流动单元及其在储层分类中的应用

闫 羽 闫 斐 桂传松 李小辉

（1.中国石化胜利油田分公司滨南采油厂2.中国石化胜利油田分公司开发处3.中国石油渤海钻探工程有限公司第一录井分公司4.中国石油长庆油田公司储气库管理处）

流动单元及其在储层分类中的应用

闫 羽1闫 斐2桂传松3李小辉4

（1.中国石化胜利油田分公司滨南采油厂2.中国石化胜利油田分公司开发处3.中国石油渤海钻探工程有限公司第一录井分公司4.中国石油长庆油田公司储气库管理处）

为了能够合理地划分储集层，对流动单元的概念、原理以及研究流程进行分析，通过流动单元的划分和识别方法对储层分类界限进行验证。根据子洲气田和HFY地区不同岩性储层的样品做孔隙分析，利用流动单元中能够反映地层微观孔隙特征的流动层带指标(FZI)与其他地质参数进行聚类分析，再对各类流动单元做频率直方图和反向累计频率分布图，得到的储层界限值与用地质方法划分的界限值基本相符。图8表1参10

流动单元流动层带指标FZI聚类分析频率直方图储层分类

0 引言

流动单元可表述为垂向上和横向上连续的储集带，其内部具有相似的影响流体流动的岩性和岩石物理特征[1-3]。在同一流动单元内岩石物理特征是连续的，不同流动单元之间则有明显的差异。流动单元是沉积作用、成岩作用等多种地质作用形成的成因单元。因此，通过流动单元的划分和研究，能够合理地划分储集层。文章通过流动单元方法对子洲气田山西组、HFY油田白垩系不同岩性储层进行分类，来说明流动单元方法在储层分类中的应用。

1 流动单元划分法的基本原理

流动单元往往受矿物成份和结构控制[4]，根据孔喉特征可以将储层划分为多个内部渗流特征相似的相对均质的流动单元，因此同一流动单元具有相同的流动层带指标。流动层带指标(FZI)是Amaefule等[5]对Kozeny-Carmen方程修改后得到的，其表达式如下：

式中：

Fs—形状系数；

Sgv—单位颗粒体积的表面积，cm2；

τ—孔隙介质的迂曲度。

公式（1）两边分别除以φe并开平方可得：

如果渗透率的单位为mD，则可以定义下列参数：

（1）储层质量指标（RQI）

能准确反映储集层孔隙结构和岩石物理性质的变化，当中值半径增大、中值压力减小，孔隙结构变好时，储集层品质数增大；反之减小。其表达式为：

（2）标准化孔隙度指标

（3）流动层带指标（FZI）

代表岩石微观孔隙特征，如孔喉的大小和形状、孔隙喉道半径、孔喉比连通系数等决定着流动单元的性质。其表达式为：

对公式（5）两边取对数得：

由公式（6）可知，具有相同流动层带指标值属于同一流动单元，具有相似的孔喉特征，其在划分储层过程中综合反映岩石的孔隙结构、成分及储层沉积构造等地质特征。再与其它参数（沉积方面可以选取粒度中值、泥质含量；成岩方面可选用胶结指数；物性参数可用渗透率、孔隙度；在流体性质方面可选取含油饱和度；也可选取流动系数Kh/μ和饱和度中值压力。)进行聚类分析，可以较好地划分储集层[6-7]。因此，流动层带指标是利用流动单元划分储层较为理想的参数。

2 在不同岩性储层划分中的应用

2.1 流动单元在碎屑岩储层中的应用

子洲气田山西组山2段为三角洲平原、前缘沉积相，发育的主要岩性为灰白色石英砂岩、灰色中粗粒岩屑石英砂岩及深灰色含泥中粗粒岩屑砂岩等。尝试用流动单元对该区山西组储层进行分类，利用山2段实测物性、毛细管压力曲线特征值，挑选134个样本资料，求取流动层带指标并与孔隙度、渗透率、饱和中值压力值进行K均值聚类分析。K均值聚类分析的基本思想是：首先按照一定方法选取一批凝聚点（聚心），再让样本向最近的凝聚点凝聚，形成初始分类，然后再按最近距离原则修改不合理的分类，直到合理为止。因此根据聚类分析成果表中的聚类类型（表1），可以将山2段储层划为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类（图1）。

表1 子洲气田山西组山2段聚类分析成果表

统计利用聚类分析方法区分的这三类储层的孔隙度数据，可以得到相应的孔隙度频率直方图、反向累计频率分布图（图2、图3、图4）。Ⅲ类储层孔隙度主要集中在2%~6%，Ⅱ类储层孔隙度主要集中在5%~ 8%，而Ⅰ类储层孔隙度主要集中在7%~9%，在此可以区分3类储层。再由这3类储层的孔隙度反向累积频率图，发现Ⅰ类储层和Ⅱ类储层在孔隙度7.1%处交叉，所以Ⅰ类和Ⅱ类储层的孔隙度分界值是7.1%；Ⅱ类储层和Ⅲ类储层在孔隙度5.5%处交叉，所以Ⅱ类和Ⅲ类储层的孔隙度分界值是5.5%。与通过地质方法划分的储层界限值相符（Ⅰ类和Ⅱ类储层的孔隙度界限值是7%，Ⅱ类和Ⅲ类储层的孔隙度界限值是5.5%），证明该方法可行。

图1 子洲气田山2段RQI与Фz的双对数关系图

图2 Ⅰ类和Ⅱ类储层孔隙度频率分布及反向累积频率图

图3 Ⅱ类和Ⅲ类储层孔隙度频率分布及反向累积频率图

图4 子洲气田山2段孔渗关系图

由于参与流动单元计算的样品孔隙度、渗透率孔渗关系明显,具有较好的相关关系（图4），因此可以由流动单元划分的孔隙度界限得到渗透率的界限。在孔隙度和渗透率交会图上，孔隙度为5.5%和7.1%时对应的渗透率值是0.4 mD和1 mD。

2.2 流动单元在碳酸盐岩储层中的应用

碳酸盐岩储层由于沉积相变化快、成岩作用强烈和其特殊性（易溶性和不稳定性）等，使碳酸盐岩储集空间的演化相当复杂，孔隙类型多，纵横向变化快，往往在同一储集层内存在着多种类型的孔隙，各种孔隙又往往经受几种因素的作用和改造等。通常对该岩类储层进行划分时要比碎屑岩储层更为复杂，然而流动单元法在HFY油田白垩系碳酸岩储层分类验证中有较好的效果。利用白垩系165个碳酸盐岩压汞样品资料，求取流动层带指标并与孔隙度、渗透率、饱和中值压力、流动系数进行聚类分析。根据聚类分析结果，可以将白垩系储层划为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类（图5）。统计这4类储层的孔隙度数据，得到相应的孔隙度频率直方图、反向累计频率分布图（图6、图7、图8），可以区分4类储层。由这4类储层的孔隙度反向累积频率图，可以发现Ⅰ类储层（孔隙度主要集中在18%~26%）和Ⅱ类储层（孔隙度主要集中在16%~ 24%）在孔隙度21.5%处交叉，所以Ⅰ类和Ⅱ类储层的孔隙度分界值是21.5%；Ⅱ类和Ⅲ类储层（孔隙度主要集中在8%~18%）在孔隙度16.5%处交叉，所以Ⅱ类和Ⅲ类储层的孔隙度分界值是16.5%。Ⅲ类和Ⅳ类储层（孔隙度主要集中在2%~12%）在孔隙度8.2%处交叉，所以Ⅲ类和Ⅳ类储层的孔隙度分界值是8.2%。与通过地质方法划分的储层界限值相符（Ⅰ类和Ⅱ类储层的孔隙度界限值是22%，Ⅱ类和Ⅲ类储层的孔隙度界限值是16%，Ⅲ类和Ⅳ类储层的孔隙度界限值是8%），证明该方法可行。

图5 HFY油田白垩系RQI与Фz的双对数关系图

图6 Ⅰ类和Ⅱ类储层孔隙度频率分布及反向累积频率图

图7 Ⅱ类和Ⅲ类储层孔隙度频率分布及反向累积频率图

图8 Ⅲ类和Ⅳ类储层孔隙度频率分布及反向累积频率图

3 结论

（1）流动层带指标（FZI）是把矿物地质特征和孔喉特征结合起来判定孔隙几何相的一个参数，它能够反映岩石的成分、结构和构造等地质特征，并且相同的流动单元具有相同的流动层带指标值，是利用流动单元划分储层较为理想的参数。

（2）通过采用流动单元分析的基本原理和依据相应的聚类分析方法，对碎屑岩和碳酸盐岩储集层找出一个合理的分类体系，得到的各级储层的分界值与通过地质方法得到的储层分界值相符，证明该方法可行。

1Hearn C J,Ebanks W J,Ranganath V.Geological factors influencing reservoir performance of the Hartzog Draw Field, Wyoming[J].Journal of Petroloum Technology,1984,36(11): 1335-1344.

2Ebanks W J.Flow unit concept-integrated approach to reservoir description for engineering projects[J].AAPG Annual Meeting,AAPG Bulletin,1987,71(5):551-552.

3闫长辉,戴达山.流动单元法评价储层的展布特征[J].成都理工学院学报，2002，29（1）:37-40.

4李阳，刘建民.流动单元研究的原理和方法[M].北京:地质出版社，2005.

5Amaefule J O,Altunbay M.Enhanced reservoir description: Using core and log data to identify hydraulic（flow）units and predict permeability in uncored interval/wells.SPE 26426[A], Presented at the 68th Annual SPE Conference and Exhibition, Houston,Texas,Oct 2-5,1993:205-220.

6付殿敬,徐敬领,王贵文.基于Q型聚类分析和贝叶斯判别算法研究储层分类评价[J].科技导报,2011,29（3）:29-33.

7文环明，肖慈珣，甄兆聪，等.动态聚类分析在储层分级中的应用[J].物探化探计算技术，2002，24（4）:323-327.

8靳彦欣，林承焰，赵丽，等.关于用FZI划分流动单元的探讨[J].石油勘探与开发，2004，31（5）:130-132.

9周金应，李治平，谷丽冰，等.储层流动单元划分与描述的方法[J].资源与产业，2006，8（5）:88-91.

10刘吉余.流动单元研究进展[J].地球科学进展，2000，15（3）:303-305.

（修改回稿日期2014-09-16编辑文敏）

闫羽，男，1989年出生，本科。地址：（257000）山东省东营市东营区西四路油建公司。电话：18554630326。E-mail：342709876@qq.com