基于模糊聚類分析的北二西葡一組流動單元劃分及其應用

任 剛,姜振海

(1.大慶石油有限責任公司第一采油廠,黑龍江大慶 163001; 2.大慶油田有限責任公司第三采油廠,黑龍江大慶

163318)

基于模糊聚類分析的北二西葡一組流動單元劃分及其應用

任 剛1,姜振海2

(1.大慶石油有限責任公司第一采油廠,黑龍江大慶 163001; 2.大慶油田有限責任公司第三采油廠,黑龍江大慶

163318)

為識別復合河道砂體內的單一河道,提高該類油層的聚驅開發效果,利用模糊聚類分析方法,結合儲層類型和開發實踐,將大慶油田北二西葡一組6個沉積單元劃分為4類流動單元;根據流動單元劃分結果,結合油水井動態反映,進行聚合物驅開發后期措施調整和剩余油分布分析.結果表明:Ⅰ類流動單元滲流和存儲能力最好.Ⅱ類流動單元滲流能力強到中等.Ⅲ類流動單元滲流能力一般,根據微相位置分為Ⅲa型和Ⅲb型2個亞類,Ⅲa型主要發育于河道邊部和不同河道切割疊置處,層內相對均質,最終開發效果較好;Ⅲb型主要發育于河間砂及三角洲內前緣相分流間砂體,開發效果較差.Ⅳ類流動單元為低孔、低滲儲層.該方法能夠確定油層水淹狀況和剩余油分布,為聚合物驅后期開發提供依據.

流動單元;模糊聚類;剩余油;聚合物驅;大慶油田

0 引言

流動單元[1]劃分主要由沉積相、儲層巖石物理特征、成巖作用以及巖石的微觀孔隙結構等多方面因素共同控制.表征流動單元的參數應盡可能反映地質因素[2],但是存在很大的不確定性.目前常用的劃分方法有孔隙度-滲透率劃分法、孔隙幾何形狀分析法、流動帶指數劃分法、多參數分析法[3].孔隙度-滲透率劃分法、孔隙幾何形狀分析法和流動帶指數劃分法是由孔隙度、滲透率決定,在劃分流動單元時可能導致高孔、高滲儲層與低孔、低滲儲層歸為同一類流動單元的錯誤結論.多參數分析法是在沉積分層的基礎上,根據各種反應儲層質量的參數利用聚類分析或交會圖的方法劃分流動單元,但是參數的選取具有很強的主觀性.流動單元的劃分不僅包括與地質和工程相關的參數,還應包括與開發緊密相關的參數[4].

經典聚類分析的基礎是數理統計多元分析方法[5].在現實世界中,一組事物根據其親疏程度和相似性是否形成一個類群,或一個事物是否屬于某一個類別,其界限往往是不分明的,具有很大程度的模糊性[6],模糊數學理論適合分析系統內部及不同系統之間的不確定性關系,在廣泛缺乏取心井資料的情況下,可以將模糊聚類、灰色關聯等數學方法用于流動單元的劃分[7-9].模糊聚類分析方法已經被應用于石油工程多個研究領域[10],但是在多參數聚類尤其是當各參數為等權時,常常出現各參數優劣交叉現象,給聚類結果的應用帶來困難[11].因此,結合實際油藏資料,采取模糊聚類分析與儲層類型和開發實踐相結合的方法對流動單元進行劃分,并將劃分結果應用于大慶油田北二西葡一組注聚后期措施調整和剩余油分布分析.

1 模糊聚類分析

1.1 劃分方法

對于控制大慶油田沉積作用的儲層,精細地質研究為流動單元的劃分奠定基礎,特別是垂向上各單元間的隔層、夾層、沖刷界面可作為流動單元劃分的依據.精細地質模型對于規模較小、非均質性相對較差的河道砂體、三角洲內前緣及其下游的砂體已經足夠,這類儲層是井網三次加密對象;對于規模較大的河道砂體、復合河道砂體的內部結構復雜,非均質性嚴重,對單一河道砂體的識別還存在很大不確定性,這類儲層內部結構是流動單元研究的主要對象.

以PⅠ1單元數據模型為例,選取砂巖厚度、有效厚度、凈毛比、單元內細分小層最大滲透率、單元內細分小層平均滲透率、流動系數和最大滲透率對應流動系數等能夠反映儲層滲流特征的指標作為流動單元分類的依據[12-13].PⅠ1單元原始數據見表1.

表1 PⅠ1單元原始數據

對7項指標的原始數據采用極值標準化公式進行處理,將其壓縮到[0,1]:

式中:X為各指標標準化后數據,無量綱;X′為樣本數據;X′min為最小樣本數據;X′max為最大樣本數據.極值標準化結果見表2.

表2 標定后的原始數據

采用夾角余弦方法計算相似系數rij[14]:

式中:Xik為第i口井第k個特征參數的標準化數據;Xjk為第j口井第k個特征參數的標準化數據.由式(2)得到模糊相似矩陣R[15-16]:

只有模糊等價關系才能進行分類,用求傳遞閉包方法將模糊相似矩陣 R變成模糊等價矩陣R＊.R自乘得R×R=R2,再自乘得 R2×R2=R4,如此類推,直到出現 R2k=Rk為止,則 Rk是一個模糊等價矩陣R＊,對所列樣本的聚類狀態進行分類.

然后,用程序進行聚類分析,得103×103模糊相似矩陣 R,根據傳遞閉包方法編寫程序建立模糊等價矩陣 R＊,取不同的λ截距值,以得不同截陣,將流動單元分為不同的類別:取λ=0.985時,可分為15類;取λ=0.980時,可分為8類;取λ=0.975時,可分為5類;取λ=0.970時,可分為4類.

根據PⅠ1單元為陸上分流河道砂體沉積,河流規模較小,能量較上游減弱得多,沉積速度減慢,沉積特征明顯,取λ=0.975,將其劃分為5種類型的流動單元;如此,完成PⅠ2,PⅠ3,PⅠ4,PⅠ5+6儲層流動單元的劃分.

1.2 劃分結果

北二西葡一組儲層沉積時期經歷2次大規模的水退和水進,湖成儲層具有明顯的成層性,大規模的河道砂體拼合性較明顯,河流能量較強,對三角洲的建設具有控制作用.選用模糊聚類分析方法結合儲層類型和開發實踐,將北二西塊葡一組沉積單元劃分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類和Ⅳ類,其中Ⅲ類進一步細分出Ⅲa型、Ⅲb型2個亞類.分類標準見表3.

表3 沉積單元劃分標準

1.2.1 Ⅰ類流動單元

以高孔、高滲透為主要特征,具有最好的滲流和存儲能力,主要發育于泛濫平原相河道砂體(見圖1),分流水道砂體中規模較小,一般都呈單井點控制,在三角洲內前緣相砂體中不發育.這類流動單元在注水開發過程中初期儲層的開發效果最好,見效快,但在注水開發中后期易形成水竄通道,從而影響其附近儲層的開采.

1.2.2 Ⅱ類流動單元

該類流動單元滲流能力強到中等,廣泛發育于泛濫平原相和分流平原相河道砂體及河口壩微相中(見圖2).Ⅱ類和Ⅰ類流動單元相鄰分布,中間部分區域可能會被規模較小的Ⅲ類或Ⅳ類流動單元所隔開,在注水開發中油水較易在其中運動,水線推進平面非均質性較Ⅰ類弱些.

圖1 北二西塊葡Ⅰ3單元流動單元平面分布

圖2 北二西塊葡Ⅰ2單元流動單元平面分布

1.2.3 Ⅲ類流動單元

根據所處微相位置又分為Ⅲa型、Ⅲb型.

(1)Ⅲa型流動單元.主要發育于河道邊部和不同河道切割疊置處,長期注水開發.另外,三角洲內前緣相分流水道砂體以Ⅲa型流動單元發育居多,儲層性質變差,在沒有層間干擾時,早期注水見效慢,由于層內相對均質,最終開發效果較好.

(2)Ⅲb型流動單元.主要發育于河間砂及三角洲內前緣相分流間砂體,注水開發過程中水線推進較均勻,但開發效果較差.

1.2.4 Ⅳ類流動單元

以低孔、低滲透為主要特征,大面積發育于三角洲內前緣相席狀砂體中,此類流動單元的儲層質量差,油水不易在其中運動,因而在注水開發過程中開發效果最差,見效慢,有的甚至不見效.

除這4種類型外,還有一種特殊類型流動單元——廢棄河道,在薩北開發區發育規模較小,數量少,開發過程中因為注采不完善而造成剩余油.

2 應用效果

2.1 注聚后期措施調整

流動單元的準確劃分有助于重新認識儲層,提高措施成功率,改善措施效果.以注入井B2-4-P26和聚合物生產井B2-4-P25和B2-4-P27井組PⅠ2單元為例.在流動單元劃分前,主要通過沉積相帶圖和滲透率判斷連通狀況和油層發育情況,認為B2-4-P25井、B2-4-P27井與注入井B2-4-P26井均為一類連通,注聚后2口生產井均應見效,且B2-4-P25井見效應好于B2-4-P27井,但流動單元劃分結果顯示,B2-4-P25井與B2-4-P26井之間被Ⅲa型流動單元隔開(見圖2).對B2-4-P26井 PⅠ2單元注入示蹤劑,B2-4-P27井采出液見到示蹤劑,而B2-4-P25井未見示蹤劑,說明B2-4-P25井與B2-4-P26井之間并不是一類連通,分別位于2個不同河道,這與流動單元劃分結果一致.基于對流動單元的重新認識,為提高B2-4-P25井的聚驅開發效果,按文中方法開發效果非常明顯(見表4).

表4 按文中方法劃分開發效果

2.2 剩余油分布

統計處于不同微相帶結合部位和微相邊緣的流動單元內生產井注聚前后的生產動態,大多數生產井注聚后含水率下降快,增油效果明顯,表明剩余油較多.以B2-D5-P13聚合物生產井為例,其PⅠ1單元處于河道砂Ⅱ類流動單元的邊緣,與河間砂Ⅲb型流動單元相鄰,注聚6 a后,開發效果非常明顯(見表4).

河道砂體內Ⅱ類流動單元剩余油少,該區域內油井在水驅開發階段含水率上升較慢,采出程度較高,注聚后開發效果不明顯.以B2-6-25生產井為例,其PⅠ3單元處于河道砂體內Ⅱ類流動單元主體帶位置(見圖1),注聚6 a后開發效果見表4.

Ⅰ類流動單元所處儲層多為正韻律油層,由于底部滲透率高,在注入壓力和重力作用下,注入水趨向于向滲透率高的低部位流動,不能驅替上部剩余油.注聚后,由于聚合物的調剖作用,使滲透率低的上部吸水量和吸水厚度增加,降低剩余油飽和度.B2-5-21井PⅠ3單元位于Ⅰ類流動單元內(見圖1),水驅開發階段含水率上升快,注聚初期效果一般,隨注入強度增加含水率下降明顯,注聚6 a后開發效果見表4.表明河道砂體內大面積Ⅰ類流動單元中還存在一定數量剩余油,是聚驅開發中后期剩余油挖潛的對象.

流動單元過渡帶剩余油飽和度較高,但挖潛難度大.同一微相內流動單元過渡帶巖性變差,剩余油富集,平面滲透率非均質性影響注采效果,當油水井位于高滲區或油井位于高滲向低滲過渡區帶時,其產量相對較高,水淹程度低;當水井位于高滲區,油井位于低滲區,或者油、水井均位于低滲區時,注水見效差,油井剩余油飽和度較高.B2-D5-P15聚合物生產井,在PⅠ2號層位于河道砂Ⅱ類流動單元到Ⅲ類流動單元的邊緣過渡帶(見圖2),兩向連通,通過連通狀況分析,其主要受效于B2-4-P26注入井,注聚前該層含水率為66.9%,注聚初期效果較好,但含水率上升快,注聚6 a后含水率達到96.9%,單位有效厚度增油量為146 t,該位置剩余油挖潛難度較大.

根據剩余油分布情況,Ⅰ類流動單元水驅開發后效果并不是最好,Ⅱ類流動單元水驅開發效果較好;泛濫平原相河間砂中Ⅲb型流動單元聚驅開發效果較好,河道砂邊部Ⅲa型流動單元內如果油、水井控制較好,其聚驅開發效果也不錯.

3 結論

(1)選用砂巖厚度、有效厚度、凈毛比、單元內細分小層最大滲透率、單元內細分小層平均滲透率、流動系數和最大滲透率對應流動系數等7個特征指標,應用模糊聚類分析方法結合儲層類型和開發實踐,將北二西葡一組沉積單元劃分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類和Ⅳ類流動單元,其中Ⅲ類細分為Ⅲa型、Ⅲb型2個亞類.

(2)根據流動單元劃分結果,對復合河道砂體內單一河道產生新認識,可以指導聚驅開發后期措施調整,取得較好應用效果,油水井動態反映,可以確定剩余油分布狀況.北二西葡一組油層聚驅后剩余油分布更加復雜和分散,相鄰流動單元所處微相不同,不同微相帶結合部位及微相邊緣的流動單元內剩余油飽和度較高.

(3)Ⅰ類流動單元水驅開發整體效果并不是最好,水驅后上部還存在相當數量剩余油;流動單元過渡帶剩余油飽和度較高,由于平面非均質性嚴重挖潛難度較大.

(4)在劃分流動單元指標方面,除文中7個特征指標外,還可以考慮選用儲層質量品質系數、砂層厚度和泥質指數等.在其他地區開展類似研究工作時,可根據研究區實際狀況選擇相應參數.

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Partition of flow un itand itsapplication in polymer flooding development-take Beierxigroup PuⅠin Daqing oilfield asan exam ple/2011,35(2):73-77

REN Gang1,JIANG Zhen-hai2
(1.Oil Recovery Plant N o.1,Daqing Oilfield Corp.L td.,Daqing,Heilongjiang 163001,China;2.Oil Recovery Plant N o.3,Daqing Oilfield Corp.L td.,Daqing,Heilongjiang 163318,China)

In o rder to identify the single river channel in the sand body of the compound river channel further,to enhance the developing effectsof such polymer flooding reservoirs,the fuzzy clustering analysis method is selected com bining the reservoir type and the development p ractice.The six sedimentary units of Beierxi Group Pu Iin Daqing Oilfield are divided into 4 flow units.The seepage and storage capacity of type-Ⅰflow units is the best,type-Ⅱmoderate,type-Ⅲgeneral.A cco rding to its geographical micro-phase location,they are divided into two sub-categories,that is,type-ⅢA and type-ⅢB.Type-ⅢA ismainly developed beside the river channel or in the cutting and overlay area of different river channel.The layer is relatively homogeneous,and the ultimate developing effect is better.Type-ⅢB is mainly developed in the river-betw een sand and the shunting-betw een sand in the delta front phase.The developing effect is relatively poor.The type-Ⅳflow unit is the reservoir w ith low po rosity and low permeability.Acco rding to the partition results of flow units,a new aw areness is fo rmed to the connectivity condition of oilwells.Based on the above,the development late in polymer flooding was adjusted,and good effects have been achieved.Through partition of flow units and the dynamic reflection of oil&water wells,it is found that residual oil distribution is closely connected to the spatial distribution of flow units and sedimentary m icro phases.This method can determ ine reservoir flooding conditions and residual oil distribution qualitatively,so it supp lies a new method for identifying the residual oil after polymer flooding.

flow units;fuzzy clustering;residual oil;polymer flooding;Daqing Oilfields

TE331

A

1000-1891(2011)02-0073-05

2011-01-19;審稿人:盧祥國;編輯:任志平

國家自然科學基金重點項目(50634020);黑龍江省杰出青年科學基金項目(200601)

任 剛(1971-),男,博士生,高級工程師,主要從事油氣田開發工程方面的研究.