储层流动单元划分方法评价及优选

吕明针，林承焰，张宪国，张江涛

储层流动单元划分方法评价及优选

吕明针1，林承焰1，张宪国1，张江涛2

（1.中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，山东，青岛266580；2.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津300452）

开展储层流动单元研究对于定量刻画储层非均质性、提高测井解释精度及认识剩余油分布具有重要意义，但其识别方法较多，且适用性存在差异。以珠江口盆地W油田为例，对比了4种不同的流动单元定量划分方法，并探索了其适用性。研究认为：修改的地层Lorenz图法和流动分层指标法均基于孔渗比值关系，难以识别致密层；孔喉几何形状法虽能识别致密层，但对质量较好的储层区分作用不明显，而对质量较差的储层划分又过细；非均质综合指数法同时考虑了控制储层平面非均质性的定性参数和表征流体渗流特征的定量参数，将致密层单独划分为一类流动单元，有效区别于其他油水层，划分结果避免了异常点或过渡类型的影响，能够全面、合理地反映储层非均质性。

流动单元；修改的地层Lorenz图；流动分层指标；非均质综合指数；孔喉几何形状

0　引言

流动单元的概念是由Hearn等［1］提出的，他们认为流动单元是横向、垂向连续的，且具有相似渗透率、孔隙度和层理特征的储集带。随着对流动单元的认识与理解的加深，对这一概念逐渐出现多种不同的定义。关于流动单元的研究方法，早期主要局限于沉积相、断层、隔夹层、韵律以及高分辨率层序地层学等基础上的划分，目前其研究方法已从定性、半定量发展到定量研究［2-4］。

1993年，Amaefule等［5］提出一种定量划分流动单元的新方法——流动分层指标（FZI）法。FZI是一个综合反映孔隙结构和矿物特征的参数，该方法是通过岩心数据来认识不同岩相中孔隙几何形态的复杂变化。Canas等［6］在哥伦比亚La Cira油田“C1C单元”流动单元的研究中提出采用井间流动能力指数（IFCI）判别流动单元。Ti等［7］在对Endicott油田进行油藏描述的过程中，在地层对比和相带划分的基础上，通过计算传导系数、存储系数及净毛比，采用聚类分析的方法划分出4类流动单元。Gunter等［8］提出通过4个图件——Winland孔隙度-渗透率交会图、地层流动剖面图、修改的地层Lorenz图（SMLP）和修改的Lorenz图，来建立识别流动单元的步骤。Aguilera等［9-10］将Pickett图应用到流动单元的研究中，认为具有同一传输速度（K/φ）的层在有效孔隙度-地层电阻率交会图上显示为平行的直线，属于同一类流动单元，同时又提出计算孔喉半径Rp35的方程。此后Aguilera［10］和Clarkson等［11］将此方程应用于致密储层流动单元的划分，并验证了其可行性。Ahrimankosh等［12］在利用FZI研究流动单元时，运用了聚类分析的思想，通过Ward算法计算并划分出不同数目流动单元对应的误差平方和，将误差平方和作为确定流动单元数目的标准。近年来，针对FZI法，Nooruddin等［13］和Izadi等［14］提出了改进方案。国内发展的定量研究方法则主要有模糊聚类和模糊识别相结合的方法、灰色系统理论法、非均质综合指数法（IRH）、遗传神经网络法及模糊C均值聚类方法等。SMLP法、FZI法、IRH法和孔喉几何形状法是目前最为常用的方法。笔者运用这4种方法在研究区分别进行流动单元的划分，对划分结果进行对比分析，并探讨不同方法的适用性。

1　研究区概况

W油田位于珠江口盆地西部珠三坳陷内的琼海凸起上，是基底隆起上发育的披覆背斜构造。珠三坳陷可以划分为6个负向构造单元和3个正向构造单元，自下而上发育神狐组、文昌组、恩平组、珠海组以及珠江组等多套地层（图1）。琼海凸起主要被新近系地层所覆盖，仅局部发育古近系珠海组地层。

图1　珠江口盆地西部地层岩性及沉积特征Fig.1　Stratigraphic lithology and sedimentary characteristics of western part of Pearl River Mouth Basin

目的层珠江组纵向上整体为一个持续海进的沉积层序：珠江组二段沉积时期，受潮汐作用的影响，广泛发育潮坪沉积，以潮汐水道、砂坪、泥坪和混合坪为主要微相类型；随着海平面继续上升、盆地继续沉降，珠江组一段下亚段沉积时期过渡为临滨沉积，沉积物粒度偏细，以泥质砂岩、钙质砂岩和细砂岩为主；随着海侵的进一步扩大，至珠江组沉积后期，开始接受浅海沉积。笔者所选的珠二段ZJ2-1油组，粒度相对较粗，主要为砂坪沉积细砂岩，泥质含量少，储层类型以高孔、高渗和高孔、中渗为主。

2　流动单元定量识别方法

在对W油田流动单元进行研究的过程中，首先在层序地层学和储层沉积学研究的基础上建立等时地层格架，进行沉积相的精细研究，并进一步分析渗流屏障遮挡情况；其次，确定相对独立的连通体，划分出单砂体；最后，选取合适的流动单元划分方法，在取心井上进行单砂体内流动单元的定量识别与划分，并进一步扩展到非取心井。以W油田珠江组ZJ2-1油组为例，分别使用SMLP法、FZI法、IRH法及孔喉几何形状法进行了单井流动单元的划分，并对划分结果进行了对比分析。

2.1修改的地层Lorenz图（SMLP）法

SMLP法是Gunter等［8］于1997年提出的，国外的研究中认为该方法与FZI法是目前定量划分流动单元最普遍的2种方法［15］，但国内对该方法的运用极为少见。

SMLP是渗流系数累计百分率与存储系数累计百分率的交会图，其中渗流系数用K·h/μ表示（K，h，μ依次为渗透率、厚度和流体黏度），存储系数用φ·Ct·h表示（φ，Ct，h依次为孔隙度、岩石压缩系数和厚度）。对ZJ2-1U砂组做SMLP，确定一系列间断点，将储层划分为5类流动单元（FU1～FU5）（图2）。在SMLP上，曲线的形状反映了地层存储能力和渗流能力的变化：线段越陡，表明储层渗流能力越高于存储能力，一般对应于高能量相带；线段平缓，则表明储层具备存储能力，但渗流能力极差，若横向延伸较远，则可作为隔挡层。由此，根据对直线段的斜率分析可知，渗流能力最强、储层物性最好的是FU5和FU2，其次为FU1和FU3，FU4具备一定的存储能力，但渗流能力较差。

图2　修改的地层Lorenz图法划分流动单元Fig.2　Flow units divided by modified stratigraphic Lorenz plot method

2.2流动分层指标（FZI）法

储层中常出现同一孔隙度对应多个渗透率的情况，这说明存在多个流动单元。Amaefule等［5］提出利用FZI划分流动单元的方法，其目的为利用岩心数据来建立不同流动单元内的渗透率-孔隙度对应关系。在RQI-ΦZ双对数坐标图上，具有相同FZI值的样品点都分布在斜率为1的同一条直线上，它们具有相似的孔喉结构特征，属于同一类流动单元；具有不同FZI值的样品点分布在相互平行的直线上，分属于不同的流动单元。一般来说，颗粒较细、分选差的储层具有较高的颗粒表面积和迂曲度，其FZI值偏低；颗粒较纯、粒粗及分选好的储层，具有较低的颗粒表面积、形状因子和迂曲度，其FZI值偏高。

由于随机误差的存在，同一流动单元的FZI围绕其真实均值呈正态分布，在FZI累计概率图上是一条直线段。当存在多个非均质流动单元时，FZI整体分布是若干正态分布的叠加，因此在概率图上表现为多条直线段［16-17］。对ZJ2-1油组做FZI累计概率曲线（图3），并划分出4类流动单元，分别建立渗透率-孔隙度关系模型。对比划分流动单元前后渗透率-孔隙度关系（图4）可知，划分流动单元后相关系数明显提高，可见该方法对于提高储层参数预测精度效果显著。

图3　流动分层指标累计概率分布Fig.3　Cumulative probability distribution of flow zone indicator

图4　ZJ2-1油组FZI法划分流动单元前（a）后（b）渗透率-孔隙度关系对比Fig.4　Relationship between porosity and permeability before（a）and after（b）flow unit division by FZI method of ZJ2-1 oil group

2.3非均质综合指数（IRH）法

利用IRH法识别流动单元是林承焰等在国家（973）项目“大幅度提高石油采收率的基础研究”攻关过程中提出的［3］。IRH是将反映储层宏观非均质性的各个单一参数依据其相对重要性或贡献大小赋予不同的权值相加而得到的一个能综合反映储层非均质性和流体渗流特征的新参数［18］。在对ZJ2-1油组进行研究的过程中，选取了对流动单元影响较大的渗透率、孔隙度、泥质含量和岩性等参数，进行归一化处理，并统一标定为0～1。采用层次分析法，构造判断矩阵（表1），再通过对判断矩阵求取特征值来确定各参数权值，便可得到非均质综合指数，即

IRH=0.47K+0.28φ+0.16Vsh+0.09X岩性（1）式中：K，φ，Vsh分别表示渗透率、孔隙度和泥质含量的归一化值；X岩性表示岩性赋值。各参数均为无量纲。

表1　综合非均质性影响因素判断矩阵表Table1　Judgment matrix of comprehensive influencing factors of heterogeneity

IRH为0～1，0代表非储层，1代表高质量均质储层。具有相同非均质性的储层，在IRH累计概率百分比图上几乎落在同一条直线上（图5），由此可以划分出不同的流动单元类型。

图5　非均质综合指数累计概率分布Fig.5　Cumulative probability distribution of integrated index of reservoir heterogeneity

2.4孔喉几何形状法

Hartmann等［19］将流动单元定义为“具有相似孔喉类型的一个连续的地层储集体”。Martin等［20］在碳酸盐岩储层流动单元的研究过程中指出，认识和预测储层的关键之一是将储层划分成不同的流动单元，每一类流动单元都具有统一的孔喉大小分布和相似的储层性质。孔喉几何形状法是从岩石组构的角度对储层类型进行划分。在压汞曲线上，进汞饱和度达到35%所对应的孔喉半径（R35）可反映储层孔隙结构。利用压汞资料可将研究区储层划分为3种类型的流动单元：一类，R35≥10 μm，属极粗孔喉类型；二类，4 μm≤R35＜10μm，属粗孔喉类型；三类，R35＜4 μm，属中孔喉类型（图6）。由此可得出，研究区目的层质量较好，主要为极粗孔喉类型和粗孔喉类型。

图6　孔喉几何形状法划分流动单元Fig.6　Flow units divided by pore throat aperture method

孔喉几何形状法对于非常规储层，如致密气储层和页岩气储层，具有很好的适用性，同时也便于分析岩石类型及研究孔隙结构变化规律。Aguilera［10］利用前人的数据，验证了该方法在常规储层、致密气储层和页岩气储层中均适用。Clarkson等［11］在对致密储层的研究中，提出用氮气吸附代替压汞资料来研究孔喉大小及其分布，并采用上述方法划分了不同的流动单元。

3　4种识别方法的对比

在研究区选取A，B共2口井，依据物性、岩性、电性及压汞资料，在取心井段分别采用上述4种方法进行了流动单元的划分。对比划分结果（图7）认为，流动单元的边界与岩相分界一致，其分布受基准面旋回、沉积相、岩性及泥质含量的控制，且4种划分结果具有一致性。SMLP法划分出的一类流动单元对应于FZI法和IRH法划分出的一类流动单元以及孔喉几何形状法划分出的极粗孔喉类型，代表质量最好的储层类型，岩性为中砂岩，孔、渗值均高，泥质含量低，且油气显示为饱含油特征；SMLP法划分出的二类流动单元主要对应于FZI法和IRH法划分出的二类和三类流动单元以及孔喉几何形状法划分出的粗—极粗孔喉类型，孔、渗值均中等，岩性以泥质砂岩为主，泥质含量较高，油气显示以含油和饱含油为主；SMLP法划分出的三类流动单元对应于FZI法和IRH法划分出的三类和四类流动单元以及孔喉几何形状法划分出的中孔喉及少量粗孔喉类型，储层主要为钙质砂岩和泥质砂岩，孔、渗值均偏低，且含油性也较差，为油浸、油斑或不含油级别。

结合动态生产资料，对上述A和B这2口井的划分结果进行了验证。A井1 406～1 412 m平均日产油229 m3，日产气2 495 m3［图7（a）］，产能较高。IRH法和SMLP法的划分结果均以一类和二类流动单元为主，与较高产能吻合，而FZI法在该井段的划分结果主要为三类流动单元，与较高产能不符，且出现某类流动单元厚度极薄的现象。由于相邻的流动单元之间不存在明显的界限，储层性质是渐变的，而且一个流动单元在垂向上必须有一定的厚度，在平面上必须有一定的展布范围，因此认为划分出的这种薄层属于2类流动单元之间的过渡类型或是由个别异常点引起的。SMLP法中样品点是按照深度排列的，以层段作为最小划分单元，可以避免逐点的划分归类，免受流动单元之间过渡类型或个别异常点的影响。由于SMLP法和FZI法都是基于渗透率与孔隙度的比值关系对流动单元的划分，因此难以将致密层划分出来。孔喉几何形状法虽然能够识别出致密层，但研究区的储层主要为粗—极粗孔喉类型，该方法对质量较好的储层区分作用不明显，而对质量较差的储层划分又过于精细，因此对研究区目的层不适用。

B井1 394～1 402 m平均日产油285.1 m3，日产气3 153 m3［图7（b）］，产能较高。IRH法将该井段划分为一类流动单元，SMLP法将该井段划分为一类和二类流动单元，均与高产能吻合，但SMLP法不能划分出致密层；FZI法在该井段的划分结果以三类流动单元为主，与该井段的高产能不符。B井1 413～1 420 m平均日产油74 m3，日产气973 m3［图7（b）］，产能相对较低，不同方法划分的结果具有一致性，集中于三类和四类流动单元，与相对于该井在1 394～1 402 m井段的低产能特征相吻合。

图7　不同方法划分的流动单元对比Fig.7　Comparison of flow units divided by different methods

综合分析认为，IRH法划分结果最为合理，其合理性表现为2个方面：第一，在划分厚度上避免了某类流动单元过厚或过薄，能对储层质量进行合理分级；第二，将致密层单独划分为一类流动单元，有效区别于其他油水层。研究区的致密层主要为钙质砂岩层，孔隙度低于15%，渗透率低于10 mD，岩心显示油斑、油迹或不含油特征，属于较差的储层或非渗透性夹层。IRH法能够同时考虑定性参数（如沉积微相等）对储层平面非均质性的控制作用和定量参数（如渗透率等）对流体渗流特征的影响，避免了仅从一个侧面或某一角度来描述储层非均质性，所以能够全面、合理地反映储层非均质性，并得出合理的划分结果。

4　结论

（1）以W油田为例，对目前常用的几种流动单元识别方法进行了比较后发现，SMLP法、FZI法、IRH法和孔喉几何形状法的划分方案各不相同，但划分结果所反映的储层非均质性特征具有一致性。

（2）由于SMLP法和FZI法均基于渗透率与孔隙度的比值关系，因此难以将致密层划分出来。孔喉几何形状法虽然能够识别出致密层，但在研究区对质量较好的储层区分作用不强，而对质量较差的储层划分又过于精细，因此对研究区不适用。

（3）IRH法在划分厚度上避免了某一种类型的流动单元过厚或过薄等问题，能对储层质量进行合理分级，并将致密层单独划分为某一类流动单元，使其有效区别于其他油水层，因此该方法对研究区适用性最强，对流动单元的划分结果最合理。

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（本文编辑：王会玲）

Evaluation and optimization of flow unit division methods

LU Mingzhen1，LIN Chengyan1，ZHANG Xianguo1，ZHANG Jiangtao2
（1.School of Geosciences，China University of Petroleum，Qingdao 266580，Shandong，China；2.Tianjin Company，CNOOC，Tianjin 300452，China）

Research on flow units is significant for the studies of reservoir heterogeneity and remaining oil distribution，as well as improving accuracy of well log interpretation models.Methods of flow unit identification are various，and their applicability is also different.Taking W oilfield in the Pearl River Mouth Basin as an example，this paper respectively used four methods to identify flow units，including modified stratigraphic Lorenz plot，flow zone indicator，integrated index of reservoir heterogeneity and pore throat aperture.Both modified stratigraphic Lorenz plot method and flow zone indicator method are based on permeability and porosity ratio，so it is difficult to identify tight reservoir. Pore throat aperture method can be used to identify tight reservoir，but it is difficult to differentiate high quality reservoir and meticulous to divide low quality reservoirs.Integrated index of reservoir heterogeneity synthesizes various qualitative and quantitative parameters，it divides tight reservoir as a separate kind of flow unit which can be effectively distinguished from other oil layer，and the division result can reflect reservoir heterogeneity reasonably，so it is the best method for flow unit division in the study area.

flowunit；modified stratigraphic Lorenz plot；flowzone indicator；integrated index of reservoir heterogeneity；pore throat aperture

TE122.2+2

A

1673-8926（2015）01-0074-07

2014-04-21；

2014-07-16

国家自然科学基金项目“辫状河储层内部结构地震沉积学解释方法研究”（编号：41202092）和国家博士后科学基金项目“塔南凹陷高GR储层成因及识别方法研究”（编号：2012M521366）联合资助

吕明针（1989-），女，中国石油大学在读硕士研究生，研究方向为油气藏开发地质。地址：（266580）山东省青岛市经济技术开发区长江西路66号。E-mail：zhenzhen1102@126.com。