流動單元研究及其在油氣開發(fā)中的應用

陳 雷 胡望水 李韻龍

(1.長江大學油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室，武漢 434023;2.中國石油青海油田公司采油二廠，青海 海西 816400)

1 研究區(qū)概況

扶余油田構(gòu)造位于松遼盆地南部中央凹陷區(qū)東緣，扶新隆起帶扶余三號構(gòu)造為被斷層復雜化的多高點穹隆背斜，油藏主要受構(gòu)造控制，屬于裂縫性低滲透構(gòu)造砂巖油藏。油田開采的主要目地層為泉頭組4段的扶余油層，油層劃分為4個砂巖組，13個小層，儲層分布比較穩(wěn)定，巖性主要為粉砂巖和細砂巖。扶余油田中區(qū)城區(qū)位于整個扶余油田的中南部。

研究區(qū)位于中城區(qū)的北部，面積約1.19 km2，被2條近南北向斷層所夾持，扶余油層地質(zhì)儲量308.9×104t，油藏埋深淺，油層多而薄，物性差異大，油層孔隙度主要介于22% ～30%，滲透率為(20～200)×10－3μm2。

扶余油田自1970年實現(xiàn)規(guī)模投產(chǎn)以來，目前已進入高含水后期開采階段。這一時期剩余油分布極為復雜，呈高度分散狀態(tài)，因此，有必要通過儲層構(gòu)型解析、流動單元研究及多級相控三維精細地質(zhì)建模研究指導油田的開發(fā)調(diào)整工作。

2 流動單元的概念及劃分方法

2.1 流動單元的概念及參數(shù)選取

流動單元是空間上連續(xù)分布，內(nèi)部有相似性的巖石物理特征和流體滲流特征的儲集體，是由沉積、成巖、構(gòu)造等多種地質(zhì)作用共同影響而形成，故不同流動單元在地質(zhì)測井、地震和油藏開發(fā)動態(tài)等方面特征各異。根據(jù)流動單元的劃分標準，采用測井參數(shù)解釋—單井流動單元分析—流動單元平面展布互動分析的研究思路，在構(gòu)型控制和流動單元模式指導下進行流動單元劃分研究，進而分析流動單元的分布特征［1］。

流動單元研究選用的參數(shù)包括:反映沉積相的粒度中值(Md)和泥質(zhì)含量(Vsh);反映儲集層物性的孔隙度(φ)和滲透率(k);反映儲集層微觀孔隙結(jié)構(gòu)及滲流特征的流動層指數(shù)(FZI)、有效厚度(H)、井間流動能力指數(shù)(IFCI)、傳導系數(shù)(K·h/μ)、存儲系數(shù)(Φ·Ct·h)、凈毛厚度比、地層系數(shù)(K·H)。

本次研究主要在眾多參數(shù)中選取孔隙度、滲透率、滲透率與孔隙度的比值、滲透率與儲層厚度的乘積、流動帶指數(shù)、泥質(zhì)含量、地層系數(shù)7個參數(shù)。

對上述地質(zhì)參數(shù)與動態(tài)參數(shù)(如同一口井同一時間測定的吸水強度等)進行分析，發(fā)現(xiàn)孔隙度、滲透率、泥質(zhì)含量、流動帶指數(shù)、地層系數(shù)這5個參數(shù)與吸水強度具有較好的相關(guān)性，因此將以上5個參數(shù)作為本次主控滲流參數(shù)。

2.2 流動單元劃分方法

(1)流動層段指數(shù)法。需要參數(shù):流動層段指數(shù)(FZI)。

(2)巖相及宏觀巖石物理參數(shù)法。需要參數(shù):巖性、顏色、粒度、沉積構(gòu)造、生物擾動的數(shù)量、滲透率、孔隙度。

(3)物性參數(shù)綜合分析法。需要參數(shù):最大孔喉半徑、用壓汞和空氣鹽水的毛管壓力資料確定的孔隙度大小分布、流動層段指數(shù)。

(4)生產(chǎn)動態(tài)資料法。需要參數(shù)為井間流動能力指數(shù)(IFCI)。

(5)非均質(zhì)綜合指數(shù)法。需要參數(shù):砂體厚度、孔隙度、滲透率、含水率和流動帶指標;

(6)動態(tài)綜合參數(shù)法。需要參數(shù):含水率、產(chǎn)液、產(chǎn)油和產(chǎn)水等。

(7)滲透系數(shù)、存儲系數(shù)、凈毛厚度比三參數(shù)法。需要參數(shù):滲透系數(shù)、存儲系數(shù)、凈毛厚度比。

(8)儲層流動單元的灰色理論劃分方法。鑒于劃分參數(shù)的可選取性，本次研究主要對比FZI法和儲層流動單元的灰色理論劃分方法在扶余油田38摳塊的劃分結(jié)果，實現(xiàn)方法的優(yōu)選。

其中，F(xiàn)ZI法主要是考慮FZI單因素進行流動單元劃分。儲層流動單元的灰色理論劃分方法主要選取孔隙度、滲透率、滲透率與孔隙度的比值、滲透率與儲層厚度的乘積、流動帶指標5個參數(shù)進行聚類分析［2］。

FZI法劃分流動單元結(jié)果(圖1)表明，各類流動單元差別并不非常明顯，識別流動單元類型效果不好。

圖1 取心井FZI法劃分流動單元結(jié)果驗證

FZI法灰色理論劃分流動單元結(jié)果(圖2)表明，各類流動單元差別明顯，識別流動單元類型效果較好。

圖2 取心井灰色理論法劃分流動單元結(jié)果驗證

2.3 流動單元類型

在流動單元劃分方法和參數(shù)優(yōu)選的基礎(chǔ)上，用聚類分析法來形成取心井流動單元聚類譜系圖。聚類譜系圖表明其樣品可劃分為4類流動單元類型［3］，即一類、二類、三類和四類，其中一類的樣品數(shù)相對較少，而其他三類的樣品數(shù)相當。各類流動單元指標如表1所示。

表1 扶余油田中38區(qū)塊流動單元分類標準

3 劃分結(jié)果

3.1 取心井流動單元劃分

應用以上方法對取心井進行流動單元劃分，圖3是工區(qū)內(nèi)J23井流動單元劃分結(jié)果。總體上，J23井在縱向上具有一定的韻律性，二類流動單元最多、最厚，一類和三類流動單元次之，四類流動單元最少、最薄。

3.2 非取心井流動單元的劃分

以取心井流動單元細分為基礎(chǔ)，參考取心井儲層流動單元的劃分研究標準，遵循儲層流動單元的劃分原則，對研究區(qū)的非取心井扶余油層進行了流動單元橫向劃分與對比［4］。

常規(guī)上一般利用測井資料包括測井計算的有效孔隙度、滲透率、泥質(zhì)含量等，以及由此計算出的流動層段指標(FZI)這幾種指標進行聚類判別，然后劃分出流動單元。

圖3 扶余油田中38區(qū)J23井流動單元解釋結(jié)果

(1)利用高精度層序地層學劃分對比砂層組和小層，然后通過隔夾層劃分與對比，確定單砂層。由于流動單元與沉積微相有較密切的對應關(guān)系，最后在單砂層的基礎(chǔ)上開展沉積微相研究，確定砂體展布。

(2)建立測井解釋模型，并計算各井單砂層的孔隙度、滲透率、泥質(zhì)含量、流動帶指數(shù)、油藏品質(zhì)指數(shù)等參數(shù)。

(3)對取心井進行研究，將取心段沉積層劃分為不同的單砂層，每一個單砂層代表特定的沉積微相［5］。

(4)用3種參數(shù)(即孔隙度、滲透率和泥質(zhì)含量，取樣間距為0.125 m)將巖心段劃分為亞層 —巖性、物性相似的巖心段:

式中:ΔK是每一個取樣點的K值與整個層厚度加權(quán)平均的滲透率K值之差;Vsh和Φ分別是取樣點的泥質(zhì)含量和孔隙度。

(5)計算各層的流動層段指標。

(6)在取心井中確定流動單元。應用聚類分析方法可以將各個層劃分為不同的流動單元。

(7)回歸分析及確定流動單元在油田的分布。

(8)利用取心井建立好的4個聚類中心，形成的4個判別函數(shù)，這4個依據(jù)好壞依次排序為f1＜f2＜f3＜f4，逐點數(shù)據(jù)判別，逐井逐點遍歷單井測井解釋成果數(shù)據(jù):

每個自變量值都有相應的閥值，分別對應這4類流動單元(表1)。將各樣品的自變量值代入上述4個判別函數(shù)，得到4個函數(shù)值［6］，根據(jù)函數(shù)值大小判斷該樣品入哪一類。

應用上述判別公式對研究區(qū)184口井進行流動單元判別，得出每口井每個流動單元的類型。利用流動單元劃分結(jié)果，統(tǒng)計研究區(qū)內(nèi)各類型流動單元所占比例(圖4)，得出各油層流動單元分布規(guī)律［7］。

圖4 扶余油層流動單元分布特征

3.3 流動單元的空間展布特征

將工區(qū)內(nèi)所有井的流動單元類型劃分完成后，將劃分的結(jié)果導入到petrel模型中，建立工區(qū)的流動單元的三維地質(zhì)模型，并提取了流動單元在平面以及剖面上的分布特征(圖5)。

圖5 流動單元平面－剖面圖

從扶余油層流動單元的平面和剖面圖上可以看出，扶余油層的二、三類流動單元發(fā)育最好。

4 流動單元在開發(fā)中的應用

4.1 流動單元與剩余油分布的關(guān)系

從剩余油飽和度(So)和含水率(Fw)兩參數(shù)交匯分析結(jié)果(圖7)來看，隨著油田注水開發(fā)的強化和深入，不同流動單元變化主要有如下規(guī)律:

(1)一類流動單元。剩余油飽和度在2004年度主要為30% ～85%，2008年度主要為25% ～78%。這說明一類流動單元剩余油飽和度有所降低，但剩余油飽和度相對其他流動單元依然較高。含水率在2004年度主要為0% ～75%，2008年度主要為20%～86%。從該參數(shù)變化來看，含水率值是在逐漸增大的，說明隨著油田的注水開發(fā)，含水率主體值逐漸上升，且上升幅度相對較快。因此，以上說明一類流動單元依然是主要剩余油富集單元。

(2)二類流動單元。剩余油飽和度在2004年度主要為25% ～78%，2008年度主要為5% ～80%。二類流動單元剩余油飽和度變化幅度較小，說明二類流動單元油層動用程度較低。含水率在2004年度主要為10% ～75%，2008年度主要為20% ～83%。從該參數(shù)變化來看，含水率主體值存在稍微增大現(xiàn)象。因此，二類流動單元是下一步挖潛的主體目標單元。

圖6 扶余油層剩余油飽和度－含水率交匯分析圖

(3)三類流動單元。剩余油飽和度在2004年度主要為15% ～66%，2008年度主要為15% ～60%。三類流動單元剩余油飽和度有變小趨勢，說明三類流動單元油層有一定程度動用，但幅度較小;含水率在在2004年度主要為10% ～80%，2008年度主要為20%～82%。從該參數(shù)變化來看，含水率主體值有小幅度上升。因此，三類流動單元也是下一步挖潛的主要目標單元。

(4)四類流動單元。數(shù)據(jù)點較少，不具代表性。

4.2 基于流動單元的開發(fā)方案

在以上流動單元與剩余油分布關(guān)系研究的基礎(chǔ)上提出井網(wǎng)調(diào)整方案。

相、隔夾層控注水、單元重組，分單元開采。在好的儲層帶布水井，注一、二類流動單元。在較差儲層帶布油井，采用三、四類流動單元。水井合注，油井合采。后期油井可以補開一、二類流動單元。

按單元類型重新組合注采井網(wǎng)，可以較好地避免層間矛盾。一旦徹底實施，以后注采井網(wǎng)的隨意調(diào)整可得到有效控制［8］。作為三、四類流動單元，可以實現(xiàn)調(diào)驅(qū)，一、二類單元，可以穩(wěn)定采油。最終采收率將得到最大程度的提高。

5 結(jié)語

通過對扶余油田中38區(qū)塊流動單元的研究，總結(jié)出了一套流動單元劃分與識別的方法，同時對流動單元的劃分結(jié)果在該區(qū)塊的實際開發(fā)效果中進行了運用，效果較好，為該區(qū)剩余油的分布規(guī)律的研究以及井網(wǎng)調(diào)整及部署分方案提供了有利的依據(jù)。

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