油氣儲(chǔ)層巖心實(shí)驗(yàn)的樣本量設(shè)計(jì)

呂 洲，王玉普，李 莉，侯秀林，薛蕭敏，張寶輝

(1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083； 2.中國(guó)工程院，北京 100088； 3.中國(guó)石油 長(zhǎng)慶油田公司，西安 710018)

油氣儲(chǔ)層實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通常是指針對(duì)油氣勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中所取得的地下儲(chǔ)層巖心、巖屑與流體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量所獲得的數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)的目的是獲取地下儲(chǔ)層及儲(chǔ)層中流體的性質(zhì)與特征參數(shù)，為后續(xù)的油氣勘探開(kāi)發(fā)工作提供基礎(chǔ)資料。尤其在油氣地質(zhì)研究、巖石地球物理評(píng)價(jià)和油氣藏工程理論計(jì)算中，油氣儲(chǔ)層實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)必不可少[1]。因此，精確可靠的取得油氣儲(chǔ)層實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)直接關(guān)系到上述工作的可靠性。

目前油氣儲(chǔ)層巖心實(shí)驗(yàn)面臨的最大問(wèn)題是巖心數(shù)量有限，加之實(shí)驗(yàn)費(fèi)用高昂，導(dǎo)致難以取得大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這就對(duì)油氣儲(chǔ)層巖心實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。然而，在現(xiàn)今的巖心實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)際取樣中，由于缺乏理論指導(dǎo)，往往只規(guī)定了取樣密度，在固定的取樣密度下，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)選取儲(chǔ)層發(fā)育段進(jìn)行取樣。而在后續(xù)的數(shù)據(jù)處理時(shí)，又采用兩種較為簡(jiǎn)單的處理手段：(1)基于工作經(jīng)驗(yàn)，人為地剔除異常值；(2)不進(jìn)行數(shù)據(jù)檢驗(yàn)，直接對(duì)儲(chǔ)層實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，將可能存在的誤差歸因于儲(chǔ)層非均質(zhì)性。加之在數(shù)據(jù)分析過(guò)程中，往往采用算術(shù)平均的方式得到總體的特征值，可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與地下儲(chǔ)層真實(shí)情況的符合率較低。這種人為誤差在非均質(zhì)性較強(qiáng)的儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中尤為突出。以準(zhǔn)噶爾盆地克拉瑪依油田八區(qū)三疊系克拉瑪依組上段儲(chǔ)層為例[2]，該儲(chǔ)層整體為低滲砂礫巖儲(chǔ)層，在儲(chǔ)層物性的實(shí)驗(yàn)分析中，個(gè)別樣品取樣點(diǎn)位于膠結(jié)性較差的含礫粗砂巖部分，所獲得的巖心栓塞樣實(shí)際上為疏松巖樣，在進(jìn)行常規(guī)物性測(cè)試時(shí)，造成滲透率實(shí)驗(yàn)結(jié)果高于平均值200倍以上的異常值。該實(shí)例數(shù)據(jù)屬于實(shí)驗(yàn)樣品與實(shí)驗(yàn)方法不匹配造成的人為誤差。若該類型的樣品量未經(jīng)過(guò)合理設(shè)計(jì)，會(huì)直接影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，造成后續(xù)工作的錯(cuò)誤估計(jì)。

上述的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理手段違背了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則——隨機(jī)性[3]，取得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)受到了在取樣和分析過(guò)程中多次的人為干擾，使得數(shù)據(jù)相關(guān)性與誤差分析方面均難以滿足要求。

油氣儲(chǔ)層實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的樣本量設(shè)計(jì)是為了解決有限的巖心數(shù)量和合理的實(shí)驗(yàn)費(fèi)用的前提下，設(shè)計(jì)出滿足數(shù)據(jù)精度的實(shí)驗(yàn)樣本量。前人研究主要集中在儲(chǔ)層實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與地球物理測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的擬合，通過(guò)巖心測(cè)井標(biāo)定，根據(jù)儲(chǔ)層段的測(cè)井信息指導(dǎo)取樣[4-9]。然而，基于儲(chǔ)層特征的地質(zhì)成因和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)特征，進(jìn)行油氣儲(chǔ)層巖心實(shí)驗(yàn)數(shù)的樣本量設(shè)計(jì)，前人的研究涉及較少。

本文基于儲(chǔ)層特征的地質(zhì)成因和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)特征，設(shè)計(jì)油氣儲(chǔ)層巖心實(shí)驗(yàn)的樣本量?；舅悸窞橐栽缜巴瓿傻膬?chǔ)層巖心實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和測(cè)井曲線特征為先驗(yàn)數(shù)據(jù)，遵循隨機(jī)設(shè)計(jì)的樣本量設(shè)計(jì)方法，計(jì)算出滿足數(shù)據(jù)精度要求的最小樣本量。

1 材料與方法

1.1 樣品來(lái)源

632塊巖心栓塞樣來(lái)自松遼盆地南部29口探井，取心層位為青山口組一段，深度2 058～2 505 m，主要集中在2 350 m；樣品巖性以極細(xì)粒長(zhǎng)石巖屑砂巖和粗粉砂巖為主。以位于研究區(qū)中部的A1井為待測(cè)樣品來(lái)源，其他井作為相鄰井參考，進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比。

1.2 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

常規(guī)孔隙度測(cè)定是巖心實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，且其實(shí)驗(yàn)周期較短、經(jīng)費(fèi)較低，可以滿足大量實(shí)驗(yàn)的要求。故以上述巖心樣品的常規(guī)孔隙度測(cè)定為油氣儲(chǔ)層巖心實(shí)驗(yàn)樣本量設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

孔隙度測(cè)定依據(jù)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《巖心常規(guī)分析方法：SY/T 5336-2006》。選用氦氣注入法進(jìn)行測(cè)定，實(shí)驗(yàn)步驟[10-11]包括：(1)氦孔隙度儀檢測(cè)校正；(2)連接氦孔隙度儀與巖心夾持器并檢漏；(3)抽真空后在巖心夾持器中放入與待測(cè)巖樣直徑一致的標(biāo)準(zhǔn)塊，頂住夾持器上柱塞后去真空；(4)加圍壓，打開(kāi)氣源儀，等待壓力達(dá)到0.7 MPa后關(guān)閉氣源閥和放空閥，打開(kāi)測(cè)試閥，壓力平衡后讀出全系統(tǒng)空白體積，打開(kāi)放空閥，抽真空，取出標(biāo)準(zhǔn)塊；(5)在夾持器中裝入待測(cè)巖樣，按照(3)(4)步驟測(cè)出巖樣的讀數(shù)；(6)測(cè)得壓力平衡后的讀數(shù)減去全系統(tǒng)空白體積讀數(shù)，再乘以校正系數(shù)即為被測(cè)巖樣的孔隙體積，除以巖心體積即為孔隙度；(7)重復(fù)實(shí)驗(yàn)，確保同一樣品的測(cè)量誤差在±1%以內(nèi)。

1.4 樣本量估計(jì)方法

在已知均值差和方差估計(jì)值的前提下，增大樣本量將使檢驗(yàn)方法更為有效。以顯著性水平α=0.05，不要求檢驗(yàn)功效的前提下的估算公式為：

(1)

式中：n為樣本量；tα表示在自由度為2(n-1)是雙尾概率為α的t分布臨界值；s為總體標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)值；d為達(dá)到顯著性水平時(shí)的兩總體平均數(shù)的最小差值；df為自由度，指計(jì)算統(tǒng)計(jì)量時(shí)，取值不受限制的變量個(gè)數(shù)。

在運(yùn)算中，以相鄰取心井相同層位的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為先驗(yàn)估計(jì)的依據(jù)，統(tǒng)計(jì)總體標(biāo)準(zhǔn)差s的估計(jì)值。以測(cè)井曲線數(shù)據(jù)為比較的依據(jù)，估算所求達(dá)到顯著性水平時(shí)的兩總體平均數(shù)的最小差值d(即A1井的測(cè)井解釋孔隙度與相鄰井平均孔隙度之間的差值)。tα的求取與樣本量有關(guān)，首先計(jì)算自由度df=∞的對(duì)應(yīng)tα，計(jì)算出相應(yīng)的n，再由df=2(n-1)計(jì)算相應(yīng)的tα，反復(fù)迭代穩(wěn)定后得出n的估計(jì)值[12]。

1.5 數(shù)據(jù)檢驗(yàn)方法

在得出樣本量估計(jì)結(jié)果后，按照設(shè)計(jì)的樣本量對(duì)巖心進(jìn)行隨機(jī)抽樣。鉆取栓塞樣，完成孔隙度測(cè)試。得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)隨機(jī)抽樣，形成不同樣本量的數(shù)據(jù)集合。比較不同樣本量下實(shí)測(cè)孔隙度與測(cè)井曲線的擬合程度，驗(yàn)證計(jì)算出的樣本量是否符合數(shù)據(jù)精度要求。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 樣本量估算公式中各參數(shù)的求取

本次研究以松遼盆地南部A1井青山口組一段樣品為例，介紹樣本量估計(jì)公式各參數(shù)的求取步驟：

(1)求取總體標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)值s。根據(jù)相鄰井相同層位的孔隙度測(cè)試結(jié)果(表1)，得到總體孔隙度平均值為12.15%，標(biāo)準(zhǔn)差s為4.69%。

表1 取心井A1與相鄰井孔隙度測(cè)試結(jié)果

(2)求取達(dá)到顯著性水平時(shí)的兩總體均數(shù)的最小差值d。由測(cè)井孔隙度解釋可知，A1井取心段測(cè)井解釋孔隙度在10%左右，取整后，A1井平均孔隙度與相鄰井的平均孔隙度的最小差值d為2%。

(3)求取在自由度為2(n-1)是雙尾概率為α=0.05的t分布臨界值tα和樣本量n。取心段長(zhǎng)度為8 m，在單個(gè)巖心直徑為2.54 cm、同一深度不重復(fù)取樣的前提下，理論上最大樣本量為314個(gè)，故從df=2×(314-1)開(kāi)始迭代計(jì)算相應(yīng)的tα和n。

經(jīng)過(guò)上述數(shù)據(jù)計(jì)算過(guò)程，得到滿足條件的最小樣本量為44。為滿足后續(xù)數(shù)據(jù)驗(yàn)證的需求，增加10%的取樣量，共設(shè)計(jì)48塊巖心栓塞取樣。按照等間距法取樣并完成孔隙度測(cè)試(表1)。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

孔隙度測(cè)試結(jié)果顯示：A1井樣品總計(jì)48個(gè)，孔隙度分布在1.4%～15.3%之間，平均值為10.7%，標(biāo)準(zhǔn)差為3.74%；相鄰井樣品總計(jì)584個(gè)，孔隙度分布在0.3%～23.7%之間，平均值為12.15%，標(biāo)準(zhǔn)差為4.69%。與相鄰井對(duì)比，A1井的孔隙度分布范圍在相鄰井孔隙度分布范圍之內(nèi)，平均值差為1.45%。

A1井和相鄰井的孔隙度分布情況由孔隙度分布直方圖(圖1)顯示：A1井孔隙度總體位置主要位于10%～15%之間，該區(qū)間的樣品點(diǎn)占整體的3/4以上，呈單峰狀，數(shù)據(jù)相對(duì)集中；相鄰井孔隙度總體位置主要位于10%～18%之間，該區(qū)間的樣品點(diǎn)占整體的1/2左右，呈單峰狀，數(shù)據(jù)相對(duì)分散。

利用箱形圖表征孔隙度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分布情況，結(jié)果顯示(圖2)：A1井上四分位數(shù)為9.5%，中位數(shù)為11.7%，下四分位數(shù)為13.5%；相鄰井上四分位數(shù)為8.5%，中位數(shù)為12.9%，下四分位數(shù)為15.8%。A1井的孔隙度中位數(shù)與相鄰井孔隙度中位數(shù)相差1.2%，與平均值之間的差(1.45%)相近。A1井的上、下四分位數(shù)位于相鄰井的上下四分位數(shù)之間，且差異不大。由此可知A1井與相鄰井孔隙度的數(shù)據(jù)形態(tài)相似，整體分布趨于一致。

圖1 A1井與相鄰井孔隙度分布直方圖

圖2 A1井與相鄰井孔隙度分布箱形圖

2.3 結(jié)果檢驗(yàn)

對(duì)已完成的48個(gè)孔隙度測(cè)試結(jié)果進(jìn)行隨機(jī)不重復(fù)抽樣，生成樣本量為44，40，36，32的數(shù)據(jù)。在測(cè)井—巖心歸位[13]的基礎(chǔ)上(圖3)，讀取各孔隙度測(cè)試點(diǎn)的聲波時(shí)差曲線值。在不同樣本量下進(jìn)行孔隙度—聲波時(shí)差相關(guān)性分析，得到孔隙度—聲波時(shí)差相關(guān)公式(表2)。將曲線段聲波時(shí)差的平均值221 μs/m代入各相關(guān)公式，得到孔隙度計(jì)算值。以48個(gè)樣本量的孔隙度計(jì)算值為基準(zhǔn)，計(jì)算其他樣本量孔隙度計(jì)算值與48個(gè)樣本量的孔隙度計(jì)算值的絕對(duì)誤差(表2)。

圖3 A1井測(cè)井曲線圖及巖心分析孔隙度歸位

樣本量/個(gè)相關(guān)公式孔隙計(jì)算值/%1)絕對(duì)誤差/%2)48φ=0.30AC-55.4310.570.0044φ=0.30AC-55.7110.480.0840φ=0.30AC-56.0910.320.2536φ=0.32AC-60.0910.160.4032φ=0.27AC-47.7911.951.39

1)孔隙度計(jì)算值求取時(shí)AC取值為取心段平均AC值221 μs/m；

2)絕對(duì)誤差求取時(shí)認(rèn)為48個(gè)樣本的孔隙度計(jì)算值誤差最小。

結(jié)果顯示：隨著樣本量的逐漸減小，孔隙度計(jì)算值的絕對(duì)誤差逐漸增大，且誤差增加幅度也逐漸上升。與48個(gè)樣本量的孔隙度計(jì)算結(jié)果相比，44個(gè)樣本量的孔隙度計(jì)算結(jié)果絕對(duì)誤差小于0.1%，可認(rèn)為數(shù)據(jù)精度較高，再增加樣本量對(duì)提升數(shù)據(jù)精度的意義不大。

3 討論

3.1 樣本量設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

選取適當(dāng)?shù)臉颖玖渴侨魏螌?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中最重要的環(huán)節(jié)之一。在保證數(shù)據(jù)精度要求的前提下，盡可能的減少實(shí)驗(yàn)數(shù)量是科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則。

在現(xiàn)行的儲(chǔ)層實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中，涉及樣本量設(shè)計(jì)的內(nèi)容很少，只是簡(jiǎn)單的規(guī)定了取樣的密度。通常規(guī)定是每米巖心取10個(gè)栓塞樣，具體取樣位置則根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)選取儲(chǔ)層發(fā)育段。上述樣本量設(shè)計(jì)和取樣過(guò)程雖然操作簡(jiǎn)便，但是操作中人為因素較多，造成后續(xù)巖心實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)代表性較差，影響了儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的客觀性。

通過(guò)合理的樣本量設(shè)計(jì)，可以在保證數(shù)據(jù)精度要求的前提下，盡可能的減少實(shí)驗(yàn)數(shù)量。其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在2個(gè)方面：(1)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠充分體現(xiàn)取心段的整體特征，精度滿足數(shù)據(jù)分析的要求；(2)節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本，縮短實(shí)驗(yàn)周期，提高了巖心實(shí)驗(yàn)的效率。

3.2 巖心實(shí)驗(yàn)中可利用的先驗(yàn)資料

鉆井取心成本高昂，且鉆取的栓塞巖樣往往難以進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)。這就要求巖心實(shí)驗(yàn)要盡可能保證一次性取全取準(zhǔn)樣品。為了達(dá)到這一目的，需要參考獲得樣本的實(shí)驗(yàn)之前的歷史資料和經(jīng)驗(yàn)，即先驗(yàn)資料。下面討論巖心實(shí)驗(yàn)中可利用的先驗(yàn)資料：

(1)巖心實(shí)驗(yàn)中“第一性”的資料即巖心本身。在巖心觀察和描述的前提下，記錄巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、突變界面等地質(zhì)信息。這些地質(zhì)信息是所有與巖心實(shí)驗(yàn)相關(guān)的工作基礎(chǔ)，也為樣本量設(shè)計(jì)和取樣位置選擇提供了關(guān)鍵參考。

(2)測(cè)井信息反映了地下儲(chǔ)層的物理性質(zhì)。巖心—測(cè)井歸位后的巖心儲(chǔ)層評(píng)價(jià)是測(cè)井儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，相應(yīng)的，測(cè)井信息也是巖心實(shí)驗(yàn)的先驗(yàn)資料[14]。例如，通過(guò)GR測(cè)井計(jì)算的儲(chǔ)層泥質(zhì)含量是巖性測(cè)定類實(shí)驗(yàn)可靠的先驗(yàn)資料；通過(guò)三孔隙度測(cè)井計(jì)算的儲(chǔ)層孔隙度是物性測(cè)定類實(shí)驗(yàn)可靠的先驗(yàn)資料；電阻率和核磁共振測(cè)井是流體性質(zhì)及飽和度測(cè)定類實(shí)驗(yàn)可靠的先驗(yàn)資料。

(3)不同類型的巖心實(shí)驗(yàn)之間互為先驗(yàn)資料。儲(chǔ)層實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目眾多，實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shù)據(jù)要求、周期和費(fèi)用也有所不同。因此在巖心實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中要區(qū)別對(duì)待，部分基礎(chǔ)巖心實(shí)驗(yàn)可以作為其他巖心實(shí)驗(yàn)的分析基礎(chǔ)。以常見(jiàn)的高壓壓汞和孔隙度測(cè)定實(shí)驗(yàn)為例，同一樣品的高壓壓汞實(shí)驗(yàn)周期和操作難度遠(yuǎn)高于孔隙度測(cè)定實(shí)驗(yàn)，且高壓壓汞實(shí)驗(yàn)后的巖心樣品只能做報(bào)廢處理，無(wú)法進(jìn)行其他實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中高壓壓汞實(shí)驗(yàn)的數(shù)量通常要小于孔隙度測(cè)定實(shí)驗(yàn)。高壓壓汞實(shí)驗(yàn)的目的是為了表征儲(chǔ)層的孔喉半徑，根據(jù)泊肅葉公式推導(dǎo)，孔喉半徑與孔隙度具有相關(guān)關(guān)系[15]。這就意味著孔隙度測(cè)定實(shí)驗(yàn)可以成為高壓壓汞實(shí)驗(yàn)的先驗(yàn)資料。通過(guò)巖心分析孔隙度的分布特征，確定合理的高壓壓汞實(shí)驗(yàn)樣本量和取樣位置，使得高壓壓汞實(shí)驗(yàn)得到的孔喉半徑數(shù)據(jù)能夠服從整體的孔隙度的分布特征，進(jìn)而由孔隙度分布特征聯(lián)系到儲(chǔ)層整體特征。以上思路為高壓壓汞這類數(shù)量受限的儲(chǔ)層實(shí)驗(yàn)如何反映儲(chǔ)層整體特征提供了參考。

3.3 巖心實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的3個(gè)基本原則是隨機(jī)化、重復(fù)和區(qū)組化。隨機(jī)化是指實(shí)驗(yàn)材料的分配和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的過(guò)程都是隨機(jī)確定的。隨機(jī)化使實(shí)驗(yàn)結(jié)果是獨(dú)立分布的隨機(jī)變量，滿足了統(tǒng)計(jì)方法的要求，也有助于消除可能出現(xiàn)的誤差。重復(fù)是指實(shí)驗(yàn)條件一致的前提下，完成獨(dú)立重復(fù)實(shí)驗(yàn)。重復(fù)首先是實(shí)驗(yàn)誤差估計(jì)的基礎(chǔ)，而誤差估計(jì)是確定數(shù)據(jù)之間的觀察差值是否具有統(tǒng)計(jì)意義上的實(shí)際差值的基本度量單位。重復(fù)其次也使得利用樣本均值估計(jì)樣本真值的過(guò)程中得到更精確的參數(shù)統(tǒng)計(jì)。區(qū)組化是提高實(shí)驗(yàn)精度的設(shè)計(jì)技術(shù)，使用區(qū)組化可以減少或消除其他干擾因素造成的數(shù)據(jù)差異[3]。

將以上3個(gè)原則應(yīng)用于油氣儲(chǔ)層巖心實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。首先應(yīng)注意實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的隨機(jī)化，而隨機(jī)化的實(shí)現(xiàn)主要來(lái)源于樣本量設(shè)計(jì)和取樣設(shè)計(jì)。在合理設(shè)計(jì)樣本量的基礎(chǔ)上，使用計(jì)算機(jī)軟件輔助下的取樣隨機(jī)化可以提高實(shí)驗(yàn)的隨機(jī)化程度，滿足數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的要求。其次，重復(fù)原則要求在相同的實(shí)驗(yàn)條件下保證重復(fù)實(shí)驗(yàn)的數(shù)量，實(shí)驗(yàn)樣本量設(shè)計(jì)是滿足重復(fù)原則的基礎(chǔ)。最后，區(qū)組化設(shè)計(jì)要求在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中排除其他干擾因素，這就對(duì)巖心實(shí)驗(yàn)流程提出了要求，對(duì)同一巖心樣品開(kāi)展盡可能多的實(shí)驗(yàn)測(cè)試是區(qū)組化設(shè)計(jì)必要條件。

以本次實(shí)驗(yàn)為例，闡述巖心實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則的實(shí)際應(yīng)用。第一步，在巖心觀察和測(cè)井—巖心歸位的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)總體的巖心栓塞樣品數(shù)量，并編制專用的巖心隨機(jī)化取樣軟件，確定各樣品的取樣位置。第二步，對(duì)所有樣品進(jìn)行孔隙度和滲透率測(cè)定，以孔隙度和滲透率測(cè)試為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)其他儲(chǔ)層巖心實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)量并挑選樣品。第三步，遵循單一巖心樣品多儲(chǔ)層參數(shù)聯(lián)合測(cè)定的原則，按照全直徑巖心—標(biāo)準(zhǔn)巖心栓塞樣—短巖心栓塞樣—薄片樣/粉末樣的實(shí)驗(yàn)順序，保證單一巖心樣品盡可能多的獲取實(shí)驗(yàn)參數(shù)。對(duì)于同一樣品無(wú)法同時(shí)測(cè)量的實(shí)驗(yàn)，例如壓汞實(shí)驗(yàn)和粒度實(shí)驗(yàn)，采用平行樣的手段進(jìn)行近似化處理。最后，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中，確保各項(xiàng)參數(shù)都進(jìn)行誤差分析，對(duì)于出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)異常點(diǎn)進(jìn)行樣品追溯和重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

4 結(jié)論

(1)合理的樣本量設(shè)計(jì)可以提高巖心實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)精度，反映取心段的整體特征，減少不必要的實(shí)驗(yàn)數(shù)量。在巖心實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中，樣本量設(shè)計(jì)是保證后續(xù)實(shí)驗(yàn)參數(shù)分析在具有地質(zhì)意義的同時(shí)兼具統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的關(guān)鍵，應(yīng)在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中充分重視這一環(huán)節(jié)。

(2)取心井巖心資料、測(cè)井信息和巖心實(shí)驗(yàn)本身，都可以為儲(chǔ)層巖心實(shí)驗(yàn)提供豐富的先驗(yàn)資料。在巖心取樣前，應(yīng)充分利用這些先驗(yàn)資料指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

(3)在巖心實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)隨機(jī)化、重復(fù)和區(qū)組化的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)策略，有助于提高儲(chǔ)層參數(shù)分析的客觀性。樣本量設(shè)計(jì)應(yīng)作為巖心實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)工作，在樣本量設(shè)計(jì)中，以早前完成的儲(chǔ)層巖心實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和測(cè)井曲線特征為先驗(yàn)數(shù)據(jù)，遵循隨機(jī)設(shè)計(jì)的樣本量設(shè)計(jì)方法，計(jì)算出滿足數(shù)據(jù)精度要求的最小樣本量。