灰色关联分析在中阶煤层气有利井区快速优选中的应用

2016-05-23

长江大学学报(自科版) 2016年10期

关键词：灰色关联分析评价指标

张毅

(长江大学信息与数学学院，湖北荆州 434023)

陈岩

(油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学), 湖北武汉 430100)

灰色关联分析在中阶煤层气有利井区快速优选中的应用

张毅

(长江大学信息与数学学院，湖北荆州 434023)

陈岩

(油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学), 湖北武汉 430100)

[摘要]我国的中阶煤层气资源丰富,而开发初期对于中煤阶煤层气有利井区优选评价,目前还没有成形的成熟模式。以鄂尔多斯盆地东缘某煤层气含气区块为例，根据开发阶段中阶煤产量的主要影响因素，应用灰色关联分析的方法进行有利井区评价，排序。从资源条件、赋存条件、开发条件角度出发，筛选出含气量、煤层厚度、水文地质条件、顶板保存条件、地解比、渗透率等多个评价指标，通过分析序列、无量纲化计算关联度，并综合应用地质研究认识，进行有利井区快速排序，预测先导实验区。该方法适合其他类似煤层气含气区块的有利井区优选评价。

[关键词]中阶煤层气；有利井区；鄂尔多斯盆地；评价指标；灰色关联分析

煤层气煤层气生产机理复杂，影响因素众多，还未形成较为成熟的开发初阶段的选区评价模式。模糊数学多层次分析方法是进行选区评价较常用的理论方法[1～3]，该方法概念直观，计算方便，容易理解。但其最大的缺憾是主观性强，客观性差。而灰色关联分析最大的优点是客观性强，避免了人的主观判断带来的影响[4，5]。鄂尔多斯盆地东缘(以下简称盆地东缘)一直是煤层气勘探的活跃区，煤层的镜质体反射率为0.5%～2.0%，煤岩变质程度主要是中煤阶分布范围[6]。中阶段煤层气开发阶段的主要影响因素已经不是煤层气的生气潜力、储集性能和保存条件，而是煤层气的资源条件、赋存条件和开发条件[7]。下面，笔者从这几方面建立研究区评价体系，利用灰色关联分析开展井区优选评价。

1评价参数优选

图1　煤层气有利开发区综合评价体系

煤层气地质选区评价是煤层气资源勘探开发的一项极为重要的基础工作。对煤层气地质选区评价指标的选择，不同的煤层气勘探或开发阶段有所不同，不同的煤质变质程度有所不同[8]。笔者针对鄂尔多斯盆地东缘，进入开发阶段的中煤阶区块来讲，主要考虑煤层的资源条件、赋存条件和开发条件3 个方面，共22个主要地质参数: 煤层厚度、渗透率、含气量、资源丰度、资源量、储层兰氏体积、兰氏压力、临储比、灰分含量、煤层演化程度、吸附饱和度、煤层原始渗透率、煤储层压力、埋深、煤体结构、有效地应力、煤层割理、裂隙发育程度、煤层含气面积、盖层砂泥比、构造条件及水文地质条件。经优选，煤层含气量、煤层厚度、水文地质条件、顶板保存条件、临储比、煤层埋深、煤体结构和渗透等参数为关键评价参数，建立的评价体系如图1所示。水文地质条件、顶板保存条件和煤体结构无法量化，在其他参数进行完灰色关联分析后，加以综合考虑，最终确定有利井区排序。

2评价方法

开发成熟阶段可用煤层气井稳产时的产量与关键地质参

数的关联程度，赋予权重[9]，李俊乾等在2014年详细介绍了原理及方法[10]。在开发时间短，地质参数与产量统计数据相关性不强的工区，可以用灰色系统理论法。该方法通过灰色关联分析来寻求系统中各因素的主要关系，找出影响各项评价指标的重要因素，从而掌握事物的主要特征。根据因素之间发展趋势的相似或相异程度，亦即“灰色关联度”，作为衡量因素间关联程度的一种方法。

2.1确定分析序列

实际操作时，可利用绘制地质参数平面等值线图，进行矢量化并赋值，建立适当的网格，将各地质参数等值线图进行网格化处理，再进行灰色关联分析，进行区块性分析。

2.2对变量序列进行无量纲化

一般情况下，原始变量序列具有不同的量纲或数据级，为了保证分析结果的可靠性，需要对变量序列进行无量纲化，常用的有均一化法、初值化法、区间值化法等。笔者采用均一化法，即各参数除以各参数的平均值。

2.3求绝对差序列、最大差和最小差

同一观测时刻各子因素与母因素之间的绝对差值为：

同一观测时刻(观测点)各子因素与母因素之间的绝对差值的最大值为：

同一观测时刻(观测点)各子因素与母因素之间的绝对差值的最小值为：

2.4计算关联度及根据关联度排序

母序列与子序列的关联系数Lt(i,0)为：

ρ∈(0,1)，ρ 一般取0.5。

关联度为:

3应用实例

中国石油天然气股份有限公司(以下简称中国石油)在鄂尔多斯盆地可供煤层气勘探开发的区块总面积约8.8×104km2,利于煤层气勘探开发的区域主要集中在盆地的东缘，持续被多名学者所关注[11～14]，其中煤层埋深浅于1500m的煤层气地质资源量约9×1012m3。研究区内整体呈一单斜构造，地层平缓，南北走向，倾向西，倾角为5～10°。断层延伸距离短，均为逆断层，断距小于60m。石炭系-二叠系煤系地层十分发育,煤层层数多,分布较稳定,煤层集中发育在太原组和山西组。研究的8+9号煤属于太原组，属于潮坪及三角洲沉积体系,煤层厚3.80～15.52m，平均厚为10.61m，埋深浅于1200m。实测含气量(空气干燥基)4.30～6.03m3/t，平均值4.93m3/t。煤体结构多样，储层非均质性强。因此，如何进行煤层气含气区块井区的优选排序，对于下一步先导实验井区的选择，及产能的确定具有一定的指导意义。

3.1确定分析序列

通过工区均匀分布的11个数据点(11口井)的参数(含气量、厚度、临储比、埋深、渗透)，确定最优值系列作为参考系列，即为母系列。最优值应为产量与地质因数的相关关系，通过邻区生产资料分析，认为除埋深外其他参数与产量呈正比关系。从经济开发来看，埋深越浅越经济。11口井的参数作为比较系列(子系列)，见表1。

表1　11口井数据参考序列和比较系列表

3.2无量纲化

将计算关联度的数据列进行无量纲化处理，用均一化处理，即各参数除以各参数的平均值，结果见表2。

表2　各井参数均一化表

3.3求绝对差

比较序列和参考序列的绝对差，结果见表3。

3.4求两级最小差、最大差和关联度

求得Δmax和Δmin，分别为{0.34,0.73,1.05,2.45,0.45}和{0,0,0,0,0}，确定各井各项指标关联度系数，见表4。

表3　比较序列和参考序列绝对差表

表4　各井各项指标关联度系数

表5　各井关联度终值表

各井与最优井的关联度如表5所示，可以看出，3号井>9号井>5号井>6号井>11号井>7号井>8号井>10号井>4号井>2号井>1号井，因此认为3号井是该区最优的有利井区。再考虑到该区各井的顶板保存条件，2号井、1号井的顶板直接接触砂岩，砂岩厚度为10m左右，不利于煤层气的保存，采取一票否决或次序最低。煤体结构10号井、4号井、8号井发育碎裂煤，但以碎粒煤为主，不利于煤层气的开发，次序降低。从水文条件来说，11号井、7号井距离水动力活跃区较近，不利于煤层气的保存，次序降低。综合以上分析，认为3号井>9号井>5号井>6号井>11号井,其他各井次序靠后，得到以地质参数为基础的井优选排序。

4结论

1)建立了一种适应于勘探开发初期，煤层气有利井区或区块的优选方法。该方法较层次分析法客观性强，对结果的精度要求较高，操作简单，可短时间内做出决策。

2)处于开发初期的中阶煤，产能与本区地质因数关联性较差，数据点较少，而地质评价参数较多，为了快速井区优选，采用煤层含气量、煤层厚度、水文地质条件、顶板保存条件、临储比、煤层埋深、煤体结构和渗透等参数为关键评价参数，建立评价体系。对于可量化的用灰色关联分析排序，再利用不可量化的水文地质条件、顶板保存条件和煤体结构，加以综合考虑，最终确定有利井区排序。

[参考文献]

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[3]韩俊,邵龙义,肖建新,等.多层次模糊数学在煤层气开发潜力评价中的应用[J].中国煤田地质与勘探，2008，36(3): 31～35.

[4]姜启源,谢金星,叶俊.数学模型[M].北京：高等教育出版社，2011：249～269.

[5]陈恩水,王峰.数学建模与实验[M].北京：科学出版社，2008：45～56.

[6]接铭训.鄂尔多斯盆地东缘煤层气勘探开发前景[J].天然气工业,2010,30(6):1～6.

[7] 陈晓智,汤达祯,许浩,等.低、中煤阶煤层气地质选区评价体系[J].中国煤田地质与勘探，2012，42(2)115～120.

[8]李五忠，田文广，陈刚，等.不同煤阶煤层气选区评价参数的研究与应用[J].天然气工业,2010,30(6):45～47.

[9]杜栋,庞庆华,吴炎.现代综合评价方法与案例精选版[M].第2版.北京:清华大学出版社,2008:111～139.

[10]李俊乾，刘大锰，姚艳斌，等.基于主地质参数的煤层气有利开发区优选及应用[J].现代地质,2014,42(2):115～120.

[11]王明寿，汤,达祯，等鄂尔多斯盆地东缘煤层气的地质特征[J].现代地质，2005,19(增刊)：176～180.