灰色關聯分析在中階煤層氣有利井區快速優選中的應用

張毅

(長江大學信息與數學學院，湖北 荊州 434023)

陳巖

(油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室(長江大學), 湖北 武漢 430100)

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灰色關聯分析在中階煤層氣有利井區快速優選中的應用

張毅

(長江大學信息與數學學院，湖北 荊州 434023)

陳巖

(油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室(長江大學), 湖北 武漢 430100)

[摘要]我國的中階煤層氣資源豐富,而開發初期對于中煤階煤層氣有利井區優選評價,目前還沒有成形的成熟模式。以鄂爾多斯盆地東緣某煤層氣含氣區塊為例，根據開發階段中階煤產量的主要影響因素，應用灰色關聯分析的方法進行有利井區評價，排序。從資源條件、賦存條件、開發條件角度出發，篩選出含氣量、煤層厚度、水文地質條件、頂板保存條件、地解比、滲透率等多個評價指標，通過分析序列、無量綱化計算關聯度，并綜合應用地質研究認識，進行有利井區快速排序，預測先導實驗區。該方法適合其他類似煤層氣含氣區塊的有利井區優選評價。

[關鍵詞]中階煤層氣；有利井區；鄂爾多斯盆地；評價指標；灰色關聯分析

煤層氣煤層氣生產機理復雜，影響因素眾多，還未形成較為成熟的開發初階段的選區評價模式。模糊數學多層次分析方法是進行選區評價較常用的理論方法[1～3]，該方法概念直觀，計算方便，容易理解。但其最大的缺憾是主觀性強，客觀性差。而灰色關聯分析最大的優點是客觀性強，避免了人的主觀判斷帶來的影響[4，5]。鄂爾多斯盆地東緣(以下簡稱盆地東緣)一直是煤層氣勘探的活躍區，煤層的鏡質體反射率為0.5%～2.0%，煤巖變質程度主要是中煤階分布范圍[6]。中階段煤層氣開發階段的主要影響因素已經不是煤層氣的生氣潛力、儲集性能和保存條件，而是煤層氣的資源條件、賦存條件和開發條件[7]。下面，筆者從這幾方面建立研究區評價體系，利用灰色關聯分析開展井區優選評價。

1評價參數優選

圖1　煤層氣有利開發區綜合評價體系

煤層氣地質選區評價是煤層氣資源勘探開發的一項極為重要的基礎工作。對煤層氣地質選區評價指標的選擇，不同的煤層氣勘探或開發階段有所不同，不同的煤質變質程度有所不同[8]。筆者針對鄂爾多斯盆地東緣，進入開發階段的中煤階區塊來講，主要考慮煤層的資源條件、賦存條件和開發條件3 個方面，共22個主要地質參數: 煤層厚度、滲透率、含氣量、資源豐度、資源量、儲層蘭氏體積、蘭氏壓力、臨儲比、灰分含量、煤層演化程度、吸附飽和度、煤層原始滲透率、煤儲層壓力、埋深、煤體結構、有效地應力、煤層割理、裂隙發育程度、煤層含氣面積、蓋層砂泥比、構造條件及水文地質條件。經優選，煤層含氣量、煤層厚度、水文地質條件、頂板保存條件、臨儲比、煤層埋深、煤體結構和滲透等參數為關鍵評價參數，建立的評價體系如圖1所示。水文地質條件、頂板保存條件和煤體結構無法量化，在其他參數進行完灰色關聯分析后，加以綜合考慮，最終確定有利井區排序。

2評價方法

開發成熟階段可用煤層氣井穩產時的產量與關鍵地質參

數的關聯程度，賦予權重[9]，李俊乾等在2014年詳細介紹了原理及方法[10]。在開發時間短，地質參數與產量統計數據相關性不強的工區，可以用灰色系統理論法。該方法通過灰色關聯分析來尋求系統中各因素的主要關系，找出影響各項評價指標的重要因素，從而掌握事物的主要特征。根據因素之間發展趨勢的相似或相異程度，亦即“灰色關聯度”，作為衡量因素間關聯程度的一種方法。

2.1確定分析序列

實際操作時，可利用繪制地質參數平面等值線圖，進行矢量化并賦值，建立適當的網格，將各地質參數等值線圖進行網格化處理，再進行灰色關聯分析，進行區塊性分析。

2.2對變量序列進行無量綱化

一般情況下，原始變量序列具有不同的量綱或數據級，為了保證分析結果的可靠性，需要對變量序列進行無量綱化，常用的有均一化法、初值化法、區間值化法等。筆者采用均一化法，即各參數除以各參數的平均值。

2.3求絕對差序列、最大差和最小差

同一觀測時刻各子因素與母因素之間的絕對差值為：

同一觀測時刻(觀測點)各子因素與母因素之間的絕對差值的最大值為：

同一觀測時刻(觀測點)各子因素與母因素之間的絕對差值的最小值為：

2.4計算關聯度及根據關聯度排序

母序列與子序列的關聯系數Lt(i,0)為：

ρ∈(0,1)，ρ 一般取0.5。

關聯度為:

3應用實例

中國石油天然氣股份有限公司(以下簡稱中國石油)在鄂爾多斯盆地可供煤層氣勘探開發的區塊總面積約8.8×104km2,利于煤層氣勘探開發的區域主要集中在盆地的東緣，持續被多名學者所關注[11～14]，其中煤層埋深淺于1500m的煤層氣地質資源量約9×1012m3。研究區內整體呈一單斜構造，地層平緩，南北走向，傾向西，傾角為5～10°。斷層延伸距離短，均為逆斷層，斷距小于60m。石炭系-二疊系煤系地層十分發育,煤層層數多,分布較穩定,煤層集中發育在太原組和山西組。研究的8+9號煤屬于太原組，屬于潮坪及三角洲沉積體系,煤層厚3.80～15.52m，平均厚為10.61m，埋深淺于1200m。實測含氣量(空氣干燥基)4.30～6.03m3/t，平均值4.93m3/t。煤體結構多樣，儲層非均質性強。因此，如何進行煤層氣含氣區塊井區的優選排序，對于下一步先導實驗井區的選擇，及產能的確定具有一定的指導意義。

3.1確定分析序列

通過工區均勻分布的11個數據點(11口井)的參數(含氣量、厚度、臨儲比、埋深、滲透)，確定最優值系列作為參考系列，即為母系列。最優值應為產量與地質因數的相關關系，通過鄰區生產資料分析，認為除埋深外其他參數與產量呈正比關系。從經濟開發來看，埋深越淺越經濟。11口井的參數作為比較系列(子系列)，見表1。

表1　11口井數據參考序列和比較系列表

3.2無量綱化

將計算關聯度的數據列進行無量綱化處理，用均一化處理，即各參數除以各參數的平均值，結果見表2。

表2　各井參數均一化表

3.3求絕對差

比較序列和參考序列的絕對差，結果見表3。

3.4求兩級最小差、最大差和關聯度

求得Δmax和Δmin，分別為{0.34,0.73,1.05,2.45,0.45}和{0,0,0,0,0}，確定各井各項指標關聯度系數，見表4。

表3　比較序列和參考序列絕對差表

表4　各井各項指標關聯度系數

表5　各井關聯度終值表

各井與最優井的關聯度如表5所示，可以看出，3號井>9號井>5號井>6號井>11號井>7號井>8號井>10號井>4號井>2號井>1號井，因此認為3號井是該區最優的有利井區。再考慮到該區各井的頂板保存條件，2號井、1號井的頂板直接接觸砂巖，砂巖厚度為10m左右，不利于煤層氣的保存，采取一票否決或次序最低。煤體結構10號井、4號井、8號井發育碎裂煤，但以碎粒煤為主，不利于煤層氣的開發，次序降低。從水文條件來說，11號井、7號井距離水動力活躍區較近，不利于煤層氣的保存，次序降低。綜合以上分析，認為3號井>9號井>5號井>6號井>11號井,其他各井次序靠后，得到以地質參數為基礎的井優選排序。

4結論

1)建立了一種適應于勘探開發初期，煤層氣有利井區或區塊的優選方法。該方法較層次分析法客觀性強，對結果的精度要求較高，操作簡單，可短時間內做出決策。

2)處于開發初期的中階煤，產能與本區地質因數關聯性較差，數據點較少，而地質評價參數較多，為了快速井區優選，采用煤層含氣量、煤層厚度、水文地質條件、頂板保存條件、臨儲比、煤層埋深、煤體結構和滲透等參數為關鍵評價參數，建立評價體系。對于可量化的用灰色關聯分析排序，再利用不可量化的水文地質條件、頂板保存條件和煤體結構，加以綜合考慮，最終確定有利井區排序。

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[編輯]洪云飛

[文獻標志碼]A

[文章編號]1673-1409(2016)10-0017-05

[中圖分類號]O29

[作者簡介]劉靈童(1983-)，女，碩士，工程師，現主要從事常規和非常規開發地質方面的研究工作；通信作者:張毅，327899468@qq.com。

[基金項目]中海油能源發展重大專項(HFXMLZ-CJFZ1306)。

[收稿日期]2015-12-27

[引著格式]劉靈童，王文升，尹彥君，等.灰色關聯分析在中階煤層氣有利井區快速優選中的應用[J].長江大學學報(自科版)，2016,13(10)：17～21.