儲層綜合分類評價研究思路與方法

裴向兵

（中石油煤層氣有限責任公司，山西呂梁033200）

儲層評價主要是對儲層儲集油氣的能力進行評價，其目標是尋找優質有效儲層發育區，明確優質有效儲層分布規律，評價結果能有效指導油田的開發，是儲層研究的重要內容之一[1-2]。由于儲集層孔隙類型多樣、結構復雜、孔滲相關關系差、非均質強，在不同的條件下，儲集性能差異非常顯著。因此，加強對含油氣盆地儲層儲集性能的評價，分析控制其儲集性能的主要因素，對于有效儲集體的預測具有重要的作用，對油氣的勘探和開發具有重要的指導意義[1-2]。總結國內相關研究文獻，儲層綜合分類評價的研究思路主要評價參數的選擇和評價方法的選擇兩個關鍵部分，即遵循“確定合理評價參數、選取適當評價方法、確定評價參數權重系數、綜合分類評價指標、綜合分類評價”的研究思路，對儲層展開綜合分類評價，為油氣勘探開發提供理論指導。分類評價方法總的趨勢是從定性到定量，從單因素到多因素綜合，從宏觀到微觀與宏觀相結合；發展總體上經歷三個階段：單因素或多因素綜合的定性分類評價階段，多因素綜合的半定量分類評價階段，多因素綜合定量分類評價階段[3-4]。

1 儲層綜合分類評價研究思路

儲層綜合評價是在全面考慮儲層綜合特征影響因素的基礎上根據不同影響因素對儲層影響情況的區別對不同儲層綜合特征展開評價。其基礎是對儲層綜合特征的影響因素進行分析，進而確定儲層綜合特征的主控因素。儲層綜合特征受沉積環境、成巖作用、地層溫壓、埋藏時間、烴類充注、綠泥石環邊及構造活動等多種因素的綜合控制。具體表現在沉積環境通過控制砂巖的成分、粒度、分選、沉積構造、單層厚度、雜基含量等，來影響砂體的儲集性能[5-7]，此外不同碎屑顆粒組成的致密砂巖儲層，在開發過程中其壓力敏感性存在明顯的差異，且沉積物分選差，膠結物含量高，塑性顆粒含量高的儲層其壓力敏感性越明顯。在明確儲層綜合特征主控因素的基礎上，選擇主控因素表征參數作為儲層綜合特征的評價參數，借助相關分析方法確定不同評價參數對儲層綜合特征影響的權重系數；對單個評價參數采用極大值標準化法確定不同評價情況下的得分，根據不同評價參數的得分及其對儲層綜合特征影響的權重系數，求得最終的儲層綜合評價得分（圖1）。

圖1 儲層綜合分類評價

2 儲層綜合分類評價研究方法

2.1 單因素或多因素綜合的定性分類評價方法

目前，我國儲層分類評價主要采用定性分類評價方法，不同的學者根據不同地區的實際情況進行具體分類評價。如以孔隙度差值和滲透率差值為對比評價參數，分析有效儲層發育的主控因素，通過不同控制因素的耦合對儲層進行綜合分類，以單井經濟產能為約束，評價不同類型儲層的經濟潛力。對東營凹陷古近系沙河街組深部儲層展開應用，在明確沉積作用是最重要的控制因素，成巖作用對儲層的控制作用受控于沉積作用和地層壓力的基礎上通過主控因素的耦合將其劃分為四類八亞類，以單井經濟產能為約束的評價表明，其中Ⅰ類、Ⅱ1亞類及部分Ⅱ2亞類儲層為優質儲層；部分Ⅱ2亞類、Ⅲ1亞類儲層為中等有效儲層；Ⅱ3、Ⅲ2及Ⅲ3亞類儲層實施酸化壓裂后部分為低等有效儲層；Ⅳ類儲層為非有效儲層。評價方法從早期的單因素定性評價向現階段表征儲層綜合特征的多因素定性評價發展，但是由于定性評價多依賴主觀經驗，評價參數的選擇有限。

2.2 多因素綜合半定量評價階段

隨著油氣儲層評價方法的不斷發展，以全面表征儲層特性為目的的多因素綜合評價方法得到了廣泛的應用。學者在綜合分類評價時并不考慮各參數對總體特征影響的差異，焦創赟等[8]，采用孔隙度、滲透率、分選系數、變異系數、中值壓力、中值半徑、排驅壓力、最大汞飽和度、退汞效率、平均孔喉半徑、碳酸鹽含量作為儲層評價參數，在聚類分析的基礎上將鄂爾多斯盆地白豹油田三疊系延長組長4+5砂巖儲層分為Ⅰ類中高孔—中高滲儲層、Ⅱ類低孔低滲儲層、Ⅲ類特低孔特低滲儲層。通過聚類分析進行儲層多因素綜合評價時并未考慮不同參數對總體特征影響的差異，并且聚類分析的數據一致性要求較高，使得其評價結果的準確性有待驗證。

2.3 多因素綜合定量分類評價階段

在多因素綜合定量分類評價方法被廣泛應用的同時，為了減少確定不同參數權重系數人為主觀因素的影響，將相關數學方法和理論應用到權重系數的確定中。以層次分析法、灰色關聯法、因子分析法、主成分分析法、神經網絡法為代表的一系列確定權重系數方法的出現使得多因素綜合評價走向定量化階段。

2.3.1 層次分析法確定權重系數的多因素綜合定量分類評價

王建東等[9]以孔隙度、滲透率、粒度中值、滲透率變異系數、泥質體積分數、含油飽和度為評價參數，通過層次分析方法確定各參數的權重系數對大慶薩爾圖油田北二區東部SⅡ油層組和PⅠ油層組展開綜合分類評價，根據綜合評價指標：大于0.6為Ⅰ類，0.6~0.45為Ⅱ類，0.45~0.3為Ⅲ類，小于0.3為Ⅳ類，與研究區儲層實際特征具有很好的一致性。層次分析在確定判別矩陣時依賴一定的主觀經驗判斷，但是經過判別矩陣的一致性檢驗使其具有嚴格的邏輯性，是一種將定性與定量相結合的權重系數確定方法。

2.3.2 灰色關聯法確定權重系數的多因素綜合定量分類評價

張琴等[4]選取儲集性能參數(孔隙度、滲透率)、顆粒分選性、泥質含量、粒徑、埋藏壓實程度、溶蝕作用及膠結作用強度等參數作為儲層質量評價參數，按照灰色關聯分析法求取各子因素相對于母因素——孔隙度的權重系數，對東營凹陷古近系沙河街組碎屑巖儲層展開綜合定量分類評價，其評價結果與總公司碎屑巖儲層分類標準進行評價的結果基本一致。灰色關聯法通過分析母因素與子因素之間的相似程度以確定權重系數，其評價較為客觀，但是其確定的母因素對總體特征的影響最為顯著，這不可避免地加入了主觀因素，而且該方法確定的子因素權重系數往往相差不明顯，這也給精細的綜合評價帶來了一定的困難，并且將關聯度與權重系數等價的合理性有待進一步明確。

2.3.3 因子分析法確定權重系數的多因素綜合定量分類評價

呂紅華等[1]將儲層厚度、孔隙度、滲透率、含油飽和度、小層鉆遇率作為評價參數，通過因子分析確定了物性因子、面積因子、厚度因子、含油性因子四個主因子，通過計算各主因子得分及對應的方差貢獻率即權重系數得到最終的綜合得分，借助聚類分析對綜合結果進行分級，將柴達木盆地花土溝油田新近系砂巖儲層分為4類，該儲層評價方法具有定量化、地質意義明確的優點。因子分析通過定義新的變量來實現儲層的分類，且這種變量具有明確的實際意義，權重數據來源參數對評價目的的影響，比較客觀；然而由于變量的重建，因而很難明確單一控制因素對儲層的影響。

2.3.4 主成分分析法確定權重系數的多因素綜合定量分類評價

彭仕宓等[3]選取孔隙度、滲透率、礫石含量、粒度中值、滲透率變異系數、滲透率突進系數、滲透率級差、夾層頻率、夾層密度、主要喉道半徑、平均喉道半徑、最大連通孔喉半徑、喉道半徑均值作為評價參數，通過主成分分析確定各主成分組成及其對應的權重系數求得儲層綜合評價指數，對遼河油田冷東—雷家地區儲層展開分類評價，根據綜合判別指數-2.1~-0.84為Ⅰ類儲層，-0.84~0.145為Ⅱ類儲層，0.145~1.24為Ⅲ類儲層，大于1.24為Ⅳ類儲層，取得了很好的效果。主成分分析法與因子分析法類似，通過各個評價參數的線性組合關系來確定主成分，在確定各主成分權重系數的基礎上求取主成分控制下的綜合評價指標，權重數據來源參數對評價目的的影響，比較客觀。

2.3.5 神經網絡法確定權重系數的多因素綜合定量分類評價

冉啟全等[10]將孔隙度、滲透率、拍驅壓力、最大連通孔喉半徑、飽和度中值壓力、汞未飽和體積、孔喉均值作為儲層評價參數，在已明確部分儲層樣品點分類結果的情況下，通過神經網絡法的自主學習功能來自動獲取各評價參數的權重系數，在此基礎上借助模糊判別的方法對待評價儲層展開綜合分類評價，其評價結果與真實類型吻合良好，且明顯優于人工經驗確定權重的評價結果。神經網絡法權重系數的確定主要借助其自主學習功能，比較客觀；學習樣本的建立是權重系數確定的關鍵。

2.3.6 其他方法

此外，部分學者將一些其他方法引入到儲層綜合分類評價中，取得了較好效果。如借助地理信息系統(GIS)的柵格數據疊加分析方法，提出了GIS輔助儲層綜合評價的從單因素評價到多因素綜合的漸進分析方法，應用該方法對徐家圍子斷陷登婁庫組四段儲集層展開分類評價，在單因素評價的基礎上通過多因素綜合，將儲層劃分為有利(Ⅰ類)、較有利(Ⅱ類)、較差(Ⅲ類)、差(Ⅳ類)4類。

3 儲層綜合分類評價應用探討

3.1 基于最優化標準的儲層綜合分類評價方法

針對未開展過儲層綜合分類評價，且儲層綜合特征主控因素不明確的研究區，為了能夠全面表征各評價參數對儲層綜合特征，首先采用特征參數法、熵值法、譜系聚類發、綜合分析法等初步優選評價參數，在此基礎上采用專家經驗法，確定各評價參數控制下的低滲透儲層最優化組合模式。借鑒層次分析法，建立影響儲層性質參數間的邏輯層次結構，通過專家經驗法建立判別矩陣，求取不同參數對儲層影響的權重系數；運用灰色關聯的思想，求取待分類評價儲層與理想儲層之間的關聯度，通過關聯度的大小，對儲層的優劣進行排序；應用Q型聚類的方法，對儲層經行綜合分類評價，并總結不同類型儲層各評價參數特征；借組模糊判別與灰聚類判別的方法，對剩余待評價儲層展開分類判別，最終實現儲層的綜合分類評價（圖2）。

圖2 基于最優化標準的儲層綜合分類評價方法

3.2 基于權重系數分析的儲層綜合分類評價方法

對未開展過儲層綜合分類評價，但儲層綜合特征主控因素能夠明確的研究區，以儲層綜合特征最主要的主控因素為母因子，其他的因素為子因子，開展灰色關聯分析，確定不同評價參數對儲層綜合特征影響的權重系數；或借助確定的儲層綜合特征主控因素的主次關系，建立綜合判別矩陣，確定不同評價參數的權重系數，對兩種方法確定的權重系數進行對比，以實際地質情況為約束條件，確定各評價參數最終的權重系數。應用Q型聚類的方法，對儲層經行綜合分類評價，并總結不同類型儲層各評價參數特征；借組模糊判別與灰聚類判別的方法，對剩余待評價儲層展開分類判別，最終實現儲層的綜合分類評價（圖3）。

圖3 基于權重系數分析的儲層綜合分類評價方法

3.3 基于模糊判別的儲層綜合分類評價方法

對已開展過儲層綜合分類評價，并形成了不同類型儲層評價參數分類標準的地區對其他待評價儲層的綜合分類評價可以借組模糊判別法或灰聚類判別法開展儲層綜合分類評價。即在確定不同類型儲層評價參數分類標準的條件下，借助層次分析通過建立判別矩陣及進行一致性檢驗，確定不同評價參數對儲層綜合特征影響的權重系數。采用菱形函數對待評價的儲層各評價參數屬于對應類型儲層評價參數的隸屬的經行求取，結合確定的不同評價參數的權重系數，最終求取待評價儲層屬于不同類型儲層的隸屬度，根據最大隸屬度原則，確定儲層最終所屬的類型，實現儲層的綜合分類評價（圖4）。

圖4 基于模糊判別的儲層綜合分類評價方法

4 結論

（1）明確了儲層綜合分類評價的研究思路：“確定合理評價參數、選取適當評價方法、確定評價參數權重系數、綜合分類評價指標、綜合分類評價”的整體研究思路。

（2）總結儲層綜合分類評價方法：綜合分類評價方法總的趨勢是從定性到定量，從單因素到多因素綜合，從宏觀到微觀與宏觀相結合；發展總體上經歷三個階段。

（3）形成了不同類型儲層評價參數分類標準的地區對其他待評價儲層的綜合分類評價可以借組模糊判別法或灰聚類判別法開展儲層綜合分類評價。