基于劳伦兹曲线法定量表征储层非均质性研究①

张 瑞, 赵永刚, 王 博, 王印章

(1.西安石油大学地球科学与工程学院,陕西 西安 710065;2.西安石油大学陕西省油气成藏地质学重点实验室,陕西 西安 710065)

0 引 言

对储层非均质性进行研究是储层描述及油藏评价的一项关键环节,储层非均质性具体是指储层岩性、物性、含油性以及电性等基本性质在地层当中的三维空间分布所表现出的不均一性或各向异性[1],通常情况下以储层渗透率研究为主要内容。目前,进行储层非均质性研究主要从层内、层间和平面三个方面展开,遵从裘亦楠所提出的分类方案。其中,层内非均质性是通过计算渗透率变异系数、渗透率突进系数以及渗透率极差来定量表征[2]。在实际应用中,由于这三项参数计算数据分布无界、表征角度各异而难以在统一标准下衡量储层非均质性[3]。为此,采用劳伦兹曲线法对陇东ZH342井区延10油层组进行层内非均质性定量评价,以期提高该井区的地质认识为后期开发调整提供可靠依据。

1 地质概况

ZH342井区地处于陇东地区中部,区域上属于陕北斜坡西南部,行政隶属甘肃省西峰市庆城县,整个形态为一西倾单斜,局部构造位属于庆阳鼻褶带[4]。长庆油田将该区下侏罗统延安组按照岩性及旋回特征自上至下划分为延1至延10共十个油层组,作为主力开发层位的延10油层组成藏类型属于岩性-构造油藏,岩性主要以厚层状细砂岩、中砂岩为主,厚度可达8～9m,可见薄层状泥质粉砂岩、泥岩(如图1)。受中侏罗世古地貌控制,研究区在该时期发育砂质辫状河沉积,镇北支河谷的二级河谷作为其沉积基底自南向北展布,决定了该区的物源方向[5,6]。亚相类型有河道和河漫两种亚相,微相类型为心滩、河道砂、河漫滩和河漫沼泽四种微相,其中主要储集体为心滩和河道砂微相所控制的砂体。

图1 研究区延10油层组地层综合柱状图

2 劳伦兹曲线法

二十世纪初,意大利统计学家(Lorenz M O)劳伦兹首次使用累计频率曲线研究财富的集中化程度,这种曲线称之为劳伦兹曲线[7]。随后该种方法被应用于储层非均质性的定量评价当中,克服了传统计算方法的缺陷,并实现统一标准下的储层非均质性定量表征[8-10]。

其计算过程为:第一步,统计研究层位渗透率数据,将数值由高到低排序;第二步,分别计算出各组数据的渗透率贡献率(即累积百分数)及相应的序数百分数;第三步,将序数百分数作为横坐标值(X)、渗透率贡献率作为纵坐标值(Y)进行投点,在二维直角坐标系即可显示出渗透率劳伦兹分布曲线Q,如图2所示。值得注意的是,在作图时需保证横坐标轴和纵坐标轴长度相等,使绘图区呈正方形。若所有点的渗透率数据均为同一数值,则说明该层属于极端均质储层,其劳伦兹曲线表现为一条直线MN;若渗透率数据集中分布在某一点,则说明该层属于极端非均质储层,劳伦兹曲线表现为一条折线MPN;一般情况下,该曲线介于MPN与MN之间,表现为上凸形态,曲线Q偏离直线M N程度越高,即与直线MN所围成的面积越大,说明储层非均质程度越强。

图2 渗透率劳伦兹分布曲线

对渗透率贡献率(累积百分数)及其相应的序数百分数各自取倒数,依次在二维直角坐标系中投点,拟合对应层位的线性回归方程,即可得不同斜率(α)的直线,如图3所示。其中,极端均质储层(MN)斜率值是1,拟合直线与X轴呈45°夹角;极端非均质储层(PN)斜率值是0,拟合直线与X轴平行;常规情况下斜率值α的取值范围为0～1(如Q),定义该斜率值α为非均质程度系数,其特征是与非均质程度呈负相关,如此在统一标准下衡量储层非均质性得以实现。

图3 非均质程度系数分布图

3 应用实例

运用劳伦兹曲线法对陇东ZH342井区延10油层组进行层内非均质性定量研究。如图1所示,该区延10油层组可根据区域辅助标志层划分为三个砂层组,从上至下依次是延101砂层组、延102砂层组和延103砂层组,根据电性特征可识别出延101砂层组中Y1011砂体,延102砂层组中Y1021砂体,延103砂层组中Y1031砂体和Y1032砂体。分别统计该四段砂体(单砂层)中渗透率数值,降序排序后计算各单砂层的渗透率贡献率,在直角坐标系中投点得到渗透率累积分布曲线。由图4可知,各单砂层渗透率累积分布曲线上凸程度由大到小依次是Y1031,Y1032,Y1021,Y1011,可定性判断出单砂层内非均质程度由弱到强分别是Y1011,Y1021,Y1032,Y1031。

图4 延10油层组各单砂层劳伦兹曲线

对各点坐标进行倒数变换后再次投点,各单砂层对应的数据散落在一条直线附近,求出各自的线性回归方程,其斜率α值即为对应单砂层的非均质程度系数。由图5所示,单砂层Y1011非均质程度系数最大为0.4665;其次是单砂层Y1021,非均质程度系数为0.2422;再次是单砂层Y1032,非均质程度系数为0.1555;单砂层Y1031非均质程度系数最小为0.0726。非均质程度系数在统一衡量标准下定量表征了研究区延10油层组中单砂层非均质程度由Y1031,Y1032,Y1021,Y1011依次减弱。

图5 延10油层组各单砂层非均质程度系数分布图

4 结 论

1)通过劳伦兹曲线法对陇东地区ZH342井区延10油层组中砂体(单砂层)层内非均质性进行研究,单砂层Y1031非均质性最强,非均质程度系数是0.0726;单砂层Y1011非均质性最弱,非均质程度系数是0.4665。所对应的延101砂层组、延102砂层组、延103砂层组储层非均质性依次增强。

2)从单砂层所对应的控砂微相来看,非均质程度系数相对较高的Y1011单砂层、Y1021单砂层和Y1032单砂层,非均质程度相对较弱,由心滩微相所控制;非均质程度系数相对较低的Y1031单砂层,非均质程度相对较强,由河道砂微相所控制。表明控砂微相与砂体非均质性有关,心滩沉积砂体较为均质,河道沉积砂体较为非均质。

3)劳伦兹曲线法评价储层非均质性,其计算方法考虑到数据自身的无界性,弥补了传统算法的固有缺陷,所得出的非均质程度系数使在统一标准下衡量储层非均质性得以实现,是评价储层非均质性的有效参数。该方法减少了人为判断的主观性,能够更为客观准确地研究储层非均质特征,得到更加可靠的地质认识。