伊陜斜坡西南緣長63致密砂巖儲層流動單元特征

劉一慧,曹 濤,王 磊,邢 楊,吳雨風(fēng),彭業(yè)雄

(1.長慶油田分公司第七采油廠,陜西 西安 710016; 2.長慶油田分公司油田開發(fā)事業(yè)部,陜西 西安 710018; 3.長安大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院,陜西 西安 710054; 4.長慶油田分公司第十采油廠,甘肅 慶陽 745699)

儲層非均質(zhì)性一直是影響儲層評價(jià)的關(guān)鍵因素[1-2],而流動單元能夠有效地劃分非均質(zhì)性儲層類型[3-4],為非均質(zhì)性儲層內(nèi)的油氣勘探部署提供依據(jù)。國內(nèi)外對流動單元并無統(tǒng)一的定義,但均認(rèn)為其在空間上具有連續(xù)的相似巖石物性[5-6]、外有非滲透性隔擋層,并且砂體內(nèi)被非滲透界面分隔的儲集單元[7-9]。本文研究的流動單元是指儲層內(nèi)縱橫向上連續(xù)、物性及滲流特征相似的儲集帶,它能將儲層非均質(zhì)性由微觀物性的非均質(zhì)表現(xiàn)轉(zhuǎn)換為儲集帶的宏觀非均質(zhì)性,從而實(shí)現(xiàn)非均質(zhì)性儲層的快速分類和定量分析。

國內(nèi)外學(xué)者對流動單元劃分的研究已近40年,研究方法由最初的沉積—成巖—構(gòu)造作用綜合法、巖性—物性特征綜合法、儲層層次分析法等定性、半定量研究方法轉(zhuǎn)變至現(xiàn)在應(yīng)用多元統(tǒng)計(jì)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)算法分析等方法進(jìn)行的定量研究[10-13];研究內(nèi)容也從簡單的表征高、中、低滲儲層特征,劃分儲層類型[11-14],到現(xiàn)在應(yīng)用于滲透率解釋、油藏?cái)?shù)值模擬以及預(yù)測剩余油分布等方面[15-18]。但以往的研究缺乏對于低孔、特低滲類儲層流動單元的研究,也極少結(jié)合油田生產(chǎn)動態(tài)資料來進(jìn)行驗(yàn)證流動單元劃分的可靠性。

鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西南緣H307井區(qū),多數(shù)長63產(chǎn)油井已進(jìn)入中、高含水期,產(chǎn)油量急劇下降,含水率急劇增加,油田穩(wěn)定生產(chǎn)面臨問題。剩余油的控制因素及分布規(guī)律模糊,主要是由于儲層特征的認(rèn)識不夠深化,特別是對剩余油的微觀賦存狀態(tài)和滲流通道的特征機(jī)器形成機(jī)理的認(rèn)識不足,加上在前期的調(diào)剖堵水措施等地質(zhì)研究過于粗糙,已成為提高采收率的瓶頸[19-20]。為有效地動用研究區(qū)長63油層組低滲透油藏,以多因素聚類分析法對長63致密砂巖儲層流動單元類型進(jìn)行劃分,再結(jié)合油田動態(tài)生產(chǎn)資料驗(yàn)證劃分結(jié)果,以期為研究低孔、特低滲類儲層流動單元提供新思路。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)HJ油田H307井區(qū)行政歸屬于甘肅省,構(gòu)造上處于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西部(圖1),區(qū)域內(nèi)構(gòu)造平緩[21]。受印支運(yùn)動影響,晚三疊世盆地發(fā)育一套典型、完整的陸相碎屑巖沉積體系。研究區(qū)延長組從長10至長1沉積期,經(jīng)歷了湖盆擴(kuò)張至消亡的全過程,長6段沉積于湖盆萎縮初期和三角洲沉積向湖盆內(nèi)擴(kuò)張期[21],是一套濁積扇沉積,主要有濁積水道主體、水道側(cè)翼、濁積水道間3類沉積微相。

圖1 研究區(qū)位置及地層巖性Fig.1 Location and formation lithology of the study area

圖2 長63孔隙度、滲透率分布Fig.2 Histogram of porosity and permeability distribution of Chang 63

2 流動單元研究方法與參數(shù)選取

由于儲層滲流特征受到沉積背景、儲層物性、成巖作用、斷層性質(zhì)、孔喉結(jié)構(gòu)等多種因素的影響[12,16-17]。本文從80口井長63巖心樣品的分析化驗(yàn)資料中,優(yōu)選出孔隙度(φ)、滲透率(K)、單砂體厚度(H)、泥質(zhì)含量(Vsh)、流動分層指數(shù)(FZI)、孔喉半徑(R35)6個屬性參數(shù)作為流動單元劃分參數(shù)變量。其中,φ、K、H、Vsh可以根據(jù)巖心分析或者測井資料獲取,FZI、R35則需要通過其他參數(shù)轉(zhuǎn)化,其計(jì)算過程如下[22]。

(1)流動分層指數(shù)。

(1)

式中,FZI為流動分層指數(shù);RQI為油藏品質(zhì)系數(shù);φz為孔隙體積與顆粒體積之比;φe為有效孔隙度;K為滲透率。

(2)R35值。R35是指壓汞曲線上進(jìn)汞飽和度達(dá)35%時所對應(yīng)的孔喉半徑。在有巖心樣品壓汞分析的情況下,可以直接從壓汞曲線上讀取;沒有壓汞曲線的情況下,可以采用Winland方程求取[18]。

lgR35=0.732+0.588lgKr-0.864lgφr

(2)

式中,R35為進(jìn)汞飽和度35%時所對應(yīng)的孔喉半徑;Kr為滲透率;φr為孔隙度。

再通過因子分析方法,提取多參數(shù)變量內(nèi)部的共性因子,將變量內(nèi)部本質(zhì)相同的潛在因子歸入一個主因子,以此減少變量分析的數(shù)目;同時,還可以對主因子所代表的地質(zhì)內(nèi)涵進(jìn)行命名,使其符合地質(zhì)意義[23];再以聚類分析將樣本中具有相似性質(zhì)的樣本歸為一個“族”,每個樣品在聚類分析開始時各自成一類,然后按親疏的遠(yuǎn)近逐次合并,直到最后所有的樣品歸為一大類為止[24-25],以此劃分流動單元類型;最后,以上述巖心樣品的聚類分析結(jié)果作為判別分析的學(xué)習(xí)樣本,采用貝葉斯判別分析方法,建立4類流動單元的判別函數(shù),從而實(shí)現(xiàn)非取心井的流動單元的定量劃分。

3 流動單元劃分結(jié)果

3.1 主因子分析

通過對選取的6個參數(shù)進(jìn)行因子分析,方差分析結(jié)果見表1。前4個因子的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到97.851%,達(dá)到了因子分析的精度要求,基本涵蓋了6個參數(shù)所攜帶的主要信息,因此選擇前4個因子作為因子分析的主因子。

表1 因子分析的總方差解釋Tab.1 The interpretation of total variance of factor analysis

旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣見表2。從表2中可以看出,主因子1(F1)在滲透率(K)、流動分層指數(shù)(FZI)上有較大的載荷,分別為0.956和0.951,表明F1主要反映這2個參數(shù)指標(biāo)的變化,這2個參數(shù)主要反映儲層的流動能力,因而可以將F1命名為“流動因子”;主因子2(F2)在孔隙度(φ)、孔喉半徑(R35)上有較大的載荷,分別為0.974和0.937,表明F2主要反映這2個參數(shù)指標(biāo)的變化,這2個參數(shù)主要反映儲層的儲集能力,因而可以將F2命名為“儲集因子”;主因子3(F3)在單砂體厚度(H)上有較大的載荷,載荷系數(shù)為0.990,該因子主要反映儲層的發(fā)育規(guī)模,因而可以將F3命名為“規(guī)模因子”;主因子4(F4)在泥質(zhì)含量(Vsh)上有較大的載荷,載荷系數(shù)為0.997,該因子主要反映泥質(zhì)含量指標(biāo)的變化,因而可以將F4命名為“泥質(zhì)含量因子”。

表2 旋轉(zhuǎn)后因子的載荷矩陣Tab.2 Load matrix of the rotated factor

根據(jù)因子得分系數(shù)矩陣,可以得出4個主因子得分函數(shù):

(3)

3.2 聚類分析

對研究區(qū)80口井長63巖心進(jìn)行聚類分析,將其流動單元劃分為E、G、M、P共4類。E—P類流動單元,儲層的φ、K、H、FZI以及R35參數(shù)平均值隨流動單元質(zhì)量變差而減小,Vsh則是隨流動單元質(zhì)量變差而變大(表3)。

表3 H307井區(qū)長63儲層流動單元各參數(shù)平均值Tab.3 Average value of flow unit parameters of Chang 63 reservoir in H307

由表3可知,E、G、M、P流動單元中,E類流動單元的物性特征最好,G類流動單元的儲層物性較好,M類流動單元的儲層物性中等,類流動單元的儲層物性最差。

研究區(qū)長63致密砂巖儲層以G、M類型為主,所占比例分別為30.36%、35.33%,累計(jì)厚度分別為4 107、3 397 m;其次為P類型,所占比例23.25%,累計(jì)厚度1 916 m;E類型流動單元發(fā)育最少,所占比例11.07%,累計(jì)厚度1 676 m(圖3)。

3.3 貝葉斯判別

判別分析是在樣本類別確定的條件下,通過探索已知類別的樣本各指標(biāo)參數(shù)與相應(yīng)類別之間的關(guān)系,利用這些關(guān)系設(shè)計(jì)一套標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)新樣本需要確定其類型時,則利用已建立的標(biāo)準(zhǔn)即判別函數(shù)判斷,并實(shí)現(xiàn)樣本分類。

圖3 流動單元占比及累計(jì)厚度柱狀Fig.3 Flow unit proportion and cumulative thickness bar chart

以上述巖心樣品的聚類分析結(jié)果作為判別分析的學(xué)習(xí)樣本,采用貝葉斯判別分析方法,建立4類流動單元的判別函數(shù),從而實(shí)現(xiàn)非取心井的流動單元的定量劃分。

(4)

式中,Y1、Y2、Y3、Y4分別為流動單元E、G、M、P的貝葉斯判別函數(shù)式。

判別分析結(jié)果顯示,4類流動單元綜合正判斷率為96.8%。其中,E類、G類、M類、P類流動單元正判率分別為100%、98.5%、96.4%、92.1%,說明利用建立的判別函數(shù)進(jìn)行流動單元類型歸屬的判定是可行的。

綜上所壕,在研究區(qū)判斷研究區(qū)未知長6儲集砂體流動單元類型時,只需將標(biāo)準(zhǔn)化取值后的φ、K、H、FZI、R35及Vsh代入式(4),其中得分最高即數(shù)值最大的Y就代表該儲集砂體的流動單元類型(Y1、Y2、Y3、Y4分別代表E、G、M、P類流動單元)。

4 動態(tài)生產(chǎn)資料驗(yàn)證劃分結(jié)果

不同類型的流動單元具有不同的物性特征,反映在生產(chǎn)動態(tài)特征上也會有所不同,因此選用油田開發(fā)井的動態(tài)生產(chǎn)資料來驗(yàn)證儲層流動單元劃分的合理性。

4.1 生產(chǎn)井初期產(chǎn)能驗(yàn)證

統(tǒng)計(jì)78口生產(chǎn)井186個單砂體初期產(chǎn)能數(shù)據(jù)如圖4(a)所示。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,E類流動單元初期產(chǎn)能最高,平均日產(chǎn)油4.2 m3、日產(chǎn)液7.8 m3;其次為G類流動單元,平均日產(chǎn)油4.2 m3、日產(chǎn)液5.3 m3;M類流動單元平均日產(chǎn)油1.7、日產(chǎn)液3.5 m3;P類流動單元產(chǎn)能最差,平均日產(chǎn)油0.6、日產(chǎn)液0.8 m3。初期產(chǎn)能的高低與流動單元的質(zhì)量屬性相匹配,流動單元類型由E類向P類變化,儲層初期產(chǎn)能也相應(yīng)減少。

4.2 注水井吸水能力驗(yàn)證

統(tǒng)計(jì)分析研究區(qū)63口注水井150個單砂體吸水剖面資料數(shù)據(jù)如圖4(b)所示。結(jié)果表明,研究區(qū)長63儲層的滲流能力隨流動單元類型變化而變化,總體規(guī)律表現(xiàn)為流動單元類型由P類向E類變化,儲層滲流能力也隨之增強(qiáng)。其中,E類流動單元吸水能力最強(qiáng),絕對吸水量20.5 m3/d,吸水強(qiáng)度3.4 m3/(d·m);G類流動單元吸水能力較強(qiáng),絕對吸水量12.7 m3/d,吸水強(qiáng)度2.3 m3/(d·m);M類流動單元吸水能力中等,絕對吸水量7.9 m3/d,吸水強(qiáng)度1.3 m3/(d·m);P類流動單元吸水能力最弱,絕對吸水量3.4 m3/d,吸水強(qiáng)度0.6 m3/(d·m)。

圖4 研究區(qū)4類流動單元產(chǎn)能和吸水能力對比Fig.4 Comparison of productivity and waterintake capacity of 4 types of flow units in the study area

以上分析結(jié)果表明,無論初期產(chǎn)能高低還是吸水能力強(qiáng)弱,均與流動單元的質(zhì)量相關(guān),即流動單元類型由E類向P類變化,生產(chǎn)井初期產(chǎn)能與注水井吸水能力也相應(yīng)降低或減弱。說明以φ、K、H、Vsh、FZI、R35這6個參數(shù)的多因素聚類分析方法劃分流動單元特的結(jié)果可信度高。

5 結(jié)論

對于研究區(qū)低孔、低至特低滲儲層的流動單元研究,多因素的主因子分析、聚類分析以及貝葉斯判別等綜合多元統(tǒng)計(jì)分析方法具有實(shí)用性強(qiáng)、可信度高的特點(diǎn)。

(1)研究區(qū)長63致密砂巖儲層流動單元類型可劃分為E、G、M、P共4類,F1(流動因子)、F2(儲集因子)、F3(規(guī)模因子)和F4(泥質(zhì)含量因子)是控制流動單元類型的4個主因子的主要因素,以φ、K、H、Vsh、FZI、R35共6個參數(shù)聚類。其中,以G類、M類流動單元分布為主,占比分別為30.36%、35.33%;P類次之,占比23.25%;E類最少,占比11.07%。

(2)貝葉斯判別E、G、M、P類流動單元的正判斷率分別為100%、98.5%、96.4%、92.1%,綜合正判斷率達(dá)到96.8%;流動單元類型與動態(tài)生產(chǎn)資料的高匹配性也表明聚類分析與貝葉斯判別的可信度高。初期產(chǎn)能高低、吸水能力強(qiáng)弱與流動單元的質(zhì)量屬性相匹配,流動單元類型由E類向P類變化,儲層初期產(chǎn)能也相應(yīng)減少,吸水能力也隨著減弱。