，建立測壓質(zhì)量與常規(guī)測井響應(yīng)間的關(guān)系，形成一種測壓成功與失敗的判別預(yù)測方法，預(yù)測成功率較之前統(tǒng)計(jì)的Es測壓成功率平均提高24個(gè)百分點(diǎn)。

3）利用貝葉斯判別原理編寫的測壓判別程序來對(duì)測壓質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測只是一種初探，筆者認(rèn)為其測壓質(zhì)量型樣本庫的標(biāo)準(zhǔn)化研究是今后的一項(xiàng)重點(diǎn)工作，利用測壓判別程序預(yù)測測壓質(zhì)量結(jié)果的準(zhǔn)確性還會(huì)有提高的空間。

［1］張國強(qiáng).電纜地層測試在渤海油田的應(yīng)用研究 ［J］.石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2011，27（4）：12～15.

［2］張國強(qiáng)，張衛(wèi)平，李欣.地層測試評(píng)價(jià)儀在渤海油田的應(yīng)用 ［J］.海洋石油，2009，29（4）：69～71.

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