河西務(wù)油田W10區(qū)塊沙四下儲(chǔ)層流體識(shí)別方法研究

薛 輝，肖博雅，劉 洋，趙 毅，竇連彬，余小剛，解宇航

(1.中國石油華北油田公司 地球物理勘探研究院，河北 任丘062550；2.中國石化河南石油工程有限公司 測井公司，河南 南陽 473132；3.中國石油集團(tuán)測井有限公司 油氣評價(jià)中心，陜西 西安 710077)

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河西務(wù)油田W10區(qū)塊沙四下儲(chǔ)層流體識(shí)別方法研究

薛 輝1，肖博雅1，劉 洋2，趙 毅3，竇連彬1，余小剛1，解宇航1

(1.中國石油華北油田公司 地球物理勘探研究院，河北 任丘062550；2.中國石化河南石油工程有限公司 測井公司，河南 南陽 473132；3.中國石油集團(tuán)測井有限公司 油氣評價(jià)中心，陜西 西安 710077)

河西務(wù)油田W10區(qū)塊沙四下儲(chǔ)層作為典型的低孔特低滲儲(chǔ)層，巖石顆粒細(xì)，非均質(zhì)性強(qiáng)，地層水礦化度高，導(dǎo)致油水層測井響應(yīng)特征差異性小，在試油過程中往往導(dǎo)致大量水體產(chǎn)出，常規(guī)交會(huì)圖方法已經(jīng)無法滿足測井解釋精度的需要，因此，綜合考慮研究區(qū)構(gòu)造、地質(zhì)、儲(chǔ)層等多方面的因素，開展對研究區(qū)儲(chǔ)層流體的識(shí)別。應(yīng)用特殊交會(huì)圖法、視地層水電阻率法、Fisher判別法對W10區(qū)塊沙四下儲(chǔ)層流體進(jìn)行識(shí)別，并建立相應(yīng)判別圖版，結(jié)果表明：這三種方法都能對流體進(jìn)行有效的識(shí)別，對比試油結(jié)果可知，判別的符合率分別達(dá)到77.87 %、88.89 %、94.44 %，特別是Fisher判別法，識(shí)別精度最高，滿足測井精細(xì)解釋的要求，對研究區(qū)下一步的精細(xì)油藏開發(fā)提供可靠的依據(jù)。

河西務(wù)油田；沙四下儲(chǔ)層；流體識(shí)別；視地層水電阻率法；Fisher判別法

1 引 言

多年勘探成果表明，沙四上段儲(chǔ)層成藏條件優(yōu)越，儲(chǔ)層物性較好，一直是河西務(wù)油田主要的含油層系，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，沙四上段石油地質(zhì)儲(chǔ)量占全區(qū)60 %以上，具有較大的勘探潛力，但隨著勘探程度的不斷提高，成規(guī)模的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層勘探殆盡，低孔低滲的沙四下儲(chǔ)層逐漸成為研究區(qū)挖潛、增儲(chǔ)上產(chǎn)的主要對象。河西務(wù)油田W10區(qū)塊沙四下儲(chǔ)層埋藏較深，遭受到漫長的構(gòu)造、沉積和成巖作用的影響，使得研究區(qū)具有構(gòu)造破碎、巖性相變快、儲(chǔ)層非均質(zhì)強(qiáng)等特點(diǎn)[1]，這些特征直接導(dǎo)致沙四下儲(chǔ)層流體的測井響應(yīng)特征復(fù)雜，同時(shí)由于研究區(qū)油水分異差，含水飽和度高，使得沙四下儲(chǔ)層具有低阻油氣層的特征，這樣導(dǎo)致沙四下儲(chǔ)層流體識(shí)別更加困難。直觀識(shí)別法[2]和常規(guī)的交會(huì)圖法[3,4]已經(jīng)無法準(zhǔn)確地識(shí)別該區(qū)不同的流體類型，本文根據(jù)研究區(qū)沙四下儲(chǔ)層的特點(diǎn)，采用多種方法判別流體的類型，提高沙四下儲(chǔ)層測井解釋的精度，為進(jìn)一步的油氣勘探奠定基礎(chǔ)。

2 地質(zhì)概況

W10井區(qū)位于廊固凹陷河西務(wù)油田東部，屬于構(gòu)造—巖性油氣藏。沙四下作為目的層段，經(jīng)過3年的勘探開發(fā)已在該區(qū)部署10口評價(jià)井，均獲得良好的工業(yè)油氣流，初步探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量14.37×108m3，石油地質(zhì)儲(chǔ)量44.9×104t。工區(qū)主要受北東向斷裂控制，東起河西務(wù)斷層、西至楊稅務(wù)斷層，南起牛坨鎮(zhèn)凸起、北至桐柏鎮(zhèn)斷層，整體具有東抬西傾、南高北低的構(gòu)造特征(圖1)。根據(jù)前人的研究成果[5,6]，W10井區(qū)沙四下段屬于辨狀河三角洲沉積，沉積主體為辮狀河三角洲前緣水下分流河道微相與席狀砂微相，在縱向上沉積微相相變快，具有多期砂體相互疊置的特點(diǎn)。根據(jù)錄井、鉆井取心、巖石薄片分析，研究區(qū)沙四下儲(chǔ)層巖性主要以細(xì)—粉長石砂巖為主，成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度較好。沙四下儲(chǔ)層整體上屬于低孔特低滲儲(chǔ)層，孔隙度主體分布在7 %～13 %之間，平均孔隙度為10.29 %，滲透率分布集中在0.1～5 mD之間，平均為4.11 mD。

圖1 河西務(wù)油田W10區(qū)塊構(gòu)造位置Fig.1 Structural location of W10 area,Hexiwu oilfield

3 綜合識(shí)別方法

3.1 特殊交會(huì)圖法

特殊交會(huì)圖法主要依據(jù)就是阿爾奇公式及根據(jù)阿爾奇公式衍生而來的地層因素公式和電阻率增大系數(shù)公式。

(1)

(2)

(3)

式中：Ro為100 %包含地層水的純巖石電阻率，Ω·m；Rw為地層水電阻率，Ω·m；a是與巖性有關(guān)的巖性系數(shù)，常數(shù)；b是與巖性相關(guān)的系數(shù)，常數(shù)；φ是孔隙度，%；m是巖石空隙結(jié)構(gòu)指數(shù)，常數(shù)；n是飽和度指數(shù)，常數(shù)；Sw為含水飽和度，%；Rt巖石真電阻率，Ω·m；F是地層因素；I是電阻增大系數(shù)。

3.1.1 Hingle交會(huì)圖法

根據(jù)阿爾奇公式可以得出：

(4)

則：y=kφ

(5)

從式(5)中可以看出地層電阻率的m次開方的倒數(shù)與孔隙度呈線性關(guān)系，直線的斜率與地層水的電阻率和含水飽和度有關(guān)，且為一條經(jīng)過原點(diǎn)(孔隙度為零，電阻率無窮大)的直線(圖2)，對于巖性穩(wěn)定(a、b、m、n為常數(shù))、地層水電阻率確定的地層，直線的斜率只與含水飽和度Sw有關(guān)，這樣就可利用不同流體的含水飽和度的下限，來區(qū)分油(氣)層、水層、含油(氣)水層和油(氣)水同層。

圖2 Hingle交會(huì)圖圖版Fig.2 Hingle cross plot

3.1.2 雙對數(shù)坐標(biāo)系孔隙度—電阻率交會(huì)圖

對阿爾奇公式兩邊同取對數(shù)，即可得到以下公式：

(6)

令lgRt=y,x=lgφ

(7)

圖3 雙對數(shù)坐標(biāo)系中電阻率與孔隙度交會(huì)Fig.3 Chart of resistivity and porosity intersection in double logarithmic chart

特殊交會(huì)圖法與電阻率、孔隙度大小緊密相關(guān)[8]，因此對油層、干層、水層識(shí)別效果較好，但由于研究區(qū)儲(chǔ)層物性較差，非均質(zhì)性強(qiáng)，對于低阻油層和油水同層識(shí)別效果較差[9]，從圖中可以看出，重疊區(qū)域較多，界限模糊，說明特殊交會(huì)圖法也無法完全準(zhǔn)確識(shí)別出不同流體類型。

3.2 視地層水電阻率法

視地層水電阻率法是孔隙度—電阻率交會(huì)圖法的進(jìn)一步發(fā)展[10]，該方法根據(jù)純水層公式(2)：

F=Fo/Rw=a/φm

(8)

可計(jì)算出地層水電阻率：

Rw=Ro×φm， (a=1)

(9)

如對于油層仍用該公式計(jì)算地層水電阻率，則所得結(jié)果為油、水混合液電阻率，即視地層水電阻率Rw a=Rt×φm。從理論上講，可用Rw a的大小判別儲(chǔ)層所含流體的性質(zhì)，但由于常常不知道地層水真實(shí)的電阻率，加之φ和m值也難于求準(zhǔn)，使計(jì)算的Rw a誤差較大，故很難用作儲(chǔ)層含流體性質(zhì)指標(biāo)。為此采用一種特殊的數(shù)學(xué)方法，即正態(tài)概率分布法來解決這一問題。具體做法：首先對視地層水電阻率開方，并命名為P1/2，即P1/2=(Rt×φm)1/2；然后在相同的解釋層段內(nèi)將P1/2值由小到大排列，并計(jì)算各個(gè)深度點(diǎn)累計(jì)頻率；最后在正態(tài)分布概率圖紙上做出全部層點(diǎn)的P1/2與累計(jì)頻率關(guān)系圖版。

在正態(tài)概率圖紙上(圖4)，P1/2與累計(jì)頻率存在線性關(guān)系，由于水層的視地層水電阻率小于油氣層的視地層水電阻率，因而在概率圖紙上水層的數(shù)據(jù)點(diǎn)靠下，且斜率最小，油層斜率大，氣層斜率最大。

視地層水電阻率法是利用Rw a的變化規(guī)律來區(qū)分油水層，這樣就不考慮儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間結(jié)構(gòu)，因?yàn)閮?chǔ)集空間結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，油氣層的視地層水電阻率變化范圍就越大，測量值的離散程度也越高，交會(huì)圖斜率就越大。同時(shí)也不需要考慮地層水的性質(zhì)，因此這種方法對油層、水層、油水同層識(shí)別效果較好，但該方法不適用于干層，因干層既可能含水，也可能含油，雖測試結(jié)果相同，都不產(chǎn)任何流體，但P1/2的累計(jì)頻率特征卻差別很大，斜率可能很大，顯示油層特征，也可能很小，顯示水層特征。

圖4 視地層水電阻率法識(shí)別流體類型Fig.4 Types of apparent formation water resistivity method in identifing fluids

3.3 Fisher判別分析法

Fisher判別法的基本思想就是將原來在m維空間的自變量組合投影到維數(shù)較低的n維空間去，然后在較低的n維空間再進(jìn)行分類，投影的原則是使每一類的類內(nèi)離差盡可能的小，組間離差盡可能的大[11]，對復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造解釋，采用一種最優(yōu)化的方法[12]，最終獲得較好的判別效果。根據(jù)試油試氣資料，W10區(qū)塊沙四下儲(chǔ)層流體類型主要包括油層、差油層、水層、油水同層、干層5種，筆者選取研究區(qū)9口井250個(gè)樣本點(diǎn)利用Fisher判別法對流體進(jìn)行識(shí)別，首先選用對儲(chǔ)層流體較為敏感的、Rt、Rt-Rxo、lg(Rt)、AC、CNL曲線，最為識(shí)別的目標(biāo)曲線，利用Fisher判別法建立W10井區(qū)不同流體的識(shí)別模型。

通過對研究區(qū)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)Fisher判別法的原理建立典則判別函數(shù)特征值和方差貢獻(xiàn)率(表1)，從表1中可以看出，第1、第2典則函數(shù)的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到98.7 %，包含了絕大多數(shù)的信息，因此選擇第1和第2典則函數(shù)作為流體識(shí)別的特征函數(shù)。

表1 典則判別函數(shù)特征值和方差貢獻(xiàn)率

F1=-0.745Rt+1.592×lg(Rt)+0.024(Rt-Rxo)+0.823×AC-0.183×CNL

F2=-0.731Rt-0.725×lg(Rt)+0.277(Rt-Rxo)+0.897×AC-0.144×CNL

式中：F1、F2為第1和第2典則函數(shù)；Rt、Rxo為深、淺電阻率，Ω·m；AC為聲波時(shí)差，μs/m；CNL為補(bǔ)償中子，%。

利用Fisher判別法可以建立W10區(qū)塊不同流體類型的識(shí)別模型，從圖5中可以，看出干層、水層、油層、差油層、油水同層界限明顯，可以較好地識(shí)別出不同的流體類型。

圖5 W10區(qū)塊Fisher判別法識(shí)別圖版Fig.5 Classification plot of Fisher discrimination analysis method in W10 area

4 應(yīng)用實(shí)例

以W28-1X井為例(圖6)，該井在3 803.6～3 809.6 m測井曲線特征為：電阻率為54.65 Ω·m，微電阻率曲線呈明顯正差異，聲波時(shí)差為211.56 μs/m，孔隙度為7.62 %，含水飽和度為36.74 %。根據(jù)雙對數(shù)交會(huì)圖和特殊坐標(biāo)系交會(huì)圖都確定為油層。根據(jù)視地層水電阻率法， 該段P1/2累計(jì)頻率直線斜率為0.556，綜合判斷為油層特征。Fisher判別法分析認(rèn)為該段油層概率較大，通過綜合分析認(rèn)為該段為油層。在該層段試油，日產(chǎn)油5.16 t，日產(chǎn)氣3.62×104m3，與測井解釋結(jié)論相符。

圖6 W28-1X井測井解釋成果Fig.6 The result of well logging interpretation for well W28-1X

井號深度/m試油結(jié)論特殊交會(huì)圖法Hingle雙對數(shù)視地層水電阻率法Fisher判別法W10-1X3743.8～3754.0油層√√√√W10-2X3641.6～3646.8油層√√√√W10-2X3664.0～3668.0水層××√√3670.0～3675.0水層××√√W22-1X3503.4～3508.0油層√√√√3595.6～3604.6油水同層√√×√W28-1X3803.6～3809.6油層√√√√W28-2X3853.6～3855.6油層√√√√3862.4～3863.6差油層×√×√3873.2～3875.0油層√√√√W28-3X3912.6～3927.6油層√√√√W22-2X3635.0～3647.8油層√√√√W22-7X13733.0～3737.0差油層×√×√W22-3X3670.6～3675.4油層√√√√3678.8～3686.0油層√√√√3699.0～3702.4油層√√√√3705.0～3716.0油層√√√√W22-4X3630.0～3641.0油層√√√√

表中：√表示與試油結(jié)論一致；×表示與試油結(jié)論不一致。

對W10區(qū)塊10口井24個(gè)層位進(jìn)行3種方法的研究判斷(表2)，與試油結(jié)果對比，符合率分別達(dá)到：77.78 %、88.89 %、94.44 %，說明利用Fisher判別法符合率較高，可以較為準(zhǔn)確地識(shí)別出不同的流體類型。

5 結(jié) 論

W10井區(qū)沙四下儲(chǔ)層流體測井響應(yīng)特征復(fù)雜，不同流體類型識(shí)別困難，在常規(guī)的交會(huì)圖法無法有效地進(jìn)行識(shí)別基礎(chǔ)上，采用特殊交會(huì)圖、視地層水電阻率法和Fisher判別法三種方法對流體進(jìn)行識(shí)別，得出以下結(jié)論：

1)特殊交會(huì)圖法對油層、水層、干層的識(shí)別率高，但不能有效地區(qū)分油水同層和低阻油層，在應(yīng)用時(shí)應(yīng)該考慮到電阻率的影響因素和儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的影響。

2)視地層水電阻率法不受孔隙結(jié)構(gòu)的影響，對油層、水層、油水同層的識(shí)別效果較好，但對于干層則不能有效地識(shí)別。

3)Fisher判別法對油層、水層、油水同層、干層的判別符合率高，可以準(zhǔn)確地識(shí)別W10井區(qū)沙四下儲(chǔ)層不同的流體類型。

4)特殊交會(huì)圖、視地層水電阻率法和Fisher判別法都可以用于研究區(qū)流體識(shí)別，都有優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)該對測井曲線進(jìn)行優(yōu)選和標(biāo)準(zhǔn)化處理，排除非儲(chǔ)層因素對測井曲線的影響，選擇能夠有效放大不同流體性質(zhì)差異性的測井參數(shù)。

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The Study of Fluid Identification for Lower ES4 Reservoir of Shahejie Formation in W10 Area,Hexiwu Oilfield

Xue Hui1,Xiao Boya1,Liu Yang2,Zhao Yi3,Dou Lianbin1,Yu Xiaogang1,Xie Yuhang1

(1.GeophysicalExplorationResearchInstitute,HuabeiOilfieldCompanyofPetroChina,RenqiuHebei062550,China;2.Well-loggingCompany,HennanPetroleumEngineeringCompanyLimitedofSinopec,NanyangHenan473132,China;3.OilandGasEvaluationCenter,ChinaPetroleumLoggingCo.Ltd.,Xi’anShanxi710077,China)

The lower ES4 reservoir of Shahejie formation in W10 area Hexiwu oilfield,is typical of low porosity,ultra-low permeability reservoir and its rock particle is very fine with strong heterogeneity,high salinity formation water,which result in small differences in the characteristic of logging response in oil and water layer and usually result in a great deal of water output during oil test. The method of Conventional cross plot doesn't meet the requirement of the accuracy of logging well interpretation. Therefore,considering about all kind of factors,such as structure,geology,reservoir and so on,the fluid identification was studied in the W10 area. These methods of special cross-plot,apparent formation water resistivity and Fisher discrimination analysis are proposed to identify the reservoir fluids of fourth down member of Shahejie formation and to establish classification plot of the reservoir fluids. The result shows that the three methods can effectively distinguish reservoir fluid. Compared with oil testing results,the coincidence rate of each method have reached 77.87 %,88.89 %,94.44 %,particularly the method of Fisher discrimination analysis,confirmed as the best accuracy and satisfying the requirement of logging well interpretation,which will provide a reliable geological base for the next fine reservoir description.

Hexiwu oilfield; lower ES4 reservoir of Shahejie formation; fluid identification; apparent formation water resistivity method; Fisher discrimination method

1672—7940(2016)06—0788—06

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.06.016

薛 輝(1986-)，男，碩士，工程師，主要從事儲(chǔ)層測井評價(jià)研究工作。E-mail:XH630445@163.com

P631.8

A

2016-07-29