油气储层流动单元划分标准的探讨.pdf

第3 4 卷第1 期中国矿业大学学报 V 0 1 ．3 4N o ．1 2 0 0 5 年1 月J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g ＆T e c h n o l o g y J a n ．2 0 0 5 文章编号1 0 0 0 1 9 6 4 2 0 0 5 0 1 0 0 8 2 0 5 油气储层流动单元划分标准的探讨 高博禹，彭仕宓，龚宏杰，岳湘安 石油大学 北京 资源与信息学院，北京昌平1 0 2 2 4 9 摘要根据对大量岩心样品的统计分析，研究了流动层指数 f l o wz o n ei d e x ，l f z 的基础定义和物 理意义．结果认为，r 值相近的岩心样品具有较大的孔隙度和大的渗透率变化范围，但不一定属 于同一类流动单元．，r 。值并不能准确的表征影响流体流动的岩石物理性质，单纯采用J r 值作为划 分储层流动单元的标准是值得商榷的．采用渗透率、层内渗透率纵向非均质参数 变异系数、突 进系数、极差 、孔隙度和束缚水饱和度等参数作为标准划分流动单元并应用该方法研究了蒙古 林砾岩油藏储层，结果表明这些参数能够较为准确的描述储层内部油水运动规律相似的储集 带． 关键词流动单元；流动层指数；K o z e n y C a r m a n 公式；渗透率；渗透率纵向非均质性 中图分类号T E3 2 1文献标识码A D i s c u s s i o no nC l a s s i f i c a t i o nC r i t e r i a o fR e s e r v o i rF l o wU n i t G A O1 3 0 y u ，P E N GS h i m i ，G O N GH o n g j i e ，Y U EX i a n g a n C o l l e g eo fR e s o u r c e sa n dI n f o r m a t i o n ，U n i v e r s i t yo fP e t r o l e u m ，B e i j i n g1 0 2 2 4 9 ，C h i n a A b s t r a c t I na c c o r d a n c ew i t ht h eI f zd e d u c t i o np r o c e s sf r o mK o z e n y C a r m a nf o r m u l a t i o n ，t h e f u n d a m e n t a lc o n c e p ta n dp h y s i c a ls i g n i f i c a n c eo f 凡w e r es t u d i e db a s e do nt h es t a t i s t i c a la n a l y s i so f c o r ed a t a ．T h er e s u l ti n d i c a t e st h a tt h ec o r es a m p l e sw i t hs i m i l a rI v a l u ea n daw i d er a n g eo f p o r o s i t ya n dp e r m e a b i l i t yd on o ta l w a y sb e l o n gt ot h es a m ef l o wu n i t ．I ti sq u e s t i o n e dt h a tt h eI s v a l u ei su s e da sau n i q u ec r i t e r i at oc l a s s i f yf l o wu n i tb e c a u s ei tc a n n o ta c c u r a t e l yd e s c r i b et h e p h y s i c a l c h a r a c t e r i s t i c so fc o r e s ．P a r a m e t e r ss u c ha sp e r m e a b i l i t y ，v e r t i c a lp e r m e a b i l i t y ， h e t e r o g e n e i t yp a r a m e t e r s v a r i a t i o nf a c t o r ，a b r u p ti n j e c t i o nf a c t o r ，g r a d a t i o n ，p o r o s i t y ，a n dt h e i n i t i a lw a t e rs a t u r a t i o na r eu s e dt oc l a s s i f yf l o wu n i t ．T h ea p p l i c a t i o no ft h i sm e t h o di nM e n g g u l i n c o n g l o m e r a t er e s e r v o i rs h o w st h a tt h e s ep a r a m e t e r sc a ne x a c t l yd e s c r i b et h er e s e r v o i rz o n ew i t h i n w h i c ht h eo i la n dw a t e rh a v eas i m i l a rf l o wr u l e ． K e yw o r d s f l o wu n i t ；f l o wz o n ei n d i c a t o r ；K o z e n y C a r m a nf o r m u l a t i o n ；p e r m e a b i l i t y ；v e r t i c a l p e r m e a b i l i t y 流动单元的概念首先是由C ．L ．H e a r n 1 9 8 4 提出的，他认为流动单元是一个横向上和垂向上 连续的储集带，在这个带内，影响流体流动的岩石 物理性质在各处都相似，并且岩石的特点在各处也 相似[ 1 ] ．自H e a r n 提出流动单元的概念以后， E b a n k s 1 9 8 7 等学者将这一概念应用到储层的表 征或评价[ 2 ] 、剩余油分布预测等方面的研究，并对 流动单元的概念和划分方法提出了进一步的补充 和完善‘3 | ． 中外学者从不同角度对流动单元的形成机制 收稿日期2 0 0 4 0 5 0 8 基金项目国家重大基础研究前期研究专项 2 0 0 2 C C A 0 0 7 0 0 作者简介高博禹 1 9 7 7 一 ，男，辽宁省辽阳市人．在读博士研究生，从事油气田开发地质研究 万方数据 第1 期高博禹等油气储层流动单元划分标准的探讨8 3 和控制因素进行过大量研究，提出了多种划分流动 单元的方法，主要有沉积相 或露头 划分法[ 4 ] 、流 动层指数 J k 划分法[ 5 ] 、利用产能系数、容积系数 与净、毛厚度比采用聚类分析划分法[ 6 ] 、I F C I 划分 法以及动态划分方法等[ 7 ] ，其中，大多学者把，k 作 为划分流动单元的主要评价参数之一，文献[ 5 ] 甚 至将其作为划分储层流动单元的唯一标准．故这一 问题值得进一步探讨． 1k 定义引出 A m a e f u l e 等最早提出，h 的概念并推导计算凡 的关系式嘲，A m a e f u l e 认为具有相近J h 值的储层 属于同一水动力单元，或同一岩石物理相嘲，其推 导过程如次． 根据K o z e n y C a r m a n 给出的渗透率与孑L 隙度 的关系式为 愚一忐[ 联r z 昂] ， 1 意一百丽u ；r 6 知J ’ ⋯ 式中k 为渗透率，弘m 2 ；j 5 为有效孔隙度；F 。为形状 系数；r 为迂曲度l S 。为单位重量所包含颗粒的表 面积． 令H C F 。r 2 5 刍． 2 则式 1 改写为 √妾 南[ 去] ． ㈥ ～丸一1 一虫L √再石j ’ 7 将渗透率的单位改为1 0 _ 3 t L m 2 ，在式 3 中定 义了如下几个参数 L 油藏品质指数 r e s e r v o i rq u a l i t yi n d e x ． 厂一 j 。一0 ．0 3 1 4 4 妻． 4 屯孔隙体积与颗粒体积之比． 屯一点． 5 ，f z 流动带指标 f l o wz o n ei n d i c a t o r ，又称流动 层指数． I f z 而1 ． 6 、／H I ， 将上述3 个参数代人公式 3 中并取对数，则 有 l g I f q l g 九 l g I t z 7 公式 7 说明具有相同，k 值的储层样品，其 l g k 与l g 屯为一直线关系；具有不同，r 值的样品 l g I 。与l g C z 为相互平行的直线关系，文献E 8 ] 作者 认为具有相近J h 值的样品属于同一流动单元，并 将其作为划分储集层流动单元的标准之一． A m a e f u l e 提出该种方法以后，国内外许多研 究者采用了该种研究方法进行流动单元的定量划 分，并将其推广到与测井资料相结合‘1 0 ] ，划分储层 的流动单元． 2f t 物理意义讨论． 文献E 8 ] 中A m a e f u l e 等认为水力单元 流动单 元 即为孔隙几何单元，岩心资料提供了影响孔隙 几何形状的各种沉积和成岩因素的信息，反过来孔 隙几何形状特征的变化可以用来定义具有相似流 动特征的不同层段 水力单元 的存在．但在文献 E 8 1 以及后来大量的相关研究中．并没有论证具有 相似孔隙几何形状特征 J b 值 的储层便具有相似 的影响流体流动的岩石物理性质即属于同一流动 单元，也没有证据表明与为同一直线关系时岩心样 品具有相似的影响流体流动的岩石物理性质．因此 认为具有相近，t ；值的岩心样品属于同一类流动单 元值得商榷． 从公式 1 到公式 6 的推导过程可以看出，具 有相近，t ；值的岩心样品具有相似的形状系数、迂 曲度以及单位重量所包含颗粒的表面积．因此，J k 值是具有上述3 个相似特征岩心的孔隙度和渗透 率相关方程即公式 3 中的一个常量，而孔隙度和 渗透率是相关方程中的两个变量，满足公式 3 的 样品的渗透率范围随着孔隙度范围的变化而变化． 因此，公式 3 并不能限制样品的孔隙度和渗透率 范围，而孔隙度、渗透率是岩石影响流体流动的主 要属性参数，满足上述3 个相似特征的岩心样品的 孔隙度、渗透率范围并不一定相似，其影响流体流 动的岩石物理性质也不一定相似． T i m m e r m a n 1 9 8 2 通过实验方法对不同粒径 和分选级别细砂做成岩石模型的孔隙度和渗透率 关系进行了研究[ 1 ，T i m m e r m a n 将用细砂做成的 岩石样品分为6 类，每一类具有上述3 个相似特征 具有相近的，h 值 以研究每一类样品以及不同类 别之间孔隙度和渗透率的关系．结果表明对于具 有相近J k 值岩石模型的孔隙度和渗透率的变化规 律呈条带状，不同，r ；值岩石模型的孔隙度和渗透 率呈现不同的条带状变化规律，而每个条带中的岩 石渗透率可以从几个毫达西表明到上千个毫达西， 见图1 ．早在1 9 6 4 年C ．V ．C h i l i n g a r i a n 和K ．N ． W o l f 便做了类似的研究[ 12 | ，并认为粒径和矿物组 成相似的岩心的孑L 隙度和渗透率关系呈条带状分 布，同一条带内孔隙度、渗透率的分布范围变化较 大，但这些样品具有相似的孔喉配位特征亦即具有 万方数据 8 4中国矿业大学学报 第3 4 卷 相近的厶值．笔者通过对上百个储层岩心样品的 统计分析也同样证实了这一点，不同范围j h 值的 岩- C q L 隙度、渗透率分布见图2 ． 窨 j 2 ＼ 褥 嘲 骢 图1 孔隙度和渗透率的关系 F i g ．1 T h er e l a t i o n s h i pb e t w e e np o r o s i t ya n dp e r m e a b i l i t y 据T i m m e r m a n ，1 9 8 2 ，有修改 售 刍 赢 爨 孔隙度／小数 图2 不同，r 的岩心孔隙度和渗透率关系图 F i g ．2 T h er e l a t i o n s h i pb e t w e e np o r o s i t ya n dp e r m e a b i l i t y o fs a m p l e sw i t hd i f f e r e n tI f zv a l u e s a1 ≤F Z I 3 的样品区间．b3 ≤F Z I 5 的样品区间 c5 ≤F Z I 7 的样品区间d7 ≤F Z l 的样品区间 图2 中，根据，t 值的不同将样品孔隙度、渗透 率关系点划分为4 个不同的区间，在同一区间内， ，r 值相差不大，但岩心样品的孔隙度、渗透率变化 范围较大，既有低孔、低渗的样品，也有高孔、高渗 的岩心样品，尤其是渗透率变化范围很大，而渗透 率是岩石允许其孔隙中所含流体流动能力的体现， 因此，在同一，r 区间内的岩心样品并不具有相似 的影响流体流动的岩石物理性质，而按照以，t 值 作为标准的划分方法，每一个区间都可以认为属于 一个“流动单元”，这显然是不准确的． 文献[ - 1 2 1 3 ] 表明，K o z e n y C a r m a n 经验关系 式是针对研究孔隙度和渗透率之间的关系而提出 的，尤其能较为准确的根据储层的孔隙度间接确定 储层的渗透率，公式 1 的物理意义为具有相似形 状系数、相似的单位重量所包含颗粒的表面积、相 似孔道迂曲度的储层岩石孔隙度和渗透率之间的 计算关系式．对于具有上述3 个相似条件 具有相 近的，t 值 的储层，在已知孑L 隙度的条件下，可以 通过K o z e n y C a r m a n 经验关系式较为准确的计算 储层渗透率，但不能认为具有3 个相似特征的储层 便具有相似的影响流体渗流的岩石物理性质． 3 流动单元划分标准探讨 上述研究结果表明，在储层流动单元的划分 中，将厶。值作为表征储层影响流体渗流性质的流 动层指数是不科学的，尤其将其作为划分流动单元 的唯一指标更会使得流动单元的划分失去意义．根 据流动单元的定义，应该选取能够表征影响流体渗 流的岩石物理参数作为划分指标．反映储层渗流能 力最直接最有效的参数应是储层渗透率的高低，它 是沉积和成岩作用的综合结果[ 1 “，因此，在选择流 动单元划分参数时应以储层渗透率为核心选择评 价参数． 对于中、高含水期油田开发来说，流动单元研 究的目的是更为详细的进行储层特征表征，描述油 水运动规律，预测剩余油分布．将影响储层内部油 水两相运动规律的参数作为划分储层流动单元的 标准，能真正体现同一流动单元内部油水运动规律 的相似性以及不同流动单元之间的油水渗流的差 异性． 储层非均质性是影响油水运动规律的主要因 素之一，尤其纵向上储层渗透率韵律变化对注入水 运动规律的影响较大，因此选取合适的能够描述纵 向上储层非均质性变化的参数对纵向上流动单元 的划分尤为重要．在此引入层内渗透率纵向变异系 数的概念，用于度量某小层内部纵向上各点储层渗 透率相对于小层纵向平均渗透率的分散程度 令V ；，一 √豁埘锣 8 式中y ；。为渗透率纵向变异系数；忌。，为纵向上层内 某样品的渗透率值，1 0 - a 肛m 2 ；志。为纵向上所有样 品渗透率的平均值，1 0 _ 3 肛m 2 ；咒为纵向上样品个 数． 由纵向变异系数的定义可知，该参数能够较好 的描述储层纵向上渗透率的变化，表征储层纵向渗 透率韵律特征，判断影响流体渗流的储集相带的相 似性．类似层内渗透率纵向变异系数，可以定义表 征储层纵向非均质性的层内渗透率纵向极差 万方数据 第1 期高博禹等油气储层流动单元划分标准的探讨8 5 J 。。 、层内渗透率纵向突进系数 7 1 h 等纵向非均 质参数，并可以作为储层纵向流动单元的划分标 准． 此外，储层孔隙度是影响油藏初始油水分布的 主要因素；储层相对渗透率对油水两相渗流规律起 到决定性的影响作用，而油水相对渗透率主要受储 层岩石的润湿性、流体黏度和束缚水饱和度等因素 的影响[ 15 | ，通常同一油藏储层岩石润湿性和流体 黏度不会有较大变化，因此，通过流动单元方法研 究油水运动规律亦应选取储层孔隙度、束缚水饱和 度等参数作为划分流动单元的标准． 综上分析，根据流动单元的定义以及流动单元 的研究目的，采用渗透率、层内渗透率纵向非均质 参数、孔隙度和束缚水饱和度等参数作为划分储层 流动单元的标准，应用模糊聚类和模糊识别方法划 分储层流动单元，通过调整权值发挥人的主观能动 性E 1 6 ] ，能够较为准确的进行流动单元的划分，表征 影响油水渗流岩石物理性质相似的储集带，描述油 水运动规律，预测剩余油形成与分布． 应用上述流动单元的划分标准，将蒙古林砾岩 油藏储层流动单元划分为A ，B ，c 等3 类，各类流 动单元物性模糊聚类中心值如表1 所示，流动单元 典型剖面如图3 所示．结果表明各类流动单元具 有相似的物性特征，其内部油水运动规律相似，其 中A 类流动单元物性最好，注水水淹程度最大，水 洗强，剩余油饱和度较低；B ，C 类流动单元物性相 对变差，水淹程度变低，剩余油饱和度较高． 表1各类储层流动单无模糊聚类中心 T a b l e1 F u z z yc l u s t e rc e n t e ro fr e s e r v o i rf l o wu n i t 图3 蒙古林砾岩油藏流动单元剖面图 F i g ．3 S e c t i o no ff l o wu n i ti nc o n g l o m e r a t e r e s e r v o i ri nM e n g g u l i n 4 结论 1 K o z e n y C a r m a n 关系式是描述储层孔隙 度、渗透率之间关系的经验公式，具有相似形状系 数、迂曲度以及单位重量所包含颗粒表面积的岩心 孔隙度和渗透率关系遵循同一经验公式，具有相近 的J t 。值，但其孔隙度、渗透率的变化范围很大． 2 从K o z e n y C a r m a n 推导出的，f ；值并不能表 征影响流体流动的岩石物理性质，将其作为划分储 层流动单元的标准是不准确的． 3 通过对流动单元定义及研究目的分析，应 用储层渗透率、层内渗透率纵向非均质参数、孔隙 度、束缚水饱和度等参数作为划分流动单元的标 准，储层流动单元能够较为准确的表征油水渗流规 律相似的储集带，描述油水运动规律，预测剩余油 的分布． 参考文献 H e a r nCL 。E b a n k sWJJ r ，T y eRS ，e ta 1 ． G e o l o g i c a lf a c t o r si n f l u e n c i n gr e s e r v o i rp e r f o r m a n c eo f t h eH a r t z o gD r af i e l d ，W y o m i n g [ J ] ．J P T ，1 9 8 4 ，3 6 9 1 3 3 5 1 3 4 4 ． E b a n k sWJJ r ．F l o wu n i tc o n c e p t i o n i n t e g r a t e d a p p r o a c ht or e s e r v o i rd e s c r i p t i o nf o re n g i n e e r i n g [ J ] ． A A P GA n n u a lM e e t i n g ，A A P GB u l l e t i n ，1 9 8 7 ，7 1 5 5 5 1 - 5 5 2 ． 刘吉余．流动单元研究进展E J 3 ．地球科学进展，2 0 0 0 ， 1 5 3 3 0 3 3 0 6 ． L i uJY ．A d v a n c ei ns t u d yO nf l o wu n i t [ J ] ．A d v a n c e i nE a r t hS c i e n c e s ，2 0 0 0 ，1 5 3 3 0 3 3 0 6 ． 焦养泉，李思田．陆相盆地露头储层地质建模研究与 概念体系[ J ] ．石油实验地质，1 9 9 8 ，2 0 4 3 4 6 3 5 3 ． J i a oYQ ，L iST ．G e o l o g i cm o d e l i n gf o ro u t c r o p r e s e r v o i ro fc o n t i n e n t a lb a s i na n dt h ec o n c e p t u a l s y s t e m s [ J ] ．E x p e r i m e n t a lP e t r o l e u mG e o l o g y ，19 9 8 ， 2 0 4 3 4 6 3 5 3 ． 冯晓宏，刘学峰，岳清山，等．厚油层非均质特征描述 万方数据 8 6中国矿业大学学报第3 4 卷 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sa n dp r e d i c tp e r m e a b i l i t yi n u n c o r e di n t e r v a l s ／w e l l ，S P E 2 6 4 3 6r A l ．P r e s e n t e da t t h e6 8 t hA n n u a lS P EC o n f e r e n c ea n dE x h i b i t i o nE c ] ． H o u s t o n S P E ，1 9 9 3 ．2 0 5 2 2 0 ． [ 9 3 姚光庆，赵彦超，张森龙．新民油田低渗细粒储集砂岩 岩石物理相研究[ J ] ．地球科学一中国地质大学学报， 1 9 9 5 ，2 0 3 3 5 5 3 6 0 ． Y a oGQ ，Z h a oY C ，Z h a n gSL ．P e t r o p h y s i c a lf a c i e s o fl o wp e r m e a b i l i t ya n df i n eg r a i nr e s e r v o i rs a n d s t o n e s i nX i n M i no i lf i e l d [ J ] ．E a r t hS c i e n c e J o u r n a lo f C h i n aU n i v e r s i t yo fG e o s c i e n c e s ，19 9 5 ，2 0 3 3 5 5 3 6 0 ． [ 1 0 ] 魏斌，陈建文，郑浚茂，等．应用储层流动单元研究 高含水油田剩余油分布[ J ] ．地学前缘，2 0 0 0 ，7 4 4 0 3 - 4 1 0 ． W e iB ，C h e nJW ，Z h e n gJM ，e ta 1 ．U t i l i z a t i o no f r e s e r v o i rf l o wu n i tt os t u d yr e s e r v o i ro i ld i s t r i b u t i o n i nh i g hw a t e rc o n t a i n i n go i l f i e l d [ J ] ．E a r t hS c i e n c e F r o n t i e r s ，2 0 0 0 ，7 4 4 0 3 4 1 0 ． [ 1 1 ] T i m m e r m a nEH ．P r a c t i c a lR e s e r v o i rE n g i n e e r i n g P a r t1 [ M ] ．P e n n ．W e l lP u b l i s h i n gC o m p a n y ． 1 9 8 2 ． [ 1 2 ]王允诚．油层物理学[ M ] ．北京石油工业出版社， 1 9 9 3 ． [ 1 3 ] 何更生．油层物理[ M ] ．北京石油工业出版社， 1 9 9 3 ． [ 1 4 ] 赵翰卿．储层非均质体系、砂体内部建筑结构和流动 单元研究思路探讨[ J ] ．大庆石油地质与开发，2 0 0 2 ， 2 1 6 1 6 1 8 ． Z h a oHQ ．A p p r o a c ht ot h es t u d yt h i n k i n ga b o u t r e s e r v o i rh e t e r o g e n e o u ss y s t e m ，s a n db o d yi n t e r n a l c o n s t r u c t i o ns t r u c t u r ea n df l o wu n i t [ J ] ．P e t r o l e u m G e o l o g y ＆．O i l f i e l dD e v e l o p m e n ti nD a q i n g ，2 0 0 2 ，2 1 6 1 6 1 8 ． [ 15 3H o n a r p o u rM ，K o e d e r i t zL ，H a r v e yAH ．R e l a t i v e P e r m e a b i l i t yo fP e t r o l e u mR e s e r v o i r s [ M ] ．U S A C R CP r e s sI n c1 9 8 6 ． [ 1 6 ] 张祥忠，吴欣松，熊琦华．模糊聚类和模糊识别法的 流动单元分类新方法[ J ] ．石油大学学报 自然科学 版 ，2 0 0 2 ，2 6 5 1 9 - 2 2 ． Z h a n gXS ，W uXS ，X i o n gQH ．An e wm e t h o d f o rc l a s s i f y i n gf l o wu n i t sw i t hf i a z z yc l u s t e r i n ga n d f u z z yr e c o g n i t i o nm e t h o d s [ J - ] ．J o u r n a lo fU n i v e r s i t y o fP e t r o l e u m ，2 0 0 2 ，2 6 5 1 9 2 2 ． 责任编辑李成俊 万方数据