劉利

（大慶油田有限責任公司呼倫貝爾分公司，內蒙古呼倫貝爾021000）

0 引言

近年來，含凝灰質儲層油氣藏勘探效果顯著，獲高產工業(yè)油流，成為油氣勘探的一個新方向[1]。凝灰質巖作為一種重要的巖石儲集類型，在三塘湖、準噶爾、海拉爾-塔木察格、二連等多個盆地均有發(fā)育且獲得工業(yè)油流[2]。滲透率是儲層測井評價的重要參數(shù)之一，在凝灰質儲層中，凝灰質的存在導致儲層的孔隙結構和物性發(fā)生變化[2]，由于儲層非均質性強，利用單一回歸分析模型計算的滲透率解釋精度較低，因此，研究如何提高滲透率解釋精度很有必要。國內外不少學者提出了許多不同的改善滲透率解釋精度的途徑，如JENNING等[3]提出基于巖石結構系數(shù)的廣義滲透率模型；BRYANT等[4]提出通過建立精細地質模型預測滲透率；MATHISEN等[5]依據(jù)測井曲線特征，用數(shù)學統(tǒng)計方法來求解滲透率；廖東良等[6]提出一種用分流動單元計算滲透率的方法。

目前研究區(qū)的滲透率解釋主要采用的是巖心分析數(shù)據(jù)與電測曲線的多元回歸分析方法，誤差較大，難以滿足定量評估儲層的要求。流動單元是一個流體流動地質和巖石物理性質內部一致的儲集巖體，流動單元指數(shù)FZI（flow zone inde）是識別流動單元的重要參數(shù)。因此，筆者以南貝爾油田為例，采用分流動單元建立滲透率解釋模型，將儲層測井相關參數(shù)與Fisher判別方法相結合判別儲層流動單元，并將其推廣應用到非取心井，計算其滲透率，以提高凝灰質儲層滲透率的解釋精度。

1 取心井流動單元劃分

1.1 凝灰質對滲透率的影響

研究區(qū)南貝爾油田位于塔木察格盆地東北部的南貝爾凹陷，開發(fā)目的層位為南屯組一段，主要沉積相為扇三角洲相及濱淺湖相，巖性以灰色凝灰質砂巖、凝灰質礫巖、凝灰質砂礫巖為主，薄片分析表明，巖石主要成分為晶屑、巖屑、火山灰及玻屑，晶屑為石英、長石。巖屑為中、酸性噴發(fā)巖，火山灰具重結晶，酸性居多，導致儲層段自然伽馬較正常儲層段明顯偏高。孔隙類型以原生的粒間孔隙，次生的粒間、粒內溶蝕孔隙為主。從圖1中可看出，凝灰質質量分數(shù)的增加導致滲透率總體呈下降趨勢。

圖1 巖心分析孔隙度與滲透率圖Fig.1 Core analysis porosity and permeability map

由于凝灰質質量分數(shù)增加到50%以上，滲透率下降至1×10-3μm2。南貝爾凝灰質儲層的孔隙空間主要以次生孔隙為主，在凝灰質質量分數(shù)大于50%時，凝灰質熔結作用強于成巖時期的溶蝕作用，導致滲透率下降。因此，要分類建立其滲透率與孔隙度的關系模型，以提高解釋精度。

1.2 流動單元基礎理論

流動單元是HEARN等[7]于1984年提出的，定義為橫向和縱向上連續(xù)的具有相似的孔隙度、滲透率和的儲層。流動單元是在巖相劃分的基礎上對儲層的進一步細分，同一流動單元內部相對均質，不同流動單元之間儲、滲能力存在較大差異，并有較好的隔擋界面或滲流屏障[6-12]。

流動單元的劃分方法主要有：巖石微觀孔隙結構法，沉積、成巖、構造作用綜合法，沉積學法，露頭沉積界面分析法，成因單元與儲層物性特征綜合法，多參數(shù)分析法等[13-14]。巖石微觀孔隙結構法有2種：一種是利用Winland方程得到的R35識別劃分流動單元，另一種是基于Kozeny-Carman方程推導出的由油藏品質系數(shù)RQI、孔隙體積與顆粒體積之比Φz、流動單元指數(shù)FZI三者之間的關系來確定流動單元的類別。本文選用的是第2種方法。

運用多孔介質中流體的達西定律與毛管中流體的泊肅葉定律推導的孔隙度與滲透率Kozeny-Caren方程為

式中，F(xiàn)s為形狀系數(shù) (圓柱體取2)，F(xiàn)sτ2通 常 稱為Kozeny常數(shù)，K為滲透率（毫達西），Φe為有效孔隙度，τ為迂曲度；Sgv為顆粒體積單元的表面積（比表面積 μm-1）。

式（1）兩邊分別除以有效孔隙度Φe后開根號，且將滲透率單位由毫達西轉變?yōu)?0-3μm2，得到

定義油藏品質系數(shù)RQI、孔隙體積與顆粒體積之比Φz與流動單元指數(shù)FZI如下：

式（4）說明FZI值主要由孔隙度、滲透率決定，可利用此值來劃分流動單元。同一流動單元孔隙結構相似、孔隙度和滲透率變化規(guī)律相似，但其值不一定一致，所以這些相似孔隙結構的儲層其FZI值在累計頻率曲線上表現(xiàn)為直線[15-17]。

1.3 巖心流動單元劃分

利用南貝爾油田開發(fā)區(qū)內39口取心井的分析化驗數(shù)據(jù)，統(tǒng)計每一塊巖心對應的孔隙度和滲透率，計算其油藏品質因素RQI及流動單元指數(shù)FZI，并繪制FZI值累計概率曲線（見圖2），可將流動單元劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 4類，具體分類見表1。

圖2 南貝爾巖心FZI值累計概率分布圖Fig.2 Nanbeier core FZI value of cumulative probability distribution

表1 流動單元分類表Table1 Flow unit classification

由于區(qū)塊的有效厚度下限標準為孔隙度大于9%，滲透率大于0.1×10-3μm2，從表1中可以看出，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類流動單元為有效儲層，Ⅳ類主要為物性夾層、致密層。不同F(xiàn)ZI值下的毛管壓力曲線分布不同（見圖3），Ⅰ類流動的棑驅壓力值低，孔吼半徑大，隨著FZI值的降低，棑驅壓力值增大。

表2為分流動單元含油性統(tǒng)計表，從表2的巖心分析數(shù)據(jù)中可看出，不同流動單元的含油性差異較大，Ⅰ類流動單元基本都是油浸以上級別，Ⅳ類流動單元基本不含油，這也從側面反映了該劃分方法合理可靠。

圖3 不同F(xiàn)ZI值時的毛管壓力圖Fig.3 Capillary pressure diagram with different FZI values

表2 分流動單元含油性統(tǒng)計表Table2 Statistical table of oil content in separate flow units

2 非取心井流動單元劃分

2.1 判別分析法

在多元統(tǒng)計中，常用判別分析進行樣品所屬類型的判定。在研究對象已知時，用某種方法將其劃分為若干類，只需確定新樣品歸屬于哪一類。常用的分析方法有距離準則、Fisher準則、貝葉斯準則等[18-19]。

費舍判別分析（Fisher）法是基于統(tǒng)計學的費舍準則，在費舍準則下，確定線性判別函數(shù)，判別函數(shù)系數(shù)的確定原則是使每個分組間區(qū)別最大化，且每組內部離散性最小化。有了判別函數(shù)后，對一個新的樣品，只要將各指標的數(shù)值代入判別式，求出y值，然后通過比較分析，便可判別其歸屬[20-21]。

2.2 儲層流動單元劃分

選取全區(qū)穩(wěn)定發(fā)育的南一段零油組泥巖段作為標志層，對測井曲線進行預處理。選取巖心分析數(shù)據(jù)密度大于4塊/m的層段，每個流動單元類型的樣本數(shù)大體一致，并通過相關性分析，優(yōu)選出泥質含量（Vsh）、深側向電阻率（LLD）及密度曲線（DEN），讀取每個層段的曲線參數(shù)值，將其作為判別分析的輸入訓練變量，輸出儲層流動單元判別函數(shù)，其中，泥質質量分數(shù)的計算公式為：

式中，GRmin為純砂巖自然伽馬值（API），GRmax為純凝灰?guī)r自然伽馬值（API）；GCUR為地區(qū)經驗系數(shù)，新地層取3.7，老地層取2。

孔隙度采用儲量報告提交公式，計算公式為

Φ=0.23×DT-41.80×DEN+95.47,(8)式中，DT為聲波時差（us/ft）；DEN為密度（g·cm-3）；相關系數(shù)為0.97。

將標準化的測井樣本數(shù)據(jù)作為樣本輸入SPSS中，選取判別學習數(shù)183個，預測樣本數(shù)100個，得到各類流動單元的判別函數(shù)，見表3。由表3得到的Fisher線性判別方程，對沒有參加判別學習的巖心點儲層類型進行預測，預測正確率達85.1%。

3 滲透率解釋模型

利用FZI值對開發(fā)區(qū)的39口取心井的3 033個巖心樣品進行流動單元劃分，分流動單元建立巖心分析的滲透率與孔隙度模型，滲透率解釋模型見表4。對比劃分前后（圖4、圖5）的數(shù)據(jù)可知，Ⅱ、Ⅲ類滲透率解釋模型的精度有明顯提高。

表3 不同流動單元Fisher線性判別方程Table3 Fisher linear discriminant equations for different flow units

表4 分流動單元滲透率解釋模型Table4 Model of permeability interpretation for flow unit

4 應用實例

對研究區(qū)39口取心井層段測井曲線進行取值處理，并按照已建立的流動單元判別方程對每個層位的數(shù)據(jù)進行流動單元識別，然后分流動單元計算對應的滲透率。將分流動單元計算的滲透率與使用常規(guī)方法計算的滲透率結果進行對比分析（見圖6），從圖6中可以看出，分流動單元計算的滲透率與巖心分析結果更接近，相關性更高，而用常規(guī)方法計算的滲透率對大于20×10-3μm2的其值明顯偏低。從圖7的塔02井滲透率計算結果看，右邊第3道為采用常規(guī)方法時，流動單元計算的滲透率與巖心分析滲透率的對比，可看出分流動單元計算的滲透率更貼近實際巖心分析的滲透率，精度更高。右邊第2道為判別分析法劃分的流動單元與巖心分析數(shù)據(jù)計算的流動單元，分類也很吻合。因此，在凝灰質儲層中，分流動單元建立滲透率解釋模型合理且可靠，可提高解釋精度。

圖4 常規(guī)方法建立的滲透率模型Fig.4 Permeability model established by conventional method

圖5 分流動單元建立的滲透率模型Fig.5 Permeability model built by flow unit

圖6 分流動單元與常規(guī)計算結果誤差對比圖Fig.6 Error comparison diagram between flow unit and routine

5 結 論

5.1 凝灰質質量分數(shù)的增加導致滲透率呈下降趨勢，同一孔隙度條件下，滲透率差異明顯。

圖7 塔02井FZI法計算滲透率與巖心分析滲透率對比圖Fig.7 Comparison of permeability and core analysis by FZI method of tower 02 well

5.2 利用流動單元指數(shù)FZI將研究區(qū)劃分為4類流動單元，隨著FZI值的降低，棑驅壓力值增大，孔吼半徑變小，儲集性能變差。

5.3 分流動單元分別建立了研究區(qū)的滲透率解釋模型，滲透率解釋精度明顯提高。

5.4 應用判別分析法，建立取心段測井曲線參數(shù)

與流動單元劃分之間的關系，并給出了各流動單元的Fisher線性判別方程。此方法可應用于其他非取心井的滲透率計算，具有較好的推廣和應用價值。