基于多油田的渤海黃河口凹陷區(qū)域滲透率評價模型

李鵬，李東，孟麗，張璋，張欣 (中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300459)

渤海黃河口凹陷已開發(fā)油田中，取心井段代表性差的油田，其孔滲關(guān)系模型計算的滲透率誤差較大。目前，對于測井解釋模型的研究基本上建立在單個油田的常規(guī)巖心數(shù)據(jù)及測井資料的基礎(chǔ)上，利用區(qū)域上多油田資料綜合建立區(qū)域測井評價模型的研究相對較少。為此，筆者基于黃河口凹陷各油田具有相似的測井響應(yīng)特征及近似的儲集物性等特點，利用圖論多分辨率聚類算法，將黃河口凹陷各油田取心井段對應(yīng)的測井曲線同時進行測井相劃分，得到一口類似于全井段均有取心資料的關(guān)鍵樣本井，從而避免單個油田取心資料少造成的巖心代表性差問題。在測井相劃分基礎(chǔ)上，確定巖相與測井相的對應(yīng)關(guān)系，建立基于測井相-巖相約束的區(qū)域滲透率評價模型，提高巖心樣品代表性差油田的滲透率評價精度。

1 研究背景及存在的問題

黃河口凹陷位于渤海灣盆地渤中凹陷的東南部，其北部為渤南凸起，東部為廟西凹陷，南北夾持在渤南、墾東兩個凸起之間，東南部為萊北低凸起，凹陷總面積3309km2[1]。黃河口凹陷的油氣勘探起步于20世紀(jì) 80年代初，多年的勘探實踐證實了黃河口凹陷是一個富生烴凹陷。截至目前，以新近系為主要勘探層系，在中央構(gòu)造帶相繼發(fā)現(xiàn)了BZ25、BZ34、BZ29、BZ28、BZ26、KL32等一系列大中型油氣田(見圖1)，油氣儲量已超過 6×108m3，展現(xiàn)了巨大的油氣資源勘探潛力[2，3]。

黃河口凹陷各油田主力含油氣層系主要分布于新近系明化鎮(zhèn)組下段，屬于淺水三角洲和河流相沉積，巖性均為疏松砂巖，油藏平均埋深在800～1700m左右。根據(jù)區(qū)域內(nèi)各油田常規(guī)測井響應(yīng)特征及常規(guī)巖心分析樣品統(tǒng)計結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域以中高孔滲的儲集物性為主，平均孔隙度32.78%，平均滲透率1581.0mD；地層原油密度為0.727～0.875g/cm3，地層原油黏度為8.21～20.40mPa·s，屬于輕質(zhì)原油。目前該區(qū)域已投產(chǎn)的油田共有12個，從鉆井及測井資料分析可知，黃河口凹陷各油田具有相同的沉積環(huán)境、相近的埋深、相同的巖石礦物成分、相似的測井響應(yīng)特征，因此具有相近的儲集物性。

儲量評價階段，黃河口凹陷各油田滲透率模型是建立在各油田傳統(tǒng)的巖心孔滲指數(shù)關(guān)系基礎(chǔ)上，因此對于取心數(shù)據(jù)豐富的油田來說，巖心樣品代表性強，孔滲關(guān)系相關(guān)性較好(見圖2(a))，滲透率計算精度較高(見圖3(a))；而對于取心數(shù)據(jù)少的油田，巖心樣品代表性差，孔滲關(guān)系相關(guān)性差(見圖2(b))，滲透率計算精度存在較大誤差(見圖3(b))。

黃河口凹陷各油田儲層巖性均為疏松砂巖儲層，非均質(zhì)性較強，孔隙度的微小變化往往使?jié)B透率發(fā)生數(shù)量級的變化。開發(fā)生產(chǎn)階段，滲透率參數(shù)的求取精度直接關(guān)系到產(chǎn)能評價和儲層非均質(zhì)性研究，因此提高滲透率的評價精度，對開發(fā)方案的部署具有重要的指導(dǎo)意義[4，5]。

2 基于多油田的測井相劃分

常規(guī)測井及巖心分析資料能夠反映出儲層的非均質(zhì)性和孔隙結(jié)構(gòu)。一般來說，同一沉積環(huán)境中同類巖性的地層具有一組特定的測井參數(shù)值。因此，可以利用測井資料將整個地層劃分為若干具有地質(zhì)意義的測井相[6]。同類測井相儲層一般具有相似的巖性、物性、電性、孔隙結(jié)構(gòu)和測井響應(yīng)特征，因此開展黃河口凹陷的儲層測井相分類研究，建立基于測井相約束的區(qū)域滲透率評價模型，將復(fù)雜儲層的非均質(zhì)性、非線性問題轉(zhuǎn)化為均質(zhì)性、線性問題，能夠提高滲透率解釋精度[7～11]。

圖論多分辨率聚類算法是在最小鄰近(KNN)算法和圖數(shù)據(jù)理論結(jié)合的基礎(chǔ)上提出的，該算法不但克服了鄰近個數(shù)的微小變化產(chǎn)生的聚類結(jié)果不穩(wěn)定問題，而且解決了最優(yōu)類選擇問題。該方法主要利用鄰近指數(shù)對樣本數(shù)據(jù)進行分類和利用核心代表指數(shù)優(yōu)選出最優(yōu)分類結(jié)果[12～14]。

采用圖論多分辨率聚類算法對黃河口凹陷各油田取心井段測井曲線進行測井相劃分的具體步驟如下：

1)選取黃河口凹陷6個油田中鉆井取心資料較多且取心井段盡可能均勻分布在整個目的層段的多口井作為研究對象，選擇各取心井段的自然伽馬、密度、中子測井曲線整體作為樣本曲線；

2)由于各油田間的測井系列不同造成的測井曲線的差異性，在聚類分析前首先應(yīng)對樣本曲線進行曲線標(biāo)準(zhǔn)化；

3)利用圖論多分辨率聚類算法對各取心井段樣本數(shù)據(jù)進行聚類分析并輸出最優(yōu)聚類結(jié)果；

4)結(jié)合測井、錄井及巖心等資料，確定測井相與巖相間的對應(yīng)關(guān)系；

5)利用步驟3)、4)對取心井段所劃分的測井相，學(xué)習(xí)到未取心井段或未取心井上去，確定未取心井段或未取心井的測井相類型；

6)對應(yīng)所劃分的測井相類型，統(tǒng)計各取心井段不同測井相下的巖心孔滲數(shù)據(jù)，建立基于測井相約束的區(qū)域滲透率評價模型。

3 基于多油田的區(qū)域滲透率模型建立

黃河口凹陷目前已投產(chǎn)油田12個，勘探取心井20余口，區(qū)域上取心井段均勻分布在明化鎮(zhèn)組，取心長度達500m左右，平均收獲率83.5%，常規(guī)巖心分析樣品共2122塊，巖心孔隙度7.4%～42.8%，巖心滲透率1.6～6820.0mD，區(qū)域上巖心分析資料豐富。筆者根據(jù)黃河口凹陷6個油田12口關(guān)鍵取心井的常規(guī)測井資料及巖心孔滲數(shù)據(jù)建立區(qū)域滲透率評價模型。

3.1 測井曲線標(biāo)準(zhǔn)化

為消除不同測井系列所導(dǎo)致的井間測井曲線的不一致性，以取心井BZ34油田4SA井為關(guān)鍵井，以明化鎮(zhèn)組大套泥巖為標(biāo)志層，采用平均值法對樣本曲線(自然伽馬、密度、中子孔隙度)進行井間曲線的標(biāo)準(zhǔn)化(見圖4)。從6個油田共12口取心井標(biāo)準(zhǔn)化前后的結(jié)果對比來看，標(biāo)準(zhǔn)化后的測井參數(shù)范圍更趨向一致，便于多井間的測井相劃分。

3.2 多油田測井相劃分

在井間測井曲線標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上，利用圖論多分辨率聚類算法對6個油田(BZ25、BZ26、BZ28、BZ29、BZ34、KL32)12口取心井段所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化后的測井曲線進行測井相劃分，整個取心井段巖性被劃分為6類測井相(見圖5)。為了評價整個油田或整井段連續(xù)的滲透率，利用KNN算法將取心井段所劃分的6類測井相學(xué)習(xí)到其他井或其他井段中去。

3.3 測井相-巖相對應(yīng)關(guān)系建立

由于受各測井相所對應(yīng)的覆壓孔滲試驗數(shù)據(jù)數(shù)量的限制，測井相分類級別越多，反而會降低滲透率評價的精度，并增加確定測井相與巖相對應(yīng)關(guān)系的難度。因此，測井相劃分是否合理，如何將測井信息等效轉(zhuǎn)化為單井巖相剖面，需通過對各測井相的測井曲線響應(yīng)特征進行深入分析，并結(jié)合研究區(qū)的沉積相、地質(zhì)錄井、巖心鑄體薄片及覆壓孔滲資料等資料，來確定合理的測井相-巖相對應(yīng)關(guān)系。通過分析發(fā)現(xiàn)，利用圖論多分辨率聚類算法對黃河口凹陷各油田取心井段劃分的6類測井相與巖心鑄體薄片及地質(zhì)錄井等具有較好的對應(yīng)關(guān)系(見表1)。6類測井相對應(yīng)的儲層物性從好到差依次為粗砂巖、中砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)中砂巖。

表1 黃河口凹陷6類測井相的測井曲線響應(yīng)分布及與巖相的對應(yīng)關(guān)系

3.4 基于測井相-巖相的區(qū)域滲透率評價模型

在測井相劃分的基礎(chǔ)上，建立了基于6類測井相約束的區(qū)域滲透率評價模型(見圖6)。從圖6可以看出,擬合的相關(guān)系數(shù)得到明顯提高，進而提高了滲透率的評價精度。

4 實例應(yīng)用

利用基于測井相-巖相約束的區(qū)域滲透率評價模型，對黃河口凹陷6個油田20余口取心井滲透率進行了計算。從計算結(jié)果來看，對于取心資料多、巖心分析樣品代表性強的油田來說，利用區(qū)域滲透率評價模型與單個油田孔滲關(guān)系計算的滲透率相差不大；但是，對于取心資料少、巖心分析樣品代表性差的油田來說，基于測井相-巖相約束的區(qū)域滲透率評價模型(新方法)計算的滲透率比采用同一指數(shù)關(guān)系模型(傳統(tǒng)方法)計算的滲透率更接近巖心實測值(見圖7)。 從取心井段滲透率小層平均結(jié)果來看，常規(guī)方法計算的滲透率誤差在25.3%～62.8%之間，而基于測井相-巖相約束區(qū)域滲透率模型計算的滲透率誤差在9.6%～32.1%之間，明顯提高了滲透率的計算精度。因此，基于測井相-巖相約束的區(qū)域滲透率模型可以為黃河口凹陷類似油田在不取心的情況下提供滲透率評價方法，節(jié)省取心費用，具有一定的推廣意義。

5 結(jié)論

1)在渤海黃河口凹陷各油田測井曲線標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上，提出了多油田取心井段測井相分類后再學(xué)習(xí)到未取心井或未取心井段的測井相劃分滲透率評價思路。

2)根據(jù)測井曲線的不同測井響應(yīng)特征，基于圖論多分辨率聚類算法，將常規(guī)測井曲線進行分類，并結(jié)合地質(zhì)錄井及巖心分析資料，確定巖相與測井相的對應(yīng)關(guān)系。

3)基于巖相-測井相對應(yīng)關(guān)系，建立了基于測井相-巖相約束的區(qū)域滲透率評價模型。對于取心資料少且?guī)r心樣品代表性差的油田，該區(qū)域滲透率評價模型比單個油田的同一指數(shù)關(guān)系模型明顯提高了滲透率的評價精度，為黃河口凹陷后期滾動勘探油田在不取心的情況下提供了滲透率評價方法。