基于模糊聚类分析的北二西葡一组流动单元划分及其应用

任 刚,姜振海

(1.大庆石油有限责任公司第一采油厂,黑龙江大庆 163001; 2.大庆油田有限责任公司第三采油厂,黑龙江大庆

163318)

基于模糊聚类分析的北二西葡一组流动单元划分及其应用

任 刚1,姜振海2

(1.大庆石油有限责任公司第一采油厂,黑龙江大庆 163001; 2.大庆油田有限责任公司第三采油厂,黑龙江大庆

163318)

为识别复合河道砂体内的单一河道,提高该类油层的聚驱开发效果,利用模糊聚类分析方法,结合储层类型和开发实践,将大庆油田北二西葡一组6个沉积单元划分为4类流动单元;根据流动单元划分结果,结合油水井动态反映,进行聚合物驱开发后期措施调整和剩余油分布分析.结果表明:Ⅰ类流动单元渗流和存储能力最好.Ⅱ类流动单元渗流能力强到中等.Ⅲ类流动单元渗流能力一般,根据微相位置分为Ⅲa型和Ⅲb型2个亚类,Ⅲa型主要发育于河道边部和不同河道切割叠置处,层内相对均质,最终开发效果较好;Ⅲb型主要发育于河间砂及三角洲内前缘相分流间砂体,开发效果较差.Ⅳ类流动单元为低孔、低渗储层.该方法能够确定油层水淹状况和剩余油分布,为聚合物驱后期开发提供依据.

流动单元;模糊聚类;剩余油;聚合物驱;大庆油田

0 引言

流动单元[1]划分主要由沉积相、储层岩石物理特征、成岩作用以及岩石的微观孔隙结构等多方面因素共同控制.表征流动单元的参数应尽可能反映地质因素[2],但是存在很大的不确定性.目前常用的划分方法有孔隙度-渗透率划分法、孔隙几何形状分析法、流动带指数划分法、多参数分析法[3].孔隙度-渗透率划分法、孔隙几何形状分析法和流动带指数划分法是由孔隙度、渗透率决定,在划分流动单元时可能导致高孔、高渗储层与低孔、低渗储层归为同一类流动单元的错误结论.多参数分析法是在沉积分层的基础上,根据各种反应储层质量的参数利用聚类分析或交会图的方法划分流动单元,但是参数的选取具有很强的主观性.流动单元的划分不仅包括与地质和工程相关的参数,还应包括与开发紧密相关的参数[4].

经典聚类分析的基础是数理统计多元分析方法[5].在现实世界中,一组事物根据其亲疏程度和相似性是否形成一个类群,或一个事物是否属于某一个类别,其界限往往是不分明的,具有很大程度的模糊性[6],模糊数学理论适合分析系统内部及不同系统之间的不确定性关系,在广泛缺乏取心井资料的情况下,可以将模糊聚类、灰色关联等数学方法用于流动单元的划分[7-9].模糊聚类分析方法已经被应用于石油工程多个研究领域[10],但是在多参数聚类尤其是当各参数为等权时,常常出现各参数优劣交叉现象,给聚类结果的应用带来困难[11].因此,结合实际油藏资料,采取模糊聚类分析与储层类型和开发实践相结合的方法对流动单元进行划分,并将划分结果应用于大庆油田北二西葡一组注聚后期措施调整和剩余油分布分析.

1 模糊聚类分析

1.1 划分方法

对于控制大庆油田沉积作用的储层,精细地质研究为流动单元的划分奠定基础,特别是垂向上各单元间的隔层、夹层、冲刷界面可作为流动单元划分的依据.精细地质模型对于规模较小、非均质性相对较差的河道砂体、三角洲内前缘及其下游的砂体已经足够,这类储层是井网三次加密对象;对于规模较大的河道砂体、复合河道砂体的内部结构复杂,非均质性严重,对单一河道砂体的识别还存在很大不确定性,这类储层内部结构是流动单元研究的主要对象.

以PⅠ1单元数据模型为例,选取砂岩厚度、有效厚度、净毛比、单元内细分小层最大渗透率、单元内细分小层平均渗透率、流动系数和最大渗透率对应流动系数等能够反映储层渗流特征的指标作为流动单元分类的依据[12-13].PⅠ1单元原始数据见表1.

表1 PⅠ1单元原始数据

对7项指标的原始数据采用极值标准化公式进行处理,将其压缩到[0,1]:

式中:X为各指标标准化后数据,无量纲;X′为样本数据;X′min为最小样本数据;X′max为最大样本数据.极值标准化结果见表2.

表2 标定后的原始数据

采用夹角余弦方法计算相似系数rij[14]:

式中:Xik为第i口井第k个特征参数的标准化数据;Xjk为第j口井第k个特征参数的标准化数据.由式(2)得到模糊相似矩阵R[15-16]:

只有模糊等价关系才能进行分类,用求传递闭包方法将模糊相似矩阵 R变成模糊等价矩阵R＊.R自乘得R×R=R2,再自乘得 R2×R2=R4,如此类推,直到出现 R2k=Rk为止,则 Rk是一个模糊等价矩阵R＊,对所列样本的聚类状态进行分类.

然后,用程序进行聚类分析,得103×103模糊相似矩阵 R,根据传递闭包方法编写程序建立模糊等价矩阵 R＊,取不同的λ截距值,以得不同截阵,将流动单元分为不同的类别:取λ=0.985时,可分为15类;取λ=0.980时,可分为8类;取λ=0.975时,可分为5类;取λ=0.970时,可分为4类.

根据PⅠ1单元为陆上分流河道砂体沉积,河流规模较小,能量较上游减弱得多,沉积速度减慢,沉积特征明显,取λ=0.975,将其划分为5种类型的流动单元;如此,完成PⅠ2,PⅠ3,PⅠ4,PⅠ5+6储层流动单元的划分.

1.2 划分结果

北二西葡一组储层沉积时期经历2次大规模的水退和水进,湖成储层具有明显的成层性,大规模的河道砂体拼合性较明显,河流能量较强,对三角洲的建设具有控制作用.选用模糊聚类分析方法结合储层类型和开发实践,将北二西块葡一组沉积单元划分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类和Ⅳ类,其中Ⅲ类进一步细分出Ⅲa型、Ⅲb型2个亚类.分类标准见表3.

表3 沉积单元划分标准

1.2.1 Ⅰ类流动单元

以高孔、高渗透为主要特征,具有最好的渗流和存储能力,主要发育于泛滥平原相河道砂体(见图1),分流水道砂体中规模较小,一般都呈单井点控制,在三角洲内前缘相砂体中不发育.这类流动单元在注水开发过程中初期储层的开发效果最好,见效快,但在注水开发中后期易形成水窜通道,从而影响其附近储层的开采.

1.2.2 Ⅱ类流动单元

该类流动单元渗流能力强到中等,广泛发育于泛滥平原相和分流平原相河道砂体及河口坝微相中(见图2).Ⅱ类和Ⅰ类流动单元相邻分布,中间部分区域可能会被规模较小的Ⅲ类或Ⅳ类流动单元所隔开,在注水开发中油水较易在其中运动,水线推进平面非均质性较Ⅰ类弱些.

图1 北二西块葡Ⅰ3单元流动单元平面分布

图2 北二西块葡Ⅰ2单元流动单元平面分布

1.2.3 Ⅲ类流动单元

根据所处微相位置又分为Ⅲa型、Ⅲb型.

(1)Ⅲa型流动单元.主要发育于河道边部和不同河道切割叠置处,长期注水开发.另外,三角洲内前缘相分流水道砂体以Ⅲa型流动单元发育居多,储层性质变差,在没有层间干扰时,早期注水见效慢,由于层内相对均质,最终开发效果较好.

(2)Ⅲb型流动单元.主要发育于河间砂及三角洲内前缘相分流间砂体,注水开发过程中水线推进较均匀,但开发效果较差.

1.2.4 Ⅳ类流动单元

以低孔、低渗透为主要特征,大面积发育于三角洲内前缘相席状砂体中,此类流动单元的储层质量差,油水不易在其中运动,因而在注水开发过程中开发效果最差,见效慢,有的甚至不见效.

除这4种类型外,还有一种特殊类型流动单元——废弃河道,在萨北开发区发育规模较小,数量少,开发过程中因为注采不完善而造成剩余油.

2 应用效果

2.1 注聚后期措施调整

流动单元的准确划分有助于重新认识储层,提高措施成功率,改善措施效果.以注入井B2-4-P26和聚合物生产井B2-4-P25和B2-4-P27井组PⅠ2单元为例.在流动单元划分前,主要通过沉积相带图和渗透率判断连通状况和油层发育情况,认为B2-4-P25井、B2-4-P27井与注入井B2-4-P26井均为一类连通,注聚后2口生产井均应见效,且B2-4-P25井见效应好于B2-4-P27井,但流动单元划分结果显示,B2-4-P25井与B2-4-P26井之间被Ⅲa型流动单元隔开(见图2).对B2-4-P26井 PⅠ2单元注入示踪剂,B2-4-P27井采出液见到示踪剂,而B2-4-P25井未见示踪剂,说明B2-4-P25井与B2-4-P26井之间并不是一类连通,分别位于2个不同河道,这与流动单元划分结果一致.基于对流动单元的重新认识,为提高B2-4-P25井的聚驱开发效果,按文中方法开发效果非常明显(见表4).

表4 按文中方法划分开发效果

2.2 剩余油分布

统计处于不同微相带结合部位和微相边缘的流动单元内生产井注聚前后的生产动态,大多数生产井注聚后含水率下降快,增油效果明显,表明剩余油较多.以B2-D5-P13聚合物生产井为例,其PⅠ1单元处于河道砂Ⅱ类流动单元的边缘,与河间砂Ⅲb型流动单元相邻,注聚6 a后,开发效果非常明显(见表4).

河道砂体内Ⅱ类流动单元剩余油少,该区域内油井在水驱开发阶段含水率上升较慢,采出程度较高,注聚后开发效果不明显.以B2-6-25生产井为例,其PⅠ3单元处于河道砂体内Ⅱ类流动单元主体带位置(见图1),注聚6 a后开发效果见表4.

Ⅰ类流动单元所处储层多为正韵律油层,由于底部渗透率高,在注入压力和重力作用下,注入水趋向于向渗透率高的低部位流动,不能驱替上部剩余油.注聚后,由于聚合物的调剖作用,使渗透率低的上部吸水量和吸水厚度增加,降低剩余油饱和度.B2-5-21井PⅠ3单元位于Ⅰ类流动单元内(见图1),水驱开发阶段含水率上升快,注聚初期效果一般,随注入强度增加含水率下降明显,注聚6 a后开发效果见表4.表明河道砂体内大面积Ⅰ类流动单元中还存在一定数量剩余油,是聚驱开发中后期剩余油挖潜的对象.

流动单元过渡带剩余油饱和度较高,但挖潜难度大.同一微相内流动单元过渡带岩性变差,剩余油富集,平面渗透率非均质性影响注采效果,当油水井位于高渗区或油井位于高渗向低渗过渡区带时,其产量相对较高,水淹程度低;当水井位于高渗区,油井位于低渗区,或者油、水井均位于低渗区时,注水见效差,油井剩余油饱和度较高.B2-D5-P15聚合物生产井,在PⅠ2号层位于河道砂Ⅱ类流动单元到Ⅲ类流动单元的边缘过渡带(见图2),两向连通,通过连通状况分析,其主要受效于B2-4-P26注入井,注聚前该层含水率为66.9%,注聚初期效果较好,但含水率上升快,注聚6 a后含水率达到96.9%,单位有效厚度增油量为146 t,该位置剩余油挖潜难度较大.

根据剩余油分布情况,Ⅰ类流动单元水驱开发后效果并不是最好,Ⅱ类流动单元水驱开发效果较好;泛滥平原相河间砂中Ⅲb型流动单元聚驱开发效果较好,河道砂边部Ⅲa型流动单元内如果油、水井控制较好,其聚驱开发效果也不错.

3 结论

(1)选用砂岩厚度、有效厚度、净毛比、单元内细分小层最大渗透率、单元内细分小层平均渗透率、流动系数和最大渗透率对应流动系数等7个特征指标,应用模糊聚类分析方法结合储层类型和开发实践,将北二西葡一组沉积单元划分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类和Ⅳ类流动单元,其中Ⅲ类细分为Ⅲa型、Ⅲb型2个亚类.

(2)根据流动单元划分结果,对复合河道砂体内单一河道产生新认识,可以指导聚驱开发后期措施调整,取得较好应用效果,油水井动态反映,可以确定剩余油分布状况.北二西葡一组油层聚驱后剩余油分布更加复杂和分散,相邻流动单元所处微相不同,不同微相带结合部位及微相边缘的流动单元内剩余油饱和度较高.

(3)Ⅰ类流动单元水驱开发整体效果并不是最好,水驱后上部还存在相当数量剩余油;流动单元过渡带剩余油饱和度较高,由于平面非均质性严重挖潜难度较大.

(4)在划分流动单元指标方面,除文中7个特征指标外,还可以考虑选用储层质量品质系数、砂层厚度和泥质指数等.在其他地区开展类似研究工作时,可根据研究区实际状况选择相应参数.

[1]刘吉余,郝景波,伊万泉,等.流动单元的研究方法及其研究意义[J].大庆石油学院学报,1998,22(1):5-7.

[2]李海燕,彭仕宓,刘风喜.储层动态流动单元研究——以别古庄油田京11断块为例[J].油田地质与采收率,2007,3(14):67-71.

[3]Xiao B.Studies on curing effect of phophite monomer by EB radiation in the air[J].Radiat.Phys,Chem,2000,57:421-424.

[4]树辉.流动单元划分的研究方法与过程[J].化学工程与装备,2010(12):19,38-39.

[5]武丽丽.特高含水期水驱油藏层系井网重组优化研究[D].东营:中国石油大学,2010.

[6]高新波.模糊聚类分析及其应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2004:37-46.

[7]桂峰,黄智辉,马正,等.利用灰关联聚类法划分并预测流动单元[J].现代地质,1999,13(3):339-344.

[8]张吉,张烈辉,郭建新,等.灰色识别法在单井流动单元预测中的应用[J].特种油气藏,2005,12(1):36-38.

[9]王华崇.大港油田孔南地区孔一段冲积环境储层流动单元划分方法探讨[J].油气地质与采收率,2005,12(1):12-14,17.

[10]崔传智,赵晓燕.模糊聚类分析方法在水平井开发指标预测中的应用[J].数学的实践与认识,2007,372(4):78-82.

[11]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,2002,26(5):19-22.

[12]林波,张建良,刘辛.储层流动单元划分在油田开发中的应用[J].江汉石油学院学报,2003(25):94-95.

[13]李海燕.文留油田文72断块储层动态流动单元划分[J].大庆石油学院学报,2008,32(1):5-8.

[14]窦之林.储层流动单元研究[M].北京:石油工业出版社,2000:1-3,67.

[15]李和全,沈长志,齐艳范,等.砂岩油田分层注水开发综合调整[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1994:174-182.

[16]卢怀宝,闫铁,毕雪亮.基于模糊聚类分析的小井眼技术经济评价[J].大庆石油学院学报,2006,30(6):46-48.

Partition of flow un itand itsapplication in polymer flooding development-take Beierxigroup PuⅠin Daqing oilfield asan exam ple/2011,35(2):73-77

REN Gang1,JIANG Zhen-hai2
(1.Oil Recovery Plant N o.1,Daqing Oilfield Corp.L td.,Daqing,Heilongjiang 163001,China;2.Oil Recovery Plant N o.3,Daqing Oilfield Corp.L td.,Daqing,Heilongjiang 163318,China)

In o rder to identify the single river channel in the sand body of the compound river channel further,to enhance the developing effectsof such polymer flooding reservoirs,the fuzzy clustering analysis method is selected com bining the reservoir type and the development p ractice.The six sedimentary units of Beierxi Group Pu Iin Daqing Oilfield are divided into 4 flow units.The seepage and storage capacity of type-Ⅰflow units is the best,type-Ⅱmoderate,type-Ⅲgeneral.A cco rding to its geographical micro-phase location,they are divided into two sub-categories,that is,type-ⅢA and type-ⅢB.Type-ⅢA ismainly developed beside the river channel or in the cutting and overlay area of different river channel.The layer is relatively homogeneous,and the ultimate developing effect is better.Type-ⅢB is mainly developed in the river-betw een sand and the shunting-betw een sand in the delta front phase.The developing effect is relatively poor.The type-Ⅳflow unit is the reservoir w ith low po rosity and low permeability.Acco rding to the partition results of flow units,a new aw areness is fo rmed to the connectivity condition of oilwells.Based on the above,the development late in polymer flooding was adjusted,and good effects have been achieved.Through partition of flow units and the dynamic reflection of oil&water wells,it is found that residual oil distribution is closely connected to the spatial distribution of flow units and sedimentary m icro phases.This method can determ ine reservoir flooding conditions and residual oil distribution qualitatively,so it supp lies a new method for identifying the residual oil after polymer flooding.

flow units;fuzzy clustering;residual oil;polymer flooding;Daqing Oilfields

TE331

A

1000-1891(2011)02-0073-05

2011-01-19;审稿人:卢祥国;编辑:任志平

国家自然科学基金重点项目(50634020);黑龙江省杰出青年科学基金项目(200601)

任 刚(1971-),男,博士生,高级工程师,主要从事油气田开发工程方面的研究.