流动单元的划分

如题所述

流动单元的提出既反映了储层研究的精细化,又能紧密地与储层中的油水运动规律相结合。它的识别和划分必须要动、静态资料结合才能解决。其井间对比及空间结构问题更需要露头和现代沉积的精细研究和随机建模予以解决。

1. 流动单元划分的原则和依据

流动单元是通过边界处物性的突变来描述的 (块体内部相对均匀的)。因此流动单元的发育特征和空间分布主要受原始沉积作用 (如沉积微相分布、储层结构、岩石物性分布等)、构造作用 (如断层和裂缝的发育状况等) 及成岩作用的控制。

流动单元划分的原则是流动单元在垂向上应当是有相对连续隔夹层分隔的井间可对比、可作图的最小沉积单元;在侧向上同一流动单元应为岩性、物性相近的连续储集体,且具有相似的渗流特征,对油层水淹动态影响相近;不同流动单元相互分隔 (包括储层不连续和断层遮挡等) 或岩性、物性差异较大,对油层水淹动态影响明显不同。

流动单元具体的划分依据如下:

(1) 经过油层细分与对比,分析油层细分单元内非均质性,分析隔夹层分布和断层封闭性,从而研究连通单元分布。

(2) 不同流动单元的孔、渗、饱等储渗性能差异较大,具有相同或相似的储渗参数的砂体即为同一类流动单元。

2. 流动单元划分的方法

不同学者根据自己对流动单元的理解并结合各自工区的地质特点,提出不同的流动单元研究方法。这些流动单元的划分方法的共性是承认油层内部流体流动是由非均质性造成的。因此,所有反映非均质的参数 (定量的或定性的) 都可以用来划分流动单元,只不过不同参数对流动单元的贡献有大有小。归纳起来,流动单元划分方法大体分为两种类型。

(1) 油层细分与对比法

裘怿楠先生指出,高含水期的精细油藏描述涉及如何进一步细分流体流动单元。简单地说,一个油层或一个油砂体内部还有剩余潜力,要进一步细分挖潜。一个储油砂层,沉积时由一些不同的岩石单元构成,内部存在一些不连续的隔夹层,岩石单元之间的界面有时也不渗透。由于油藏各非均质性、隔挡及窜流旁通条件,注入水沿着地质结构引起的一定的途径驱油,自然形成了许多流体流动的通道,这就是流体流动单元。油田进入高含水期后,寻找剩余油富集区,就是要找出地下各种隔挡条件,找出目前井网下还未波及的流动单元。

Cross的高分辨率地层对比是识别流动单元、流动单元的边界及流体流动路径有效工具。这是因为周期性堆积的地层序列的界面可以把地层分隔成各种时空规模的等时地质单元。这些自然单元的边界与侧向上相的边界迁移是一致的,结果在边界面上出现了岩石特性显著的变化。但是,许多自然地层边界面不一定是岩石物性的界面,而大多数的岩石物性面是地层的边界面。因此,流动单元的岩石物性界面一般与时间意义的地层界面是一致的。

地层控制储层流动单元分布的最典型的例子是象 “多米牌” 或 “叠瓦” 状排列的地层结构,这是沉积地貌上周期性进积的结果。New Mexico Gallup “ A” 砂岩就是一个例子。Gallup “ A” 砂岩是单一的成因层序,各处符合Walther相律,并且包含基准面旋回期间所沉积的沉积物。其内部有一系列较小规模的流动单元,沿沉积方向的宽度约1 ~5km。这些流动单元是在高频基准面旋回期间形成,两次进积期间出现短暂的间断。大的无沉积间断形成了流动单元之间的倾斜的、致密的泥岩层 (图8-26)。

图8-26 新墨西哥Gallup砂岩层序内的储层流动单元

从流体流动角度,这些泥岩层总是能阻碍流体流动,是非常有意义的非均质性。利用高分辨率地层分析概念和技术,我们能够预测这种储层非均质性。即使它们不可预测,它们也能被识别和制图。

R.Bruce Ainsworth等在研究泰国Sirikit油田储层时,发现现代湖相三角洲和古代河口坝沉积序列的内部结构是一种倾斜的砂、泥岩互层结构。由此,提出了简单的细分与对比流动单元的方法:

1) 在向上变粗序列中的位置,利用自然伽马和补偿地层密度/补偿中子测井的组合标准识别非均质岩性段 (砂泥岩薄互层)。

2) 根据前积倾角,对比非均质岩性段与砂岩层。另外,在对比时,还需要根据地震振幅和砂岩等厚图了解前积方向。

实际上,通过油层细分与对比,把它划分为多个相对独立的连通单元,这是划分流动单元的第一步。连通单元内部非均质结构是要通过储层物性的非均质性研究来表现。

(2) 储层参数分类法

储层参数分类法是利用储层岩性、物性参数,通过数学和作图方法对储层进行分类评价的方法。每一类储层具有相似或相近的储层特征,每一类储层之间的特征差异最大,因此符合流动单元的第二部分的含义。储层岩性、物性参数包括粒度中值、分选系数、泥质含量、砂层厚度、孔隙度、渗透率、孔隙半径等及其组合参数。在实际工作中,通常选择本油田储层岩性物性参数中对流体渗流影响较大的参数进行分类与评价。根据使用参数的个数,储层参数分类法还可细分为单参数法、双参数交绘法、多参数聚类法。

1) 单参数法

选择本油田或本开发区通用、有效、简便易得,而且能够反映储层渗流特征的关键储层参数,作为流动单元定量划分的依据。赵翰卿建议直接选用测井解释渗透率作为大庆油田流动单元划分的指标,因为其他参数都不能像渗透率这样直接反映储层渗流特征,或者是不易大量取得。选用渗透率这一参数可对不同类型的油层制定同一划分标准,而采用多参数划分流动单元,需要对不同沉积层分别制定界限标准,不免要产生新的麻烦。

根据大庆油田开采经验,各类流动单元可人为地指定某些界限:

油气田开发地质学

对这些人为界限不同开发区可以灵活调整,这样既可以简化不同油层流动单元界限要分别研制的麻烦程序,又可以保证各类储层中平面上都有一定数量的流动单元,避免了由于单元划分过多或过少造成的不利影响,从而更充分更合理地反映储层的平面非均质性,有利于动态分析和剩余油描述。

孔隙大小及分布控制流体流动条件,特别是较粗孔喉对流体流动条件起重要控制作用。Hartmana & Coalson (1990) 研究表明,压汞曲线上进汞达35%时的孔喉半径R35大小可以反映该岩石中的流体流动和开发动态。在有岩心样品压汞分析的情况下,可以直接采用压汞曲线求得R35值。压汞曲线图解法求R35的方法是读出曲线平躺部分的压力Pc值,换算成孔喉半径,即R35值。也可以通过压汞曲线样条拟合求取精确的R35值。在没有压汞曲线的情况下,可采用Winland方程根据岩心物性分析和测井曲线储层参数解释结果计算R35值,Winland方程为:

lgR35=0.0732+0.588lgK-0.864lgφ

据此,Alden et al. (1991) 提出了利用R35孔喉半径来划分和评价岩石流动单元的方法。根据R35孔喉半径的分布范围将岩石物理流动单元分为4种类型:(1)巨孔喉流动单元,R35 >10μm,如果储层厚度和其他因素保持稳定,那么这种类型的流动单元每日可采原油达数万桶。(2)大孔喉流动单元,R35=2~10μm,每日可采原油达数千桶。(3)中孔喉流动单元,R35=0.5~2μm,每日可采原油达数百桶。(4)微孔喉流动单元,R35 <0.5μm,

这种类型的流动单元一般属于致密的储层。岩石结构和孔隙结构是沉积和成岩动力学及构造作用的综合产物,直接影响着岩石流动单元的孔隙度、渗透率及饱和度。因此,岩石结构和孔隙结构的定量分析,也是岩石流动研究的重要内容之一。在岩石结构中,颗粒的大小是影响流动单元性质的一个重要参数。统计结果表明,岩石的平均颗粒粒径与排驱压力呈反比关系,粒径越小,排驱压力越大;反之,粒径越大,排驱压力越小,流体的连续流动性也就越好。可见岩石粒径的大小,直接影响着岩石流动单元的流体流动性质。根据岩石颗粒粒径的大小,可将岩石流动单元分为3类:

Ⅰ类流动单元的颗粒粒径为100~500μm,其渗透率 (K) 与孔隙度 (φ) 的关系方程为:

K=(45.35×108)×φ8.537

Ⅱ类流动单元的颗粒粒径为10~100μm,其渗透率与孔隙度的关系方程为:

K=(1.595×105)×φ5.184

Ⅲ类流动单元的颗粒粒径小于20μm,其渗透率与孔隙度的关系方程为:

K=(2.844×103)×φ4.275

按岩石颗粒粒径结合孔隙度和渗透率的流动单元分类的优点是在岩石孔隙度相同的情况下,由于岩石颗粒粒径的影响,其渗透率有较明显的差异,因此更能反映流体的连续流动性质,为剖析储层的非均质性提供了一种可靠的评价依据,同时也为油藏模拟提供了精确的地质模型。

Jian F.X. et al. (1997) 人提出了类似的方法,他们用沉积岩石相来划分流动单元(图8-27),一种岩石相类型就是一种流动单元。

图8-27 按岩石相划分流动单元

以上所举的单参数流动单元划分方法不一定具有普遍性,开发地质工作者必须从本油田或本开发区实际出发研究有效的、易得的参数来划分流动单元。同时,我们也应该清醒地认识到单参数法存在局限性。正如图8-27所示,河道顶部的细粒波状交错纹层砂岩相与侧向上的邻井不能对比,因为在其之间有河道砂体的三级界面为隔夹层。因此划分流动单元正确的方法是把油层细分与对比法和储层参数分类法结合,分两步实现流动单元的划分,所建模型才符合客观实际。

2) 双参数交绘法

双参数交绘法是选择本油田或本开发区两个有效、易得、影响流体渗流特征的主要储层参数,通过双参数作交绘图来划分流动单元类型的方法。

Amaefule等提出的划分水力单元方法是代表性的双参数交绘法。该方法是基于Kozeny-Carman方程:

油气田开发地质学

式中:Hc——孔隙结构常数,它是孔隙度、形状系数和比表面积平方和乘积;K——渗透率,10-3μm2;φ——孔隙度,小数。

由于孔隙弯曲度和孔隙形状变化很大,同时受胶结作用、孔隙粗糙程度及其他因素的影响,Hc实际上不是一个常数。将该方程进行适当变换,得出下式:

油气田开发地质学

若渗透率单位采用10-3μm2,定义下列参数:

油藏品质指数 孔隙体积与颗粒体积之比φz=φ/(1-φ);流体流动单元指标FZI=RQI/φz

方程两边取对数后可得:

lg(RQI)=lgφz+lg(FZI)

显然RQI与φz是斜率为1的双对数直线关系,截距为lg(FZI)。对于均质油藏来讲,RQI与φz的关系为一条双对数直线,所有样品的流体流动条件相似,只有一个FZI值。但对非均质油藏而言,RQI与φz关系为一簇相互平行的直线,具有相似流动条件的样品近似落在同一条直线上,该组样品的流动条件用直线的截距lg(FZI)来代表。这样就可以通过作图,把具相似流动条件的样品组作为一种流动单元类型 (图8-28),然后通过测井标定的方法,应用于非取心井,从而建立流动单元油藏模型。

图8-28 东得克萨斯地区的多条RQI与φz曲线

3) 多参数聚类法

储层岩性和物性参数多达几十个,这些参数对流体渗流或多或少都有影响,因此需要用数学方法确定储层参数对流体渗流的贡献大小,并进行分类和识别。最常见的数学方法有因子分析、聚类分析、判别分析等。通过多参数统计分析,寻找划分流动单元的有效参数和定量界限,然后直接在整套储层中定量划分流动单元。

Guang Mingti et al. (1995) 在研究阿拉斯加北斜坡Endicott油田储层时,在地层对比、划相及分层基础上,利用岩心和测井资料,首先在取心井上计算每个层的流动系数(Kh/μ)、存储系数 (φ·h) 及净毛厚度比。然后聚类,每一聚类组即为一个流动单元,共划分了4类:(1)流动单元E,存储性和渗流性最好;(2)流动单元G,存储性和渗流性好;(3)流动单元F,存储性和渗流性一般;(4)流动单元P,存储性和渗流性差。

然后根据取心井划分结果进一步推广到未取心井,并借助于井间地层对比建立流动单元的井间分布关系 (图8-29)。

除了上述方法外,有人试图利用生产测试资料划分流动单元。例如注水井吸水剖面资料反映了非均质油藏各层之间的吸水能力,同时也反映出单井纵向上渗流能力的大小及层间差异,可用来进行流动单元的划分;同注水井吸水剖面一样,生产井产液剖面是通过单井纵向上产液量和含水率的变化来反映层间渗流能力的差异,可用来进行流动单元的划分;C/O比测井资料常用来判断水淹状况和剩余油饱和度,反映出非均质油层层间和层内渗流能力的差异,也可用来进行流动单元的划分。但是,由于这些资料太少,因此可能会影响它们的应用范围和研究精度。

图8-29 Endicott油田流动单元剖面图

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