低孔滲儲層流動單元的劃分方法與評價

葛紅旗

（油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室（長江大學(xué)），湖北武漢 430100）

低孔滲儲層流動單元的劃分方法與評價

葛紅旗

（油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室（長江大學(xué)），湖北武漢 430100）

XX凹陷N地區(qū)為低孔低滲儲層，開發(fā)難度大，為合理高效開發(fā)，此文結(jié)合巖心物性分析、巖心壓汞分析、試氣分析和測井分析等資料，利用FZI值將研究區(qū)儲層劃分為三類；對各類流動單元的毛管壓力曲線特征、物性特征、孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)以及滲流性能參數(shù)進行研究，分類后的三類儲層對應(yīng)毛管壓力曲線特征（孔隙結(jié)構(gòu)特征）和滲透性差異明顯，且每一類儲層孔隙結(jié)構(gòu)、滲透性等特征基本一致；利用實際井資料對比與驗證，說明利用FZI值劃分儲層類型，區(qū)分效果明顯，驗證了FZI值劃分儲層類型的合理性。利用FZI值劃分低孔低滲儲層類型，對于調(diào)整注采井網(wǎng)、提高采收率等具有重要意義。關(guān)鍵詞：低孔低滲儲層；流動帶指標(biāo)（FZI）；毛細(xì)管壓力曲線；滲透性能參數(shù)；實際井驗證

1984年Hearn首先提出儲層流動單元的概念，此后，流動單元的概念和劃分方法得到了進一步的補充和完善，包括將其應(yīng)用到儲層的表征和評價、剩余油分布預(yù)測等方面。國內(nèi)外學(xué)者從不同角度對流動單元的形成機制和控制因素進行了研究，提出流動單元的多種研究方法[1-2]。目前，流動單元主流研究方法可以分為兩類：一類是以數(shù)學(xué)手段為主的儲層參數(shù)分析法，強調(diào)影響流體滲流的地質(zhì)參數(shù)的差異性，缺點為對其成因研究不夠，這類方法的應(yīng)用具有片面性；另一種是基于地質(zhì)研究的儲層分析方法，即在等時地層格架內(nèi)研究儲層建筑結(jié)構(gòu)，并利用各種參數(shù)識別流動單元，該方法既強調(diào)了流動單元與地質(zhì)作用之間的成因聯(lián)系，又具有多參數(shù)法的優(yōu)點，是當(dāng)前較為流行的方法[3]。

流動單元是一個連續(xù)的儲層單元，縱向和橫向都具有連續(xù)性，其內(nèi)部具有相似的巖相特征和巖石物理特征，這些特征主要影響流體流動。劃分流動單元的原則：流動單元內(nèi)部儲集層物性差異最小、不同流動單元之間儲集層物性差異最大，依據(jù)此原則在儲集層垂向上和平面上劃分“相對均質(zhì)”儲集層單元。在眾多流動單元劃分方法中，F(xiàn)ZI具定量識別和劃分的特點，能大大提高滲透率的測井解釋精度[4]；同時，對儲層的精細(xì)描述和合理細(xì)分方面，流動單元已經(jīng)成為重要的指標(biāo)之一[5]，因而得到廣泛的應(yīng)用。

低孔低滲儲層的形成受顆粒大小、膠結(jié)物成分和成巖等各方面原因影響，因而造成低孔滲儲層孔隙結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，孔隙結(jié)構(gòu)是控制低孔特低滲油氣藏流體分布的重要因素，同時對儲層產(chǎn)液性質(zhì)、產(chǎn)能大小和測井電性特征有重要影響。因此，必須對低孔特低滲儲集層按巖石進行分類，在定量求取儲層參數(shù)時，為了得到更優(yōu)質(zhì)的儲層參數(shù)，需要對具有不同孔隙結(jié)構(gòu)的儲層進行分類，使得每一類儲層在巖石物理特征上具有一定的共性，然后對應(yīng)研究并建立不同的計算模型。利用地層流動帶指數(shù)（FZI）在低孔低滲儲層中能很好的劃分出不同的儲層類型，并且分類后不同儲層的特征區(qū)分明顯。說明FZI值在低孔低滲儲層分類中應(yīng)用效果很好。

1 利用FZI值劃分儲層等級

不同孔隙結(jié)構(gòu)的儲層在物性上宏觀體現(xiàn)為孔隙度、滲透率的變化。卡茲尼方法以孔隙度滲透率關(guān)系的變化反映孔隙結(jié)構(gòu)的變化為理論基礎(chǔ)，提出一種利用宏觀物性參數(shù)評價儲層孔隙結(jié)構(gòu)的方法，即流動帶指標(biāo)（FZI）法[6]。

FZI是依據(jù)修正的Kozeny-Carman關(guān)系方程：

式中：K為滲透率，10-3μm2； φ為孔隙度，小數(shù)；Fs為形狀系數(shù)；τ為孔隙介質(zhì)的迂曲度，小數(shù)；Sgv為單位顆粒體積比表面積，μm-1。

式（1）兩邊分別除以φ，并開平方可得：

如果滲透率的單位取10-3μm2，則可以定義下列參數(shù)：

油藏品質(zhì)因子：

孔隙體積與巖石顆粒體積之比（此為標(biāo)準(zhǔn)化孔隙度指標(biāo)）：

流動帶指標(biāo)：

式（5）說明FZI是一個綜合判定參數(shù)，F(xiàn)ZI值主要由孔隙度、滲透率決定，孔滲數(shù)據(jù)主要是實驗室?guī)r心測定得到，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠；結(jié)合巖石結(jié)構(gòu)、礦物地質(zhì)特征和孔喉特征等特性，可以更準(zhǔn)確地描述儲層的非均質(zhì)性。FZI值越大，說明儲層孔喉匹配關(guān)系越好。即FZI也是一種反映孔隙結(jié)構(gòu)優(yōu)劣的參數(shù)，其與毛細(xì)管壓力曲線在理論上是相通的。因此可以將對巖心壓汞實驗測試資料進行分析所獲得的孔隙結(jié)構(gòu)分類與大量的由宏觀物性參數(shù)計算得到的流動帶指標(biāo)有效地結(jié)合起來，綜合得到一種孔隙結(jié)構(gòu)的分類標(biāo)準(zhǔn)。

圖1中的儲層類型分類標(biāo)準(zhǔn)為：Ⅰ類：FZI＞ 1.5；Ⅱ類：0.58＜FZI＜1.5；Ⅲ類：0＜FZI＜0.58。

圖1 XX凹陷N地區(qū)儲層FZI分類圖

圖2為利用地層流動帶指數(shù)對巖心進行分類后得到的孔隙度與滲透率關(guān)系圖，由圖可以看出，經(jīng)過分類后，孔隙度與滲透率之間的相關(guān)關(guān)系變得更好，不同孔隙結(jié)構(gòu)類型的巖石具有不同的孔滲關(guān)系，因此也同樣可以說明地層流動帶指數(shù)這個宏觀的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)可以有效地反映儲層微觀的孔隙結(jié)構(gòu)特征，能夠準(zhǔn)確地對不同孔隙結(jié)構(gòu)的儲層進行分類。由本圖可以得到：孔隙度并不是決定孔隙結(jié)構(gòu)好壞的決定因素?？紫抖却蟮膸r石，孔隙結(jié)構(gòu)未必好，而孔隙度小的，孔隙結(jié)構(gòu)未必差。

圖2 不同孔隙結(jié)構(gòu)類型孔隙度與滲透率關(guān)系圖

2 不同類型儲層毛細(xì)管壓力曲線特征

毛細(xì)管壓力曲線的形態(tài)特征能比較全面真實地反映儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征，根據(jù)以上分類標(biāo)準(zhǔn)，對XX凹陷N地區(qū)所有壓汞實驗樣品的毛細(xì)管壓力曲線進行分類，見圖3 ～ 圖5。

圖3 XX凹陷N地區(qū)一類儲層孔隙結(jié)構(gòu)壓汞曲線

圖4 XX凹陷N地區(qū)二類儲層孔隙結(jié)構(gòu)壓汞曲線

圖5 XX凹陷N地區(qū)三類儲層孔隙結(jié)構(gòu)壓汞曲線

由圖可見，經(jīng)地層流動帶指數(shù)分類后，每一類儲層的毛管壓力曲線特征基本趨于一致，由于孔隙結(jié)構(gòu)特征能由毛管壓力曲線反映出來，也就是說每一類儲層的孔隙結(jié)構(gòu)特征基本一致。

圖3體現(xiàn)研究區(qū)一類儲層樣品的毛管壓力曲線特征，該類儲層排驅(qū)壓力低，反映平均孔隙喉道大，孔喉的連通性及滲流能力好；曲線在低進汞壓力值下呈現(xiàn)一段明顯的平臺，該平緩段為主要進汞段，該段曲線越長說明巖樣喉道的分布越集中分選越好，該段位置越靠下說明喉道半徑越大，最后的陡翹段反映巖樣微毛細(xì)管孔隙的多少。一類儲層的毛管壓力曲線特征反映出該類儲層巖樣分選好，喉道分布集中，喉道半徑較大，孔喉連通性大，滲流能力高，微毛細(xì)管孔隙很少。該類儲層樣品的排驅(qū)壓力在0.01 ～ 8 MPa之間，平均排驅(qū)壓力為0.29 MPa；中值壓力在0.07 ～ 115.21 MPa之間，平均中值壓力為5.13 MPa；平均孔喉半徑在0.02 ～ 10.78 μm之間，平均孔喉半徑平均值為4.29 μm；中值半徑在0.01 ～ 10.72 μm之間，平均中值半徑為2.03 μm。

圖4體現(xiàn)研究區(qū)二類儲層樣品的毛管壓力曲線特征，該類儲層排驅(qū)壓力介于一、三類儲層之間，曲線平臺較一類儲層短且不及其平緩，反映該類儲層巖樣孔喉的連通性及滲流能力較好，喉道的分布較為集中，分選較好，喉道半徑較大，微毛細(xì)管孔隙較多。該類儲層樣品的排驅(qū)壓力在0.01 ～ 4 MPa之間，平均排驅(qū)壓力為0.78 MPa；中值壓力在0.32 ～ 99.63 MPa之間，平均中值壓力為9.41 MPa；平均孔喉半徑在0.05 ～ 7.74 μm之間，平均孔喉半徑平均值為0.55 μm；中值半徑在0.01 ～ 2.33 μm之間，平均中值半徑為0.32 μm。

圖5體現(xiàn)研究區(qū)三類儲層樣品的毛管壓力曲線特征，該類儲層排驅(qū)壓力和中值壓力在三類儲層中最高，曲線平緩段處于進汞壓力較高的位置，反映該類儲層巖樣孔喉的連通性及滲流能力較一、二類儲層差，喉道的分布比較集中，分選比較好，但較一、二類儲層差，喉道半徑也較前兩類小，微毛細(xì)管孔隙較多。該類儲層樣品的排驅(qū)壓力在0.2 ～ 5 MPa之間，平均排驅(qū)壓力為1.37 MPa；中值壓力在1.02 ～ 48.84 MPa之間，平均中值壓力為11.74 MPa；平均孔喉半徑在0.05 ～ 0.76 μm之間，平均孔喉半徑平均值為0.23 μm；中值半徑在0.02 ～ 0.72 μm之間，平均中值半徑為0.13 μm。

利用壓汞法毛管壓力試驗所測巖樣資料與毛管壓力曲線特征，統(tǒng)計出三類儲層的特征參數(shù)，如表1所示。

表1 XX凹陷N地區(qū)不同孔隙結(jié)構(gòu)類型儲層特征參數(shù)表

3 不同類型儲層孔喉半徑分布及對滲透率的貢獻

研究區(qū)三類型儲層孔隙結(jié)構(gòu)不同，其滲透性也存在著差別。圖6、圖7分別為不同儲層類型的孔喉半徑中值和排驅(qū)壓力的頻率分布圖?？缀戆霃皆酱蟮膬?，其滲流能力越強，對滲透率貢獻越大。

從圖中可以明顯看出，這兩個孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)在不同孔隙結(jié)構(gòu)的儲層類型表現(xiàn)出不同的特征。一類儲層具有排驅(qū)壓力低和中值半徑大的特征，該類儲層的滲透性也更好，三類儲層排驅(qū)壓力高和中值半徑小，反映出其滲透性在三類儲層中最低，這是由于其吼道半徑小、致密程度高的原因引起的。二類儲層的滲透性介于一、三類型儲層之間。

圖6 不同儲層類型中值半徑頻率分布圖

4 儲層分類效果對比與驗證

圖7 不同儲層類型排驅(qū)壓力頻率分布圖

圖8 為A井一類儲層剖面，該井3 769 ～ 3 799 m段為氣層。該段孔隙度均值為13%，滲透率均值為13.98×10-3μm2，計算得到FZI值為2.18，故根據(jù)FZI值分類定為一類儲層；試井結(jié)論為日產(chǎn)氣544 824 m3，產(chǎn)油微量，屬于高產(chǎn)氣層段。

圖8 A井一類儲層剖面圖

圖9 為B井二類儲層剖面，該井3 462 ～3 491 m段為氣層。該段孔隙度均值為8.5%，滲透率均值為0.87×10-3μm2，計算得到FZI值為1.08，故根據(jù)FZI值分類定為二類儲層；試井結(jié)論為日產(chǎn)氣95 117 m3，產(chǎn)水2.3 m3，屬于中產(chǎn)氣層段。

圖10為C井三類儲層剖面，該井4 201.5 ～ 4 218 m段為干層（鉆井無明顯氣測顯示，無天然氣指示，滲透率和含氣飽和度低于下限值）。該段孔隙度均值為7.5%，滲透率均值為0.13×10-3μm2，計算得到FZI值為0.51，故根據(jù)FZI值分類定為三類儲層；該深度段為明顯干層，為無產(chǎn)層段。

上述三口井分別對應(yīng)不同的三類儲層，說明利用FZI值劃分儲層類型，區(qū)分效果明顯；一般儲層物性越好，F(xiàn)ZI值越大，對應(yīng)儲層自然產(chǎn)能也越高，不同儲層類型分別對應(yīng)不同自然產(chǎn)能，間接驗證了FZI值劃分儲層類型的合理性。

5 結(jié)論

（1）FZI是一個綜合判定參數(shù)，結(jié)合巖石結(jié)構(gòu)、礦物地質(zhì)特征和孔喉特征等特性，可以更準(zhǔn)確地描述儲層的非均質(zhì)性；作為一個宏觀的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)可以有效地反映儲層微觀的孔隙結(jié)構(gòu)特征，能夠準(zhǔn)確地對不同孔隙結(jié)構(gòu)的儲層進行分類。

圖9 B井二類儲層剖面圖

圖10 C井三類儲層剖面圖

（2）不同儲層類型，利用FZI值分類后對應(yīng)的毛管壓力曲線特征（孔隙結(jié)構(gòu)特征）和滲透性差異明顯，且每一類儲層孔隙結(jié)構(gòu)、滲透性等特征基本一致；因此，若FZI取值合理，可以將不同孔隙結(jié)構(gòu)儲層準(zhǔn)確區(qū)分開。

（3）利用FZI值分類后的儲層，利用實際井資料對比與驗證，說明利用FZI值劃分儲層類型，區(qū)分效果明顯，驗證了FZI值劃分儲層類型的合理性；利用FZI值劃分低孔低滲儲層類型， 對于后期開采調(diào)整注采井網(wǎng)等具有重要意義。

[1]高博禹，彭仕宓，陳燁菲．儲層動態(tài)流動單元及剩余油分布規(guī)律[J]．吉林大學(xué)學(xué)報（地球科學(xué)版），2005，35（2）：182-187，194.

[2]歐家強，羅明高，王小蓉．低滲透油藏中儲層流動單元劃分[J].西南石油大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2008，23（5）：24-28．

[3]唐民安，李建明，孫寶玲，等．鄂爾多斯盆地紅河油田長8油層組儲層流動單元研究[J]．地質(zhì)科技情報，2014，33（6）：83-87．

[4]靳彥欣，林承焰，趙麗，等．關(guān)于用FZI劃分流動單元的探討[J].石油勘探與開發(fā)，2004，31（5）：130-132．

[5]顧軍鋒，馬磊，蔣紅芬，等．流動單元優(yōu)選儲層新方法[J].斷塊油氣田，2015，22（6）： 752-755．

[6]周金應(yīng)，李治平，谷麗冰，等．儲層流動單元劃分與描述的方法[J]．資源與產(chǎn)業(yè)，2006，8（5）：88-91．

Classification Method and Evaluation of Flow Unit in Low Porosity and Permeability Reservoir

GE Hongqi
（Key Laboratory of Petroleum Resources and Exploration Technology, Ministry of Education, Yangtze University, Wuhan Hubei 430100, China）

The reservoir in N area of XX Sag is very difficult to develop due to its low porosity and permeability. According to the analysis of a series of data including those of physical property and mercury injection from core samples, gas test and well logging etc., the reservoir can be divided into three categories by flow zone index(FZI) values. The study of capillary pressure curves, physical property data, pore structure parameters and percolation parameters in different flow unit shows that there are obvious differences in the capillary pressure curves (pore structure) and permeability values among the different types of reservoirs, but good consistency in each type of reservoir. The comparison and verification with well data reveal that the classification of reservoir type by FZI is reasonable. It is significant in adjusting injection-production well patterns and enhancing oil recovery.

Low porosity and permeability reservoir; flow zone index (FZI); capillary pressure curve; permeability parameter; well verification

TE33

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2016.04.045

1008-2336（2016）04-0045-06

2016-02-24；改回日期：2016-05-05

葛紅旗，男，1989年生，碩士生，主要從事地球物理測井及測井資料解釋方面的研究與學(xué)習(xí)工作。

E-mail：715171548@qq.com。