储层流动单元定量研究方法与注意问题

摘 要： 自C．L．Hearn等人于1984年提出流动单元（Flow Unit）的概念[1]，目前人们一致性的认识是：“横向和垂向上连续的，具有相似渗透率、孔隙度及流动特征的储集带”。流动单元作为一种油气田地质研究理论和表征方法，已经得到快速推广与发展。流动单元的研究应以石油地质学、沉积岩石学、层序地层学、油层物理以及渗流力学等学科的理论为基础，综合应用油田动、静态生产资料，以储集体的非均质性特征和渗流特征为主线，对地下油气藏进行分单元的综合研究和评价。

关键词： 流动单元； 沉积相带； 高分辨率层序

中图分类号： TE21 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2011）03-0052-02

1流动单元研究方法与关键技术

1.1流动单元定量化研究进展

流动单元研究实质上是对油气藏进行深入细致的综合研究和表征。特别是对于复杂和长期注水开发的油气藏，要正确揭示地下油气藏内流动单元的分布规律，必须采用多学科的理论为指导，应用多种手段，多种信息，才能做好流动单元的识别、划分和评价。本文通过文献调研，把国内外储层流动单元研究的基本思路和步骤大体分为两种类型：

1.1.1 以数学手段为主的储层参数分析法

广泛应用储层中的各种地质参数，通过单井中密集取样的聚类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。在这类方法中，仅仅需要做少量的地层对比和沉积学研究，隔、夹层的分布可作为流动单元划分的分界依据，最终建立以流动单元为基础的三维定量地质模型。

上述方法存在以下不足：强调了成因单元（或沉积相带）内影响流体渗流地质参数的差异，虽应用多种参数进行流动单元划分，但对成因单元本身的分布、单元间渗流屏障（沉积屏障、成岩胶结带和断层遮挡）及各种地质界面的研究很难用统一的定量标准进行刻画。而陆相储层砂体时、空分布的复杂性、渗流屏障及微地质界面的分布状况，在某种程度上对地下流体运动的影响更为重要。此外，某些研究者过分强调流动单元在垂向上的分层性，甚至将流动单元看作是更细微的“地层单元”，忽视了平面上渗流差异的研究，而平面上严重的非均质性正是陆相储层的又一特色。

1.1.2 以地质研究为主的储层层次分析法

不同的勘探开发阶段，对流动单元的认识也不同，所以不同层次的流动单元其研究方法也应有所不同（于兴河，2008）。单层以上级次的结构要素的界面均为不渗透界面，单砂体的界面大部分部位不渗透，只有部分部位为渗透的界面，因而在储层结构分析中，如果将这些级次的结构搞清了，在垂向上将其分开，便可解决这些级次的流动单元划分问题。

1.2 流动单元综合划分方法

目前流动单元在理论上从单学科到多学科交叉，方法上从定性发展到半定量或定量，概念则由原始的纯地质概念发展成地质和油藏工程通用的概念，具有较强的实用性。本文把流动单元的概念界定为：空间上具有相似渗透率、孔隙度等物性的储集体，其边界为区域上稳定发育的泥岩、不连续薄隔挡层等各种沉积界面或渗透差异层，其连通性还受构造断层控制。

应用高分辨率层序地层学原理、层次界面分析法和流动单元定量划分三者融为一体，采用层次分析思想进行流动单元的划分是目前研究热点。首先应用高分辨率层序地层学的基准面旋回等时对比法则，建立高分辨等时地层格架，并研究其间泥质岩隔、夹层的分布。然后在等时地层单元内，按照其中不同级次沉积界面和结构单元的特征，把储层详细解剖到成因砂体或成因单元。在此基础上，研究各个流动单元的各种岩石物理参数，并进一步分析界面间沉积、断层遮挡状况，建立精细的储层结构模型，并在平面进行流动单元分区的研究。

1.3 流动单元划分的关键技术

本次流动单元划分采用了以下关键技术：

1.3.1 高分辨率层序格架建立与沉积微相划分

应用高分辨率层序地层学原理建立等时地层格架，通过井震结合划分各个小层的沉积微相，按照不同的沉积边界和结构单元，划分出各个成因砂体。

1.3.2 流动带指标分析法

各个成因砂体内部由于物性差异，具有不同的水力流动单元。而相似FZI（流动带指标）的岩石被认为具有相似平均水力半径，因而属于同一水力流动单元（Amaefule，1993）[2]。Amaefule和Abbaszaden等基于孔隙几何学对流体渗流具有很大影响的认识，提出了应用流动带指标FZI（Flow Zone Index）划分水力流动单元的方法。

1.3.3 聚类分析法

聚类分析（C1uster analysis）是最常用的数理统计方法之一，它是按照客体在性质上或成因上的亲疏关系，对客体进行定量分类的多元统计分析方法，这种分类方法不仅综合考虑了所有的因素，而且不受己有分类结构的影响，只是以某种分类统计量为依据，对客体进行分类。对系统聚类分析来说，一批给定样品的类型和数目事先都不知道，正好是需要通过聚类分析以后结合地质解释来确定划分的类型和数目。根据分类对象不同，聚类分析又分为Q型聚类分析（对样品聚类）和R型聚类分析（对指标或变量分类）两种类型。由于流动单元的分类是根据被观测对象的各种特征，即反映被观察对象的特征的各变量值进行分类。

聚合聚类分析法的原理是在开始时每个客体自成一类，然后以某种表示客体亲疏关系的分类统计量为分类依据，把一些彼此之间关系最亲密的聚集合并为一类，把另一些彼此之间亲近的客体集合为另一类。在客体聚合为类的基础上，在根据类之间的亲疏程度继续合并，直到全部客体聚为一类为止。

衡量样品或指标之间的亲疏程度的指标有两种，即距离和相似系数。距离是将每个样品看成是m个变量对应的m维空间中的一个点，然后在该空间中依据任意两点间的距离进行定义其亲疏程度，距离越近，则亲密程度越高。其中衡量指标为距离算法，共有：Euclid（欧氏距离）、Seuclid（标准化欧氏距离）、CityBlock（布洛克距离）、Minkowski（明可夫斯基距离）。而采用的聚类算法一般有：single（最短距离法）、complete（最长距离法）、average（未加权平均距离法）、weighted（加权平均距离法）、centroid（质心距离法）、median（加权质心距离法）。利用衡量聚类树各个节点的相关系数，可以比较优选以上各种算法，相关系数越接近1的算法为最佳算法。

1.3.4 多参数综合流动单元分析法

流动单元的研究是一种多参数分析法，参数的选取尤为重要，一般可选取孔隙度、渗透率、储层质量系数RQI、流动带指标FZI、沉积微相等参数组合，通过灰色理论确定各个参数的权值，以各参数自身评分与各参数的权系数相乘可得各参数单项得分，把各参数单项得分累积后以百分制可得最终的流动单元综合得分，以反映地下地质的真实情况。

2流动单元划分中应注意的问题

识别一个流动单元就是识别具有相似的岩石物理特征的三维地质体。而岩石物理相是受沉积特征控制，所以，划分流动单元的依据是沉积特征和岩石物理参数，尤其是储层的孔隙结构参数。

2.1 等时地层格架的建立与成因砂体的划分

沉积因素是控制流体流动的主要因素之一。应用高分辨率层序地层学原理，进行等时对比，划分出各级基准面旋回，可以保证小层对比的相对等时性，并在此基础上研究小层之间泥质隔、夹层的分布。这种研究方法划分的流动单元，对储层的宏观特征具有较好的体现，并可能其成因进行科学的分析；但各个小层内部仍然存在较大的非均质性，因此，应对各个小层的岩石物理特征应用量化的方法进一步深入分析。

2.2 流动单元定量化参数的确定

从目前研究成果来看，划分流动单元的参数主要包括：孔隙度、渗透率、存储系数RQI、流动带指标FZI、沉积微相等。在选取参数时，要全面、准确和适当，要紧密结合研究区的地质特征和研究目的和要求以及收集资料的丰富程度，为油田开发服务。因此，表征流动单元划分参数的选取要体现宏观与微观、构造与沉积、岩石骨架与流体性质各个方面。

2.3 数据分析和异常处理

本次研究区处于长期开发过程中，油田已经进入了特高含水阶段，而期间由于注水、加密井网等因素引起多次测量的储层岩石物性发生相应变化或误差，对此必须对各个井的物性参数进行对比分析，并对其异常值进行处理。

3流动单元划分实例分析

应用以上所提到的孔隙度、渗透率、储层质量系数RQI、流动带指标FZI、沉积微相等参数，采用聚类分析，得出各个小层的流动单元统计规律，并在平面上分析流动单元分布规律。

通过RQI和PHEe的双对数坐标图，可以大概分析样品点的孔隙及储层质量特征，一般来说在同一趋势的样品点具有相似的孔喉特征，而X油田X小层有三组斜率近似平行的直线。本次研究还对各个样品加入了FZI属性参数分析，样品颜色值越红，FZI值越高，从实际数据投点可以发现X油田X小层FZI高值样品点多，而低值较少，说明其总体孔、渗性能好与流动性能好，这与该层分流河道、水下分流河道及河口坝砂体发育密切相关。由于FZI指标是从储层孔隙结构与孔、渗数据推导得出的流动单元指标，因而具有相似的岩石被认为具有相似的平均水力半径，通过FZI的累计函数图可以大概分出不同水力流动单元；去除累计函数两端的异常值，P13c3大概可以分出三段，分别对应三类流动单元。其划分方法主要是依据曲线的斜率变化所造成的拐点。

根据X油田X小层流动单元综合评分，建立流动单元综合系数场，通过流动聚类分析结果统计出各类流动单元的综合评分标准：通过流动单元综合评分统计，E类流动单元的综合评分平均为65左右，G类流动单元的综合评分平均为38左右，P类流动单元的综合评分平均为10左右，由此以其平均值做为其cut off值（截取值）来进行平面分区。

4结论

1.以数学手段为主的储层参数分析法和以地质研究为主的储层层次分析法是目前国内外对流动单元进行识别、划分和评价两种主要方法。

2.应用高分辨率层序格架建立与沉积微相划分，采用流动带指标分析法、聚类分析法、多参数综合流动单元分析法，使高分辨率层序地层学原理、层次界面分析法和流动单元定量划分三者融为一体，可以进行流动单元的划分。

3.把握好等时地层格架的建立与成因砂体的划分、流动单元定量化参数的确定及数据分析与异常处理，能较好的提高流动单元划分的准确性。

4.应用孔隙度、渗透率、储层质量系数RQI、流动带指标FZI、沉积微相等参数，采用聚类分析，得出各个小层的流动单元统计规律，并在平面上分析流动单元分布规律的方法是可行的，由于其可操作性较强，适合在油田推广和应用。

参考文献：

[1]Hearn C L，Ebanks W J，Tye，R S，et al.1984.Geological factors influencing reservoir performance of the Hartzog Draw filed. Wyoming Journal of Petroleum Technology.

[2] Amaefule J O，et al.1993.Enhanced Reservoir Description:Using Core and Log Data to Identify Hydraulic(Flow)Uints and Predict Permeability in Uncored Interval\Wells，SPE 26436：205~220.

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