基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的碎屑巖巖性識別方法及應(yīng)用

苗 濤，王鳳琴，高利軍，喬林勝，段濤濤

（1.西安石油大學(xué)，陜西西安700065；2.全國石油石化行業(yè)致密油氣地質(zhì)重點實驗室，陜西西安700065；3.延長氣田采氣二廠，陜西靖邊718500）

隨著我國油氣勘探開發(fā)事業(yè)的發(fā)展，各油氣田普遍出現(xiàn)含水率、開采和挖潛等方面的問題，老油田的油氣資源再開發(fā)成為今后油氣勘探開發(fā)的熱點問題之一［1］。近年來，克拉瑪依油田某井區(qū)八道灣組油藏產(chǎn)液量及產(chǎn)油量均急速下降，開采效果差，單井日產(chǎn)量遞減，綜合含水率高等問題突出［2］。該油藏巖性復(fù)雜，非均質(zhì)性強，其巖性控制著儲層物性與含油性，從而影響著剩余油藏分布規(guī)律。因此，巖性的準(zhǔn)確識別成為剩余油藏儲層特征研究的基礎(chǔ)，對指導(dǎo)油氣開發(fā)部署極為重要。

測井資料能夠連續(xù)、精細(xì)和原位反映地層地球物理性質(zhì)，不同類型的碎屑巖在物性上存在許多差異，從而可以通過利用多種測井信息來區(qū)分碎屑巖的各種巖性［3-4］。本文基于常規(guī)測井曲線，利用測井交會圖技術(shù)建立克拉瑪依油田某井區(qū)八道灣組油藏巖性識別圖版，針對該圖版中巖性存在重疊區(qū)域?qū)е聨r性識別不準(zhǔn)確的問題，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)計算出各測井參數(shù)在巖性識別模型中的權(quán)重大小，確定測井參數(shù)對巖性變化的敏感性，再通過建立巖性敏感性較強參數(shù)的巖性識別圖版，優(yōu)選出原狀地層電阻率、中子孔隙和聲波時差為主要巖性敏感參數(shù)，據(jù)此建立RT-lg（CNL×AC）巖性識別圖版。

1 八道灣組油藏儲層巖性及含油性

克拉瑪依油田某井區(qū)J1b4+5油藏具有巖性復(fù)雜、強非均質(zhì)性的特點，依靠常規(guī)測井?dāng)?shù)據(jù)很難將所有巖性進(jìn)行有效識別，而利用測井交會圖技術(shù)建立的普通巖性識別圖版由于巖性存在重疊區(qū)域，導(dǎo)致巖性識別精度對剩余油氣資源分布特征的研究無明顯幫助。因此，出于地質(zhì)應(yīng)用、剩余油藏儲層特征研究和剩余油氣儲量計算需求，利用數(shù)據(jù)挖掘法建立碎屑巖巖性識別圖版對該區(qū)巖性進(jìn)行有效識別。

通過對研究區(qū)5 口取心井（T88724、T88836、T88959、T8815、J591）的巖心進(jìn)行精細(xì)觀察，結(jié)合薄片鑒定和分析化驗等資料分析表明，研究區(qū)八道灣組油藏儲層巖性可分為泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖、中砂巖、粗砂巖、砂礫巖和礫巖等7 類，其中主要以細(xì)砂巖、中砂巖、粗砂巖、砂礫巖和礫巖為主；且不同巖性儲層的含油性變化也較大，其中主要含油巖性以中細(xì)砂巖、粗砂巖和部分砂礫巖為主（見圖1）。

2 數(shù)據(jù)挖掘法優(yōu)選敏感性參數(shù)

數(shù)據(jù)挖掘是指從一系列無規(guī)律的數(shù)據(jù)中，尋找隱藏在其中對我們研究有用的信息和知識的過程。其過程一般是通過將數(shù)據(jù)運行相應(yīng)的數(shù)據(jù)挖掘算法，得到相應(yīng)的模型、模式、規(guī)則或其他結(jié)果［5］。本次研究是利用決策樹算法構(gòu)建巖性識別模型。決策樹算法最早起源于20 世紀(jì)60 年代的機器學(xué)習(xí)系統(tǒng)CLS［6］，經(jīng)過多年發(fā)展，日趨成熟，目前經(jīng)典的有CART［7］、ID3［8］、SLIQ［9］和C5.0［10］等。

C5.0 決策樹方法是目前分類預(yù)測、數(shù)據(jù)挖掘最有效的方法之一。它是在ID3 算法基礎(chǔ)上的改進(jìn)版，主要是利用一系列規(guī)則成分建立樹狀圖，進(jìn)行分類和預(yù)測的一種方法。其核心思想是：檢測樣本數(shù)據(jù)的所有屬性，計算在各個屬性值上得到的信息增益率，從中選擇獲得最大信息增益率的屬性建立分支節(jié)點，然后從該節(jié)點出發(fā)，為該屬性各不同的取值建立相應(yīng)的子節(jié)點，再釆用遞歸方式為每個子節(jié)點建立下一級分支，直到所有節(jié)點僅包含相同類別的數(shù)據(jù)樣本為止，最后通過一定的規(guī)則剔除由噪聲數(shù)據(jù)產(chǎn)生的分支，從而使得計算結(jié)果更加真實［5］。

本研究將碎屑巖巖性作為樣品，將巖性對應(yīng)的原狀地層電阻率、中子孔隙度、密度、聲波時差、自然伽馬和自然電位等測井?dāng)?shù)據(jù)作為巖性樣品的屬性，通過運行C5.0 決策樹算法計算得到巖性識別規(guī)則和各巖性識別參數(shù)的權(quán)重（見圖2）。

據(jù)圖2 分析表明，研究區(qū)對巖性變化最敏感的參數(shù)是原狀地層電阻率，中子孔隙度和密度次之，聲波時差和自然伽馬的敏感性不如電阻率和中子孔隙度好，自然電位對巖性的敏感性最低。

3 碎屑巖巖性識別圖版建立

依據(jù)數(shù)據(jù)挖掘法確定的參數(shù)相對敏感性大小，制作研究區(qū)各個巖性敏感參數(shù)的交會圖并進(jìn)行分析評價。

3.1 RT－CNL巖性識別圖版

原始地層電阻率和中子孔隙度是對巖性敏感性最大的兩個參數(shù)，分別繪制J1b4和J1b5的RT－CNL巖性識別圖版（見圖3）。

通過對圖的分析表明，RT－CNL 圖版可以準(zhǔn)確區(qū)分泥巖（A）、粉砂巖（B）、礫巖（F）和鈣質(zhì)夾層（G）等巖性，而主要含油巖性的中細(xì)砂巖（C）、粗砂巖（D）和砂礫巖（E）相互重疊，無法用此圖版識別。整體上說，J1b4層粒度較細(xì)，相同巖性的電性識別標(biāo)準(zhǔn)相對于J1b5層要低一些，煤層（見圖3b H）測井響應(yīng)特征明顯，特高阻、中子和聲波較大，而鈣質(zhì)夾層（G）表現(xiàn)為高阻、中子和聲波較小，兩種巖性比較容易區(qū)分。

圖3 RT-CNL巖性識別圖版

3.2 AC－DEN巖性識別圖版

AC－DEN 巖性識別圖版是常用的巖性識別圖版，其識別效果明顯不如RT－CNL 圖版，主要因為密度曲線對巖性不是很敏感，使得泥巖、粉砂巖、中細(xì)砂巖和粗砂巖等巖性在圖4a 中C、D 區(qū)域和圖4b中B、C、D區(qū)域重疊嚴(yán)重，無法有效區(qū)分巖性。

圖4 AC-DEN巖性識別圖版

3.3 RT－GR巖性識別圖版

RT－GR 巖性識別圖版也常用于碎屑巖的巖性識別。

由于研究區(qū)八道灣組礫巖沉積物離物源區(qū)近，搬運距離短，其分選和磨圓都比較差，放射性礦物含量比較多，因此，自然伽馬曲線對巖性不是很敏感，導(dǎo)致粗砂巖與中細(xì)砂巖和砂礫巖在圖中C、D 區(qū)重合（見圖5）。

圖5 RT-GR巖性識別圖版

3.4 RT-lg（CNL×AC）巖性識別圖版

綜上所述，原狀地層電阻率、中子孔隙和聲波時差為研究區(qū)八道灣組（J1b4+5）主要巖性敏感參數(shù)，為了將各參數(shù)中蘊含的巖性信息最大程度地加以利用，提高巖性交會圖版的識別精度，構(gòu)造巖性識別參數(shù)RT和lg（CNL×AC）。

通過對比研究J1b4和J1b5各個小層巖性識別參數(shù)（見表1），發(fā)現(xiàn)J1b4和J1b5巖性識別標(biāo)準(zhǔn)除粗砂巖、砂礫巖和礫巖的RT 參數(shù)有小幅差異外，其余基本一致。該圖版能較好地區(qū)分泥巖、粉砂巖、中細(xì)砂巖、粗砂巖、砂礫巖、礫巖、煤層和鈣質(zhì)夾層等巖性（見圖6）。

通過將鏡下薄片所識別的各巖性及含油性變化投影到J1b5RT-lg（CNL×AC）圖版的對應(yīng)位置，不難發(fā)現(xiàn)不同含油性及不同粒度的砂巖其儲層電阻率存在明顯差異，分別按照油跡、油斑、油浸、富含油及中細(xì)砂巖、粗砂巖、砂礫巖、礫巖兩個序列，儲層電阻率整體呈變大趨勢（見圖7）。

表1 J1b4+5RT-lg（CNL×AC）巖性識別圖版識別標(biāo)準(zhǔn)對比

圖6 RT-lg（CNL×AC）巖性識別圖版

圖7 J1b5RT－lg（CNL×AC）巖性識別圖版分析

4 應(yīng)用效果分析

根據(jù)應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘法后的巖性識別圖版，對研究區(qū)5口取心井巖性進(jìn)行了重新解釋。對比巖心觀察結(jié)果，本次巖性識別結(jié)果較普通巖性識別圖版巖性識別更加細(xì)化且準(zhǔn)確，識別精度達(dá)到92.4%（見表2、圖8）。

應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘法后的巖性識別圖版巖性識別結(jié)果與巖心描述吻合程度高，尤其對薄層的識別效果更佳，連煤層也可以準(zhǔn)確識別；由于綜合了多條測井曲線信息，識別模型可以很好地揭示砂體內(nèi)部的沉積目次。如圖8 所示，普通巖性識別圖版對A段、E 段分別識別為砂礫巖和泥巖，而應(yīng)用RT-lg（CNL×AC）圖版分別識別為鈣質(zhì)夾層和煤層。

表2 普通巖性識別圖版與數(shù)據(jù)挖掘巖性識別圖版解釋對比

圖8 T8815井普通巖性識別圖版與數(shù)據(jù)挖掘巖性識別圖版巖性解釋結(jié)果對比

5 結(jié)論

通過數(shù)據(jù)挖掘法的應(yīng)用，確定了克拉瑪依某井區(qū)八道灣油藏儲層的巖性敏感參數(shù)，依據(jù)所選取的巖性敏感參數(shù)繪制各參數(shù)巖性交會圖版并進(jìn)行對比研究，最終確定巖性識別參數(shù)RT 和lg（CNL×AC）的巖性識別圖版。經(jīng)驗證，巖性識別結(jié)果與巖心描述吻合程度較高，且本次建立的圖版巖性識別精度較普通巖性識別圖版識別精度提高，有效提升了碎屑巖巖性識別圖版的準(zhǔn)確性。