儲層流動單元劃分方法評價及優選

呂明針，林承焰，張憲國，張江濤

儲層流動單元劃分方法評價及優選

呂明針1，林承焰1，張憲國1，張江濤2

（1.中國石油大學（華東）地球科學與技術學院，山東，青島266580；2.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300452）

開展儲層流動單元研究對于定量刻畫儲層非均質性、提高測井解釋精度及認識剩余油分布具有重要意義，但其識別方法較多，且適用性存在差異。以珠江口盆地W油田為例，對比了4種不同的流動單元定量劃分方法，并探索了其適用性。研究認為：修改的地層Lorenz圖法和流動分層指標法均基于孔滲比值關系，難以識別致密層；孔喉幾何形狀法雖能識別致密層，但對質量較好的儲層區分作用不明顯，而對質量較差的儲層劃分又過細；非均質綜合指數法同時考慮了控制儲層平面非均質性的定性參數和表征流體滲流特征的定量參數，將致密層單獨劃分為一類流動單元，有效區別于其他油水層，劃分結果避免了異常點或過渡類型的影響，能夠全面、合理地反映儲層非均質性。

流動單元；修改的地層Lorenz圖；流動分層指標；非均質綜合指數；孔喉幾何形狀

0　引言

流動單元的概念是由Hearn等［1］提出的，他們認為流動單元是橫向、垂向連續的，且具有相似滲透率、孔隙度和層理特征的儲集帶。隨著對流動單元的認識與理解的加深，對這一概念逐漸出現多種不同的定義。關于流動單元的研究方法，早期主要局限于沉積相、斷層、隔夾層、韻律以及高分辨率層序地層學等基礎上的劃分，目前其研究方法已從定性、半定量發展到定量研究［2-4］。

1993年，Amaefule等［5］提出一種定量劃分流動單元的新方法——流動分層指標（FZI）法。FZI是一個綜合反映孔隙結構和礦物特征的參數，該方法是通過巖心數據來認識不同巖相中孔隙幾何形態的復雜變化。Canas等［6］在哥倫比亞La Cira油田“C1C單元”流動單元的研究中提出采用井間流動能力指數（IFCI）判別流動單元。Ti等［7］在對Endicott油田進行油藏描述的過程中，在地層對比和相帶劃分的基礎上，通過計算傳導系數、存儲系數及凈毛比，采用聚類分析的方法劃分出4類流動單元。Gunter等［8］提出通過4個圖件——Winland孔隙度-滲透率交會圖、地層流動剖面圖、修改的地層Lorenz圖（SMLP）和修改的Lorenz圖，來建立識別流動單元的步驟。Aguilera等［9-10］將Pickett圖應用到流動單元的研究中，認為具有同一傳輸速度（K/φ）的層在有效孔隙度-地層電阻率交會圖上顯示為平行的直線，屬于同一類流動單元，同時又提出計算孔喉半徑Rp35的方程。此后Aguilera［10］和Clarkson等［11］將此方程應用于致密儲層流動單元的劃分，并驗證了其可行性。Ahrimankosh等［12］在利用FZI研究流動單元時，運用了聚類分析的思想，通過Ward算法計算并劃分出不同數目流動單元對應的誤差平方和，將誤差平方和作為確定流動單元數目的標準。近年來，針對FZI法，Nooruddin等［13］和Izadi等［14］提出了改進方案。國內發展的定量研究方法則主要有模糊聚類和模糊識別相結合的方法、灰色系統理論法、非均質綜合指數法（IRH）、遺傳神經網絡法及模糊C均值聚類方法等。SMLP法、FZI法、IRH法和孔喉幾何形狀法是目前最為常用的方法。筆者運用這4種方法在研究區分別進行流動單元的劃分，對劃分結果進行對比分析，并探討不同方法的適用性。

1　研究區概況

W油田位于珠江口盆地西部珠三坳陷內的瓊海凸起上，是基底隆起上發育的披覆背斜構造。珠三坳陷可以劃分為6個負向構造單元和3個正向構造單元，自下而上發育神狐組、文昌組、恩平組、珠海組以及珠江組等多套地層（圖1）。瓊海凸起主要被新近系地層所覆蓋，僅局部發育古近系珠海組地層。

圖1　珠江口盆地西部地層巖性及沉積特征Fig.1　Stratigraphic lithology and sedimentary characteristics of western part of Pearl River Mouth Basin

目的層珠江組縱向上整體為一個持續海進的沉積層序：珠江組二段沉積時期，受潮汐作用的影響，廣泛發育潮坪沉積，以潮汐水道、砂坪、泥坪和混合坪為主要微相類型；隨著海平面繼續上升、盆地繼續沉降，珠江組一段下亞段沉積時期過渡為臨濱沉積，沉積物粒度偏細，以泥質砂巖、鈣質砂巖和細砂巖為主；隨著海侵的進一步擴大，至珠江組沉積后期，開始接受淺海沉積。筆者所選的珠二段ZJ2-1油組，粒度相對較粗，主要為砂坪沉積細砂巖，泥質含量少，儲層類型以高孔、高滲和高孔、中滲為主。

2　流動單元定量識別方法

在對W油田流動單元進行研究的過程中，首先在層序地層學和儲層沉積學研究的基礎上建立等時地層格架，進行沉積相的精細研究，并進一步分析滲流屏障遮擋情況；其次，確定相對獨立的連通體，劃分出單砂體；最后，選取合適的流動單元劃分方法，在取心井上進行單砂體內流動單元的定量識別與劃分，并進一步擴展到非取心井。以W油田珠江組ZJ2-1油組為例，分別使用SMLP法、FZI法、IRH法及孔喉幾何形狀法進行了單井流動單元的劃分，并對劃分結果進行了對比分析。

2.1修改的地層Lorenz圖（SMLP）法

SMLP法是Gunter等［8］于1997年提出的，國外的研究中認為該方法與FZI法是目前定量劃分流動單元最普遍的2種方法［15］，但國內對該方法的運用極為少見。

SMLP是滲流系數累計百分率與存儲系數累計百分率的交會圖，其中滲流系數用K·h/μ表示（K，h，μ依次為滲透率、厚度和流體黏度），存儲系數用φ·Ct·h表示（φ，Ct，h依次為孔隙度、巖石壓縮系數和厚度）。對ZJ2-1U砂組做SMLP，確定一系列間斷點，將儲層劃分為5類流動單元（FU1～FU5）（圖2）。在SMLP上，曲線的形狀反映了地層存儲能力和滲流能力的變化：線段越陡，表明儲層滲流能力越高于存儲能力，一般對應于高能量相帶；線段平緩，則表明儲層具備存儲能力，但滲流能力極差，若橫向延伸較遠，則可作為隔擋層。由此，根據對直線段的斜率分析可知，滲流能力最強、儲層物性最好的是FU5和FU2，其次為FU1和FU3，FU4具備一定的存儲能力，但滲流能力較差。

圖2　修改的地層Lorenz圖法劃分流動單元Fig.2　Flow units divided by modified stratigraphic Lorenz plot method

2.2流動分層指標（FZI）法

儲層中常出現同一孔隙度對應多個滲透率的情況，這說明存在多個流動單元。Amaefule等［5］提出利用FZI劃分流動單元的方法，其目的為利用巖心數據來建立不同流動單元內的滲透率-孔隙度對應關系。在RQI-ΦZ雙對數坐標圖上，具有相同FZI值的樣品點都分布在斜率為1的同一條直線上，它們具有相似的孔喉結構特征，屬于同一類流動單元；具有不同FZI值的樣品點分布在相互平行的直線上，分屬于不同的流動單元。一般來說，顆粒較細、分選差的儲層具有較高的顆粒表面積和迂曲度，其FZI值偏低；顆粒較純、粒粗及分選好的儲層，具有較低的顆粒表面積、形狀因子和迂曲度，其FZI值偏高。

由于隨機誤差的存在，同一流動單元的FZI圍繞其真實均值呈正態分布，在FZI累計概率圖上是一條直線段。當存在多個非均質流動單元時，FZI整體分布是若干正態分布的疊加，因此在概率圖上表現為多條直線段［16-17］。對ZJ2-1油組做FZI累計概率曲線（圖3），并劃分出4類流動單元，分別建立滲透率-孔隙度關系模型。對比劃分流動單元前后滲透率-孔隙度關系（圖4）可知，劃分流動單元后相關系數明顯提高，可見該方法對于提高儲層參數預測精度效果顯著。

圖3　流動分層指標累計概率分布Fig.3　Cumulative probability distribution of flow zone indicator

圖4　ZJ2-1油組FZI法劃分流動單元前（a）后（b）滲透率-孔隙度關系對比Fig.4　Relationship between porosity and permeability before（a）and after（b）flow unit division by FZI method of ZJ2-1 oil group

2.3非均質綜合指數（IRH）法

利用IRH法識別流動單元是林承焰等在國家（973）項目“大幅度提高石油采收率的基礎研究”攻關過程中提出的［3］。IRH是將反映儲層宏觀非均質性的各個單一參數依據其相對重要性或貢獻大小賦予不同的權值相加而得到的一個能綜合反映儲層非均質性和流體滲流特征的新參數［18］。在對ZJ2-1油組進行研究的過程中，選取了對流動單元影響較大的滲透率、孔隙度、泥質含量和巖性等參數，進行歸一化處理，并統一標定為0～1。采用層次分析法，構造判斷矩陣（表1），再通過對判斷矩陣求取特征值來確定各參數權值，便可得到非均質綜合指數，即

IRH=0.47K+0.28φ+0.16Vsh+0.09X巖性（1）式中：K，φ，Vsh分別表示滲透率、孔隙度和泥質含量的歸一化值；X巖性表示巖性賦值。各參數均為無量綱。

表1　綜合非均質性影響因素判斷矩陣表Table1　Judgment matrix of comprehensive influencing factors of heterogeneity

IRH為0～1，0代表非儲層，1代表高質量均質儲層。具有相同非均質性的儲層，在IRH累計概率百分比圖上幾乎落在同一條直線上（圖5），由此可以劃分出不同的流動單元類型。

圖5　非均質綜合指數累計概率分布Fig.5　Cumulative probability distribution of integrated index of reservoir heterogeneity

2.4孔喉幾何形狀法

Hartmann等［19］將流動單元定義為“具有相似孔喉類型的一個連續的地層儲集體”。Martin等［20］在碳酸鹽巖儲層流動單元的研究過程中指出，認識和預測儲層的關鍵之一是將儲層劃分成不同的流動單元，每一類流動單元都具有統一的孔喉大小分布和相似的儲層性質?？缀韼缀涡螤罘ㄊ菑膸r石組構的角度對儲層類型進行劃分。在壓汞曲線上，進汞飽和度達到35%所對應的孔喉半徑（R35）可反映儲層孔隙結構。利用壓汞資料可將研究區儲層劃分為3種類型的流動單元：一類，R35≥10 μm，屬極粗孔喉類型；二類，4 μm≤R35＜10μm，屬粗孔喉類型；三類，R35＜4 μm，屬中孔喉類型（圖6）。由此可得出，研究區目的層質量較好，主要為極粗孔喉類型和粗孔喉類型。

圖6　孔喉幾何形狀法劃分流動單元Fig.6　Flow units divided by pore throat aperture method

孔喉幾何形狀法對于非常規儲層，如致密氣儲層和頁巖氣儲層，具有很好的適用性，同時也便于分析巖石類型及研究孔隙結構變化規律。Aguilera［10］利用前人的數據，驗證了該方法在常規儲層、致密氣儲層和頁巖氣儲層中均適用。Clarkson等［11］在對致密儲層的研究中，提出用氮氣吸附代替壓汞資料來研究孔喉大小及其分布，并采用上述方法劃分了不同的流動單元。

3　4種識別方法的對比

在研究區選取A，B共2口井，依據物性、巖性、電性及壓汞資料，在取心井段分別采用上述4種方法進行了流動單元的劃分。對比劃分結果（圖7）認為，流動單元的邊界與巖相分界一致，其分布受基準面旋回、沉積相、巖性及泥質含量的控制，且4種劃分結果具有一致性。SMLP法劃分出的一類流動單元對應于FZI法和IRH法劃分出的一類流動單元以及孔喉幾何形狀法劃分出的極粗孔喉類型，代表質量最好的儲層類型，巖性為中砂巖，孔、滲值均高，泥質含量低，且油氣顯示為飽含油特征；SMLP法劃分出的二類流動單元主要對應于FZI法和IRH法劃分出的二類和三類流動單元以及孔喉幾何形狀法劃分出的粗—極粗孔喉類型，孔、滲值均中等，巖性以泥質砂巖為主，泥質含量較高，油氣顯示以含油和飽含油為主；SMLP法劃分出的三類流動單元對應于FZI法和IRH法劃分出的三類和四類流動單元以及孔喉幾何形狀法劃分出的中孔喉及少量粗孔喉類型，儲層主要為鈣質砂巖和泥質砂巖，孔、滲值均偏低，且含油性也較差，為油浸、油斑或不含油級別。

結合動態生產資料，對上述A和B這2口井的劃分結果進行了驗證。A井1 406～1 412 m平均日產油229 m3，日產氣2 495 m3［圖7（a）］，產能較高。IRH法和SMLP法的劃分結果均以一類和二類流動單元為主，與較高產能吻合，而FZI法在該井段的劃分結果主要為三類流動單元，與較高產能不符，且出現某類流動單元厚度極薄的現象。由于相鄰的流動單元之間不存在明顯的界限，儲層性質是漸變的，而且一個流動單元在垂向上必須有一定的厚度，在平面上必須有一定的展布范圍，因此認為劃分出的這種薄層屬于2類流動單元之間的過渡類型或是由個別異常點引起的。SMLP法中樣品點是按照深度排列的，以層段作為最小劃分單元，可以避免逐點的劃分歸類，免受流動單元之間過渡類型或個別異常點的影響。由于SMLP法和FZI法都是基于滲透率與孔隙度的比值關系對流動單元的劃分，因此難以將致密層劃分出來。孔喉幾何形狀法雖然能夠識別出致密層，但研究區的儲層主要為粗—極粗孔喉類型，該方法對質量較好的儲層區分作用不明顯，而對質量較差的儲層劃分又過于精細，因此對研究區目的層不適用。

B井1 394～1 402 m平均日產油285.1 m3，日產氣3 153 m3［圖7（b）］，產能較高。IRH法將該井段劃分為一類流動單元，SMLP法將該井段劃分為一類和二類流動單元，均與高產能吻合，但SMLP法不能劃分出致密層；FZI法在該井段的劃分結果以三類流動單元為主，與該井段的高產能不符。B井1 413～1 420 m平均日產油74 m3，日產氣973 m3［圖7（b）］，產能相對較低，不同方法劃分的結果具有一致性，集中于三類和四類流動單元，與相對于該井在1 394～1 402 m井段的低產能特征相吻合。

圖7　不同方法劃分的流動單元對比Fig.7　Comparison of flow units divided by different methods

綜合分析認為，IRH法劃分結果最為合理，其合理性表現為2個方面：第一，在劃分厚度上避免了某類流動單元過厚或過薄，能對儲層質量進行合理分級；第二，將致密層單獨劃分為一類流動單元，有效區別于其他油水層。研究區的致密層主要為鈣質砂巖層，孔隙度低于15%，滲透率低于10 mD，巖心顯示油斑、油跡或不含油特征，屬于較差的儲層或非滲透性夾層。IRH法能夠同時考慮定性參數（如沉積微相等）對儲層平面非均質性的控制作用和定量參數（如滲透率等）對流體滲流特征的影響，避免了僅從一個側面或某一角度來描述儲層非均質性，所以能夠全面、合理地反映儲層非均質性，并得出合理的劃分結果。

4　結論

（1）以W油田為例，對目前常用的幾種流動單元識別方法進行了比較后發現，SMLP法、FZI法、IRH法和孔喉幾何形狀法的劃分方案各不相同，但劃分結果所反映的儲層非均質性特征具有一致性。

（2）由于SMLP法和FZI法均基于滲透率與孔隙度的比值關系，因此難以將致密層劃分出來。孔喉幾何形狀法雖然能夠識別出致密層，但在研究區對質量較好的儲層區分作用不強，而對質量較差的儲層劃分又過于精細，因此對研究區不適用。

（3）IRH法在劃分厚度上避免了某一種類型的流動單元過厚或過薄等問題，能對儲層質量進行合理分級，并將致密層單獨劃分為某一類流動單元，使其有效區別于其他油水層，因此該方法對研究區適用性最強，對流動單元的劃分結果最合理。

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（本文編輯：王會玲）

Evaluation and optimization of flow unit division methods

LU Mingzhen1，LIN Chengyan1，ZHANG Xianguo1，ZHANG Jiangtao2
（1.School of Geosciences，China University of Petroleum，Qingdao 266580，Shandong，China；2.Tianjin Company，CNOOC，Tianjin 300452，China）

Research on flow units is significant for the studies of reservoir heterogeneity and remaining oil distribution，as well as improving accuracy of well log interpretation models.Methods of flow unit identification are various，and their applicability is also different.Taking W oilfield in the Pearl River Mouth Basin as an example，this paper respectively used four methods to identify flow units，including modified stratigraphic Lorenz plot，flow zone indicator，integrated index of reservoir heterogeneity and pore throat aperture.Both modified stratigraphic Lorenz plot method and flow zone indicator method are based on permeability and porosity ratio，so it is difficult to identify tight reservoir. Pore throat aperture method can be used to identify tight reservoir，but it is difficult to differentiate high quality reservoir and meticulous to divide low quality reservoirs.Integrated index of reservoir heterogeneity synthesizes various qualitative and quantitative parameters，it divides tight reservoir as a separate kind of flow unit which can be effectively distinguished from other oil layer，and the division result can reflect reservoir heterogeneity reasonably，so it is the best method for flow unit division in the study area.

flowunit；modified stratigraphic Lorenz plot；flowzone indicator；integrated index of reservoir heterogeneity；pore throat aperture

TE122.2+2

A

1673-8926（2015）01-0074-07

2014-04-21；

2014-07-16

國家自然科學基金項目“辮狀河儲層內部結構地震沉積學解釋方法研究”（編號：41202092）和國家博士后科學基金項目“塔南凹陷高GR儲層成因及識別方法研究”（編號：2012M521366）聯合資助

呂明針（1989-），女，中國石油大學在讀碩士研究生，研究方向為油氣藏開發地質。地址：（266580）山東省青島市經濟技術開發區長江西路66號。E-mail：zhenzhen1102@126.com。