流動單元研究方法

1. 儲層流動單元的研究現狀

儲層流動單元（reservoir flow unit），也稱為岩石物理流動單元（petrophysical flow unit），簡稱為流動單元，是20世紀80年代中後期在國內外石油界逐漸流行起來的一個新概念，主要用來定量描述和評價儲層的岩石物理性質，在油氣勘探與開發中起著重要的作用。

關於流動單元的概念，曾經出現過許多版本，並在逐漸探索和完善之中，截至目前，尚未能達成一致的看法。1984年，C.J.Hearn等在對美國懷俄明州Hartzog Draw油田進行儲層性能評價描述時，首次提出了岩石物理流動單元的概念。他認為：儲層流動單元是指影響流體流動的岩石物理性質相似的橫向和垂向連續的儲集層單元體。自Hearn提出儲層流動單元的概念以後，很多學者應用這一概念開展了儲層表徵或儲層評價研究，並對流動單元的概念和劃分方法進行了進一步的補充和完善。W.J.Ebanks（1987，2001）認為：流動單元是根據影響流體在岩石中流動的地質和物性的變化進一步細分出來的岩體。S.R.Jackson等（1990，1991）認為：儲層流動單元是指油氣儲層的三維連通體，它具有橫向上和垂向上連續的、具相同或相似的影響流體流動的特徵參數。D.C.Barr等（1992）認為：流動單元是給定岩石中水力特徵相似的層段。Amaefule等（1993）認為：流動單元是一個儲集岩體（a volume of reservoir rock），在這個流動單元內相同和可預測的值和岩石物理性質影響著流體的流動，而與其他儲集岩體，即流動單元的地質和岩石物理性質不同。Ti Guangming等（1995）認為：流動單元是一個在側向和垂向上連續的儲集岩體，具有相似的岩石物理性質，並影響著流體的流動。J.M.Alden等（1997）提出：流動單元是R₃₅孔喉半徑均勻分布、具有相似的岩石物理性質和使流體連續流動的儲集層段（intervals）。

20世紀80～90年代，儲層流動單元的概念及研究方法才被引進到國內。同時，國內的一些專家學者也提出了自己對流動單元概念的理解和研究方法，極大地推動了儲層流動單元研究在我國的應用和發展。

劉孟慧（1990）認為：儲層流動單元是儲層中影響流體流動的岩石物理性質和岩層特徵（空間分布、內部結構、非均質特徵等）相近的連續儲集體。焦養泉等（1995，1998）認為流動單元是沉積體系內部按水動力條件進一步劃分的建築塊體。熊琦華等（1994）認為：流動單元是多種地質作用形成的成因單元，它是沉積作用、成岩作用和後期構造作用等相互作用的綜合產物。裘亦楠等（1991，1996，1997）認為：流動單元是指由於儲層的非均質性隔擋和竄流旁通條件，注入水沿著地質結構引起的一定途徑驅油、自然形成的流體流動通道。穆龍新等（1996）認為：流動單元是一個油砂體及其內部因受邊界限制，不連續薄隔擋層、各種沉積微界面、小斷層及滲透率差異等因素造成的滲透特徵相同、水淹特徵一致的儲層單元。呂曉光等（1993，1998）認為：儲層流動單元是以滲流特徵為主導所精細描述的儲層非均質單元，是對儲層結構模型（沉積模型）的進一步細劃和定量表徵。趙翰卿（2001）認為：流動單元為具有相似沉積特徵、成岩特徵、岩石物理性質和流體滲流特徵並可作圖的三維單元體，單元體邊界是在各種沉積、成岩、構造等地質作用和其他因素作用下形成的各種滲流屏障。

總體上看，上述關於流動單元的概念本質大同小異，雖然角度不同，但大致分為兩類：一類是從儲層岩石物理性質和滲流特徵角度去直觀地認識；另一類是從地質因素（沉積、成岩、構造等）的角度（即成因）去間接地認識，把影響儲層滲流特徵的岩石物理性質和地質因素（沉積、成岩、構造等）結合起來，從地質角度去揭示流動單元的分布規律，將流動單元研究推向了新的深度。

在流動單元的研究過程中，不同學者根據自己對這一概念的理解並結合各自研究工區的地質特點，提出了不同的流動單元研究方法。歸納起來，可大體分為以下兩種類型：

第一類是以數學手段為主的儲層參數分析法，即廣泛應用儲層中的各種地質參數，通過單井中密集取樣的聚類分析尋找劃分流動單元的有效參數和定量界限，然後直接在整套儲層中定量劃分流動單元。這類方法僅僅需要做少量的地層對比和沉積學研究，隔、夾層的分布也可作為一種類型的流動單元定量劃出，最終建立以流動單元為基礎的三維定量地質模型。如：①根據岩相及宏觀岩石物理參數進行流動單元研究（W.J.Ebanks，1987；S.R.Jackson等，1991；S.D.Mackey等，1995）；②應用孔隙幾何學進行流動單元研究（W.M.Ahr，1991；J.O.Amaefule 等，1993；D.K.Davies 等，1992，1996，1999）；③應用傳導系數、儲存系數等參數進行流動單元研究（Ti Guangming等，1995）；④應用生產動態資料進行流動單元研究（J.A.Canas等，1994）。這些方法在流動單元研究中均具有一定的實用價值，並為後人研究流動單元提供了十分重要的參考價值。然而，上述方法強調成因單元（或沉積相帶）內影響流體滲流的地質參數的差異性，並應用多種參數進行流動單元劃分，但對成因單元本身的分布、單元間滲流屏障（沉積屏障、成岩膠結帶和斷層遮擋）及各種地質界面的研究不夠。

第二類是近年來剛剛興起的以地質研究為主的儲層層次分析法，即應用高解析度層序地層學研究儲層流動單元。高解析度層序地層學用於儲層流動單元研究，是在不同級次基準面旋迴劃分對比的基礎上，探討基準面旋迴層次性與儲層流動單元間的關系，並採用層次界面和層次實體描述來分析儲層流動單元的層次性。T.A.Cross（1994）認為：一個流動單元常反映一個特定的沉積環境和相對獨立的流體流動特徵，其中，地層層序特徵及不同級次的基準面是控制流體流動的主要因素。由於基準面旋迴的級次性及由此造成的儲層非均質性的層次性，使得流動單元也具有層次性。盡管有些地層自然界面並不與岩石物理界面對應，但這種情況比起地層自然界面與岩石物理面相一致情況來要少得多，因而通過等時地層實體及邊界的識別和對比，把儲集層分割成一系列相對獨立的且不與外界發生流體交換的成因儲集單元——流動單元。張昌民（1992）認為：所謂層次界面是指分割不同層次實體流動單元的分界面，它可以是不同級次基準面旋迴的分界面，也可以是基準面旋迴內的次級界面（如層理面及成岩界面等）。層次實體是指由不同層次界面所分割、具有連續、相同（或相似）的影響流體流動特徵參數的儲層流動單元本體，它可以是一套儲層段的總和，也可以是單一成因單元的儲集體。可根據層次界面和層次實體的性質、規模、相互關系，及其與不同級別地層基準面旋迴間的關系，從地層基準面旋迴劃分對比入手，將儲層流動單元劃分為大尺度、中尺度、小尺度和微尺度4種層次類型，尺度的把握則取決於研究的目標。

2. 研究方法的評述

綜上所述，不同學者從多個方面提出了多種流動單元研究方法，它們在流動單元研究中均具有一定的實用價值，並為後人研究流動單元提供了十分重要的參考價值。然而，總體說來，上述方法尚存在一些不足之處。

首先，上述方法強調成因單元（或沉積相帶）內影響流體滲流的地質參數的差異性，雖然應用多種參數進行流動單元劃分，並取得了很好的應用效果，但對成因單元本身的分布及單元間滲流屏障（沉積屏障、成岩屏障和斷層屏障）的分布重視不夠，即對各類地質界面現象研究不夠，而地質界面的復雜性正是陸相儲層的重要特色。對於陸相地層來說，由於砂體時空分布的復雜性，砂體及滲流屏障的分布在某種程度上對地下流體運動的影響更大。其流動單元的研究，應重視界面的變化。

其次，前人在流動單元研究中，已開始注意到成岩作用對儲層質量演化的控製作用及其導致的流動單元質量的差異性。但在流動單元劃分及展布研究時，對成岩（或成岩效應）在流動單元劃分中的作用未得到應有的重視。如復合砂體內部的成岩膠結帶作為滲流屏障對地下流體流動有很大的影響，應成為劃分流動單元的重要標志。

最後，一些學者在流動單元研究時，過分地強調了流動單元在垂向上的分層性，將流動單元看作為更細級次的「地層單元」（只不過這種地層單元在垂向上反映了單元內儲層質量相似而單元間儲層質量相異的特點），而忽視了平面上滲流差異的特徵。如Daries（1996）對西得克薩斯一個淺海陸棚相碳酸鹽岩儲層進行流動單元研究時，將研究層段在垂向上劃分了12個流動單元。但在平面上，同一流動單元在岩石類型、孔隙度、滲透率、滲透率與厚度乘積、含烴孔隙體積等方面均有很大的差異性（Daries,1996）。我們認為，同一流動單元內部岩性和物性的相似性不僅要體現在垂向上，而且也應體現在平面上，這樣才能達到流動單元的研究目的。

總之，研究儲層流動單元，應重視各類地質界面的變化，注重其在平面上滲流差異的特徵。

3. 研究方法概述

自1984年流動單元的概念提出以來，很多學者應用這一概念開展了儲層表徵或儲層評價研究，但研究方法特別是流動單元的劃分方法有所差異。不同學者根據自己對這一概念的理解，提出不同的流動單元研究方法。歸納起來，主要有以下幾種。

1.根據岩相及宏觀岩石物理參數進行流動單元研究

這一研究思路最早是由Hearn（1984）提出的，後有許多學者（Rodriguez,1988;Jackson等，1989;Hamlin等，1996）進一步開展這一研究。其思路是：首先，通過沉積學研究，在垂向上劃分為若干個成因單元，並研究各成因單元內岩石性質及孔隙度、滲透率、孔隙大小等特徵；然後，主要根據孔滲參數對成因單元（或相）進行進一步的細分，劃分出若干個縱向上和橫向上岩石性質和孔滲性質均相似的儲集單元，即流動單元。

Jackson（1989）在對美國蒙大拿洲鍾溪油田的一個障壁島儲層開展流動單元模型研究時，應用岩相及岩石物理性質研究得出的儲層結構（由不同滲透層組成）基礎上，應用滲透率、孔隙度、斷層對其進行進一步的細分，最終得出由許多流動單元鑲嵌組合而成的模型。

Hamlin等（1996）對南澳大利亞Tirrawarra油田的海相辮狀河三角洲儲層進行研究時，通過沉積相帶的細分，進行了流動單元研究。首先，通過沉積學研究在縱向上劃分出連續的四個相帶，然後分析各相帶孔隙度、滲透率及毛管壓力特徵，在此基礎上，主要根據孔、滲特徵對孔滲差異較大的相帶在垂向上進行細分，將垂向上的四個相帶細分為6個流動單元。

2.應用孔隙幾何學進行流動單元研究

許多學者著重於孔隙幾何學對流體滲流的影響，對流動單元進行劃分和研究。如Ahr（1991）根據孔隙類型組合劃分岩類，並根據對應的岩類對美國Vaccum San Auches油田白雲岩儲層進行流動單元劃分和研究。Amare（1993）對這一白雲岩體又根據孔隙類型、孔滲組合關系及岩石類型進行了進一步的流動單元研究，即將具有同一孔隙組合類型的岩類歸屬於同一類流動單元。

Davies Vessell（1996）在對美國西得克薩斯海相碳酸鹽岩儲層進行流動單元研究時，亦著重於儲層孔隙幾何學特徵研究。他們首先按照孔隙類型（據孔隙大小、形狀、孔喉比、配位數）、孔喉分布等將儲層分為八種岩類，每種岩類均具有一定的、良好的孔－滲關系。岩類的縱向分布具有一定的規律性，其中高質量岩類組合與低質量岩類組合在垂向上具有一定的互層關系，據此將研究層自上而下劃分了12個水力流動單元。這一方法實際上相當於應用孔隙幾何學等對儲層進行細分層。

Amaefule等（1993）和Abbaszaden等（1996）根據孔隙幾何學對流體滲流具有很大影響的認識，提出了應用流動帶指標FZI（Flow Zone Index）劃分水力流動單元的方法。這一方法的理論基礎是平均水力半徑的概念及Kozeny-Carman的孔滲關系公式。

具有相似FZI的岩石被認為具有相似平均水力半徑，因而屬於同一水力流動單元（Amaefule,1993;Abbaszaden等，1996）。FZI值可依據樣品的孔、滲值或測井響應值來計算，然後通過對眾多樣品的FZI值進行聚類分析，對水力流動單元進行分類。

3.應用傳導系數、儲存系數等參數進行流動單元研究

Ti.G.等（1995）提出了應用傳導系數（kh/u）、儲存系數、砂岩含量等參數劃分流動單元的方法。首先，通過岩心描述，將沉積層段分成若干個層，並根據岩石特徵和物性特徵將這些層進一步分為若干個亞層，然後，通過岩心、測井信息計算出各井各亞層的傳導系數、儲存系數和凈砂岩含量，並應用聚類分析，將這些亞層進一步分為若干個流動單元。最後，將這些流動單元進行井間對比，做出流動單元的井間分布圖。

4.應用生產動態資料進行流動單元研究

Canas等（1994）根據油田生產過程中井間流體流動速度及流動能力資料對哥倫比亞Lacira油田一個曲流帶砂岩儲層進行了流動單元研究。他應用井間流動能力指數（IFCI,InteR_Well Flow Capacity Index）來描述流動單元。IFCI指數可根據兩類數據來求取，一類數據為生產井組實際井間流動速度，另一類數據為儲層岩石物理性質數據。對於前者，

高含水油田剩餘油分布研究：以遼河油田歡26斷塊為例

式中IFCI——應用兩井岩石物理性質及儲層厚度求取的井間流動能力指數；

（k·h）₁——代表較低滲層的流動能力，其中，k、h分別為滲透率和儲層厚度；

（k·h）₂——代表較高滲層的流動能力，其中，k、h分別為滲透率和儲層厚度。

應用上述公式分別求取各井的IFCI值，並分別編繪IFCI平面分布圖。比較這二種方法確定的IFCI分布圖，以確定成因單元內流動單元的分布。在井間流動受限制的情況下，基於生產數據的IFCI應低於基於岩石物性的IFCI，據此可在成因單元內進行流動單元的劃分（差異帶為流動單元邊界）。在作者研究的實例（一個曲流帶砂體）中，兩種數據作出的IFCI值相似，因此這一曲流帶砂體被認為屬於同一流動單元。

4. 流動單元的對比與建模

流動單元研究的目的是研究控制流體流動的最小儲層單元。但研究的核心問題是不同規模流動單元井間對比和邊界劃分的可靠性。

1. 流動單元對比的原則

既然流動單元定義為相對獨立控制油水運動的基本儲層單元，那麼流動單元對比的原則應是等滲流特徵對比。這一點是有別於岩相單元、成因單元、結構要素等其他儲層研究單元概念的重要標志。

2. 流動單元對比的依據

對於陸相砂泥岩儲層來說，縱橫向相變快，砂體時空分布及地質界面現象復雜。因此，井間流動單元對比的主要任務是確定各井點相近滲流特徵層的井間連通關系及滲透隔擋的分布。對比的依據是在岩相單元對比的基礎上，作流動單元井間對比剖面圖 （圖8-29），依據單井流動單元劃分結果，結合開發地震資料、開發動態資料、生產測試資料確定井間及儲層三維空間上連通關系。

3. 流動單元對比的方法

（1） 連通單元的確定

在岩相單元對比剖面和平面圖中，相互連通的均一砂體，且滲流特徵一致，則視為同一流動單元，二者缺一不可；否則視為不同的流動單元。

（2） 滲流隔擋的確定

滲流隔擋包括隔夾層和封閉性斷層，因此滲流隔擋的研究方法與隔夾層和斷層研究方法相同。

（3） 利用油水井之間地層壓力的變化進行流動單元的對比

注水井和採油井之間連通關系最直接地反映了一個井組內部各井點之間地層壓力和注采比的變化，對於注采壓力相關關系較好的層視為同一流動單元。

（4） 利用井間檢測資料進行流動單元對比

井間示蹤劑檢測是將某種穩定性較強的化學物質隨注入水注入油層，周圍觀察井跟蹤錄取見到示蹤劑的時間、示蹤劑的含量等。利用這些資料可以研究一個井組內油水滲流方向、井間連通關系、注入水推進速度及流動單元間滲流特徵的變化等。

4. 建立流動單元資料庫

流動單元劃分、對比後，應及時建立流動單元資料庫。主要內容包括單元編號、單元砂層厚度、有效厚度、凈毛比、孔隙度、滲透率、泥質含量、隔夾層厚度和類型、存儲系數、滲流系數、流動單元劃分類型以及井間連通關系等。流動單元研究的主要成果都應體現在該資料庫內，它是下一步進行流動單元剖面圖和平面圖繪制的重要資料來源，也是儲層流動單元三維模型建立的主要依據。

5. 流動單元建模

根據單井測井解釋，求取各項儲層參數，計算FZI和RQI等值，劃分單井流動單元類型，確定流動單元沿井剖面分布。由於流動單元沒有一個明確的形態，更無法確定其規模，因此流動單元空間分布模擬採用了序貫指示方法 （SIS）。序貫指示方模擬是基於指示方法，GSLIB提供的代碼用於生成SIS實現。在處理分類變數如流動單元時，指示方法把每一類流動單元轉換成一個新變數，每個變數值對應於給定位置出現相關類型的流動單元的概率。出現的某類流動單元相對應的變數值設定為1，而其他類型流動單元對應的變數值為0。根據單井流動單元類型解釋，建立不同沉積微相的各類流動單元的指示協方差或變異函數，目的是控制沉積微相內各類流動單元空間分布和排列。

流動單元模型是一個沉積微相內有幾種類型的流動單元，而一種類型的流動單元也不僅僅分布於一種沉積微相中，各類流動單元呈鑲嵌狀分布於沉積微相內，進而細化沉積微相模型，是一個能夠約束儲層滲透率分布的精細離散模型。