R-Q因子分析法在儲層分類評價中的應用
——以塔里木盆地奧陶系碳酸鹽巖儲層為例

程 浩，王起琮，景 帥

（西安石油大學地球科學與工程學院，西安 710065）

近年來，儲集層分類評價技術(shù)發(fā)展迅速，儲集層評價參數(shù)已不局限于孔隙度與滲透率，人們開始探索裂縫孔洞、微觀孔隙結(jié)構(gòu)甚至巖石非均質(zhì)性對巖石儲集性的影響。其分析方式也更加多樣化，數(shù)學統(tǒng)計方法如聚類分析、判別分析等開始廣泛應用于儲集層分類評價。這些數(shù)學統(tǒng)計評價方法也推動著儲集層評價從定性分析逐步發(fā)展到了定量分析[1]。但以上統(tǒng)計方法均有一定的不足，無法客觀全面地對儲集層做出準確的評價。為準確、客觀地對塔里木盆地奧陶系碳酸鹽巖進行分類評價，本文采用R-Q因子分析方法對測井數(shù)據(jù)進行整理分類。R-Q因子分析能將龐大的地質(zhì)數(shù)據(jù)進行分析整理，確定判別儲層類型的有效地質(zhì)參數(shù)，將地層與地層、地層與影響因素、影響因素與影響因素之間的相互關(guān)系進行系統(tǒng)梳理，獲得客觀準確的分類結(jié)果，從而對儲集層進行分類評價。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

塔里木盆地是我國最大的內(nèi)陸盆地，位于我國新疆維吾爾自治區(qū)境內(nèi)，研究區(qū)主要集中在塔中地區(qū)的巴楚-塔中隆起。塔中地區(qū)是塔里木盆地主要的油氣富集區(qū)。其中，塔中隆起位于塔里木盆地中央隆起中段，是一個長期發(fā)育的繼承性古隆起，呈北西向走勢；巴楚隆起位于中央隆起帶的西部，是一個由西北向東南傾沒的沖斷背斜構(gòu)造帶[2]。

1.1 巖石學特征

塔里木盆地塔深2井奧陶系碳酸鹽巖為陸表海局限臺地沉積環(huán)境背景下形成的一套以準同生白云巖及灰?guī)r為主的碳酸鹽巖地層。碳酸鹽巖儲層巖石是生物、化學、機械綜合成因，以化學成因為主導，巖石礦物組分及化學成分較簡單，但巖石構(gòu)造復雜且發(fā)育有大量裂縫溶孔。成巖作用和成巖后生作用決定了巖石儲集空間及次生儲集空間類型，造成了巖石次生儲集空間大小懸殊，復雜多變，且孔隙度與滲透率不存在明顯的相關(guān)關(guān)系[3]。

1.2 孔隙特征

1.2.1 組構(gòu)選擇性孔隙

組構(gòu)選擇性孔隙是沉積巖中某種結(jié)構(gòu)組分被選擇性溶解而形成的孔隙，可以形成于早期礦物穩(wěn)定化過程，也可以形成于成巖后期。組構(gòu)選擇性孔隙是塔里木盆地碳酸鹽巖主要的孔隙類型，研究區(qū)組構(gòu)選擇性孔隙主要包含巖石粒內(nèi)孔、粒間溶孔、晶間溶孔、窗格孔以及微孔隙[4]。

1.2.2 非組構(gòu)選擇性孔隙

非組構(gòu)選擇性孔隙是除去組構(gòu)選擇性孔隙之外的所有孔隙類型的總稱。一般為成巖后期形成的溶蝕孔洞、裂縫等中大型孔隙結(jié)構(gòu)。非組構(gòu)選擇性孔隙對巖石物性影響極大，這種孔隙對巖石滲透率以及巖石孔隙之間的連通性產(chǎn)生了很大的影響，因此發(fā)育有此類孔隙的巖石一般物性較好。

2 數(shù)據(jù)來源

常規(guī)物性試驗是針對取樣地層所做的處理分析，雖然可以準確地得出某一深度的巖石物性，卻忽略了非組構(gòu)選擇性孔隙對巖石物性的影響，因此無法得出準確的宏觀地層物性數(shù)據(jù)。

考慮到非組構(gòu)選擇性孔隙對巖層物性的廣泛影響，為準確而全面地獲得各類儲層物性參數(shù)，本文不采用試驗數(shù)據(jù)，將全部采用測井數(shù)據(jù)進行相關(guān)分析。本文主要根據(jù)位于塔中隆起的塔深2井全井段及中18井、巴楚隆起的瑪北1井與巴探5井的個別地層的測井數(shù)據(jù)（見表1），對研究區(qū)進行統(tǒng)計分析并劃分儲層。

3 R-Q因子分析原理及方法

3.1 R-Q因子分析基本原理

在獲得研究井位測井數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，本文利用地質(zhì)統(tǒng)計學中的R-Q因子分析，進一步開展碳酸鹽巖儲層性質(zhì)研究，并以此確定識別儲層類別。

3.1.1 R型因子分析原理

假設有n個地層，每個地層有m個影響因素，則其矩陣為：

式中，xij≥0(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)，并且每一行和每一列至少有一個數(shù)據(jù)不為0。

根據(jù)式（2）對式（1）進行變換，即：

式中，xi，xj，T分別滿足以下條件：

根據(jù)影響因素協(xié)方差矩陣特征值λ1≥λ2≥…≥λm，取其累積特征值百分比≥85%的前p個特征值λ1,λ2,…,λP，計算與之相對應的單位特征向量u1,u2,…,up，得到R型因子載荷矩陣：

以此為基礎(chǔ)進行的散點數(shù)據(jù)分析為R型因子分析，表示了研究影響因素之間的相互關(guān)系。

表1 塔里木盆地奧陶系碳酸鹽巖地層測井數(shù)據(jù)

3.1.2 Q型因子分析原理

由vj=z'uj可得，Q型因子載荷矩陣為：

根據(jù)Q型因子載荷矩陣在因子平面上作地層散點圖并進行分析，這被稱為Q型因子分析，旨在研究地層之間的相關(guān)性[5]。

3.1.3 R-Q因子分析原理

R-Q因子分析是聯(lián)合應用了影響因素相關(guān)分析的R型分析和地層相關(guān)分析的Q型分析方法，分別計算R型和Q型因子載荷矩陣，應用地層的Q型因子載荷F0和F1繪制平面圖，再將影響因素的R型因子載荷投影到該圖，最終形成由影響因素和地層構(gòu)成的點聚，據(jù)此開展地層與地層、影響因素與影響因素、影響因素與地層之間的相關(guān)性研究。點聚圖中具相似地質(zhì)成因的元素聚集形成點群，具相似成因的巖石地層聚集形成點群，具有成因關(guān)系的地層與影響因素聚集形成點群。臨近地層點群的影響因素，揭示了地層與因素間的相關(guān)性，因此人們可以根據(jù)點聚圖，開展地層類別劃分與評價[6]。

3.2 R-Q因子分析特征值

根據(jù)貢獻率計算結(jié)果，選取DEN、AC、POR因素進行R-Q因子分析。表2為R-Q分析特征值貢獻率，特征值與其所攜帶的信息量成正比，當累計貢獻率大于80%，地層及其影響因素的分類效果最好[7]。

表2 R-Q因子分析特征值貢獻率

影響因素分析的R型因子荷載矩陣如表3所示，地層分析的Q型因子荷載矩陣如表4所示。

表3 影響因素分析的R型因子荷載矩陣

表4 地層分析的Q型因子荷載矩陣

由表2可知，第一特征值方差貢獻率達到67.78%，第二特征值累積貢獻率達到了93.48%，這表示前兩個特征值包含了地層及其相關(guān)因素的絕大部分信息。所以，使用地層分析的Q型因子載荷F0、F1值繪制地層數(shù)據(jù)的平面圖，再獲得影響因素分析的R型因子載荷在圖上的投影，得到數(shù)據(jù)R-Q因子分析點聚圖。點聚圖反映了地層與各因素間的相關(guān)性，人們可以根據(jù)其相關(guān)性對碳酸鹽巖儲層進行分類分析。

4 R-Q因子分析點聚圖

如圖1、圖2所示，地層大致分為四大類，Ⅰ類點群主要分布在聲波時差因素周圍，這說明該類地層與聲波時差相關(guān)性最強。該區(qū)域儲滲空間發(fā)育較好，具有大量裂縫、溶洞等非組構(gòu)選擇性孔隙，并且是其最主要的儲滲空間，儲集空間類型為孔洞裂縫組合，具有良好的四性關(guān)系，所以Ⅰ類儲層屬于好儲層。

Ⅱ類點群主要分布于孔隙度因素周圍，一部分分布于孔隙度因素與聲波時差因素之間，說明這類儲層與孔隙度因素相關(guān)性較大，個別儲層性質(zhì)還與聲波時差因素相關(guān)。這類地層往往發(fā)育有大量的組構(gòu)選擇性孔隙，如粒內(nèi)孔、粒間孔、晶間孔等微孔隙，部分儲層可能含有裂縫、溶洞等非組構(gòu)選擇性孔隙，其孔隙度、聲波時差值僅次于I類儲層（見圖2），四性關(guān)系為好-中等級別，為裂縫-溶洞組合儲層，是較好的儲層。

Ⅲ類點群主要分布于密度與聲波時差因素之間，這說明此類地層與密度和聲波時差均有一定的相關(guān)性。地層有較高的密度說明地層較為致密，孔隙度與儲集空間一般較小，不利于油氣輸送儲存。但該地層又與聲波時差相關(guān)，這說明地層中發(fā)育一定數(shù)量非組構(gòu)選擇性孔隙，如微裂縫、溶洞等，造成該地層具有一定的聲波時差值，但其孔隙度與聲波時差值均低于Ⅱ類儲層（見圖2），這種儲集空間類型一般為含裂縫的孔隙型儲層，物性一般，為一般儲層。

圖1 塔里木盆地奧陶系碳酸鹽巖測井參數(shù)R-Q因子分析點聚圖

圖2 塔里木盆地奧陶系碳酸鹽巖ω（AC）-ω（POR）交會圖

Ⅳ類點群主要分布于密度因素周圍，此類地層密度較高，孔隙度、滲透率、聲波時差值極低，為微孔隙型儲層。微孔隙是主要儲滲空間，不具有明顯的儲層四性關(guān)系，這類儲層屬于差儲層或直接定義為非儲層。

5 結(jié)論

塔里木盆地奧陶系碳酸鹽巖儲層R-Q因子分析結(jié)果與鉆井取芯結(jié)果表明，分類結(jié)果一致，說明了R-Q因子分析用于判別劃分碳酸鹽巖儲層的準確性與可靠性，R-Q因子分析可應用于碳酸鹽巖儲層的識別與劃分。根據(jù)塔里木盆地奧陶系碳酸鹽巖測井數(shù)據(jù)分析，將該區(qū)碳酸鹽巖儲集層劃分為四大類，即孔洞裂縫組合儲層、裂縫溶洞組合儲層、含裂縫的孔隙型儲層和微孔隙型儲層，依次對應Ⅰ類好儲層、Ⅱ類好-中等儲層、Ⅲ類一般儲層和Ⅳ類差儲層。該分類方案具有一定的實用性，對儲層預測和區(qū)帶評價具有一定的參考價值。根據(jù)圖1中點群密度，塔里木盆地奧陶系碳酸鹽巖儲層大部分為中到差儲層，物性好的儲集層數(shù)量極少，說明研究區(qū)碳酸鹽巖普遍儲集性一般。