川東北地區(qū)須家河組致密砂巖儲層流體識別方法研究

凡　睿，周　林，吳　俊，曾　韜，周曉峰

（1.中國石化勘探南方分公司，四川成都610041；2.長江大學非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北武漢430100；3.中國石油新疆油田分公司，新疆克拉瑪依834000）

川東北地區(qū)須家河組致密砂巖儲層流體識別方法研究

凡睿1，周林2*，吳俊3，曾韜1，周曉峰2

（1.中國石化勘探南方分公司，四川成都610041；2.長江大學非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北武漢430100；3.中國石油新疆油田分公司，新疆克拉瑪依834000）

川東北地區(qū)須家河組儲層孔隙度、滲透率較低，為典型的致密砂巖儲層，其主要儲層流體類型有氣層（低阻氣層）、氣水同層、干層和水層。而在開發(fā)生產中如何準確識別致密砂巖儲層流體類型卻存在一定難度，制約著研究區(qū)須家河組的勘探開發(fā)。為此，分析了難以準確識別須家河組致密砂巖儲層流體類型的原因，并在此基礎上應用2種常規(guī)流體識別方法對川東北地區(qū)須家河組致密砂巖儲層的流體進行了識別，分析了其優(yōu)缺點；同時嘗試應用Fisher判別分析法識別儲層流體，結果發(fā)現：根據Fisher判別分析法建立的判別函數能很好地區(qū)分研究區(qū)儲層流體類型，其判別結果與實際生產情況符合率達到了92.3%，表明Fisher判別分析法在致密砂巖儲層流體識別中能取得較好的應用效果。

致密砂巖 流體識別 Fisher判別分析法 須家河組 川東北地區(qū)

川東北地區(qū)須家河組埋藏深，儲層成巖作用強；巖性的橫向變化快，孔隙結構復雜；受長期擠壓作用影響，研究區(qū)構造變形強烈，儲層非均質性強、物性較差，為典型的低孔低滲透致密砂巖儲層［1-4］。眾多學者對四川盆地須家河組致密砂巖儲層類型和孔喉特征、儲層成巖作用類型及特征、儲層發(fā)育主控因素、儲層致密化的原因和時間、致密砂巖儲層評價等進行了較為系統(tǒng)、詳細的研究［5-10］，但當前對于川東北地區(qū)須家河組致密砂巖儲層流體識別方面的研究還有所欠缺。儲層流體識別的方法［11-14］有很多。但在川東北地區(qū)須家河組儲層流體識別過程中卻發(fā)現常規(guī)流體識別方法對低產氣層、干層與水層進行識別時容易出現誤判，難以取得較為理想的效果，筆者分析其主要原因有以下幾點：①研究區(qū)須家河組發(fā)育低阻氣層，而低阻氣層的形成機理復雜且與氣水同層電性界限模糊；②須家河組儲層非均質性強，有效儲層控制因素復雜，孔隙結構與測井響應關系不明確；③致密砂巖儲層與非儲層間電性特征差異較小，特征不明顯。因此，需要探索新的適用于致密砂巖儲層流體識別的方法。

1　區(qū)域地質概況

中三疊世以前四川盆地尚未形成，其地理位置相當于華南板塊中部，為碳酸鹽臺地發(fā)展時期的海相沉積。中三疊世末期受印支運動影響古特提斯洋海水自“四川盆地”西部逐漸退出，古龍門山由島鏈隆升為陸進而為山，川東北地區(qū)由之前的海相沉積過渡為海陸交互相，之后過渡為陸相沉積［15-18］。川東北地區(qū)須家河組須一段以灰黑色泥巖、泥質粉砂巖，夾黑色炭質頁巖為主，為河口灣—潮坪相沉積（小塘子組）；須二段至須三段為一套以砂、泥巖為主的辮狀河三角洲沉積，須四段至須六段主要為沖積扇—辮狀河三角洲沉積，龍門山發(fā)育以碳酸鹽為主要成分的礫巖、砂巖，米倉山—大巴山發(fā)育以硅質為主要成分的礫巖、砂巖。其中，研究區(qū)須六段因后期抬升遭受剝蝕而缺失。

2　常規(guī)流體識別方法識別致密砂巖儲層流體

2.1直觀識別法

直觀識別法是指常用的、傳統(tǒng)的定性識別氣層的方法，由于該方法快速、直觀、簡單易行而得到廣泛應用［19-22］。在直觀識別方法中又以補償中子—聲波時差曲線重疊法最為常用。其原理是：天然氣的存在會使聲波時差增大從而導致聲波孔隙度增大，而補償中子由于氣體的挖掘效應導致中子孔隙度減小，因此在非氣層段兩者差距很小，而在氣層段會存在很大的差異，據此可以根據聲波時差和補償中子曲線的重疊來識別氣層。圖1為川東北地區(qū)X1井氣層識別結果，埋深為4 325～4 328和4 329～4 331m井段的聲波時差值明顯增大，補償中子值減小，同時地層電阻率表現為正差異，氣測也有顯示，從而定性識別為氣層；而在埋深為4 448～4 461m井段的補償中子值較高，且補償中子曲線位于聲波時差曲線左側，深淺電阻率為低值無差異，氣測也無含氣顯示，定性識別為水層。雖然直觀識別方法優(yōu)點突出，但其漏判率較高，特別是當地層中有裂縫存在、天然氣分布不均勻、巖石泥質含量較高時，對氣層的識別尤為不明顯。

圖1　川東北地區(qū)X1井須二段下亞段測井解釋結果Fig.1　Log interpretation resultsof the lower second submemberofXujiahe Formation drilled byWell X1

2.2交會圖法

交會圖法實際上是半定量的直觀識別方法，主要利用氣層與水層的測井曲線數值進行交會，找出氣層的測井響應范圍，進而識別氣層［19-22］。川東北地區(qū)須家河組氣層、水層的測井響應特征主要體現在深淺電阻率的差異和聲波時差與補償中子的差異上，因此利用測井解釋結果和試氣資料建立了研究區(qū)深淺電阻率比值與聲波時差的交會圖（圖2）、聲波時差—補償中子孔隙差值與深淺電阻率比值的交會圖（圖3）。從圖2和圖3可見，交會圖能較好地區(qū)分出特征明顯的氣層、水層和干層，但其中低阻氣層、氣水同層和水層重疊較多，說明該方法也難以完全準確識別研究區(qū)致密砂巖儲層流體類型。

圖2　聲波時差與深淺電阻率比值交會Fig.2　Crossplotofacoustic and the ratiobetween deep and shallow resistivity

圖3　聲波時差—補償中子孔隙度差值與深淺電阻率比值交會Fig.3　Crossplotof the porosity differenceofacoustic-neutron and the ratio between deep and shallow resistivity

3　Fisher判別分析法識別致密砂巖儲層流體

3.1Fisher判別分析法的原理

Fisher判別分析法的基本思路是投影，針對N維空間中的某點x=（x1，x2，x3，…，xj）尋找一個能使它降為一維數值的線性函數y（x）=∑Cjxj（Cj為常數），然后應用這個線性函數把P維空間中的已知類別總體以及求知類別歸屬的樣本都變換為一維數據，再根據其間的親疏程度把未知歸屬的樣本點判定其歸屬。這個線性函數應該能夠在把N維空間中的所有點轉化為一維數值之后，既最大限度地縮小同類中各個樣本點之間的差異，又最大限度地擴大不同類別中各個樣本點之間的差異，最終獲得較高的判別效率［23-25］。

3.2Fisher判別分析法識別應用

根據測試資料，川東北地區(qū)儲層流體類型主要有氣層、氣水同層、水層和干層4種。Fisher判別分析法是根據已有觀測樣本的若干數量特征（判別因子）對新獲得的樣本進行識別，判斷其屬性的預測分析方法。其能最大限度地縮小同類中各個樣本點之間的差異，又能最大限度地擴大不同類別中各個樣本點之間的差異。鑒于此，筆者嘗試從統(tǒng)計學的角度出發(fā)，以Fisher判別分析法來尋找氣層、水層和干層在測井響應上的內在差異，進而識別致密砂巖儲層流體類型。

3.2.1測井系列的選擇

根據對川東北地區(qū)須家河組儲層的巖性及氣水特征的分析可知：自然伽馬（GR）能很好地反映儲層的巖性，自然電位幅度差（ΔSP）反映儲層的滲透性，聲波時差（AC）、補償中子（CNL）和深電阻率（RD）能較好地反映儲層的氣水特征，因此選擇這5條曲線作為致密砂巖儲層流體識別的基礎曲線（其中因電阻率值變化很大，對其進行取對數處理）。選取8口井13個測試層段235個采樣點作為樣本，利用Fisher判別分析法建立川東北地區(qū)須家河組致密砂巖儲層流體識別模型。

3.2.2判別特征的確定

根據Fisher判別分析法求解原理對研究區(qū)所選取樣本的測井數據進行分析，得到Fisher典則判別函數特征值和方差貢獻率（表1）。

表1　樣本典則判別函數特征值與方差貢獻率Table1　Eigenvalue of canonical function and the distribution of variance contribution

由表1可見，第1、第2典則判別函數特征值累積方差貢獻率達98.9%，包含了絕大部分變量信息，第3典則判別函數特征值方差貢獻率較低，對綜合判斷結果影響不大，同時考慮到簡化判別過程，因此選擇第1和第2典則判別函數作為儲層流體識別的特征變量。第1和第2典則判別函數分別為

式中：F1和F2分別為第1和第2典則判別函數；GR為自然伽馬，API；ΔSP為自然電位幅度差，mV；AC為聲波時差，μs/ft；CNL為補償中子，v/v；RD為深電阻率，Ω·m。

經過Fisher判別分析法處理后，各樣品的第1與第2典則判別函數交會結果如圖4所示，從中可以看出，氣、水層以及干層之間界限明顯，相對于常規(guī)交會圖，其區(qū)分度大幅提高。

圖4　樣本第1與第2典則判別函數交會Fig.4　Crossplotof the firstand the second canonical functions in the testzone

3.2.3判別模型的建立

儲層流體的識別是根據試氣數據的不同類別及對應的測井值求出判別函數，利用判別函數對儲層未知的流體類別進行識別的過程。根據Fisher判別分析理論，運用Forward測井解釋軟件進行分析，得出4類儲層流體的判別函數分別為

式中：P1，P2，P3和P4分別為氣層、氣水同層、水層和干層的判別函數。

對于未知流體類型的儲層，把其測井值代入式（3）—式（6）分別計算其判別函數值，然后進行比較，判別函數值最大的流體類型就是其所屬類別，利用所建立的判別模型對研究區(qū)進行儲層流體識別。

3.3應用效果

利用建立的儲層流體類型判別模型對川東北地區(qū)須家河組儲層流體類型進行判別，并與8口井13個測試層段的試氣結果進行對比（表2）。從表2可以看出：氣層的符合率為80%，氣水同層為100%，水層為100%，干層為100%，其整體符合率達到了92.3%，誤判率為7.7%。表明利用Fisher判別分析法識別川東北地區(qū)須家河組致密砂巖儲層的流體類型是適用的，建立的判別模型有效。

表2　川東北地區(qū)須家河組致密砂巖儲層流體判別結果與測試結果對比Table2　Comparison between identification resultsand test resultsof fluid in tightsandstone reservoirsof Xujiahe Formation in northeastern Sichuan basin

4　結束語

針對致密砂巖儲層流體識別難點，討論了常規(guī)流體識別方法（直觀法、交會圖法）識別致密砂巖儲層流體的優(yōu)缺點，發(fā)現其往往難以較好地區(qū)分川東北地區(qū)致密砂巖儲層流體類型。因此從統(tǒng)計學的角度出發(fā)，以Fisher判別分析法來尋找氣層、水層和干層在測井響應上的內在差異，以期找到較為有效的識別致密砂巖儲層流體的方法。結果表明：經過Fisher判別分析法處理后，氣層、水層、干層、氣水同層各樣本的第1、第2典則判別函數值之間的界限明顯，易于區(qū)分，且相對于交會圖法，其區(qū)分度大幅提高；通過對判別結果進行回判檢驗，其符合率為92.3%，表明Fisher判別分析法能夠較為準確地識別出研究區(qū)的流體類型，其結果對于致密砂巖儲層流體的識別有一定的指導作用。

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編輯劉北羿

Research on tight sandstone reservoir fluids identification in Xujiahe Formation，northeastern Sichuan basin

Fan Rui1，Zhou Lin2，Wu Jun3，Zeng Tao1，Zhou Xiaofeng2

（1.Southern Exploration Company，SINOPEC，Chengdu City，Sichuan Province，610041，China；2.HubeiCooperative Innovation CenterofUnconventionalOiland Gas，Yangtze University，Wuhan City，HubeiProvince，430100，China；3.Xinjiang Oilfield Company，PetroChina，Karamay，Xinjiang，834000，China）

The reservoirs of Xujiahe Formation in northeastern Sichuan basin，with low porosity and permeability，are typical tightsandstone reservoirs.The exploration results show that themain typesof reservoir fluid are gas（gaswith low resistivity），gas-bearingwater，dry layer and water.But there are difficulties in accurately identifying the typesof fluid in tight sandstone reservoirs，which has became a restriction during the exploration and development of Xujiahe Formation.Based on the above problems，after analyzing the reasons of the difficulties in accurately identifying reservoir fluids，two types of regularmethodswere proposed to identify Xujiahe tightsandstone reservoir fluids in northeastern Sichuan basin and the advantages and disadvantages ofeachmethod were analyzed.At the same time，the paper attempted to use Fisher discriminatory analysis to identify reservoir fluid.The canonical functions derived from Fisher discriminatory analysis could be used to easily distinguish reservoir fluid.The coincidence of the obtained results were 92.3%with the actual production situation，which showed thatbetter effects could be obtained by thismethod in identifying typesof fluid in tightsandstone reservoirs in thework area.

tightsandstone；fluid identification；Fisher discriminatory analysismethod；Xujiahe Formation；northeastern Sichuan basin

TE112.221

A

1009-9603（2015）03-0067-05

2015-03-06。

凡睿（1966—），男，湖北潛江人，高級工程師，從事油氣地質綜合研究與勘探管理工作。聯(lián)系電話：（028）85164622，E-mail：zgcdfr@163.com。

周林（1985—），男，湖北黃岡人，在讀博士研究生。聯(lián)系電話：（027）69111832，E-mail：380026198@qq.com。