基于对应分析理论的油气储层流体识别新方法.pdf

第 3 2 卷第 1 期 Vo 1 ． 3 2 No ． 1 钻 采 工 艺 D R I L L I N GP R0 D U C T 1 0 N T E C HN 0 L 0 G Y 39 基于对应分析理论的油气储层流体识别新方法 范翔宇 ， 黄 毅 ， 刘跃辉 ，陈颖杰。 ，罗 庆 1西南石油大学石油工程测井实验室2重庆大学矿业工程博士后流动站 3西南石油大学石油工程 范翔字等．基于对应分析理论的油气储层流体识别新方法． 钻采工艺， 2 0 0 9 ， 3 2 1 3 9 4 2 摘要储层流体性质的识别， 在统计学方面出现过模糊聚类分析、 判别分析、 正态概率分布法以及 因子分析 等。使用这些方法进行判别， 其结果大部分都是定性或者半定量的， 而对应分析方法是在 因子分析基础上发展起 来的一种多元统计分析方法， 该方法充分利用测井、 录井、 试油等方面的信息， 把 R型与 Q型因子分析结合起来， 对 变量 与样品统一进行分析研 究。根据对应分析原理 ， 利 用 V B 6 ． 0语 言编程对吐哈 油田塔 河地 区 1 7口井 2 5层进行 了分析研究， 其判别结果经试油资料证实， 符合率可达 8 8 ． 0 ％， 实现了对储层流体性质的有效识别。 关键词统计分析；对应分析；流体识别；因子分析 中图分类 号T E 3 l 1 文献标识码 A 文章编号 l 0 o 67 6 8 x 2 o o 9 O 10 0 3 9一O 4 流体识别一直是现代测井技术的重点和难点 ， 其解释精度和准确度 直接关系着油 田的经济效益 ， 甚 至是评价整个油藏是否具有开发价值 的关键。近 年来 ， 现代测井解释技术在充分利用数学统计原理 方面出现过模糊聚类分析、 判别分析、 正态概率分析 法 以及因子分析等。对于模糊 聚类分析 ， 其结果属 于定性一类 ； 判别分析 ， 其结果不仅属于定性分析 ， 并且判别的准确性极其依赖于标准样本的准确度； 正态概率分布法也属于定性分析 ， 其缺点与判别分 析相似， 并且对于油水界面的划分极其模糊； 因子分 析把研究变量的 尺型因子分析与研究样 品的 Q型 因子分析看成两种对立 的概念 ， 漏掉 了许多有用 的 信息。对应分析是在因子分析的基础之上发展起来 的一种多元统计分析方法 ， 它是把 尺型与 Q型因子 分析结合起来 ， 对变量与样 品统一进行分析研究 的 方法 ， 因而会更加有利于进行地质解释。采用对应 分析方法进行储层的油气水层判别 ， 充分利用测井 、 录井、 试油等信息 ， 编程计算得 出因子载荷 ， 然后将 其绘制成 图版 ， 利用试油资料进行不断的筛选分析 ， 其解释的准确度便会有很大的提高。 一 、对应分析的基本原理 对应分析是在 R型 因子分析和 9型因子分析 的基础之上发展起来的一种多元统计 的方法 ， 它把 上述两种因子分析结合起来 ， 对变量和样品一块进 行分类 、 作图和成果解释 卜_ 2 J 。 对两个定性变量进行相关 的分析时， 因定性变 量的数据是离散的， 所以将两个变量 的多种状态数 据转换为列联表的形式进行处理。经数据转换形成 的列联表是一个 n p的矩阵 第一个变量为 几种状 态 ， 第二个变量为 P种状态 ， 对应分析也就是围绕 这个矩阵进行的。考虑将这个矩阵的行 、 列分别做 降维处理 ， 减少变量的状态 ， 因子分析则是较好的降 维方法。 在因子分析 中根据研究对象的不 同可以分为 型因子分析和 p型因子分析 ， 即对指标作因子分析 和对样品作 因子分析。由于 型 因子分析和 p型 因子分析是反映一个整体的不同侧面 ， 因此可能他 们之间存在内在的联系。对应分析就是将两者结合 起来进行统计分析， 从 型 因子分析 出发 ， 直接获 得 Q型因子分析的结果 ， 将指标 和样品分析的结果 同时反映到相同坐标轴的一 张二维图形上 ， 对 问题 进行较为直观的分析 。 二、 对应分析的数学模型 设有 p维 可观测 的随 机 向量 ， ， ⋯， ， 其均值为 ， ， ⋯， ， 协方差矩阵∑ 。因子分析的一般模型为 收稿 日期 2 0 0 81 O一1 6 基金项 目本研究受西南 石油大学石油工程测井实验室和西南石 油大学新石工 9 5 1 部 项 目的资助。 作者简介 范翔宇 1 9 7 5一 ， 博士 ， 现从事测井新技术在石油地质和石油工程 中的应用研究 。地址 6 1 0 0 5 O 四川省成都 市新都 区新 都 大道8 号西南石油大学石油工程学院。电话 o 2 8 8 3 o 3 2 1 0 1 ， E m a j 1 s p i f x y ． s t u d e n t s i n a ． c 0 m 4 0 钻 采 工 艺 DRI L L I NG ＆ P R0DUC TI ON T ECHN0LOGY 2 0 0 9年 1 月 J a n．2 0 o 9 1 1 口1 。1 ⋯ 0l ， ．m 1 z z nz 。 ⋯ nz 1 p 0 p o P √ ⋯ 0 p ． m p 其中 ， ⋯ 为公共因子， ， ， ⋯， 为特殊 因子， 它们都是不可观测的随机变量。公共因子． ， ， ⋯ 出现在每一个原始变量 1 ， 2 ， ⋯， p 的表达式中 ， 可理解为原始变量共 同具有的公共 因素； 每个公共因子 1 ， 2 ， ⋯， p 一般至少对两 个原始变量有作用， 否则它将归人特殊 因子。每个 特殊因子 l ， 2 ， ⋯ ， p 仅仅 出现在与之相应的 第 个原始变量 的表达式中它对这个原始变量有 作用。通常假设 E I厂 0 0 ∽ ， 2 D d i a g 6 ，6 ； ， ⋯， 占 C0 ， ，。 e 0 将 的单位作变化 ， 即 ， 这里 cd i a g c 1 ， c 2 ， ⋯， c 。 ， c 0， l ， 2 ， ⋯， p于是 ／ 式中 ， A ， ／ ， c s ， 这个模 型能满足完全类似式 2 的假设 。因此 ， 单位变换 后新的模型仍为因子模型。 A的行元素平方和 n 反映公共因子对原 始变量 的方差贡献 。 对式 1 各等式两边取方差 0 口 厂 2 ， ⋯ ， 0 占 0 0 ⋯ 口 6 0 0 ⋯ 口 令 0 ， l ， 2 ， ⋯， p 』一 于是 6 6 ， l ， 2 ， ⋯， p 3 反映了公共 因子对 的影响 ， 可以看成是公 共 因子对 的方差贡献 。 的 列元 素 平方和 芝 。 反映了 公共因 子 对 ， ， ⋯， 的影响， 是衡量公共因子 的重要的 一 个尺度， 可视为公共因子 对 。 ， ， ⋯， 的总方 差贡献。 设样本协方差矩阵 s的特征值依次为 A ≥A ≥⋯≥A 。 ≥0 ， 相应的正交单位特征 向量 ， ￡ ， ⋯， 。选取相对较小的因子数 m， 并使得累计贡献率 A ／ A 达到一个较高的百分 比， 则 s可近似分 解 S ， 其中A √ A 1 ￡ 1 ， ⋯， √ A ￡ 0 为．p m矩 阵 ， D d ia g 5 ， ⋯ ， 5 ； ， 占 s 一 黑 这 里 的 和 D就是因子模型的一个解。因子载荷矩阵 的第 列和 s的第 个主成分的系数向量仅相差一个倍数 √A 1 ， 2 ， ⋯， m ， 因此得到如下因子载荷矩阵 F 和 G u l 1 √A 1 M 2 1 √A 1 1√A 1 1 l√A 1 2 1√A 1 I√A 】 M l 2 √A 2 u 2 2 √A 2 M 口 2 √A 2 l 2√A 2 2 2√A 2 2√A 2 u 1 √A M 2 √A M √A ⋯ l √A ⋯ 2 √A ⋯ √A 4 5 第一个矩阵的头两列所组成的散点图与第二个 矩阵的头两列 等价于取 m2 所组成 的散点图叠 加就形成对应分析的图形。由于各种模型的选项不 同， 实际的点图和这两组载荷 向量所构成 的图可能 多少有所不同。这种不同不会影响对数据得到的探 索性结果。 三 、 实例分析 根据上述对应分析原理 ， 按 图 l的计算流程 ， 以 吐哈油田共 1 7口井多个层位为例。选用电阻率 、 声 波时差、 中子、 密度等测井参数建立判别图版。判别 结果表明 第一主因 ， ， 的方差贡献 占6 5 ． 9 5 ％ ， 第 二主因 的方差贡献 占 2 0 ． 3 3 ％， 二者累积方差 贡献为8 6 ． 2 7 ％， 完全可以代表整个数据矩阵。7 个 测井参数在 F 和 F 主因子载荷轴上的得分为 深侧向电阻率 F 0 ． 5 3 4 4 2 ， F 0 ． 5 8 3 7 3 ； 浅侧 向 电阻率 一0 ． 2 l 1 4 4， F 2一0 ． 5 8 9 4 5 ； 声波时差 F 1 O ． 0 2 1 0 3 ， 一0 ．1 6 4 5 3； 补 偿 中 子 F 1 0 ． 1 5 7 3 7 ，F 2 一 0 ．0 9 4 5 3 ；补 偿 密 度F l 一 0 ． 0 l 8 7 3 ， F 2 一0 ．0 3 6 9 0 ；自 然 仂 Ⅱ 马 ， 1 一 0 ． 5 8 l 1 ， F 2 0 ． 3 5 2 4 1 ； 自然 电位 1 一 0 ． 5 4 6 l 3 ， 0 ． 3 8 7 6 2 。得分绝对值较 高的测井参 数分别为 深侧 向电阻率 、 自然 电位和 自然伽马。从图 2也可 第 3 2卷第 l 期 Vo 1 ． 3 2 N 0 ． 1 钻 采 工 艺 D R I L L I N G＆P R 0 D U C T 1 0 N T E C H N 0 L 0G Y 41 明显看出 深侧向电阻率 、 声波和 自然伽马分别分布 于因子平面图上三个端点。根据油气层、 水层、 干层 样 品在因子平面图上的集中程度可划分三个区， 即 油气层 区、 水层 区、 干层 区。同时表明深测 向电阻 率 、 自然伽马和 自然电位是划分油气层 、 水层和干层 的主要因素 ， 而用单个测井参数难以判 断储层流量 性质。 建立原始数据珊 矩阵 l 求矩阵x的协方差矩阵 l 根据∑ ／ ∑ 8 5 ％ 选出 种主成分 J I 计算特征向量，得R 型因子载荷矩阵 』 计算Q型因子载荷矩阵，将坐标标出 图1 对应分析计算流程图 为了进一步检验对应分析方法的正确性与合理 性 ， 将模糊聚类分析法 、 判别分析法和对应分析法对 储层流体性质的判别与试油结果对比， 见表 1 。 图2油气层、水层及千层对应分析因子载荷交会图 注L L D - 深侧向电阻率 L L s 一 浅测向电阻率 s P 一 自 然电位 c N L 一 补偿中子 G R 一 自 然伽马 A c 一 声波时差 D E N 一 补偿密度 表 1 对应 分析法与其它流体识别方法判别结果对照表 差异度 井名 S 2 3 X 第一主因子 第二主因子 模糊聚类 判别分析 试油 对应 对应分析 F 。 分析结论 结论 结果 分析结论 符合情况 S 2 3 X 4 8 4 2 ． 0～ 4 8 4 6 ． 0 0 ． 1 6 2 0 5 0 ． 0 6 4 6 7 干层 干层 干层 干层 符合 T 4 0 2 X 5 l 3 7 ． 5 5 1 4 0 ． 5 0 ． 0 9 0 4 4 0 ． 0 2 5 8 4 干层 干层 干层 干层 符合 S 7 0 X 4 8 9 7 ． 0～ 4 9 0 3 ． 0 0 ． 0 5 8 4 6 0 ． 0 4 1 4 3 干层 干层 干层 干层 符合 T K 6 1 0 X 5 3 0 3 ． 5～5 3 0 7 ． 5 0 ． 0 0 6 4 3 0 ． 0 2 3 8 0 干层 干层 干层 干层 符合 T K 4 l 2 X 5 0 1 2 ． O～ 5 0 1 3 ． 5 0 ． 0 0 3 4 9 0 ． 0 2 8 2 O 干层 干层 干层 干层 符合 S 8 8 X 5 2 7 6 ． 0～ 5 2 7 9 ． 0 0 ． 0 0 3 7 8 0 ． 0 1 3 4 7 水层 干层 干层 干层 符合 S 6 O X 4 9 0 5 ． 5～ 4 9 1 1 ． 0 0 ． 0 5 2 0 2 0 ． 0 0 5 9 0 水层 水层 水层 水层 符合 S 6 l X 4 9 4 6 ． 0～ 4 9 5 2 ． 0 0 ． O 4 1 0 4 0 ． 0 0 3 2 7 水层 水层 水层 水层 符合 I 3 O 2 X 5 0 1 9 ． 0～ 5 0 2 3 ． 0 O ． 0 4 8 9 6 0 ． 0 0 5 6 5 水层 油气层 水层 水层 符合 I l4 0 2 X 5 1 2 6 ． 0～ 5 l 3 0 ． 0 0 ． 0 1 7 1 0 0 ． O 4 9 8 9 干层 油气层 油气层 油气层 符合 S 2 3 X 4 9 5 9 ． 0～ 4 9 6 2 ． 5 0 ． 0 2 6 6 8 0 ． 0 l 6 8 9 干层 油气层 油气层 干层 不符合 T K 4 7 7 X 5 1 0 1 ． 0～ 5 1 0 5 ． 0 0 ． 0 2 7 4 2 0 ． 0 2 2 9 6 水层 油气层 油气层 油气层 符合 T K 8 3 3 X 5 0 7 5 ． 5～ 5 O 7 8 ． 5 0 ． O 3 8 7 9 0 ． 0 1 3 2 2 水层 油气层 油气层 油气层 符合 S 4 6 X 5 2 1 8 ． 0～ 5 2 2 2 ． 0 0 ． 0 4 9 2 8 0 ． 0 l 7 1 1 水层 水层 油气层 油气层 符合 S 7 5 X 4 9 7 6 ． 0～ 4 9 8 4 ． O 0 ． 0 o 1 7 2 0 ． 0 2 3 1 8 干层 油气层 油气层 干层 不符合 S 7 2 X 4 9 1 7 ． 0～ 4 9 2 3 ． 0 O ． 0 0 0 9 8 0 ． 0 1 8 O 6 水层 油气层 油气层 油气层 符合 T k 7 l 7 X 4 9 8 8 ． 0～ 4 9 9 2 ． 0 0 ． 0 5 3 1 9 0 ． O 6 1 9 8 油气层 水层 油气层 油气层 符合 通过对 l 7个试油层段的流体性质运用 多种方 法进行识别分析 ， 不难得出模糊聚类分析 、 判别分析 以及对应分析的符合率分别为4 7 ％、 7 6 ％和 8 8 ％， 可见对应分析法解释结果符合率明显高于其它两种 方法 ， 有很好的实用性。 四、 结论与建议 将 型因子 和 Q型 因子结合起来 的对应分析 法在聚类分析中具有 明显的优势。主要体现在 对 应因子分析可以将原始数据精简， 而又不损失数据 中所包含的信息； 对应因子分析能把众多的原始数 据相互联系从而找出最 主要 的客观因素 ； 与 以往的 多参数法、 神经网络法及滤波法等相比， 能得到更加 精确的解释结论。对于复杂岩性储层 特别是海相 地层 的流体识别 ， 该方法仍然有效 ， 但需要在解释 过程中尽可能充分利用测井信息， 再结合试油结论 42 钻 采 工 艺 DRI LL I NG ＆ PR0DUC T1 0N I CHN0L OGY 2 0 0 9年 1 月 J a n ．2 0 0 9 和人工经验， 进一步提高储层流体识别的符合率。 参考文献 [ 1 ] 张文宾． 对应分析油气层识别方法及应用[ J ] ． 大庆石 油地质与开发， 2 0 0 2 6 ． [ 2 ] 吴欣松 ． 对应分方法在储集层评价中的应用[ J ] ． 石油 勘探与开发 ， 1 9 9 9 2 ． [ 3 ] 余建英， 何旭宏． 数据统计分析于 s P s s应用[ M] ．北 京 人民邮电出版社 ， 2 0 o 3 ． [ 4 ] 赵旭东． 石油数学地质概论 [ M] ． 北京 石油工业出版 社 ， 1 9 9 1 ． [ 5 ] 于秀林 ， 任雪松． 多元统计分析[ M] ．北京 中国统计 出版社 ， 1 9 9 9 ． [ 6 ] 周长发． 科学与工程数值算法[ M] ．北京 清华大学出 版社 ， 2 o 0 2 ． [ 7 ] 钟水清， 马发明． 天然气计量有关公式剖析[ J ] ． 钻采工 艺 ， 2 o 0 4 ， 2 7 6 ． [ 8 ] 钟水清． 我国2 1 世纪非常规能源的战略研究[ J ] ． 钻采 工艺 ， 2 o 0 5 ， 2 8 3 9 39 5 ． [ 9 ] 钟水清． 天然气水合物勘探及结构 H型水合物的特性 研究[ J ] ． 钻采工艺， 2 0 0 4， 2 7 5 ． [ 1 0 ]钟水清． 美国能源战略政策剖析[ J ] ． 中国能源 ， 1 9 9 3 4 ． [ 1 1 ]钟水清， 张高信．我国石油天然气开发现状及其发展 方向[ J ] ． 中国能源， 1 9 9 3 1 1 ． 编辑 黄晓川 上接第3 2页 1 ． 4 g ／ c m 的加重酸酸化施工时的停泵 压力 梯 度 3 ． 1 4 M P a ／ ／ 1 0 0 m降低 了 0 ． 5 4 MP a ／ ／ 1 0 0 m， 停泵压力 降低 了 2 6 ． 7 3 MP a ， 且压 降速度增 加。因此认为燃爆诱导在降低储层破裂压力方面起 到了一定的作用 ， 同时有效地改善了近井的渗流通 道。 酸处理施工过程 中在地面 8 9～9 3 MP a下施工 排量提高到 0 ． 9 5 5～1 ． 0 2 m ／ mi n ， 在相同压力下较 燃爆后的排量增加 0 ． 3 0 5 m ／ m i n ， 说 明在燃爆诱导 压裂建立渗流通道后， 酸处理进一步改善 了近井 的 渗流通道 。 3 ． 措施效果 施工结束和立 即开井排液， 测试采用三级 流程 进行测试 ， 排液 1 0 h 后 ， 累计排液 7 0 m 。在油压 4 2 M P a ， 套压 4 3 MP a下天然气输气量为 8 ． 2 8 8 51 0 m ／ d ， 燃爆诱导压裂及酸处理措施效果较为明显。 四、 结论及建议 1 川西深层须二气藏具有异常高破裂压力的 特点 ， 在不能有效压开储层 的情况下 ， 必须采用与储 层相结合 的先进预处理技术 ， 才能获得好的效果 。 2 通过燃爆诱导压裂和酸处理相结合的处理 技术有效降低了储层破裂压力， 井底停泵压力降低 了 2 6 ． 7 3 MP a ， 改善了油气渗流通道。 3 川高 5 6 1 井须二储层射孔试破后没有油气 显示 ， 实施燃爆诱导压裂及酸处理技术后， 在油压 4 2 MP a ， 套压 4 3 M P a下天然气输气量为 8 ． 2 8 8 5l 0 m ／ d ， 取得了明显的效果 。 4 燃爆诱导压裂 酸处理新技术 在川高 5 6 1 井须二储层 的成 功应用 ， 为解决在 目前工程条件下 面临的异常高破裂压力问题提供了新的技术方法和 思路。 参考文献 [ 1 ] 张广清． 射孔对地层破裂压力 的影响研究[ J ] ． 岩石力 学与工程学报 ， 2 o 0 3 ， 2 2 1 4 0 4 4 ． [ 2 ] 黄禹忠． 降低压裂井底地层破裂压力的措施[ J ] ． 断块 油气 田， 2 0 0 5 ， 1 2 1 7 4 7 6 ． [ 3 ] 修书志， 郑云． s c J l稠化酸的研究与应用[ J ] ． 钻井液 与完井液 ， l 9 9 9 ， 1 6 5 4 2 4 4 ． [ 4 ] c u d e ma n J F ． H i g hE n e r g y G a s F r a c t u r i n g i n c a s e d a n d P e r f 0 r a t e d We I I b o r e s [ J ] ．S A N D I A R E P 0 R T， S A N D 8 6 1 1 3 3， p r i n t e d J u n e 1 9 8 6 ． [ 5 ] 寇永强， 黄琼冰． 压裂预处理技术的现场实施与评价 [ J ] ． 大庆石油地质与开发， 2 0 0 3 ， 2 2 2 4 4 4 6 ． [ 6 ] 王安仕， 李汤玉． 高能气体压裂及其发展趋势[ M] ． 压 裂酸化技术论 文集 ． 北京 石油工业出版社 ， 1 9 9 9 ． [ 7 ] 田和金， 薛中天， 李汤玉 ， 等． 高能气体压裂联作技术进 展[ J ] ． 石油钻采工艺， 2 o O 2 ， 2 2 4 6 7 6 9 ． [ 8 ] 黄辉， 谭明文， 张绍彬， 等． 川西深层须家河组气藏压裂 改造难点和工艺技术对策[ J ] ． 钻采工艺， 2 0 o 4 ， 2 7 5 2 73 0 ． 编辑 黄晓川