基于測(cè)井資料的頁(yè)巖油儲(chǔ)層甜點(diǎn)預(yù)測(cè)

夏宏泉 ，賴(lài) 俊，李高仁，楊 赟

1.油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·西南石油大學(xué)，四川 成都 610500；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田勘探開(kāi)發(fā)研究院，陜西 西安 710021；3.中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院，陜西 西安710021

引言

頁(yè)巖油甜點(diǎn)預(yù)測(cè)的關(guān)鍵是頁(yè)巖油層評(píng)價(jià)，通常包括3 個(gè)方面：烴源巖特性品質(zhì)（SQ）評(píng)價(jià)、儲(chǔ)層物性品質(zhì)（RQ）評(píng)價(jià)和完井品質(zhì)（CQ）評(píng)價(jià)[1]。三品質(zhì)評(píng)價(jià)是尋找地質(zhì)甜點(diǎn)（用于揭示頁(yè)巖儲(chǔ)層資源潛力）和工程甜點(diǎn)（用于評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的可壓裂性）的理論依據(jù)[2]。針對(duì)長(zhǎng)慶油田隴東地區(qū)長(zhǎng)7 段低孔、低滲、低壓儲(chǔ)層，按照三品質(zhì)評(píng)價(jià)參數(shù)的巖石物理意義，通過(guò)儲(chǔ)層三品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)與劃分標(biāo)準(zhǔn)的建立，形成一套地質(zhì)–工程一體化頁(yè)巖油儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)目的層甜點(diǎn)區(qū)的有效識(shí)別和預(yù)測(cè)。

周德華等[3]提出了儲(chǔ)層核心參數(shù)評(píng)價(jià)法，綜合地質(zhì)–工程兩個(gè)方面的評(píng)價(jià)參數(shù)，對(duì)四川盆地建南地區(qū)侏羅系頁(yè)巖儲(chǔ)層甜點(diǎn)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。鄒才能等[4]總結(jié)分析了中國(guó)頁(yè)巖油沉積環(huán)境、儲(chǔ)集空間、油氣聚集等方面的問(wèn)題，明確了頁(yè)巖油核心評(píng)價(jià)參數(shù)。張晨晨等[5]考慮脆性指數(shù)和有機(jī)碳含量之間的顯著相關(guān)性、有機(jī)質(zhì)豐度和可壓裂性，建立了頁(yè)巖儲(chǔ)層品質(zhì)分類(lèi)指標(biāo)，并對(duì)四川盆地五峰組–龍馬溪組頁(yè)巖儲(chǔ)層甜點(diǎn)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。廖東良等[6]評(píng)價(jià)了單一參數(shù)法、雷達(dá)面積模型和獨(dú)立性權(quán)重系數(shù)模型在頁(yè)巖儲(chǔ)層甜點(diǎn)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。曹海濤等[7]采用灰色關(guān)聯(lián)分析法研究了深層頁(yè)巖儲(chǔ)層地質(zhì)因素與工程甜點(diǎn)的相關(guān)性，建立了適用于永川地區(qū)頁(yè)巖儲(chǔ)層甜點(diǎn)預(yù)測(cè)方法。郭旭光等[8]分析了準(zhǔn)噶爾盆地頁(yè)巖油儲(chǔ)層甜點(diǎn)形成條件，明確了甜點(diǎn)主控因素，建立了多參數(shù)甜點(diǎn)預(yù)測(cè)方法。蒲秀剛等[9]開(kāi)展了頁(yè)巖油儲(chǔ)層成藏因素研究，形成了甜點(diǎn)預(yù)測(cè)“四準(zhǔn)”技術(shù)。

以上這些研究雖然較好地考慮了地質(zhì)、工程兩個(gè)因素，但是，在評(píng)價(jià)參數(shù)賦值方面存在不足，即籠統(tǒng)地按照評(píng)價(jià)參數(shù)與試油產(chǎn)量的相關(guān)性對(duì)其進(jìn)行賦值，未考慮不同品質(zhì)評(píng)價(jià)在儲(chǔ)層甜點(diǎn)預(yù)測(cè)中的權(quán)重差異。

本文利用縱向分辨率高、蘊(yùn)含豐富地質(zhì)力學(xué)信息的測(cè)井曲線(xiàn)，結(jié)合射孔壓裂、試油等資料，首先，計(jì)算SQ、RQ、CQ 等3 類(lèi)評(píng)價(jià)參數(shù)，然后，從地質(zhì)與工程兩個(gè)方面考慮不同參數(shù)所蘊(yùn)含信息具有重復(fù)性，引入復(fù)相關(guān)系數(shù)法和地質(zhì)工程甜點(diǎn)系數(shù)的概念，綜合評(píng)價(jià)與明確地質(zhì)工程甜點(diǎn)的主控因素，以形成地質(zhì)工程一體化參數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。由此對(duì)單井地質(zhì)剖面上的甜點(diǎn)層段進(jìn)行識(shí)別與劃分，為研究區(qū)頁(yè)巖油的射孔壓裂選層與改造等工作提供依據(jù)。

1 頁(yè)巖油三品質(zhì)參數(shù)的測(cè)井提取

利用自然伽馬、密度、聲波時(shí)差等測(cè)井曲線(xiàn)提取儲(chǔ)層三品質(zhì)參數(shù)是甜點(diǎn)預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)工作。頁(yè)巖油評(píng)價(jià)與甜點(diǎn)預(yù)測(cè)需要綜合考慮烴源巖特性品質(zhì)參數(shù)、儲(chǔ)層物性品質(zhì)參數(shù)和完井品質(zhì)參數(shù)[10-11]。

1.1 烴源巖特性品質(zhì)（SQ）參數(shù)提取

（1）有機(jī)碳含量提?。河袡C(jī)碳含量越高，儲(chǔ)層烴源巖品質(zhì)越好，越有利于形成頁(yè)巖油地質(zhì)甜點(diǎn)區(qū)[12]，其測(cè)井計(jì)算模型數(shù)值上為

（2）有機(jī)質(zhì)成熟度提?。河袡C(jī)質(zhì)成熟度越高，儲(chǔ)層烴源巖品質(zhì)越好，越有利于形成頁(yè)巖油地質(zhì)甜點(diǎn)區(qū)，其測(cè)井計(jì)算模型數(shù)值上為[13]

1.2 儲(chǔ)層物性品質(zhì)（RQ）參數(shù)提取

（1）孔隙度提取：孔隙度越高，儲(chǔ)層物性品質(zhì)越好，越有利于形成頁(yè)巖油地質(zhì)甜點(diǎn)區(qū)，其測(cè)井計(jì)算模型數(shù)值上為

（2）含油飽和度提?。汉惋柡投仍礁?，儲(chǔ)層物性品質(zhì)越好，越有利于形成頁(yè)巖油地質(zhì)甜點(diǎn)區(qū)，其測(cè)井計(jì)算模型數(shù)值上為

1.3 完井品質(zhì)（CQ）參數(shù)提取

（1）泊松比提?。翰此杀仍降?，儲(chǔ)層完井品質(zhì)（CQ）越好，越有利于形成頁(yè)巖油工程甜點(diǎn)區(qū)。泊松比根據(jù)縱橫波時(shí)差計(jì)算，縱橫波時(shí)差比值一般大于1.414，而且其比值越大，則泊松比越大，其測(cè)井計(jì)算模型數(shù)值上為[14]

（2）楊氏模量提?。簵钍夏Ａ吭礁?，儲(chǔ)層完井品質(zhì)越好，越有利于形成頁(yè)巖油工程甜點(diǎn)區(qū)，其測(cè)井計(jì)算模型數(shù)值上為

（3）脆性指數(shù)提?。捍嘈灾笖?shù)越高，儲(chǔ)層完井品質(zhì)越好，越有利于形成頁(yè)巖油工程甜點(diǎn)區(qū)[15]，其測(cè)井計(jì)算模型數(shù)值上為

（4）孔隙壓力提?。嚎紫秹毫υ礁?，儲(chǔ)層完井品質(zhì)越好，越有利于形成頁(yè)巖油工程甜點(diǎn)區(qū)，其測(cè)井計(jì)算模型數(shù)值上為

（5）水平主應(yīng)力提?。核街鲬?yīng)力越低，儲(chǔ)層完井品質(zhì)越好，越有利于形成頁(yè)巖油工程甜點(diǎn)區(qū)，采用Anderson 模型進(jìn)行測(cè)井計(jì)算

式（9）和式（10）中Biot 系數(shù)根據(jù)式（11）進(jìn)行測(cè)井計(jì)算

（6）破裂壓力提?。浩屏褖毫υ降?，儲(chǔ)層完井品質(zhì)越好，越有利于形成頁(yè)巖油甜點(diǎn)區(qū)，其測(cè)井計(jì)算模型為[16]

（7）水平應(yīng)力差異系數(shù)提?。核綉?yīng)力差異系數(shù)越高，儲(chǔ)層完井品質(zhì)越好，越有利于形成頁(yè)巖油工程甜點(diǎn)區(qū)，其計(jì)算模型為[17]

（8）斷裂韌度提?。簲嗔秧g度越低，儲(chǔ)層完井品質(zhì)越好，越有利于形成頁(yè)巖油工程甜點(diǎn)區(qū)，其計(jì)算模型為[18-19]

（9）波阻抗提?。翰ㄗ杩乖降停瑑?chǔ)層完井品質(zhì)越好，越有利于形成頁(yè)巖油工程甜點(diǎn)區(qū)，其測(cè)井計(jì)算模型為

（10）可壓裂指數(shù)提取：可壓裂指數(shù)越高，儲(chǔ)層完井品質(zhì)越好，有利于形成頁(yè)巖油工程甜點(diǎn)區(qū)[20]，其測(cè)井計(jì)算模型為

對(duì)隴東地區(qū)7 口井7 個(gè)儲(chǔ)層段進(jìn)行巖石力學(xué)計(jì)算的測(cè)井精細(xì)處理，結(jié)合試油產(chǎn)能數(shù)據(jù)，提取得到7 個(gè)儲(chǔ)層段甜點(diǎn)響應(yīng)敏感參數(shù)（有機(jī)碳含量、有機(jī)質(zhì)成熟度、孔隙度、含油飽和度、楊氏模量、泊松比、脆性指數(shù)、水平最小主應(yīng)力、水平應(yīng)力差異系數(shù)、孔隙壓力、破裂壓力、I 型斷裂韌度、II 型斷裂韌度、波阻抗、可壓裂指數(shù)）及其對(duì)應(yīng)儲(chǔ)層的頁(yè)巖油產(chǎn)量，結(jié)果如表1 所示。

表1 7 個(gè)層段甜點(diǎn)響應(yīng)敏感參數(shù)提取結(jié)果Tab.1 Extraction results of sensitive parameters for sweet spot in 7 reseevoir intervals

結(jié)果為頁(yè)巖油甜點(diǎn)中主控因素分析和甜點(diǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)建立提供依據(jù)。

2 頁(yè)巖油甜點(diǎn)主控因素分析

依據(jù)不同參數(shù)對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)程度，選取關(guān)聯(lián)程度高的因素作為儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的主控因素，并賦以合理權(quán)重是進(jìn)行儲(chǔ)層甜點(diǎn)預(yù)測(cè)的首要工作。由于單因素回歸結(jié)果的相關(guān)性較差，為此采用灰色關(guān)聯(lián)分析法[21]和復(fù)相關(guān)系數(shù)法[22]對(duì)上述因素分析，綜合選出符合工區(qū)頁(yè)巖儲(chǔ)層甜點(diǎn)評(píng)價(jià)的主控因素。

2.1 灰色關(guān)聯(lián)分析法

灰色關(guān)聯(lián)分析法是針對(duì)數(shù)據(jù)量較少、相關(guān)數(shù)據(jù)之間意義不清楚的情況下，利用既有的數(shù)據(jù)所潛在的信息來(lái)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析的一種方法。

它是通過(guò)建立評(píng)價(jià)矩陣(儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的眾多因素)與參考矩陣(儲(chǔ)層產(chǎn)油量)，求得各個(gè)評(píng)價(jià)因素與參考因素的灰色關(guān)聯(lián)度，按照關(guān)聯(lián)程度的大小確定儲(chǔ)層主控因素。其原理如下：

（1）建立評(píng)價(jià)矩陣Xi和參考矩陣X0

（2）采用均值標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)矩陣(X0,X1,X2···,Xn)T進(jìn)行無(wú)量綱化；

（3）計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)

式中：Ri–灰色關(guān)聯(lián)度。

采用灰色關(guān)聯(lián)法對(duì)包含儲(chǔ)層有效厚度（He）的16 個(gè)甜點(diǎn)響應(yīng)敏感參數(shù)進(jìn)行了逐一分析，結(jié)果如表2 所示。

表2 甜點(diǎn)響應(yīng)敏感參數(shù)關(guān)聯(lián)分析結(jié)果Tab.2 Correlation analysis results of sensitive parameters of sweet spot response

各個(gè)敏感參數(shù)的關(guān)聯(lián)度結(jié)果，關(guān)聯(lián)度越大，則表明該參數(shù)對(duì)于甜點(diǎn)的影響就越大。

通過(guò)對(duì)比各個(gè)參數(shù)的關(guān)聯(lián)度，選取了關(guān)聯(lián)度較大（>0.8）的10 個(gè)敏感參數(shù)，按照其所屬的評(píng)價(jià)類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)，分別為SQ（ITOC，Ro）、RQ（He，φ，So）、CQ（υ，pp，SH12，KIC，KIIC），并將其作為判別儲(chǔ)層甜點(diǎn)的主控因素。

2.2 多元回歸復(fù)相關(guān)系數(shù)法

復(fù)相關(guān)系數(shù)是用來(lái)描述因變量Y與多個(gè)自變量（X1,X2···,Xc）之間相關(guān)程度的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。采用復(fù)相關(guān)系數(shù)法能夠綜合各個(gè)指標(biāo)，并且賦予相應(yīng)的權(quán)重值，精準(zhǔn)對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行評(píng)價(jià)和甜點(diǎn)預(yù)測(cè)。

復(fù)相關(guān)系數(shù)不是直接求得，需要通過(guò)建立因變量Y與多個(gè)自變量（X1,X2···,Xc）多元回歸模型來(lái)求取相關(guān)系數(shù)。

（1）建立因變量與多個(gè)自變量（X1,X2···,Xc）的多元回歸模型

對(duì)優(yōu)選出的主控因素按照SQ、RQ、CQ 進(jìn)行復(fù)相關(guān)系數(shù)分析，得出復(fù)相關(guān)系數(shù)及權(quán)重結(jié)果（表3）。

表3 復(fù)相關(guān)系數(shù)及權(quán)重分析結(jié)果Tab.3 Analysis results of the multiple correlation coefficient and weight

對(duì)于烴源巖品質(zhì)，復(fù)相關(guān)系數(shù)ITOC>Ro，其對(duì)應(yīng)的權(quán)重分別為0.495、0.505；對(duì)于儲(chǔ)層物性品質(zhì)，復(fù)相關(guān)系數(shù)He=φ >So，其對(duì)應(yīng)的權(quán)重分別為0.198、0.198、0.604；對(duì)于完井品質(zhì)，復(fù)相關(guān)系數(shù)KIC=KIIC>pp>υ=SH12，其對(duì)應(yīng)的權(quán)重分別為0.178、0.178、0.186、0.229、0.229；這為頁(yè)巖油甜點(diǎn)評(píng)價(jià)系數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)的劃分奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3 頁(yè)巖油甜點(diǎn)評(píng)價(jià)系數(shù)計(jì)算與標(biāo)準(zhǔn)

利用灰色關(guān)聯(lián)分析法篩選出具有代表性的評(píng)價(jià)參數(shù)作為主控因素，同時(shí)利用復(fù)相關(guān)系數(shù)法對(duì)選出的主控因素進(jìn)行合理的權(quán)重賦值，綜合兩種方法得出甜點(diǎn)系數(shù)的計(jì)算公式為

通過(guò)測(cè)井資料精準(zhǔn)計(jì)算各評(píng)價(jià)參數(shù)，結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)分析法與復(fù)相關(guān)系數(shù)法，按照不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立適用于隴東地區(qū)長(zhǎng)7 段三甜點(diǎn)系數(shù)的公式為

應(yīng)用該方法對(duì)工區(qū)J12 井、J14 井等進(jìn)行甜點(diǎn)評(píng)價(jià)，求出三甜點(diǎn)系數(shù)XSQ、XRQ、XCQ，建立的工區(qū)頁(yè)巖油甜點(diǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如表4 所示。綜合分析頁(yè)巖油層的XSQ、XRQ、XCQ，取其最小值作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)界限，則適用于該區(qū)長(zhǎng)7 段優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖油儲(chǔ)層甜點(diǎn)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為：XSQ>0.581、XRQ>0.494、XCQ>0.715。

表4 甜點(diǎn)系數(shù)分析結(jié)果Tab.4 Analysis results of sweet spot coefficients

4 應(yīng)用實(shí)例分析

以隴東地區(qū)Y321 井為例，利用長(zhǎng)7 段頁(yè)巖油地層（2 047～2 166 m）測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算其主控因素（He、ITOC、Ro、φ、So、υ、SH12、Pp、KIC、KIIC），并依據(jù)式（27）～式（29）計(jì)算出甜點(diǎn)系數(shù)（表5）。

表5 Y321 井長(zhǎng)7 段頁(yè)巖油地層甜點(diǎn)系數(shù)Tab.5 Sweet spot coefficients of Chang 7 shale oil formation in Well Y321

圖1 解釋結(jié)論中1、2、3、4 分別代表解釋為頁(yè)巖油的4 個(gè)含油小層。

圖1 Y321 井長(zhǎng)7 段甜點(diǎn)響應(yīng)敏感參數(shù)測(cè)井解釋結(jié)果Fig.1 Logging interpretation results of sensitive parameters for sweet spots in Chang 7 section of Well Y321

通過(guò)進(jìn)一步提取主控因素進(jìn)行歸一化處理，求得Y321 井4 個(gè)小層的三品質(zhì)甜點(diǎn)系數(shù)。將三品質(zhì)甜點(diǎn)系數(shù)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（XSQ>0.581、XRQ>0.494、XCQ>0.715）進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)Y321 井4 個(gè)小層的三甜點(diǎn)系數(shù)均大于評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，從而得出Y321 井長(zhǎng)7 段4 個(gè)小層皆為頁(yè)巖油甜點(diǎn)層的結(jié)果。

該結(jié)果與實(shí)際試油產(chǎn)能8.16 t/d 相符，證實(shí)了本文預(yù)測(cè)方法和標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確性。

5 結(jié)論

（1）充分利用自然伽馬、密度、聲波時(shí)差等測(cè)井曲線(xiàn)可準(zhǔn)確地提取頁(yè)巖油烴源巖特性品質(zhì)（SQ）、儲(chǔ)層物性品質(zhì)（RQ）和完井品質(zhì)（CQ）3 方面的品質(zhì)評(píng)價(jià)參數(shù)。

（2）采用灰色關(guān)聯(lián)分析法優(yōu)選出隴東地區(qū)長(zhǎng)7段頁(yè)巖油甜點(diǎn)主控因素，主要包括有效厚度、有機(jī)碳含量、有機(jī)質(zhì)成熟度、孔隙度、含油飽和度、泊松比、水平應(yīng)力差異系數(shù)、孔隙壓力、I 型斷裂韌度、II型斷裂韌度等10 項(xiàng)甜點(diǎn)主控因素。這些主控因素能夠較全面地表征儲(chǔ)層的烴源巖品質(zhì)、儲(chǔ)層品質(zhì)和完井品質(zhì)，基本可以避免了單因素回歸的局限性和片面性。

（3）通過(guò)多元回歸復(fù)相關(guān)系數(shù)法對(duì)主控因素賦以合理的權(quán)重，并結(jié)合試油產(chǎn)能測(cè)試結(jié)果，確定出三品質(zhì)甜點(diǎn)系數(shù)的推薦評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為XSQ>0.581、XRQ>0.494、XCQ>0.715。

（4）隴東地區(qū)Y321 井實(shí)例分析表明，該井長(zhǎng)7段頁(yè)巖地層中4 個(gè)頁(yè)巖油小層的三品質(zhì)甜點(diǎn)系數(shù)均大于推薦的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明4 個(gè)小層均為頁(yè)巖油甜點(diǎn)層，該結(jié)果與實(shí)際試油產(chǎn)能8.16 t/d 相符，證實(shí)了本文預(yù)測(cè)方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確性。