基于灰色关联分析的页岩油甜点综合评价方法--以渤海湾盆地渤南洼陷为例.pdf
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1、doi:10.11911/syztjs.2023085引用格式:王春伟,杜焕福,孙鑫,等.基于灰色关联分析的页岩油甜点综合评价方法:以渤海湾盆地渤南洼陷为例 J.石油钻探技术,2023,51(5):130-138.WANGChunwei,DUHuanfu,SUNXin,etal.Comprehensiveevaluationmethodofshaleoilsweetspotbasedongreycorrelationanalysis:acasestudyofBonanSaginBohaiBayBasinJ.PetroleumDrillingTechniques,2023,51(5):130-1
2、38.基于灰色关联分析的页岩油甜点综合评价方法以渤海湾盆地渤南洼陷为例王春伟1,杜焕福1,孙鑫1,2,戴彩丽2,杨金莉3,陈荣华1(1.中石化经纬有限公司地质测控技术研究院,山东青岛266000;2.中国石油大学(华东),山东青岛266580;3.中石化经纬有限公司胜利地质录井公司,山东东营257000)摘要:国内页岩油以中国陆相沉积为主,地质条件复杂多变,且地质工程甜点评价要素多元,为页岩油甜点综合评价带来了困难。以渤海盆地渤南洼陷为例,基于灰色关联理论,筛选出了页岩厚度、总有机碳含量、镜质体反射率、孔隙度、热解游离烃含量、原油密度、原油黏度、地层压力和脆性指数等 9 个评价指标,分析了评价
3、指标间的相关性,优化了各评价指标的权重,计算了综合评价指数,实现了页岩油甜点的综合性、定量化精准评价。分析结果显示:渤南洼陷页岩油综合评价指数高值主要分布于 XYS9Y182Y187 井区、Y283 井区南部及 L42 井区周围,整体向南、向北综合评价指数逐渐降低,综合评价指数与单井产量具有较好的相关性,能够较好地匹配渤南洼陷页岩油单井产量;BYP5 井综合评价指数自上而下整体减小,与示踪剂监测的产量贡献率趋势一致,两者具有较好的相关性。研究结果表明,页岩油水平井完井后,通过计算综合评价指数,可以及时、准确地评价水平段的甜点段,指导页岩油水平井压裂施工。关键词:页岩油;甜点;灰色关联理论;综合
4、评价;渤南洼陷中图分类号:TE349文献标志码:A文章编号:10010890(2023)05013009Comprehensive Evaluation Method of Shale Oil Sweet Spot Based on Grey CorrelationAnalysis:A Case Study of Bonan Sag in Bohai Bay BasinWANG Chunwei1,DU Huanfu1,SUN Xin1,2,DAI Caili2,YANG Jinli3,CHEN Ronghua1(1.Geosteering&Logging Research Institute,
5、Sinopec Matrix Corporation,Qingdao,Shandong,266000,China;2.School ofPetroleum Engineering,China University of Petroleum(East China),Qingdao,Shandong,266580,China;3.Shengli GeologicalLogging Company,Sinopec Matrix Corporation,Dongying,Shandong,257000,China)Abstract:The geological conditions of shale
6、oil in China,which is dominated by continental deposits,arecomplexandchangeable,andtheevaluationfactorsofgeologicalengineeringsweetspotsaremultiple,whichbringsdifficulties to the comprehensive evaluation of shale oil sweet spots.With Bonan Sag in Bohai Bay Basin as anexample,nineevaluationindexeswer
7、eselectedbasedonthegreycorrelationtheory,includingshalethickness,totalorganiccarbon(TOC),vitrinitereflectance,porosity,pyrolysisfreehydrocarboncontent,crudeoildensity,crudeoilviscosity,formationpressure,andbrittlenessindex,andcorrelationanalysisandweightoptimizationamongtheseevaluationindexeswerecar
8、riedouttocalculateacomprehensiveevaluationindex,soastorealizethecomprehensive,quantitative,and accurate assessment of shale oil sweet spots.The results revealed that high values of thecomprehensiveevaluationindexforshaleoilinBonanSagweremainlyconcentratedintheXYS9,Y182,andY187wellareas,aswellasinthe
9、southernpartoftheY283wellareaandthesurroundingvicinityoftheL42wellarea.The收稿日期:2023-05-05;改回日期:2023-08-28。作者简介:王春伟(1988),男,山东东营人,2013 年毕业于中国石油大学(华东)资源勘查工程专业,2016 年获中国石油大学(华东)地质资源与地质工程专业硕士学位,工程师,主要从事油气藏开发地质研究。E-mail:。通信作者:孙鑫,。基金项目:中石化石油工程技术服务有限公司研发计划项目“测录定一体化技术应用平台研究”(编号:SG20-16K)、青岛市博士后项目“东营凹陷页岩油测录井
10、产能预测方法研究”(编号:QDBSH20220201023)和中石化经纬有限公司博士后研究项目“东营凹陷页岩油测录井产能预测方法研究”(编号:JWBH2203)联合资助。第51卷第5期石油钻探技术Vol.51No.52023年9月PETROLEUMDRILLINGTECHNIQUESSep.,2023overallcomprehensiveevaluationindexgraduallydecreasedinthesouthandnorthdirections.Thecomprehensiveevaluationindexhadagoodcorrelationwiththesinglewell
11、production,whichallowedforagoodmatchingofshaleoilproductioninBonanSag.TheoveralldeclineinthecomprehensiveevaluationindexoftheWellBYP5fromtoptobottom,aligned with the trend of production contribution rates monitored by tracers,demonstrating a significantcorrelationbetweenthetwo.Theresearchindicatetha
12、tafterthecompletionofashaleoilhorizontalwell,bycalculatingthecomprehensiveevaluationindex,thesweetspotsofthehorizontalsectioncanbeevaluatedpromptlyandaccuratelytoguidethefracturingmeasuresoftheshaleoilhorizontalwell.Key words:shaleoil;sweetspot;greycorrelationtheory;comprehensiveevaluation;BonanSag中
13、国东部常规油气的勘探开发已进入中后期,增产难度越来越大,急需寻找新的资源进行接替1。历经 10 多年的勘探,国内多个页岩油田获得了工业化产能,展现了页岩油勘探开发的巨大潜力,成为接替常规油气的一种重要方式2。然而,国内页岩油以陆相沉积为主,地质条件复杂多变,且地质工程甜点评价要素多元,难以准确预测页岩油有利区3。国内外学者采用不同方法评价页岩油甜点,形成了页岩油甜点综合评价体系4,前期应用较多的是多要素综合分析法512。该方法选取镜质体反射率、总有机碳含量、含油量、有利岩相、孔隙度、可动性、脆性矿物含量、地层压力及页岩厚度等评价指标中的几个指标进行有利区的叠合,避免了单因素表征页岩含油气性的片
14、面性,但评价结果难以定量化。部分学者对页岩油甜点定量化评价进行了研究与实践。赵贤正等人1315针对渤海湾盆地歧口凹陷、沧东凹陷及饶阳凹陷,分别采用量化赋值权重的方法,建立了基于岩石组构、生烃能力、超越效应、工程脆性、储集性能、热成熟度等 68 项评价指标的甜点定量评价方法。该方法虽然可以直观地定量化评价页岩油甜点,但需人为分段,并按照统一标准给各项评价指标赋权重,评价结果对不同类型的页岩油藏缺乏普适性。张继伟等人16针对四川盆地仪陇平昌地区,选取页岩有效厚度、镜质体反射率、总有机碳含量、地层压力和脆性指数等5 项评价指标,采用主成分分析方法,按可压性有利因子及可动性有利因子 2 个主成分建立了
15、页岩油综合评价的无因次线性组合方法,但该方法评价指标少且未建立其与产量的相关关系。苟启洋等人17针对四川盆地焦石坝区块五峰组龙马溪组页岩气储层,基于灰色关联理论选取实测含气量、含气饱和度、气测显示等个指标,定量计算各指标的相关性和权重,获取含气性综合评价因子,实现了地质和工程多因素联合表征页岩含气性。该方法在页岩气开发中取得了较好的效果,但其未考虑评价指标之间的相互影响。如果表征四性中某一性的评价指标有较强的相关性,则其权重会增大,其他评价指标的权重会减小,使页岩油甜点评价结果不准确。为了实现页岩油甜点的综合性、定量化精准评价,笔者采用灰色关联分析方法,分析不同评价指标间的相关性,并优化各评价
16、指标的权重,定量表征与页岩油产量密切相关的地质工程参数,进而计算页岩油甜点综合评价指数,并实例验证了该方法的适用性与准确性。1地质背景渤南洼陷位于渤海湾盆地济阳坳陷沾化凹陷中部,北靠埕东凸起和郭局子洼陷,南邻陈家庄凸起和三合村洼陷,西接义和庄凸起,东边为孤岛潜山带18。洼陷整体上呈现西北陡、东南缓箕状断陷盆地,勘探面积约 600km2,内部又细分为南部缓坡带、断阶带、深洼带以及北部陡坡带。沙河街组为陆相湖盆沉积,页岩主要分布在沙四上段、沙三下段及沙一段,其中沙三下段沉积时期湖泊盆地发展进入鼎盛时期,沉积了厚达 700m 的泥页岩,岩性以油泥岩、油页岩及泥岩为主,演化成熟度高19(见图 1)。前
17、期渤南洼陷多口井在沙三下页岩段获得了工业油气流,试油产油量超过 30t/d 的直井 5 口,展示了该洼陷具有较大的页岩油勘探开发潜力20。然而渤南洼陷页岩油储层具有非均质性强、黏土矿物含量高、有机质成熟度低、原油流动性差等特点21,导致页岩油地质和工程甜点优选困难,亟需开展综合评价,为页岩油勘探开发提供依据。2评价方法及原理灰色关联度分析法是根据不同因素之间发展趋势的相似或相关程度来衡量各因素间关联程度的一种方法。灰色关联法可以综合各类影响因素,实现目标系统发展和变化趋势的定量分析2223,在页岩油甜点综合评价中具有良好的应用前景。第51卷第5期王春伟等.基于灰色关联分析的页岩油甜点综合评价方
18、法1311)评价指标优选。通过分析研究区页岩油单井产量,梳理出与单井产量相关性较强的评价指标作为综合定量评价页岩油甜点的参数。2)归一化处理。由于页岩油甜点各评价指标的数量级和单位不一致,需要对所有产量及评价指标的数据进行归一化处理。与页岩油产量呈正相关的评价指标,采用式(1)进行处理;与页岩油产量呈负相关的评价指标,采用式(2)进行处理。Xi(t)=xi(t)minxi(t)maxxi(t)minxi(t)(1)Xi(t)=maxxi(t)xi(t)maxxi(t)minxi(t)(2)式中:i=1,2,n,为评价指标样本个数;t=0,1,2,m,为评价指标项数;Xi(t)为第 t 项评价指
19、标第 i 个样本的归一化处理结果;xi(t)为第 t 项评价指标第i 个样本的值;maxxi(t)为第 t 项评价指标样本的最大值;minxi(t)为第 t 项评价指标样本的最小值;Xi(0)为评价指标归一化结果。3)建立评价矩阵。依据研究区页岩油单井产量,统计不同井点的评价指标数据,归一化后得到m 项评价指标与 n 个样本体构建的评价矩阵:X=X1(0)X1(m).Xn(0)Xn(m)(3)4)相关系数计算。基于标准化的评价矩阵,可以获取各个评价指标与产量的相关系数,进一步计算出相关度。相关系数的计算公式:i(t,0)=?Xi(t)Xi(0)?(4)max=max|X0(k)Xi(k)|(5
20、)min=min|X0(k)Xi(k)|(6)i(t,0)=min+maxi(t,0)+max(7)i(t,0)i(t,0)式中:为产量与第 t 个评价指标第 i 样本归一化后的相对值;max 为第 t 个评价指标与产量归一化相对值的最大值;min 为第 t 个评价指标与产量归一化后相对值的最小值;为评价指标与产量相关系数所构成的数列;为分辨系数,依据前人在页岩气领域的应用效果,本文取 0.5017。r(t,0)5)相关度计算。相关度指评价指标与产量的相关性,取值范围为 01,越接近 1,表明评价指标对产量的影响越大;反之越小。相关度计算公式为:r(t,0)=1nni=1i(t,0)(8)6)
21、相关度校正。特殊地,如果 2 个评价指标间的相关度较高,其权重会增大,其他评价指标的权重会减小,进而影响综合评价指数计算的准确性。为了规避这种情况,需要额外计算这 2 个评价指标间的相关度,以便对其权重进行校正24。N0100 km04 km1 9002 4002 9003 4003 900地层EdEs1Es2Es3zEs3xEs4sEs3sEs4x东营组沙河街组边界断层砂砾岩油泥岩灰质泥岩膏盐岩白云岩生物灰岩油页岩泥岩内部断层盆地边界主要凸起边界尖灭线地名井名粗砂岩细砂岩粉砂岩浅湖半深湖咸水湖半咸水湖半深湖咸水湖河流-浅湖浅湖半深湖半深湖常规油藏页岩油藏淡水湖深湖浅湖/m岩性剖面沉积环境油藏
22、分布N井深图 1 渤南洼陷基本地质情况Fig.1 Basic geological condition of Bonan Sag132石油钻探技术2023年9月r(j,k)=1nni=1i(j,k)(9)r(j,0)=1nni=1i(j,0)1r(j,k)(10)i(j,k)r(j,k)i(j,0)r(j,0)式中:为第 j 项评价指标与第 k 项评价指标的相关系数;为第 j 项评价指标与第 k 项评价指标的相关度;为第 j 项评价指标与产量的相关系数;为第 j 项评价指标与产量的相关度。Rt7)权重计算。权重指各评价指标对评价体系的影响程度。通过对相关度的归一化处理,可以计算出各评价指标在评
23、价体系中的权重。Rt=r(t,0)mt=1r(t,0)(11)Rtr(t,0)式中:为第 t 个评价指标的权重;为第 t 个评价指标的相关度。8)综合评价指数计算。通过计算综合评价指数 Q,可以对页岩油储层进行更综合直观的评价。综合评价指数的计算公式为:Q=mt=1RtXi(t)(12)3评价过程及结果讨论 3.1评价指标优选及归一化处理前人开展了大量的研究,总结出页岩油的“四性”评价体系及主要评价指标4。通过分析渤南洼陷页岩油的特征,依据各评价指标与产量的相关性及在研究区的应用频率,优选含油性(页岩厚度、总有机碳含量、镜质体反射率)、储集性(孔隙度)、可动性(热解游离烃含量、原油密度、原油黏
24、度、地层压力)及可压性(脆性指数)等 9 个评价指标作为量化表征页岩油甜点的综合评价指标(见表 1)。其中,日产油量取稳定阶段单位压降产油量的平均值,页岩厚度指产油层段储层厚度,总有机碳含量采用产油层段的算术平均值。评价指标与产量的相关性见图 2。依据不同评价指标与产量的正负相关关系(原油密度、原油黏度为负相关,其他指标为正相关),分别进行数据归一化处理,结果见表 2。表 1 渤南洼陷页岩油井的评价指标Table 1 Evaluation indexes of shale oil wells in Bonan Sag井号日产油量/t含油性储集性可动性可压性页岩厚度/m总有机碳含量,%镜质体反射
25、率,%孔隙度,%热解游离烃含量/(mgg1)原油密度/(kgL1)原油黏度/(mPas)地层压力/MPa脆性指数,%Y187156.064.10.906.00.8812.468Y182140.050.63.800.906.12.780.8815.258.873L4279.932.98.580.781.66.890.8728.445.269L1943.526.01.810.671.01.760.7338.244.266Y18641.544.22.330.922.52.850.8812.747.175XYS938.580.23.130.866.65.130.878.460.058BS812.215
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