基于模糊数学的滨里海盆地东南油气储层评价.pdf
第 3 4卷第 3 期 天然气此 O I L& G A S G E O L O G Y 2 0 1 3年 6月 文章编号 0 2 5 3 9 9 8 5 2 0 1 3 0 3 0 3 5 7 0 6 基 于模糊数学 的滨里海盆地 东南油气储层评价 朱 伟 , 顾韶 秋 , 曹子 剑 , 张国 一 1 . 湖南科技大学 土木学院, 湖南 湘潭 , 4 1 1 2 0 1 ; 2 .中国石油 吉林油田 勘探开发研究院, 吉林 松原, 1 3 8 0 0 0 摘要 哈萨克斯坦滨里海盆地地处东欧地 台东南部边缘, 为克拉通边缘前陆盆地 , 是里海地区的主要含油气区之一。滨里海盆地东 南部三叠系 一侏罗系广泛发育陆源碎屑岩地层。储集层岩性主要为浅海陆棚、 海滩砂坝及三角洲沉积相的砂岩和粉砂岩, 储层物 性特征总体表现为中孔 一中渗型。测井结果显示储层物性和孔 隙结构变化较大, 储层非均质性强。采用基于模糊数学的评价方 法, 通过多元回归分析、 最小二乘法优化地质要素, 确定孔隙度、 渗透率、 含油饱和度、 砂岩厚度作为关键地质因素, 建立了模糊数学 关系模型, 克服了常规的储层含油气性评价过程中诸多不确定因素带来的复杂化和主观性问题。通过多个模型比较, 作 出判断, 确 定了J Ⅱ和 TⅡ储层为本区优势储层, 为该区进一步油气开发提供参考依据。 关键词 模糊数学; 侏罗系; 三叠系; 储层评价; 滨里海盆地 中图分类号 T E l 1 2 . 1 文献标识码 A Fu z z y ma t h e m a t i c s - ba s e d r e s e r v o i r e v a l u a t i o n i n t he s o ut he ast e r n Pr e - Ca s pi a n Bas i n Z h u We i , G u S h a o q i u , C a o Z i j i a n , Z h a n g G u o y i 1 . S c h o o l o fC i v i l E n g i n e e r i n g, H u n a n U n i v e r s i t y of S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y , X i a n g t a n , H u n a n 4 1 1 2 0 1 , C h i n a ; 2 . E x p l o r a t i o n a n d P r o d u c t io n R e s e a r c h I n s t i t u t e , J i l i n O i lfi e l d , P e t r o C h i n a , S o n g y u a n , J i l i n 1 3 8 0 0 0, C h i n a Ab s t r a c t Ka z a k hs t a n P r e - Ca s p i a n Ba s i n i s a c r a t o n ma r g i n a l f o r e l a n d b a s i n l o c a t e d i n t h e s o u t h e ast e d g e o f Ea s t Eur o p e a n Pl a t f o r m an d i s o n e o f t h e ma i n pe t r o l i f e r o u s r e g i o n s i n Ca s pi a n S e a . Te r r i g e n o u s c l a s t i c r o c k s we r e wi d e l y d e v e l o p e d d u r i n g t h e T ria s s i c - J u r a s s i c i n s o u t h e a s t e r n P r e - C a s p i a n B a s i n . T h e r e s e r v o i r s a r e d o mi n a t e d b y s a n d s t o n e a n d s i h s t o n e o f s h all o w ma r i n e s h e l f f a c i e s , s h o a l s f a c i e s a n d d e l t a f a c i e s . T h e p o r o p e rm c h ara c t e ri s t i c s o f t h e r e s e r v o i r s are me d i u m p o r o s i t y a n d mo d e r a t e p e rm e a b i l i t y a s a w h ale . T h e we l l l o g g i n g i n t e r p r e t a t i o n s h o w s t h a t t h e r e s e rvo i rs p h y s i c al p r o p e r t i e s a n d p o r e t e x t u r e a r e o f s t r o n g h e t e r o g e n e i t y . B a s e d o n f u z z y ma t h e ma t i c s e v a l u a t i o n, t h i s p a p e r o p t i mi z e d t h e g e o l o g i c al f a c t o r s t h r o u g h mu h i p l e r e g r e s s i o n a n aly s i s a n d s ma l l e s t s e c o n d a r y mu l t i p l i c a t i o n , r e c o g n i z e d p o r o s i t y , p e rm e ab i l i t y , o i l s a t u r a t i o n a n d s a n d thi c k n e s s a s the k e y g e o l o g i c a l f a c t o rs, a n d e s t a b l i s h e d f u z z y ma t h e ma t i c al mo d e 1 . T h e n e w mo d e l o v e r c o m e s the c o m p l e x i t y and s u b j e c t i v i t y c a u s e d b y v a r i o u s u n c e rt a i n t i e s t h a t ar e c o m m o n i n t r a d i t i o n a l r e s e rv o i r e v al u a t i o n . Mu h i p l e mo d e l c o mp a ri s o n r e v e als t h a t t h e f a v o r a b l e r e s e rvo i r s i n t h i s a r e a a r e J 。 I I a n d T l I . Ke y wo r d s f u z z y ma t h e ma t i c s , J u r a s s i c, T ria s s i c , r e s e rvo i r e v a l u a t i o n, P r e C a s p i a n Ba s i n 模糊数学是引用隶属函数的概念建立的数学体 系 , 隶属 函数可 以用 [ 0 , 1 ] 区间 内的任意值来描述 一 个对象是否属于该集合 , 不仅仅局限于精确 函数那 样 取 1 属于 或 0 不属于 。因此隶属函数具有描述事 物渐变过渡的能力 。模糊数学在承认数学 的精确性的 同时, 向模糊性逼近。由于模糊数学具有不确定性 , 同 时还能确定事件 的发生与否, 在面对复杂地质情况 时 具有综合评判优势 [ 1 - 2 ] 。前人在油气成藏地质评价中 尝试 过多种方法 , 比如关联分析法 、 神经 网络法、 随机 建模法等 。与这些方法相 比, 模糊数学方法在研 究含油气性中诸多不确定影响因素方面具有优势, 因 此曾广泛用在圈闭地质评价中 o 。模糊数学方法可 以 使人们更客观评价油气藏 卜 “ j 。而油气储层评价又是 油藏评价中最重要和复杂的因素 , 通常对储集层 的含 油气性难以作出十分精确的评价 。本文在前人研究基 础上 , 应用模糊数学方法开展 了储集层油气评价 , 采用 判别一个对象对某个概念 的隶属程度 , 然后采取择优 原则及聚类分析、 综合评价等方法, 挑选隶属程度高 的, 筛去隶属程度低的对象 , 运用连续多值逻辑就可 以 充分利用精度有限的数据所提供的信息, 可以获得较 收稿 日期 2 0 1 21 1 2 9; 修订 日期 2 0 1 3 0 4 2 0 。 第一作者简介 朱伟 1 9 6 8 一 , 男 , 博士 、 高级工程师 , 石油地质。E ma il z h u w e i z q 1 6 3 . c o m。 基金项 目 普通高校特色专业建设项 目 T S l 1 0 2 7 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 朱伟 , 等. 基于模糊数学的滨里海盆地东南油气储层评价 3 5 9 根据测井数据分析 , 该区盐上储集层主要为 中侏 罗统和中、 下三叠统粉砂岩和砂岩。中侏罗统 以陆相 、 过渡相和浅海陆棚相为主, 储集层 主是要砂岩和粉砂 岩。下白垩统 、 中侏罗统和三叠 系是滨里海盆地盐上 层系油气 田的主要产层 , 其物性测井解释结果与容积 法储量结果见表 2 。 根据本区块有效厚度下限标准 , 对本区 2 0口井进 行了储集层的划分和定性 、 定量解释。盐上主力油气 层中侏罗统的孔 隙度为 1 0 % ~2 O %, 渗透率为 0 . 5 1 O~~ 6 0 0 01 0 ~ m ; 三叠系孑 L 隙度为 1 7 % 一 2 0 %; 渗透率则变化较大, 变化范围从小于 1 1 0 ~ m 到 9 0 01 0~ m 以上。储层 总体上表现 为中孔 一中、 高渗型 , 局部为中孔 一低渗型。储层主力层 J Ⅱ油藏 平均原 始 地 层 压 力 为 2 4 . 8 MP a , 平 均 饱 和 压 力 为 6 . 1 5 MP a , 地层温度 为 6 9 . 8~7 8 . 9℃; 主力层 TⅡ油 藏 平 均 原 始 地 层 压 力 2 8 . 6 M P a , 平 均 饱 和 压 力 2 . 6 MP a , 地层温度为 7 3 . 0 7 6 . 9℃。 储层非均质性从平面非均质性、 层间非均质性及 层内非均质性来分析 。以储层 测井二次解 释结果 为基础 , 通过孔隙度、 渗透率在平面的变化及砂体连通 情况等分析 , 本区砂体厚度较大的部位相应 的孔渗物 性较好 , 砂体连通性较好 , 非均质性程度中等。 盐上组合一般具有很好的盖层条件 , 下三叠统 一 上三叠统 的厚层泥页岩达到 了有效厚度 , 有效 的封盖 和保存了储层 中的油气 。各油气 区的盖层主要是 页岩, 但受构造及沉积环境影 响, 分布层位存在差别 。 滨里海盆地下二叠统孔谷组巨厚盐层 的构造运动, 使 上覆储层形 成了大量有利 的圈闭。如背斜褶皱 型圈 闭、 盐株刺穿遮挡 型圈 闭、 断裂型圈闭及各种组合 型 等。盆地 内广泛发育的下二叠统孔谷组含盐厚层对盐 下层的油气有很好的区域性封闭和遮挡作用 。构造运 动导致在局部地 区含盐层 系的孔谷组盐层底辟变形 , 使得盐下层系的油气沿断裂通道运移到上覆地层 的盐 上层系, 形成盐上油气藏。 3 模糊数学评价 模糊数学在承认数学精 确性的 同时向模糊性 逼 近。正因为模糊数学具有不确定性 , 而同时还能确定 事件 的发生与否 , 模糊数学可以从 已知圈闭中完善权 重的集合, 改善因素的隶属关系, 预测有利圈闭 卜 。 油气藏 自身所具有 的不确定性 , 以及模糊数学可 以克 服常规含油气性及其优劣程度评价过程中许多不定 因 素带来的诸多不便 , 因此圈闭或有效储层地质评价时 模糊数学综合评判法被广泛应用。模糊数学方法使人 们更客观评价油气藏。 表 2 滨里海盆地 J I TⅡ储层物性参数及储量统计 Ta b l e 2 Re s e r v o i r p a r a me t e r s a n d r e s e r v e s t a t i s t i c s o f J 2 IT I I r e s e r v o i rs i n t h e Pr e - Ca s p i an Ba s i n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 6 0 石 油 与 天 然 气 地 质 第 3 4卷 3 . 1 模糊数学原理 根据模糊数学原理可 以建立综 合评级模型 ] 如下所示 。 设模糊集 为论域 因素的子集合 W { } i1 , 2 , ⋯, n 1 设模糊集 E为论域 评价级模糊子集 E { E } 1 , 2 , ⋯, m 2 E, 其中 A记 为通过模糊 变换器 A, 即从 到 E的模糊关系。 模糊矩阵 E e n m i 1 , 2 , ⋯, n ; 1 , 2 , ⋯ , m , 其中e 伪 第 i 个因素的第 个因子。其综合评价 模型公式如下 A W E 3 A a , a , ⋯ , a 为模糊综合评价 的结果 ; W为 中各因素对评价 的影响程度 , 分别赋予不 同权 重所 组成的模糊子集; E为地质因素的隶属度值模糊关系 矩阵。 3 . 2 模糊关系权值计算模型 在建立了模糊关系矩阵 R和权值矩阵 A后 , 根据模 糊变换原理求出模糊矩阵 AWE, 其 中A Ⅱ , a , ⋯ , a 。对 和 E取具有计算模型 , o 即加权平 均型。 a j m i n { 1 , ∑W ie 在实际 应用中, ①运 算一般 转化为实数加法, 即 , ①M , 4 3 . 3 地质因素模糊体 系的建立 开展模糊评价首先要建立地质因素模糊体系。根 据油气成藏过程 中圈闭中各要素 的重要程度 , 将该 区 地质因素分为静态因素生油岩 、 储层 、 圈闭、 盖层 、 封闭 条件以及动态因素运移聚集 、 时空匹配等。 对于多个地质 因素 , 首先采用多元逐步 回归分析 法 , 解决 3个地质问题。 1 确定相关关系 地质储量 Y与其他地质因素 i 1 , 2, ⋯, P ; p ≤凡 , 如果 Y与 存在相关性 , 则表示 出 Y与 相关性的数学表达式 。 2 以 1 , 2 , ⋯, P ; P ≤n 的观测值为基础 , 据 已明确 的相关性表达式初步预测储量 Y的估计值 , 并 可以进行计算结果的误差验证 。 3 通过多元回归分析 方法可 以找 出对 Y作用大 的地质 因素 , 排除对 Y的作用小 的非关键 因素 , 进而简 化地质模型中各个因素的研究。 若储量 Y与 i 1 , 2 , ⋯, n 之间可以找出下述 表达式 Y口 。 ∑a i 8 5 i l 即变量 Y与 i 1 , 2 , ⋯, r t 之 间具有 n元线性 相关关 系, 简称为 n元线性关 系, 并称式 5 为 凡元线 性回归模型, 其待定系数为 a , a , ⋯a , 误差项 为 s N 0, o r 。且将现在 已经掌握 的地质 因子 的数据代人 公式 5 计算, 根据收集到的数值, 再根据最小二乘 法 , 求解偏差平方组 , 就可以确定待定系数的最佳估计 值 b 。 , b ⋯ , b , 也就是 回归系数 , 得到的线性 回归方 程式 多 b 0 ∑b i 6 1 进而可以得出, 哪些地质因子是对油藏的中含油面积 形成起着重要的作用。据此采用计算机编程实现多元 线性 回归分析 , 采用模糊数学 的阀值 0 . 0 1 , 小于 0 . 0 1 的变量 , 从众多的储量地质因素 中剔除 , 最终确定 了含 油面积 、 孔隙度 、 含油饱和度 、 原 油体积系数 、 密度 、 平 均有效厚度作为评价储层的地质 因素集合 。 3 . 4 模糊评价步骤 该区块紧邻普罗尔瓦区块群 , 其上油层属于二叠 系. 三叠系和中、 上侏罗统。该储集层沉积相为陆棚过 渡相, 具有较好的储集条件。对储层进行综合评价 因 素的定量化 , 首先要对这些因素的各种定性概念进行 量化处理。量化 的过程实际就是确定隶属函数 , 求得 各储层评判因素的隶属度。根据专家评价法、 以及其 他相关 的石油地质规范评价给出的隶属度 函数 , 确定 地质要素的隶属度。 1 储层含油面积 砂体发育好 , 是油气成藏 的一个必要条件。在评 价储集层时 , 含油面积的大小 , 对储层的评价起 了非常 重要的作用。储层的含油面积隶属度 函数 A s 采用 下 式 A s 7 m 其中 s 为最大含油面积 , k m ; s 为含油面积 , k m 。 2 储层厚度 储层厚度 h m 隶 属于有 利储层 的隶属 度 函数 U h , r 0 h ≤ a i 宁 h1 口 8 【 一 e L 丁 J 口 式 中 a是储 层为有效厚度 的临界值 , a0 . 2 ; b为正 数 , b1 0 。 3 储层孔隙度 在实际生产中, 孔 隙度 按如下方式分级。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 朱伟 , 等. 基于模糊数学的滨里海盆地东南油气储层评价 3 6 l 碎屑岩 I3 0 % 特高孔 2 5 %≤ 3 0 % 高孔 1 5 %≤ 2 5 % 中孔 1 0 %≤ 1 5 % 低孔 5 %≤ 1 0 % 特低孔 2 0 % 高孔 1 2 %≤ 2 0 % 中孔 4 %≤ 1 2 % 低孔 0 式中 0为 碎屑 岩 的低 孔 隙度 值 , o1 0 ; b为 正数 , b8。 4 储层含油饱和度 储集岩含油饱和度的隶属度函数 s 。一5 一 1 0 其 中, 各变量的对应取值据公式经验值和实验测定数 据 0 0 . 8 8 侏罗系 , 1 . 0 0 三叠系 ; b 1 . 0 0 侏罗 系和三叠系 ; m 2 . 0 3 侏罗系 , 1 . 8 7 三叠系 ; 2 . 0 3 侏罗系 , 1 . 8 8 三叠系 ; 0 . 0 2 侏罗系和三 叠系 ; 尺 , 为测井 曲线 电阻率 。根据上式和该 区块测 井曲线的电阻率 , 得出含油饱和度隶属度。 5 原油体积系数 依据图 2中各个变量之间的关 系, 由下式求得原 油体积系数隶属度 r 0 B。 1 , B 。 ≥ 口2 Z B o l l 一 一 竽 2 a 1 ≤ B o a 2 其中, B 。 为原油体积系数 ; 8 , 根据 图 2取原油体积 系数极值, 口 0 . 9 , 0 2 1 . 3 4 ; b 是经验值, b 0 . 2 。 3 . 5 模糊评价结果 1 5 4 1 5 0 1 4 6 1 4 2 l 3 8 1 3 4 1 3 0 1 26 l 2 2 1 1 8 1 1 4 1 1 0 \ / r 、 、 ~ l 、 、 | / / f 、 ~ I / l I . / l 0 , 一 一 1 \ 一 l 一 一 \ f 一 一 / - - L 一 0 4 8 1 2 1 6 2 0 2 4 2 8 3 2 3 6 4 0 4 4 4 8 p / MP a 图2 滨里海盆地地下原油体积系数 B 。 、 粘度 。 与压力 P 关系 F i g . 2 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n o i l v o l u m e f a c t o r s B 。 , v i s c o s i t y 。 a n d p r e s s u r e P i n t h e P r e C a s p i a n B a s i n 表 4 滨里海盆 地储 层模糊 数学综合评价 Ta b l e 4 Co mp r e h e n s i v e r e s e r v o i r e v a l u a t i o n wi t h f u z z y m a t h e ma t i c s i n t h e P r e - Ca s p i a n Ba s i n W , 为各评 价 因素 的权数 , 并 要 求 满足 归 一 化条 件 1 , ∈[ 0 , 1 ] 。 在 Ma t l a b中, 基于上面 的隶属度 , 组成模糊 关系 矩阵E, 结合研究区的地质特征, 采用专家打分法, 给 出权重值为 W 0 . 2 , 0 . 2 , 0 . 2 , 0 . 2 , 0 . 1 5 , 0 . 0 5 , 进 行模糊数学综合运算 , 得到 了各个地质 因素面积 s 、 储层厚度 h 、 孔隙度 、 原油饱和度 S 。 和原油体 积系数 的隶属度值 表 3 。 结合模糊数学 的综合运算 , 得出的综合评价结果 勘探揭示 根据本区块建立的模糊数学综合评价模型, 加权平均型求得的综合评价更为客观 , 结果贴近实际, 确定 了权重值取得 的可行性 表 4 。 设权重为 ⋯, n 其 中 2 , ⋯’ 4 结论 表 3 滨里海盆 地地质因素隶属度值 Ta bl e 3 M e mbe r s h i p v alue s of g e ol og i c al f a c t e r s i n t h e P r e - Ca s p i an Ba s i n 采用模糊数学方法 , 结合多元 回归分析法 , 最小二 乘法用计算机编程运算 , 优化了储层评价地质参数体 系 , 找到 了关键地质 因素。建立 了一个有效 的基于模 糊数学的储层评价量化模型。通过多个模糊模型的对 比和定量计算 , 得到了储层评价综合排序 , 确定 了J Ⅱ 和 TⅡ储层 为本 区优势储 层 , 储油能力最强。该储层 为 中孔 一中、 高渗型, 中孔 ~低渗型储层 , 有较好 的油 气来源 , 具备油气成藏的储层条件。 一 ∞ 莹 ,, 5 4 3 2 1 O 9 8 7 6 5 4 l 1 1 l 1 1 O O O O O O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 6 2 石 油 与 天 然 气 地 质 第 3 4卷 参考文献 [ 1 ] 赵鹏大. 试论地质体的数学特征[ J ] . 地球科学, 1 9 8 2 , 1 6 1 1 4 5 1 5 5 . 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