印尼K区块中下侏罗统储层流动单元研究

宋俊朋,张立强

(中国石油大学(华东) 地球科学与技术学院,山东 青岛 266580)



印尼K区块中下侏罗统储层流动单元研究

宋俊朋,张立强

(中国石油大学(华东) 地球科学与技术学院,山东 青岛 266580)

以印尼K区块R组海相砂岩储层为研究对象,结合国内外流动单元研究现状,分析了岩心、测井和储层物性等,对R组储层流动单元的划分、特征、控制因素等进行了研究。分析结果表明:采用FZI法可将印尼K区块R组划分为7种流动单元类型,不同流动单元物性差别较大,其中HFU-6和HFU-7是研究区最有利流动单元类型。通过对工区数据分析可知,工区流动单元受沉积环境和成岩作用的影响较大,在区域上,工区从南向北有利流动单元分布厚度逐渐增大。

R组；流动单元；FZI；储层物性；沉积环境

流动单元概念最早是由Hearn等[1]于1984年提出的,是一种着眼于建立孔喉非均质模型的新方法,其把地质和工程方法联系在一起,为认识地下油藏的非均质性提供了有效的手段[2]。自此概念提出以来,很多学者采用这一概念开展油气藏地质表征研究,随后很多学者对此概念进行了不同的描述:最早提出的流动单元是指垂向上及侧向上连续,具有相似渗透率、孔隙度及层面特征的储集带；Ebanks[3]认为,流动单元为垂向上及侧向上连续,影响流体流动的岩石地质、物理性质相似的储集岩体；Emmanuel等[4]认为,流动单元是给定岩石中水力特征相似的层段；在国内,裘亦楠等[5]、焦养泉等[6]、穆龙新等[7]分别对其进行了研究和应用,并给出了适用于陆相油层研究的流动单元概念。实质上,流动单元是从宏观到微观的不同级次上的、垂向及侧向上连续的、影响流体流动的岩相特征和流体渗流特征相似的相对均质的储集单元[8]。

印尼K区块R组储层内部非均质的存在是划分流动单元的主要原因,在纵向及横向上,储集层物性和流动性存在较大的差异。通过划分不同流动单元来研究储层非均质性特征,进而指导油田开发和剩余油的分布预测。

1 工区地质概况

1.1 工区位置及沉积环境特征

K区块位于印尼西巴布亚省北部,其北面和西面为塞兰海。该区海拔为0～50 m,工区南北长约115 km,东西宽约60 km,面积约4 000 km2。构造上隶属于宾杜里盆地的次级构造带,形成于走滑-挤压的区域构造应力场背景。主要目的层为侏罗系R组,发育滨岸相环境,主要为前滨和临滨亚相,同时可见少量陆棚-过渡带沉积。颗粒分选较好,以次圆状、次圆状-次棱角状为主,结构成熟度较高。

1.2 储层特征

R组主要为前滨和上临滨亚相沉积,岩石类型以石英砂岩为主,含灰质砂岩、白云质砂岩和含菱铁矿砂岩等,石英含量平均为87.1%,方解石集中在A-1X井附近,约36%,其次含少量粘土、钾长石、菱铁矿等矿物。镜下分析可知,胶结类型以硅质胶结为主,次为方解石、白云石和泥质胶结,颗粒以点/面接触为主,含少量点/线接触。孔隙类型以原生孔隙为主,含部分粒间及粒内溶蚀孔隙,岩心上可见裂缝发育。孔隙度平均分布在10～12%之间,渗透率平均分布在10～100 md之间,由此可知储层具有较好的储集性能,A井区主要为中低孔中渗储层。

2 流动单元划分

2.1 特征参数分析

流动单元(HFU,hydraulic flow unit)是储层中客观存在的储层单元体,对HFU的研究离不开岩心资料的分析,结合Kozeny-Carman公式,如果渗透率K以10-3μm2为单位,可以定义如下参数[9]:

储层质量指标为

(1)

标准化孔隙度指标为

Φz=Φe/(1-Φe);

(2)

流动层带指标为

FZI=RQI/ΦZ;

(3)

相对孔隙度指标为

(4)其中:RQI为油藏品质指数(μm)；Φe为有效孔隙度(小数)；Φz为标准化孔隙度指标(无因次)；FZI为流动层带指数(μm)；ΦR为相对孔隙度指标(小数)。

方程(3)两边取对数,可得

log RQI=log ØZ+log FZI。

(5)

由式(5)可知,在RQI与Φz双对数交会图上,具有相同或相近FZI值的样品点将落在同一直线上,具有不同FZI值的样品点将落在相互平行的直线上[10]。众所周知,FZI值相同或相近的样品具有相同的孔喉特征,应归为同一个流动单元。

2.2 方法选取

流动单元的研究方法多样,不同学者提出了多种研究方法,有孔隙几何形状分析法[11,12]、流动层带指数法[13-15]、多参数分析法[16-18]、生产动态资料法[19]及沉积岩相分析法等。结合工区物性特征,主要选取储层岩性-物性划分法和流动层带指数法对R组流动单元进行划分,综合两种方法的优缺点,并选取多个流动单元指标参数进行分析,以提高流动单元划分精度,考虑工区实际,选用孔隙度Φ、渗透率K、孔喉半径R35、油藏品质指数RQI、流动层带指标FZI、标准化孔隙度指标ΦZ及相对孔隙度指标7个参数对流动单元进行定量划分。

2.3 流动单元类型划分

选取4口井中236个样品点的取芯分析资料进行流动单元的划分,利用孔隙度、渗透率数据,计算各样品点的ΦZ、RQI、FZI、ΦR及R35,并将数据进行正态概率分布处理。通常情况下,在正态概率分布函数图中,同一类型样品点分布表现为沿一条直线分布的特征,而不同类型样品点由于具有不同的概率分布函数,因此在正态分布函数图上表现为斜率不同的直线段[20-22]。

结合工区特征,绘制流动层带指标FZI累计概率关系图(见图1)。从图1可以看出,流动层带指标具有7种以上正态分布规律,因此可将R组划分出7类不同的流动单元,直线交叉点对应的值应该为该流动单元FZI的截止点。

图1 R组储层FZI概率分布曲线Fig.1 FZI probability distribution curve of R group reservoir

通过孔隙体积和颗粒体积之比(ΦZ)与油藏品质指数(RQI)关系图(见图2)可以看出,划分的7种流动单元对应的流动层带指标(FZI)不同,流动层带指标大致范围是0.1～26.7。观察图2可知,同一流动单元对应的样品点落在斜率为1的一条直线上,不同类型流动单元的样品点落在相互平行的直线上,与纵轴的截距为logFZI[21]。而同一直线上的样品点具有相似的孔喉特征,从而可以组合为一个流动单元,对于不同的流动单元,其FZI值差别较大。

图2 R组储层FZI分类Fig.2 FZI classificationof R group reservoir

根据RQI与ΦZ的关系(见图2)可划分出7种流动单元类型,并结合FZI累计概率图,综合考虑岩性和物性特征,在聚类分析的基础上,对各流动单元的分界线进行调整,可确定不同流动单元的FZI分界值:0.55、1、2.7、5、8和12.5,见图3。由此对各流动单元特征参数进行汇总分析,可得不同流动单元类型的特征参数分布特征,见表1。对不同流动单元对应的特征参数(Φz、RQI、FZI及ΦR)平均值进行分析,见图4。观察图4可知其流动层带指数差别较大,因此,利用FZI值可将不同流动单元很好地区分开,这也直接证明本次利用流动层带指数法划分流动单元的合理性。

图3 R组储层渗透率与FZI值的关系Fig.3 Relationship between permeability of R group reservoir and FZI value

流动单元类型ФeK/10-3μm2ФzFZI/μmRQI/μmR35/μmHFU-1分布范围0．035～0．1180．011～0．5780．036～0．134≤0．550．018～0．070．127～0．464平均值0．0790．1710．0870．0400．273HFU-2分布范围0．038～0．1310．045～1．910．039～0．150．55

图4 R组特征参数均值分布Fig.4 Characteristic parameter mean distribution curve of R group reservoir

结合流动单元划分结果,绘制研究区取芯样品点的孔隙度和渗透率交汇图,并与利用Winland公式计算出来的孔喉半径(R35)数据进行叠合,见图5。观察图5可知,每种类型流动单元对应的孔隙喉道半径有明显的区间:Ⅰ类流动单元R35<0.5 μm,属微孔喉；Ⅱ类流动单元R35为0.5～2.0 μm,属中孔喉；Ⅲ类流动单元R35为2.0～10.0 μm,属大孔喉；Ⅳ类流动单元R35>10.0 μm,属巨孔喉。与流动层带指数(FZI)法的划分结果进行对比可知,两种方法划分的流动单元类型吻合较好,这进一步说明FZI法完全符合本研究区的储层特征。

3 利用流动单元进行储层评价

由流动单元定义可知,不同流动单元具有不同的渗流特征,其主要差异性表现在岩性、物性等方面,结合钻井、录井及镜下薄片观察和XRD矿物成分分析,对各种流动单元特征进行归纳总结。

Ⅰ类流动单元(HFU-1和HFU-2):研究区内最差类型,岩性以细粒石英砂岩和次长石砂岩为主；物性相对较差,孔隙度平均为0.086；渗透率平均为4.45×10-4μm2；R35平均为0.429 μm,为微孔喉类型；流动层带指数一般小于1。镜下观察可知,颗粒较细,分选差到中等,颗粒以点面接触为主,杂基支撑；受石英加大、铁白云石胶结和压实作用的综合影响,孔隙空间较小,仅流动单元2具可视孔隙,平均为7.6%；其中流动单元1在菱铁矿和白云质胶结物等的影响下,镜下基本看不到孔隙空间。由XRD矿物分析可知,石英含量平均为80.95%,粘土含量可高达9.8%,其次还含钾长石、菱铁矿及部分铁白云石等矿物,在该研究区为非储层。

图5 K区块R组储层孔隙度和渗透率关系Fig.5 Relationship between permeability and porosity of R group reservoir in K Block

Ⅱ类流动单元(HFU-3):研究区内差到中等的类型,分布较少,岩性以石英砂岩为主,含部分白云质砂岩；物性差到中等,孔隙度平均为0.093；渗透率平均为4.617×10-3μm2；孔喉半径平均为1.689 μm,为中孔喉型；FZI一般在1～2.7之间。镜下观察可知,颗粒中等-粗,分选中等-好,次棱角-次磨圆,颗粒以点面和线接触为主。以压实作用和石英次生加大为主,含部分铁白云石胶结,孔隙类型有原生孔隙(5.4%)和次生孔隙(4.2%)。由XRD分析可知,石英达90.69%,含部分粘土(3.84%)和铁白云石(3.41%)及少量钾长石等矿物,为该区较差的储层类型。

Ⅲ类流动单元(HFU-4和HFU-5):研究区内中等的流动单元,主要分布在4 240 m以下,岩性以石英砂岩为主；物性中等,孔隙度平均为0.102；渗透率平均为4.410 4×10-2μm2；R35均值为6.084 μm,为大孔喉流动单元；FZI一般分布在2.7～8.0之间。镜下观察可知,颗粒中等-粗,分选中等-好,次棱角-次磨圆,以点面接触为主,部分为线接触。受压实、石英次生加大及高比例铁白云石胶结的综合作用,孔隙类型包括粒间孔隙(7.0%)和次生孔隙(6.0%)。由XRD分析可知,石英含量高达91%,粘土达4.10%,含少量铁白云石、黄铁矿及钾长石,为中等储层类型。

Ⅳ类流动单元(HFU-6和HFU-7):工区最好的流动单元类型,为主要油气储集层,主要分布在R组上段,岩性以石英砂岩为主；物性较好,孔隙度平均为0.110；渗透率平均为0.277 776 μm2；R35平均为17.762 μm,为巨孔喉流动单元；FZI分布在8以上。镜下观察可知,颗粒中等,分选较好,次棱角-次磨圆,以点面接触为主,部分为线接触。以石英次生加大作用为主,受部分压实和胶结作用的影响,但对孔隙影响较小,致使岩层保有较好的孔隙性,孔隙以原生孔隙(8.02%)为主,含部分次生孔隙(5.13%),总孔隙度平均为13.15%。由XRD分析可知,石英含量高达96.48%,这也是压实作用对该类型影响不大的原因,粘土(2.22%)及钾长石(0.63%)等矿物含量较少,为该区较好的储层类型。

4 流动单元垂向分布特征

选取4口井的236个样品点数据,在单井聚类分析的基础上,对R组的流动单元进行分析,绘制出A-3X井单井流动单元分布图,见图6,从而更好地了解各类流动单元在纵向上的发育特征。由图6可知,A-3X井储层非均质性较强,有利储层主要位于R组上部,以Ⅳ类流动单元为主,下部可能由于压实作用或胶结作用导致储集能力较差,主要分布Ⅲ类流动单元,部分为Ⅱ类流动单元。图6中分别绘制了FZI法划分的7种类型和R35法划分的4种流动单元类型,两种方法划分的类型吻合较好,再次说明将R35法和FZI法结合的合理性。

图6 A-3X井储层流动单元划分Fig.6 Reservoir flow unit division of A-3X well

为了研究工区流动单元分布规律,对研究区R组流动单元分类进行统计,绘制出单井流动单元分布饼状图(见图7),各单井流动单元纵向上分布规律表现为:

图7 R组单井流动单元饼状分布Fig.7 Flow unit division pie distribution of single well of R group

A-3X井垂向流动单元:该井7类流动单元齐全,其中HFU-7占13.71%,HFU-6占13.83%,HFU-5占10.52%,HFU-4占29.20%,HFU-3占29.08%,非储层所占比例较小,约3.66%。结合试井资料可知,该井油气主要储集在HFU-7和HFU-6中,其余类型油气含量较少。

A-2X井垂向流动单元:该井主要分布4类流动单元,其中HFU-7占33.12%,HFU-6占36.66%,HFU-5占28.67%,HFU-4占1.54%,HFU-6和HFU-7分布较多。结合试井资料知,该井3 720～3 872 m段主要为气层,气体储集在HFU-7和HFU-6对应的储层中,3 872 m以下以HFU-5对应的层段为主要油气层段,A-2X井所处位置储集性能较好。

A-1X井垂向流动单元:该井具有5类流动单元,其中HFU-7占44.20%,HFU-6占17.85%,HFU-5占25.42%,HFU-4占10.85%,HFU-3占1.67%,单井HFU-7分布较多。结合试井数据可知,A-1X井处的油气主要储集在HFU-5和HFU-6中,其中4 261 m以上富集的气体主要储集在HFU-6中,4 261～4 318 m段油气主要分布在HFU-5中,部分储集在HFU-6和HFU-7中。

通过分析几口井垂向分布规律,从划分结果可知,A井区R组主要储集层为HFU-7和HFU-6对应的层段,其次为HFU-5,HFU-4中含油气较少。观察单井流动单元饼状分布图可知,工区南部A-3X井周围储层非均质性强烈,各类流动单元类型分布齐全,向北A-2X井和A-1X井处非均质性有所减弱。图7中还可看出,从南向北分布的A-3X井、A-2X井到A-1X井,HFU-7、HFU-6和HFU-5分布厚度逐渐增大,尤其以HFU-7最为明显,说明其储集性能逐渐变好,这也与工区试井资料相吻合。

5 流动单元的影响因素

流动单元的影响因素较多,在此主要分析沉积环境和成岩作用的影响:

(1) 沉积环境对流动单元的影响。

沉积环境的影响因素包括古地形、古气候等,在这些因素的综合影响下形成不同微相和储层物性的储集单元体,这对储层流动单元的形成和分布有着重要的影响[23]。沉积环境对该区流动单元影响较大,从图6中可以明显看出,砂体储集性能较好的HFU-6和HFU-7,以及部分HFU-5主要与前滨和上临滨对应。前滨主要发育于平均高潮线与平均低潮线之间,以分选较好的石英砂岩为主,交错层理发育,孔渗性较好,同时可见大量生物潜穴,储集性能较好,有利于油气的储集。

(2) 成岩作用对流动单元的影响。

不同流动单元对应不同的微观特征,受不同成岩作用影响,镜下可视孔隙度有明显变化,对应不同流动单元。由图6可知,R组上部整体储层物性较好,主要分布HFU-6和HFU-7,这是由于上部压实作用相对不强,储层破坏微弱,随深度增加,压实作用增强,流动单元性能变差。观察微观特征可知,石英加大致使部分原生孔隙堵塞,导致物性变差,削弱流动单元的储集性能,同时溶蚀作用造成部分层段次生孔隙发育,致使流动单元得到一定改善。综上可知,成岩作用对流动单元的影响是两面性的,应区别对待。

除沉积环境和成岩作用的影响之外,构造作用、流体特性等也具有不可忽视的影响。相同孔渗性的流动单元,由于所含流体性质和所受构造作用不同,其渗流特性也会存在较大差异,从而形成不同类型流动单元,在此就不作具体讨论。

6 结论

通过对R组储层流动单元进行划分和分析研究,可得出以下结论:

(1) 为合理划分流动单元类型,在系统聚类的基础上,采用FZI法将流动单元划分为7种类型,结合孔喉半径法分析可得:流动单元Ⅳ(HFU-7和HFU-6)物性最好,破坏性成岩作用不强,孔喉结构好,是本区最好的储层类型；流动单元Ⅲ(HFU-5和HFU-4)物性次之,为次要储层类型；流动单元Ⅱ(HFU-3)物性及孔隙结构较差,为干层或者差油层；流动单元Ⅰ(HFU-2和HFU-1)为致密层,物性很差,为非储层。不同流动单元对应的岩性、物性以及渗流特性差别较大,这也是划分流动单元的初衷。

(2) 该区以HFU-7、HFU-6和HFU-5为主要油气储集层段。剖面上表现为:从A-3X、A-2X到A-1X井,HFU-7、HFU-6和HFU-5分布厚度逐渐增大,尤以HFU-7最为明显,说明从南到北储集性能逐渐变好,有利储集层厚度逐渐变大。

(3) 工区流动单元除受沉积环境和成岩作用控制以外,构造作用和流体性质也具有一定的影响。在现场还要考虑开发措施及研究条件等方面的限制。

(4) 储层流动单元比沉积微相更加详细刻画了储层流体流动的地下结构特征,剩余油的形成是储层非均质性造成的,而流动单元为储层非均质性研究提供了有效的方法。因此,通过流动单元的研究可预测地下剩余油分布,为寻找隐蔽油气藏提供了一种可靠的方法。

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Research on Flow Unit of Middle and Lower Jurassic Reservoir in Indonesia K Block

Song Junpeng,Zhang Liqiang

(SchoolofGeoscience,ChinaUniversityofPetroleum,Qingdao266580,China)

Take the marine sandstone reservoir of R group in Indonesia K Block, combine with the foreign and domestic research status about flow unit and based on the analysis of information such as core, logging and reservoir physical property to research on the division, characteristic and controlling factor of flow unit of R reservoir.The analysis results show that the R group in Indonesia K Block can be divided into 7 flow unit types according toFZImethod, physical property difference between different flow units are large and among them, the HFU-6 and HFU-7 are the most favorable flow unit types in the research area. According to the data analysis of working area, the sedimentary environment and diagenesis have large influences on the flow unit in working area and in terms of area, the distribution thickness of favorable flow unit within the working area is gradually increasing from south to north.

R group;Flow unit;FZI;Reservoir physical property;Sedimentary environment

Song Junpeng,Zhang Liqiang.Research on Flow Unit of Middle and Lower Jurassic Reservoir in Indonesia K Block[J].Journal of Gansu Sciences,2016,28(6):23-30.[宋俊朋,张立强.印尼K区块中下侏罗统储层流动单元研究[J].甘肃科学学报,2016,28(6):23-30.]

10.16468/j.cnki.issn1004-0366.2016.06.006.

2015-03-24;

2016-05-09.

宋俊朋(1991-),男,湖北襄阳人,硕士研究生,研究方向为矿产普查与勘探、油气地质与勘探.E-mail:sjp19910307@126.com.

张立强.E-mail:liqiangzhangwxm@163.com.

TE122.2

A

1004-0366(2016)06-0023-08