閆 羽 閆 斐 桂傳松 李小輝

（1.中國石化勝利油田分公司濱南采油廠2.中國石化勝利油田分公司開發(fā)處3.中國石油渤海鉆探工程有限公司第一錄井分公司4.中國石油長慶油田公司儲氣庫管理處）

流動單元及其在儲層分類中的應(yīng)用

閆 羽1閆 斐2桂傳松3李小輝4

（1.中國石化勝利油田分公司濱南采油廠2.中國石化勝利油田分公司開發(fā)處3.中國石油渤海鉆探工程有限公司第一錄井分公司4.中國石油長慶油田公司儲氣庫管理處）

為了能夠合理地劃分儲集層，對流動單元的概念、原理以及研究流程進(jìn)行分析，通過流動單元的劃分和識別方法對儲層分類界限進(jìn)行驗(yàn)證。根據(jù)子洲氣田和HFY地區(qū)不同巖性儲層的樣品做孔隙分析，利用流動單元中能夠反映地層微觀孔隙特征的流動層帶指標(biāo)(FZI)與其他地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行聚類分析，再對各類流動單元做頻率直方圖和反向累計頻率分布圖，得到的儲層界限值與用地質(zhì)方法劃分的界限值基本相符。圖8表1參10

流動單元流動層帶指標(biāo)FZI聚類分析頻率直方圖儲層分類

0 引言

流動單元可表述為垂向上和橫向上連續(xù)的儲集帶，其內(nèi)部具有相似的影響流體流動的巖性和巖石物理特征[1-3]。在同一流動單元內(nèi)巖石物理特征是連續(xù)的，不同流動單元之間則有明顯的差異。流動單元是沉積作用、成巖作用等多種地質(zhì)作用形成的成因單元。因此，通過流動單元的劃分和研究，能夠合理地劃分儲集層。文章通過流動單元方法對子洲氣田山西組、HFY油田白堊系不同巖性儲層進(jìn)行分類，來說明流動單元方法在儲層分類中的應(yīng)用。

1 流動單元劃分法的基本原理

流動單元往往受礦物成份和結(jié)構(gòu)控制[4]，根據(jù)孔喉特征可以將儲層劃分為多個內(nèi)部滲流特征相似的相對均質(zhì)的流動單元，因此同一流動單元具有相同的流動層帶指標(biāo)。流動層帶指標(biāo)(FZI)是Amaefule等[5]對Kozeny-Carmen方程修改后得到的，其表達(dá)式如下：

式中：

Fs—形狀系數(shù)；

Sgv—單位顆粒體積的表面積，cm2；

τ—孔隙介質(zhì)的迂曲度。

公式（1）兩邊分別除以φe并開平方可得：

如果滲透率的單位為mD，則可以定義下列參數(shù)：

（1）儲層質(zhì)量指標(biāo)（RQI）

能準(zhǔn)確反映儲集層孔隙結(jié)構(gòu)和巖石物理性質(zhì)的變化，當(dāng)中值半徑增大、中值壓力減小，孔隙結(jié)構(gòu)變好時，儲集層品質(zhì)數(shù)增大；反之減小。其表達(dá)式為：

（2）標(biāo)準(zhǔn)化孔隙度指標(biāo)

（3）流動層帶指標(biāo)（FZI）

代表巖石微觀孔隙特征，如孔喉的大小和形狀、孔隙喉道半徑、孔喉比連通系數(shù)等決定著流動單元的性質(zhì)。其表達(dá)式為：

對公式（5）兩邊取對數(shù)得：

由公式（6）可知，具有相同流動層帶指標(biāo)值屬于同一流動單元，具有相似的孔喉特征，其在劃分儲層過程中綜合反映巖石的孔隙結(jié)構(gòu)、成分及儲層沉積構(gòu)造等地質(zhì)特征。再與其它參數(shù)（沉積方面可以選取粒度中值、泥質(zhì)含量；成巖方面可選用膠結(jié)指數(shù)；物性參數(shù)可用滲透率、孔隙度；在流體性質(zhì)方面可選取含油飽和度；也可選取流動系數(shù)Kh/μ和飽和度中值壓力。)進(jìn)行聚類分析，可以較好地劃分儲集層[6-7]。因此，流動層帶指標(biāo)是利用流動單元劃分儲層較為理想的參數(shù)。

2 在不同巖性儲層劃分中的應(yīng)用

2.1 流動單元在碎屑巖儲層中的應(yīng)用

子洲氣田山西組山2段為三角洲平原、前緣沉積相，發(fā)育的主要巖性為灰白色石英砂巖、灰色中粗粒巖屑石英砂巖及深灰色含泥中粗粒巖屑砂巖等。嘗試用流動單元對該區(qū)山西組儲層進(jìn)行分類，利用山2段實(shí)測物性、毛細(xì)管壓力曲線特征值，挑選134個樣本資料，求取流動層帶指標(biāo)并與孔隙度、滲透率、飽和中值壓力值進(jìn)行K均值聚類分析。K均值聚類分析的基本思想是：首先按照一定方法選取一批凝聚點(diǎn)（聚心），再讓樣本向最近的凝聚點(diǎn)凝聚，形成初始分類，然后再按最近距離原則修改不合理的分類，直到合理為止。因此根據(jù)聚類分析成果表中的聚類類型（表1），可以將山2段儲層劃為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類（圖1）。

表1 子洲氣田山西組山2段聚類分析成果表

統(tǒng)計利用聚類分析方法區(qū)分的這三類儲層的孔隙度數(shù)據(jù)，可以得到相應(yīng)的孔隙度頻率直方圖、反向累計頻率分布圖（圖2、圖3、圖4）。Ⅲ類儲層孔隙度主要集中在2%~6%，Ⅱ類儲層孔隙度主要集中在5%~ 8%，而Ⅰ類儲層孔隙度主要集中在7%~9%，在此可以區(qū)分3類儲層。再由這3類儲層的孔隙度反向累積頻率圖，發(fā)現(xiàn)Ⅰ類儲層和Ⅱ類儲層在孔隙度7.1%處交叉，所以Ⅰ類和Ⅱ類儲層的孔隙度分界值是7.1%；Ⅱ類儲層和Ⅲ類儲層在孔隙度5.5%處交叉，所以Ⅱ類和Ⅲ類儲層的孔隙度分界值是5.5%。與通過地質(zhì)方法劃分的儲層界限值相符（Ⅰ類和Ⅱ類儲層的孔隙度界限值是7%，Ⅱ類和Ⅲ類儲層的孔隙度界限值是5.5%），證明該方法可行。

圖1 子洲氣田山2段RQI與Фz的雙對數(shù)關(guān)系圖

圖2 Ⅰ類和Ⅱ類儲層孔隙度頻率分布及反向累積頻率圖

圖3 Ⅱ類和Ⅲ類儲層孔隙度頻率分布及反向累積頻率圖

圖4 子洲氣田山2段孔滲關(guān)系圖

由于參與流動單元計算的樣品孔隙度、滲透率孔滲關(guān)系明顯,具有較好的相關(guān)關(guān)系（圖4），因此可以由流動單元劃分的孔隙度界限得到滲透率的界限。在孔隙度和滲透率交會圖上，孔隙度為5.5%和7.1%時對應(yīng)的滲透率值是0.4 mD和1 mD。

2.2 流動單元在碳酸鹽巖儲層中的應(yīng)用

碳酸鹽巖儲層由于沉積相變化快、成巖作用強(qiáng)烈和其特殊性（易溶性和不穩(wěn)定性）等，使碳酸鹽巖儲集空間的演化相當(dāng)復(fù)雜，孔隙類型多，縱橫向變化快，往往在同一儲集層內(nèi)存在著多種類型的孔隙，各種孔隙又往往經(jīng)受幾種因素的作用和改造等。通常對該巖類儲層進(jìn)行劃分時要比碎屑巖儲層更為復(fù)雜，然而流動單元法在HFY油田白堊系碳酸巖儲層分類驗(yàn)證中有較好的效果。利用白堊系165個碳酸鹽巖壓汞樣品資料，求取流動層帶指標(biāo)并與孔隙度、滲透率、飽和中值壓力、流動系數(shù)進(jìn)行聚類分析。根據(jù)聚類分析結(jié)果，可以將白堊系儲層劃為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類（圖5）。統(tǒng)計這4類儲層的孔隙度數(shù)據(jù)，得到相應(yīng)的孔隙度頻率直方圖、反向累計頻率分布圖（圖6、圖7、圖8），可以區(qū)分4類儲層。由這4類儲層的孔隙度反向累積頻率圖，可以發(fā)現(xiàn)Ⅰ類儲層（孔隙度主要集中在18%~26%）和Ⅱ類儲層（孔隙度主要集中在16%~ 24%）在孔隙度21.5%處交叉，所以Ⅰ類和Ⅱ類儲層的孔隙度分界值是21.5%；Ⅱ類和Ⅲ類儲層（孔隙度主要集中在8%~18%）在孔隙度16.5%處交叉，所以Ⅱ類和Ⅲ類儲層的孔隙度分界值是16.5%。Ⅲ類和Ⅳ類儲層（孔隙度主要集中在2%~12%）在孔隙度8.2%處交叉，所以Ⅲ類和Ⅳ類儲層的孔隙度分界值是8.2%。與通過地質(zhì)方法劃分的儲層界限值相符（Ⅰ類和Ⅱ類儲層的孔隙度界限值是22%，Ⅱ類和Ⅲ類儲層的孔隙度界限值是16%，Ⅲ類和Ⅳ類儲層的孔隙度界限值是8%），證明該方法可行。

圖5 HFY油田白堊系RQI與Фz的雙對數(shù)關(guān)系圖

圖6 Ⅰ類和Ⅱ類儲層孔隙度頻率分布及反向累積頻率圖

圖7 Ⅱ類和Ⅲ類儲層孔隙度頻率分布及反向累積頻率圖

圖8 Ⅲ類和Ⅳ類儲層孔隙度頻率分布及反向累積頻率圖

3 結(jié)論

（1）流動層帶指標(biāo)（FZI）是把礦物地質(zhì)特征和孔喉特征結(jié)合起來判定孔隙幾何相的一個參數(shù)，它能夠反映巖石的成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等地質(zhì)特征，并且相同的流動單元具有相同的流動層帶指標(biāo)值，是利用流動單元劃分儲層較為理想的參數(shù)。

（2）通過采用流動單元分析的基本原理和依據(jù)相應(yīng)的聚類分析方法，對碎屑巖和碳酸鹽巖儲集層找出一個合理的分類體系，得到的各級儲層的分界值與通過地質(zhì)方法得到的儲層分界值相符，證明該方法可行。

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（修改回稿日期2014-09-16編輯文敏）

閆羽，男，1989年出生，本科。地址：（257000）山東省東營市東營區(qū)西四路油建公司。電話：18554630326。E-mail：342709876@qq.com