基于互信息矩阵的油层气油比识别新方法——以南海北部湾盆地涠洲油田为例

doi:10.11867/j.issn.1001-8166.2022.047

地球科学进展 ›› 2022, Vol. 37 ›› Issue (8): 851 -862. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2022.047

王任一 ¹(

), 张登辉 ¹, 郭书生 ², 黄导武 ³, 许彪 ¹

^1.浙江海洋大学石油化工与环境学院，浙江舟山 316022
^2.中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东湛江 524057
^3.中海石油（中国）有限公司上海分公司，上海 200030

收稿日期:2022-05-12 修回日期:2022-07-14 出版日期:2022-08-10
基金资助:
浙江省自然科学基金项目“基准面旋回沉积响应机理定量研究”(LY20D020002);国家科技重大专项项目“基于边界层理论的非线性渗流模型研究”(2017ZX05072005)

A New Method for Identification of Gas-Oil Ratio of Oil Layer Based on Mutual Information Matrix: A Case Study of the Weizhou Oilfield in the Beibu Gulf Basin of the South China Sea

Renyi WANG ¹( ), Denghui ZHANG ¹, Shusheng GUO ², Daowu HUANG ³, Biao XU ¹

^1.School of Petrochemical Engineering and Environment, Zhejiang Ocean University, Zhoushan Zhejiang 316022, China
^2.Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd. , Zhanjiang Zhejiang 524057, China
^3.Shanghai Branch of CNOOC Ltd. , Shanghai 200030, China

Received:2022-05-12 Revised:2022-07-14 Online:2022-08-10 Published:2022-09-13
About author:WANG Renyi (1968-), male, Tianshui City, Gansu Province, Associate professor. Research areas include marine oil and gas resources development teaching and research work. E-mail: wangry0123@163.com
Supported by:
the Natural Science Foundation of Zhejiang Province “Quantitative research on the sedimentation response mechanism of base level cycle”(LY20D020002);The National Science and Technology Major Project of China “Research on the nonlinear percolation model based on boundary-layer theory”(2017ZX05072005)

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针对涠洲油田不同气油比油层具有相近中子挖掘效应特征，造成高气油比油层识别困难的问题。利用测井解释、油层测试分析、岩电实验和数值模拟等方法，对不同气油比油层测井响应特征、形成机理和侵入带电阻率影响因素等方面进行综合研究表明： $①$ 中高气油比油层具有近乎接近的中子挖掘测井响应特征。只有在低气油比及相近地层压力情况下，中子挖掘效应法才能有效区分气油比高低，它是一种“窄谱”识别方法。 $②$ 油气流体压缩系数对气油比变化很敏感，气油比越高，油气流体压缩系数越大，二者呈近似线性关系。利用油气流体压缩系数识别油层气油比方法，是一种“广谱”识别新方法。 $③$ 通过求取重构后阵列感应电阻率测井曲线间互信息矩阵，可使隐含在阵列感应电阻率测井资料中气油比高低信息得到放大，互信息矩阵中互信息值的大小近似反映气油比高低信息。基于互信息矩阵的气油比识别方法，克服了中子挖掘效应法的适用限制条件，实现利用油气流体压缩系数对不同气油比油层的“广谱”识别。

关键词: 高气油比油层, 中子挖掘效应, 流体压缩系数, 侵入带电阻率响应, 互信息矩阵

Identifying oil layers with high gas-oil ratios in the Weizhou Oilfield is difficult because of the similar neutron excavation effect characteristics in oil layers with different gas-oil ratios. To address this problem, the logging response characteristics, formation mechanism, and influencing factors of the resistivity response in the invasion zone of oil layers with different gas-oil ratios were studied by synthetically using log interpretation, oil layer test analysis, rock electricity experiments, and numerical simulations. The results indicate the following: $①$ high gas-oil ratio oil layers have neutron excavation logging response characteristics that are close to those of medium gas-oil ratio layers. The neutron excavation effect method, which is a “narrow-spectrum” identification method, can only effectively distinguish gas-oil ratios when they are low and have close formation pressure. $②$ The oil-gas fluid compressibility is sensitive to the change in the gas-oil ratio; the higher the gas-oil ratio, the greater is the oil-gas fluid compressibility. A nearly linear relationship exists between the gas-oil ratio and the oil-gas fluid compressibility, which could serve as a new “broad-spectrum” identification method to identify the gas-oil ratio by compressibility of the oil-gas fluid. $③$ By calculating the mutual information matrix between the reconstructed array induction resistivity logging curves, information about the gas-oil ratio implicitly contained in the logging data of array induction resistivity can be highlighted. The value of mutual information in the matrix approximately reflects the information regarding the gas-oil ratio. The gas-oil ratio identification method based on a mutual information matrix can overcome the limitations of the neutron excavation effect method, and the “broad-spectrum” identification of different oil-gas ratios of the oil layer can be realized by using oil-gas fluid compressibility. This method has achieved good results in the application in the Weizhou Oilfield in the Beibu Gulf Basin of the South China Sea and provides a new idea for the quantitative identification of the gas-oil ratio of oil reservoirs in similar oilfields.

Key words: High gas-oil ratio oil layer, Neutron excavation effect, Fluid compressibility, Resistivity response of invaded zone, Mutual information matrix

中图分类号:

P618.13

图1 地层条件下油气流体密度、含氢指数以及压缩系数与气油比关系

Fig. 1 Relationship between density， hydrogen index， compressibility， and gas-oil ratio of hydrocarbon fluid in formation conditions

图2 岩芯分析含水饱和度与渗透率关系图

Fig. 2 Relationship between water saturation and permeability in core analysis

图3 相对侵入深度与储层渗透率、油气流体压缩系数的关系图

Fig. 3 Relationship between relative intrusion depth and reservoir permeability and compressibility of hydrocarbon fluid

图4 不同渗透率下相对侵入深度与流体压缩系数关系曲线

Fig. 4 Relationship curve between relative intrusion depth and compressibility of hydrocarbon fluid at different permeability

图5 电阻率（ R_t ）与含水饱和度（ S_w ）之间的关系
（a）注入水和地层水电阻率接近情况下；（b）注入水电阻率大于地层水电阻率情况下

Fig. 5 Relationship between water content saturation （ S_w ） and resistivity （ R_t ）
（a） When the resistivity of injected water is close to that of formation water；（b） When the resistivity of injected water is greater than that of formation water

图6 E7井不同气油比油层测井响应特征

Fig. 6 Logging response characteristics of reservoirs with various gas-oil ratios in Well E7

图7 E7井3个不同气油比油层的互信息曲线

Fig. 7 Mutual information curve of three oil layers with different gas-oil ratios in Well E7

表1 利用互信息矩阵油层气油比识别方法的参考标准

Table 1 Reference standard for gas-oil ratio identification method using mutual information matrix

油层气油比类型	互信息矩阵特征
油层气油比类型	最大值	方差
高气油比	最大值偏高，个数多（I₃₅=0.97，I₂₅=0.99，I₁₅=1.00，说明侵入深度超过90 in）	大幅跳跃的“锯齿状” （方差0.124，U型电阻率响应特征显著）
中等气油比	最大值较高，个数少（I₂₄=0.93，说明侵入深度接近60 in）	波动变化大（方差0.039，出现U型电阻率响应特征）
低气油比	最大值偏低，个数最少（I₂₃=0.73，说明侵入深度不超过30 in）	波动变化平缓（方差0.015，没有U型电阻率响应特征）

表1 利用互信息矩阵油层气油比识别方法的参考标准

Table 1 Reference standard for gas-oil ratio identification method using mutual information matrix

油层气油比类型	互信息矩阵特征
油层气油比类型	最大值	方差
高气油比	最大值偏高，个数多（I₃₅=0.97，I₂₅=0.99，I₁₅=1.00，说明侵入深度超过90 in）	大幅跳跃的“锯齿状” （方差0.124，U型电阻率响应特征显著）
中等气油比	最大值较高，个数少（I₂₄=0.93，说明侵入深度接近60 in）	波动变化大（方差0.039，出现U型电阻率响应特征）
低气油比	最大值偏低，个数最少（I₂₃=0.73，说明侵入深度不超过30 in）	波动变化平缓（方差0.015，没有U型电阻率响应特征）

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