引用本文
刘慧明. 层次分析法在致密油地质、工程双甜点评价指标体系构建中的应用及实钻验证[J]. 录井工程, 2024,35(4): 48-55.
LIU Huiming. Application of analytic hierarchy process in the construction of evaluation indicator system for tight oil geological and engineering double sweet spots and its validations through actual drilling[J]. Mud Logging Engineering, 2024,35(4): 48-55.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2024.04.008  
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层次分析法在致密油地质、工程双甜点评价指标体系构建中的应用及实钻验证
刘慧明
中国石油大庆钻探地质录井公司（地质研究院）

作者简介：刘慧明 工程师,1984年生,2012年毕业于中国石油大学（北京）地质工程专业,现在中国石油大庆钻探地质录井公司（地质研究院）从事地质录井资料综合解释研究工作。通信地址：138000 吉林省松原市宁江区地钻北路33号。电话：13384383961。E-mail：liuhuiming@cnpc.com.cn

收稿日期: 2024-10-28
摘要

近年来工程甜点的重要性日益突出,但因致密油的开发仍以地质甜点为对象而极大地限制了油藏的可动用区域。即使在致密油开发中考虑工程甜点的概念,但如何将地质甜点与工程甜点有机结合,进行一体评价仍是难题。为了对致密油进行地质、工程双甜点评价,首先构建包含地质、工程双甜点评价指数的指标体系,然后应用层次分析法确定指标体系中各指标的权重并根据指标权重计算出地质、工程双甜点评价指数。以吉林油田为应用实例,展示了如何应用层次分析法构建每个井位对应目的层的地质、工程双甜点评价指数,通过绘制地质甜点、工程甜点及地质、工程双甜点评价指数平面图,发现新的甜点可动用区域;同时介绍了如何构建计算致密油水平井的地质、工程双甜点评价指数,并通过实例展示地质、工程双甜点评价指数在钻进过程中对井眼轨迹的调控以及有效追寻油层甜点的突出作用。井场的实钻应用验证表明,基于层次分析法的致密油地质、工程双甜点评价指数能够为油气勘探与开发提供全面和准确的指导,证明了其在地质工程评价中的实用性和有效性。

关键词: 致密油储层; 甜点评价; 层次分析法; 地质甜点; 工程甜点
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A
Application of analytic hierarchy process in the construction of evaluation indicator system for tight oil geological and engineering double sweet spots and its validations through actual drilling
LIU Huiming
CNPC Daqing Drilling & Exploration Engineering Corporation Geological Logging Company（Geological Research Institute）, Songyuan, Jilin 138000, China
Abstract

In recent years, the importance of engineering sweet spots has become increasingly prominent, but the development of tight oil still focuses on geological sweet spots, which greatly limits the recoverable areas of oil reservoirs. Even though the concept of engineering sweet spots is considered in the development of tight oil, how to organically combine geological sweet spots with engineering sweet spots and conduct integrated evaluation is still a difficult problem. In order to evaluate the geological and engineering double sweet spots of tight oil, an indicator system including geological and engineering double sweet spot evaluation indices is first constructed. Then, the analytic hierarchy process is applied to determining the weight of each indicator in the indicator system and calculating the evaluation indices of the geological and engineering double sweet spots based on the indicator weights. Taking Jilin Oilfield as an application example, this paper presents how to use analytic hierarchy process to construct the evaluation indices of the geological and engineering double sweet spots for the target beds corresponding to each well position. By drawing the evaluation index plans of geological sweet spots, engineering sweet spots and geological and engineering double sweet spots, the new recoverable areas for sweet spots are found. At the same time, this paper introduces how to construct and calculate the evaluation indices of the geological and engineering double sweet spots for the tight oil horizontal wells, and presents the prominent role of the evaluation indices of the geological and engineering double sweet spots on regulating the well track during drilling and effectively tracing the oil layer sweet spots with the example. The actual drilling application validations at the well site show that the evaluation indices of tight oil geological and engineering double sweet spots based on the analytic hierarchy process can provide comprehensive and accurate guidance for oil & gas exploration and development, proving their practicability and effectiveness in geological and engineering evaluation.

Keyword: tight oil reservoir; sweet spot evaluation; analytic hierarchy process; geological sweet spot; engineering sweet spot
0 引言

工程甜点是指在当前技术条件下, 通过水力压裂等手段实现高效开采的储层区域。以往致密油油藏开发仅注重地质甜点的发掘, 随着工程技术的进步, 工程甜点在致密油油藏开发中的作用日趋显著, 其重要性日益突出, 仅考虑地质甜点, 忽略工程甜点的做法不足以应对日益困难的致密油油藏开发工作, 将地质甜点和工程甜点统筹考虑并综合研究应用势在必行[1]。鉴于此, 以层次分析法为基础, 建立地质、工程双甜点评价指数指标体系, 构建地质、工程双甜点评价指数, 通过地质、工程双甜点评价指数寻找以往忽略的可开发的致密油油藏甜点, 并指导工程钻进过程, 使油藏开发效果最优[2]。本文以吉林油田为研究区, 验证地质、工程双甜点评价指数在致密油甜点挖潜和水平井钻进过程中井眼轨迹调整的应用效果。

1 层次分析法基本原理及计算步骤

层次分析法是一种决策分析方法, 它通过建立层次结构模型, 将复杂问题分解为多个因素, 并通过两两比较的方式确定各因素的相对重要性。层次分析法的基本原理和计算步骤如下。

1.1 基本原理

层次分析法的基本原理是首先构建层次结构模型, 将问题分解为3个层次, 即目标层、准则层和方案层, 目标层是决策的最终目的, 准则层是影响决策的各种因素, 方案层是可供选择的具体方案; 然后构建判断矩阵, 通过专家打分或集体讨论, 对准则层和方案层中的元素进行两两比较, 通过判断矩阵确定各元素的相对重要性; 对判断矩阵进行一致性检验, 确保其合理性和一致性; 接下来计算准则层和方案层的权重, 以反映各元素对目标的贡献度; 最后将各层次的权重合成, 得到方案层相对于目标层的总权重。

1.2 计算步骤

层次分析法的计算步骤是：（1）构建层次结构, 明确决策目标, 确定影响决策的准则, 列出所有可能的方案; （2）构建判断矩阵并对准则层中的准则进行两两比较, 构建准则判断矩阵并对方案层中的方案进行两两比较, 构建方案判断矩阵; （3）计算判断矩阵的最大特征值（λ max）, 求其对应的特征向量, 即权重向量（w）; （4）计算一致性指标（CI）, CI=（λ max-n）/（n-1）, 其中n是判断矩阵阶数; （5）计算一致性比率（CR）, CR=CI/RI, 其中RI是随机一致性指数, 根据矩阵阶数n的不同而变化; （6）检验判断矩阵的一致性, 如果CR< 0.1, 则认为判断矩阵具有满意的一致性, 可以继续使用, 如果CR≥ 0.1, 则需要重新调整判断矩阵, 直至满足一致性要求; （7）计算各准则的权重, 对准则层的判断矩阵进行上述（2）-（6）步骤, 得到准则的权重; （8）计算各方案的相对权重, 将准则层的权重与方案层的权重相乘, 得到每个方案相对于目标的总权重; （9）进行方案排序, 根据方案的总权重, 对所有方案进行排序, 选择权重最高的方案作为最终决策。

层次分析法是一种灵活且实用的决策工具, 尤其适用于涉及多个准则和方案的复杂决策问题。通过结构化的方法, 帮助决策者系统地分析问题, 量化主观判断, 并找到最优解决方案。

2 地质、工程双甜点评价指数构建及应用
2.1 地质、工程双甜点评价指数构建

在致密油的甜点评价中使用单一技术参数在局部地区会出现较大偏差, 无法准确得到致密油甜点评价结果, 而采用多种技术参数综合评价, 人为判断过于武断, 数学统计涉及各种技术参数权重分配问题。层次分析法作为一种多准则决策分析方法, 其本质是将复杂的决策问题分解成多个层次和要素, 通过成对比较和一致性检验, 构建层次结构模型, 从而得出决策的优先级或权重[3]。尽管层次分析法在成对比较阶段有赖于主观判断, 但因通过一致性检验等数学方法来确保决策过程的合理性和客观性, 保证了评价的科学性。

使用层次分析法对致密油甜点进行评价, 首先要构建地质、工程双甜点评价指数指标体系, 因为不同地区、不同井型所使用的评价技术并不相同, 所以地质、工程双甜点评价指数的指标体系所涵盖的技术指标也不一样; 其次是确定基于层次分析法的地质、工程双甜点评价指数构建流程。构建流程是通用的, 主要是检测构建的判断矩阵是否一致（CR< 0.1）, 保证评价的合理性和客观性。

2.1.1 地质、工程双甜点评价指数指标体系

以往研究主要考虑地质甜点而忽略工程甜点, 但随着工程压裂技术对油气增产的作用越来越突出, 工程甜点成为压裂施工中必须考虑的重要因素[4]。地质甜点主要考虑含油性、岩性、烃源岩、物性, 而工程甜点主要考虑物性、脆性、电性、地应力, 这7个方面的因素可以概括为地质工程的七性评价[5]。图1为地质、工程双甜点评价指数的指标体系, 但不同地区及井型所使用的具体指标会有一定的差别[6]。同样是七性评价, 直井的技术参考指标相对较多, 而水平井的技术参考指标相对较少。例如, 水平井的测井项目通常比直井要少, 这是由于水平井一般是开发井, 前期已经有相关目的层的直井完成了资料录取, 为了节约开发成本, 水平井通常仅实施岩屑录井、气测录井、地化录井。因此, 直井和水平井的地质、工程双甜点评价指数指标体系要分别选取指标后建立, 不能共用一套指标体系。

图1 地质、工程双甜点评价指数的指标体系

2.1.2 地质、工程双甜点评价指数构建流程

地质、工程双甜点评价指数构建流程如图2所示。首先, 选取地质甜点和工程甜点体系中有代表性的技术指标, 建立层次分析的层次结构。针对选取的技术指标, 构建判断矩阵, 确定技术指标之间的相对重要程度, 求取最大特征值及其对应特征向量。判断构建的判断矩阵是否满足一致性要求：如不满足, 则需修改判断矩阵并重新检验; 如满足, 则对判断矩阵进行归一化处理, 计算各层因素对目标层的综合权重。将各井关键技术指标进行归一化处理, 消除各个指标量纲的影响。将综合权重与对应的归一化处理后的各个关键技术指标乘积累加, 得到该目的层的地质、工程双甜点评价指数。

图2 地质、工程双甜点评价指数构建流程

2.2 地质、工程双甜点评价指数的应用

地质、工程双甜点评价指数综合考虑地质和工程两方面因素, 进行地质、工程一体化综合评价, 有效地挖掘致密油藏潜在甜点。地质、工程双甜点评价指数现已应用于致密油老区的油藏挖潜和水平井井眼轨迹调整。

2.2.1 致密油老区油藏挖潜综合评价

实例应用区域为吉林油田内典型的致密性油藏[7], 该研究区现处于油田开发的中期阶段[8]。由于该油田区域构造复杂, 储层性质和流体特征存在显著的差异, 其开发难度较大[9]。为了更有效地进行油田开发, 对研究区进行综合研究分析, 有针对性地构建地质、工程双甜点评价指数的指标体系, 按照基于层次分析法的地质、工程双甜点评价指数构建流程, 计算并绘制区域地质甜点、工程甜点和地质、工程双甜点评价指数分布图, 通过对区域甜点分析, 更好地认识油藏分布特征, 为后续的开采工作提供科学依据和技术支持。

将地质、工程双甜点评价指数用于研究区10口井（探井1口, 评价井9口）的甜点评价, 其中9口井在甜点范围见油迹、油斑级显示, 1口井见荧光级显示。对目的层试油, 6口井获得工业油流, 该方法初见成效, 为致密油老区挖潜, 寻找潜在甜点提供有力支持。

首先选取数据相对较为齐全的井区, 进行该地区关键指标筛选, 选取能代表研究区储层特性的技术指标, 然后按照地质、工程双甜点评价指数构建流程建立层次结构, 根据各项指标构建判断矩阵。表1为采用地质甜点对应的技术指标构建的判断矩阵, 表2为采用工程甜点对应的技术指标构建的判断矩阵, 表1和表2内数据为技术指标相互比较后进行的指标打分。在构建判断矩阵时, 通过进行一致性检验, 确保判断矩阵具有满意的一致性。

表1 采用地质甜点对应的技术指标构建的判断矩阵
表2 采用工程甜点对应的技术指标构建的判断矩阵

对地质甜点和工程甜点判断矩阵进行归一化和相关计算, 得出表3和表4的地质、工程双甜点评价指数指标体系中有关地质甜点和工程甜点的技术指标参数权重。

表3 地质甜点技术指标参数权重
表4 工程甜点技术指标参数权重

计算出地质甜点指标参数权重和工程甜点指标参数权重后, 将归一化的指标数值与指标对应的权重相乘, 并将各个指标相乘后的结果累加, 便得出每个井位对应目的层的地质甜点评价指数和工程甜点评价指数。地质、工程双甜点评价指数的数值则是地质甜点评价指数和工程甜点评价指数之和, 这一计算方式既能够简化判断矩阵的相关计算, 又能够综合反映地质和工程两方面的甜点特征, 为后续的油气勘探和开发提供更为全面和准确的指导。

经过对研究区目的层数据的精确计算, 成功获取了不同井位下目的层的甜点参数。随后, 利用专业的绘图软件对这些数据进行可视化处理, 绘制出目的层的地质甜点评价指数平面图, 工程甜点评价指数平面图, 以及地质、工程双甜点评价指数平面图。从4号层地质甜点评价指数平面图（图3a）上看出, 一类地质甜点分布范围较小, 主要集中在橙色区域, 而4号层工程甜点评价指数平面图（图3b）上的一类工程甜点也集中在4个深蓝色区域, 但如果综合考虑地质甜点和工程甜点各项因素后, 4号层的地质、工程双甜点评价指数平面图（图3c）的一类甜点分布范围要比单独的地质甜点评价指数和工程甜点评价指数平面图上的一类甜点分布范围大得多, 而且还发现了数个新的一类甜点分布区域, 使油藏可动用的面积显著增加。

图3 研究区4号层地质甜点、工程甜点、地质与工程双甜点评价指数平面图

2.2.2 指导水平井井眼轨迹调整

致密油的开发主要以水平井为主, 而水平井的开发效果与井眼轨迹在油层甜点中的位置直接相关, 所以, 致密油水平井在钻进过程中对井眼轨迹调整, 寻找油层中的甜点就十分重要[10]。同时, 致密油水平井的录井、测井项目与直井不同, 为了节约成本, 通常取消部分录井、测井项目。为了使用基于层次分析法的地质、工程双甜点评价指数, 就需要构建适用于致密油水平井的地质、工程双甜点评价指数的指标体系, 并按照基于层次分析法的地质、工程双甜点评价指数构建流程, 对指标体系中技术指标的权重进行计算, 进而构建适用于致密油水平井的地质、工程双甜点评价指数, 并对井眼轨迹调整进行指导。

致密油水平井通常适用的录井项目为岩屑录井、气测录井、地化录井、矿物录井, 随钻测井项目为电阻率和伽马。利用以上项目重新构建判断矩阵, 表5为致密油水平井甜点判断矩阵, 表内数据为相关技术指标相互比较打分。

表5 致密油水平井甜点判断矩阵

对甜点判断矩阵进行归一化和相关计算, 得出地质、工程双甜点评价指数指标体系相关技术指标参数权重, 如表6所示。

表6 地质、工程双甜点评价指数指标体系 相关技术指标参数权重

利用地质、工程双甜点评价指数指导井眼轨迹调整, 应用于研究区15口水平井, 在井眼轨迹出层前, 地质、工程双甜点评价指数均发生明显变化, 对轨迹出层有较强的提示作用。

以Q 246P1-20井为例, 从Q 246P1-20井实钻轨迹图（图4）可以看到, 在2 600~2 700 m井段有明显触顶迹象, 而井深3 400 m有明显的触底迹象。A点（井深2 252 m）是本井的顶部入层位置。

图4 Q 246P1-20井实钻轨迹图

观察Q 246P1-20井录井图（图5）可以发现, 钻至2 240~2 252 m井段入窗前, 处于目的层上方, 岩性为泥岩, 白云石、方解石、黏土矿物含量较高, 地质、工程双甜点评价指数处于低值区间, 入层后岩性为油斑粉砂岩, 白云石、方解石、黏土矿物含量迅速降低, 地质、工程双甜点评价指数迅速升高, 并保持高值区间波动。2 600~2 700 m井段地质、工程双甜点评价指数下降一个台阶运行, 岩性为荧光泥质粉砂岩, 油气显示、岩性都变差, 提示轨迹已触顶几近顶出, 2 700~2 800 m井段轨迹调整后出现油迹粉砂岩, 油气显示变好, 但地质、工程双甜点评价指数并没有明显升高, 2 800 m后地质、工程双甜点评价指数断崖式下降, 出现泥岩, 油气显示消失, 随后2 840 m出层。出层后调整轨迹, 岩屑为油迹粉砂岩, 油气显示转好, 地质、工程双甜点评价指数快速上升, 随着轨迹不断调整, 评价指数不断波动, 岩性为荧光粉砂岩和油迹粉砂岩间隔变化, 地质、工程双甜点评价指数始终未回到高值区间, 说明一直处于甜点层外侧, 3 360 m为荧光粉砂岩, 随后出现泥岩, 油气显示消失, 地质、工程双甜点评价指数断崖式下降, 说明轨迹出层, 调整轨迹后3 560 m完钻。

图5 Q 246P1-20井录井图

实钻证明, 地质、工程双甜点评价指数对油藏甜点有很高的敏感性, 一旦出层, 甜点指数会迅速下降, 通过观察甜点指数变化, 及时调整井眼轨迹, 可以有效追寻油藏甜点, 提高致密油水平井甜点钻遇率。

3 结论

本文详细介绍了层次分析法的基本原理和计算步骤, 并将其应用于地质、工程双甜点评价指数的构建中, 通过实例应用表明, 效果显著。

（1）层次分析法的有效性。层次分析法在地质、工程双甜点评价中的应用证明了其在处理多准则决策问题中的有效性。通过问题的层次化处理和判断矩阵的一致性检验, 层次分析法确保了评价过程的合理性和客观性。

（2）评价流程的科学性。基于层次分析法的地质、工程双甜点评价指数构建流程, 通过判断矩阵的构建和技术指标的权重计算, 确保了评价结果的科学性和准确性。

（3）助力老区油藏挖潜, 水平井井眼轨迹调整及地质、工程双甜点综合评价均效果显著。以研究区为例的应用表明, 层次分析法能够有效地识别油藏潜在甜点, 为老区的油藏挖潜提供了有力的技术支持; 井眼轨迹调整的指导作用明显, 地质、工程双甜点评价指数对油藏甜点具有高敏感性, 能够指导井眼轨迹的及时调整, 提高致密油水平井的甜点钻遇率; 地质、工程双甜点综合评价的准确性更高, 相较于单独进行地质甜点或工程甜点的评价效果, 通过地质、工程双甜点评价指数的综合计算, 对致密油甜点评价的准确性显著提高, 为油气勘探和开发提供了更为全面和准确的指导。

（4）决策支持的科学性增强。层次分析法的应用增强了决策者在面对复杂地质工程问题时的决策支持能力, 通过量化分析辅助主观判断, 提高了决策的质量和效率。

综上所述, 层次分析法在地质、工程双甜点评价指数中的应用不仅提高了评价的科学性和准确性, 而且为油田开发和油气勘探提供了实用的决策工具。

编辑 王丙寅

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