儲層研究方法

① 油氣儲層地質研究的主要內容

20世紀50年代初期，蘇聯科學院院士密爾欽科曾著有《油礦地質學》，它曾經是我國石油院校的專業課教材，其主要研究內容是，在油氣藏范圍內油氣層的地質問題，最終歸結到油氣儲量計算。1979年，P.A.迪基^［3］著有《石油開發地質學》，它是美國塔爾薩（Tulsa）大學的高年級地質學教材，其主要研究內容包括從沉積環境一直到油氣採收率的提高，涉及面寬，但不夠深入。1983年，由陳立官主編，馬正、程光瑛等^［4］參編的《油氣田地下地質學》出版，它是我國自行編寫的第一部地下地質的高等院校教材。全書編寫了鑽井地質、油氣水層的判斷、地層對比、地下構造研究、儲層研究、油氣儲量計算等章節，非常適合中國油氣田的實際情況。1987年，由陳碧珏主編^［5］的《油礦地質學》出版，該書是我國石油院校使用的統編教材，它系統介紹了地質錄井、地層測試、油氣水層判識、地層對比、儲集物性、構造研究和儲量計算等內容。上述兩本教材基本奠定了油礦地質的框架。1989年，中國科學院院士李德生^［6］著有《石油勘探地下地質學》，該書介紹了鑽井地質技術、地下地層和構造的解釋，以及國內外已發現油氣田的評價實例，它作為石油地質勘探技術幹部進修培訓的教材，曾培訓了一批後來的儲層地質專家。

1992年，由裘懌楠、薛叔浩等^［7］編著的《油氣儲層評價技術》總結了十多年來國內外的實踐經驗，將儲層評價劃分為單井、區域、開發和敏感性四個部分，提出了評價內容和技術方法。1996年，由吳元燕、徐龍、張昌明等^［8］編著的首部《油氣儲層地質》出版，該書從油氣田發現到開發對儲層研究提出的要求出發，從宏觀到微觀、從定性到定量、從描述到評價，建立儲層地質模型，並介紹利用地震、測井、地層測試等資料研究儲層的方法。同年，裘懌楠、陳子琪主編^［9］的《油藏描述》出版，這本書雖然屬於中國油藏管理技術手冊，但它從構造、流體和儲層各級非均質性的描述，到油藏地質模型的建立，都分別進行了詳細的介紹。特別是針對我國石油地質的特點，突出了陸相儲層和復雜斷塊油藏的描述方法。手冊中附有大量的圖例、表格和常用計算公式，可供實際操作時參考。1997年由唐澤堯主編^［10］的我國第一部《氣田開發地質》出版，這本書以我國已投入開發的150個氣田、500個氣藏開發的地質實踐為對象，系統論述了天然氣開發地質理論和開發地質技術，內容包括氣田構造、儲集層、氣田流體、壓力和溫度、氣藏地質特徵、開發地震、地球物理測井、氣層物性測試、氣藏描述和天然氣儲量計算技術。它既具有我國氣田特色，又吸收了現代新理論和新技術，是對我國40年天然氣開發經驗的系統總結。1998年，方少仙、侯方浩^［11］出版了《石油天然氣儲層地質學》，該書作為高等學校教材系統地介紹了沉積岩石學特徵、主要物理性質、沉積環境、相及儲集岩發育特徵、儲層孔隙及孔隙結構特徵、儲層在成岩階段發生的成岩變化、儲層形成的控制因素以及儲層的非均質性等。1999年，文獻［12］作者根據多年授課內容並參考了上述教材和專著，編寫了《油氣儲層評價》一書，內容包括了沉積、測井、物性、地震預測、岩溶和裂縫型儲層、儲層建模和儲層模擬等多門學科的先進技術方法，對油氣儲層進行詳細的描述和精確的預測，為勘探布井以及剩餘油分布提供准確的油氣藏地質模型。

上述專著和教材概括了油氣儲層地質所要研究的眾多內容，為油氣儲層地質的歸納和提高打下了堅實的基礎。

油氣儲層地質學作為研究生教材的提出來自於生產實踐，廣大石油地質工作者在長期工作中，認識到油氣儲層是勘探開發中的主要研究對象，沒有油氣儲層就沒有一切。在油田現場，最早流行的是儲層的四性對比（即電性、物性、岩性和含油氣性），20世紀80年代，一部分學者提出，儲層地質研究應該以四性研究為中心，而四性研究中應以物性和孔隙結構為核心；另一部分學者則認為，沉積、成岩是形成現今儲層的最重要成因，因此，儲層地質學應以沉積學為基礎。20世紀80年代是油氣儲層地質學迅速發展並得到公認的時期，原中國石油天然氣總公司將油氣儲層研究提高到中國石油工業的第三次革命的高度，使一大批石油地質工作者投入到儲層研究的行列，發表了許多優秀的論文和專著，油氣儲層地質研究的學術空氣十分活躍，並一直延續至今。

不論研究的重點是什麼，油氣儲層地質學的主要內容應包括：油氣藏的構造地質、儲層沉積學、孔隙演化和成岩作用、儲集物性和孔隙結構、測井地質解釋、儲層綜合預測、儲層地質模型、建模和三維可視化表述技術，以及儲層所含流體及其動態特徵等等。它包含了多門學科，並且在儲層解釋中涉及許多工程技術方法，因此，作為油氣儲層地質研究者，不僅要精通地質，而且要懂得有關的工程技術，還需要具有熟練的計算機技術。總之，他應是一個綜合能力很強的地質工作者。

② 研究方法

針對河流相沉積的特點，以測井、鑽井、地震、測試、試采及化驗分析資料的綜合研究為基礎，應用高解析度層序地層對比技術、沉積相精細分析技術、儲層非均質性研究技術、層位標定技術、地震資料特殊處理技術、多井測井約束反演層序地層分析技術、儲層橫向參數三維預測技術及各種圖形編輯與輸出技術；遵循宏觀與微觀結合，定量與定性結合的原則；從劃分地層層序、建立不同級次的等時地層格架入手，利用相控-等時原理在等時地層格架內開展沉積精細分析、儲層非均質性與儲層流動單元研究；為氣藏精細描述、氣藏數值模擬、產能預測、儲量估算及油氣田開發方案的制訂和完善提供依據。

其中，高解析度層序地層對比是避免穿層、准確劃分儲層層次的關鍵；沉積相精細分析是儲層橫向對比預測的基礎；儲層非均質性研究技術是儲層成因單元定量評價的工具；層位標定技術、地震資料特殊處理技術、儲層橫向參數三維預測技術是井間橫向預測的有效手段；儲層流動單元研究技術是對儲層非均質性研究的深化；各種圖形編輯與輸出技術是表徵儲層空間分布規律的重要手段。

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④ 儲層特徵研究與預測的研究現狀

1.1.1 當前國外油氣儲層研究的五大趨勢

1.1.1.1 對儲層沉積學的研究日益從宏觀向微觀方向發展

（1）岩性油氣藏的勘探要求掌握沉積地質體的幾何學特徵（Ravenne，et al.，1989；T.Dreyer，1993），即宏觀非均質性的研究。

（2）加強層內非均質性研究，以露頭和成熟油田研究為基礎建立層內儲層非均質性的地質模型。

（3）各種次生孔隙形成的成因機理也不斷地有了新的見解和模式（G.Schmmugan，1986；I.O.Meshri，1986；Scherer，1987；R.C.Sardam，1989），為儲層物性的預測和模擬提供了一定的依據，但不同成因盆地油氣藏儲層的次生孔隙定量研究和預測仍處在探索階段。

1.1.1.2 對儲層的描述和預測日益從定性向定量方向發展

（1）為了對地下儲集體的孔滲進行計算和預測，以解決油氣生產的實際需要，不少學者對此進行了大量的研究工作（M.Scherer，1987；Schmoher，1989；Robert，1991；D.P.Edward，1992），並提出了一些經驗公式或數學模型，但往往公式中的一些參數在實際應用中難以或無法確定。

（2）定量描述儲層物性參數的三維空間展布是近年來油氣藏數值模擬技術對儲層研究提出的新要求。

（3）定量描述和預測儲集體在橫向上的連續性或空間展布特徵，即開展儲層（隨機）建模或模擬研究已成為儲層地質學家近年來的重點攻關內容，這也正是為滿足油田開發、加密鑽井和擴邊井確定的需要。比較沉積學是這一研究的基礎，計算機技術（尤其圖形工作站）是實現其目的的重要手段和硬體。

1.1.1.3 理論沉積學向應用沉積學發展並形成儲層表徵技術

（1）第十三屆國際沉積學大會、石油大會把儲層沉積學和建立地質模型列為重點。

（2）20世紀80年代後期儲層地質學、開發地質學的迅速復甦和再度崛起，是造成這一形勢的前提。

1.1.1.4 儲層表徵從單學科向多學科協同研究發展

從目前國際上對儲層的研究來看，主要有三個研究內容或角度，其目的是從不同的側面對油氣儲層的物性特徵和空間特徵進行研究：

（1）為建立儲層地質模型而大力開展露頭儲層和井下地質研究，已成為儲層地質學新的研究范疇。

（2）測井資料數字處理技術的發展為油氣藏描述和儲層模擬與驗證提供了基礎。

（3）隨著計算機技術的迅猛發展，儲層地震勘探和模擬預測技術進一步發展與革新。

1.1.1.5 各種模擬方法和軟體的不斷涌現使儲層的研究進一步計算機化

（1）常見的儲層模擬或隨機建模方法主要有：轉帶法（turning bands method）；協同克里格法／泛克里格法（Cokrging/universal Kriging）；指示克里格法（indicator Kriging method）；條件概率模擬（conditional probability simulation）；蒙特卡洛法（Monte crlo）；分形幾何法（fractal geometry）；增強截斷高斯法（enhance truncated Gaussian）。

（2）模擬軟體的種類繁多。

1.1.2 國內油氣儲層研究現狀、問題及今後研究的重點

盡管儲層地質學，尤其是地質模型的研究在某些方面已達到或接近國際水平，但我國儲層研究總體上還存在著一些不足之處：

（1）在手段上比較落後，在用計算機對地震和測井的處理手段及圖形顯示方面還存在著相當大的差距，目前主要是引進國外軟體；另外地質解釋的精度方面還相差甚遠。

（2）各學科聯合作戰方面，雖然大家都已經明確了地質、地震、測井、測試及計算機相結合的優越之處和必由之路，但聯合作戰方面尚很不足，特別是綜合研究方面顯得相當薄弱，主要問題是科研人員的知識面較窄和長期單學科獨立作戰的習慣和觀念一時難以扭轉。

（3）在用計算機進行儲層模擬和預測方面，研究力量相當薄弱，尤其是在儲層模擬或隨機建模中如何將地質描述轉換為定量模型的研究還很不深入。這一點對於碎屑岩儲層是這樣，對於碳酸鹽岩儲層更是如此。

（4）在建立地質模型方面，還沒有普及，許多儲層地質工作者還陷在原來的模式之中，對各類模型的概念和建模思想了解得不夠透徹，reservoir characterization和modelling此二詞尚未完全為人們所接受。不能把建模僅僅理解成為最終畫一張模式圖。

（5）在建立地質知識庫方面起步較晚，建立的標准地質剖面還很少，對於相似地質條件的類比性研究還不夠重視。

1.1.3 國內潛山灰岩儲層研究現狀

目前已發現的國內潛山灰岩儲層主要分布在渤海灣盆地、鄂爾多斯盆地、塔里木盆地及四川盆地。由於各盆地的構造演化史、海相碳酸鹽岩地層的發育時期、風化剝蝕期及油源岩等方面的不同，決定了它們所形成的潛山油氣藏各具特點。

渤海灣盆地是華北地台中新生代塊斷解體過程中，形成的第三紀拉張斷塊盆地。陳霞等（1994）認為該盆地的油氣儲集層是沉積成岩作用疊合加里東期、印支-燕山期、燕山-喜馬拉雅期構造作用改造形成的。在漫長的地史過程中，演化出三種類型五大套儲集層，其中第Ⅳ套燕山—喜馬拉雅期不整合面附近奧陶系基岩古潛山則是華北地區新生界石油富集體。胡見義等（1990）在「渤海灣盆地地質基礎與油氣富集」一文中指出「渤海灣盆地是一個多斷陷、多含油氣層系和多種油氣藏類型的大型含油氣盆地，它的地質結構和成油規律與國外有些大型含油氣盆地不同，具有自身獨特的特點。在縱向上由斷陷前期、斷陷期和拗陷期等三套構造層系組成，在平面上具有多凸多凹和凸凹相間排列的分布特點。在油氣藏分布方面，在不同凹陷或凹陷不同類型構造斷裂帶，油氣藏和復式油氣聚集（區）帶有一定差異，但仍有一定分布規律」。

濟陽坳陷是渤海灣盆地中的一個含油氣坳陷，其中的潛山油田都是在反向斷層切割的屋脊型斷塊山背景上形成的，又稱「坡上山」潛山油藏，是潛山油藏的又一種類型。李春光等（1997）指出，「濟陽坳陷共發現17個古潛山油氣藏，它們存在於沾化、車鎮和東營3個凹陷之中。多數分布其邊緣，緊靠凸起的部位。濟陽坳陷的古潛山油氣藏均是下第三系沙四段、沙三段的烴類運移至潛山圈閉中聚集成藏。從油氣藏的特點分析：有褶皺山油藏、斷塊山油藏和殘丘山油藏三類。斷塊山油氣藏是油氣經斷層通道運移至斷塊山圈閉中聚集而成，有六個，分布於東營、沾化和車鎮凹陷，含油氣層位均為奧陶系灰岩。

在海相碳酸鹽岩儲層發育影響因素研究方面，余家仁等（1998）認為儲層中泥質白雲岩與粗結構藻白雲岩韻律性的岩性剖面，在縱向上儲層與非儲層交替出現，孔洞的發育順層分布，形成同層滲透帶；多次沉積間斷構成多岩溶期，並有沿風化殼的溶蝕縫洞帶及古水平岩溶帶；構造應力產生斷層和構造縫發育帶，可形成斷裂高滲帶；成岩後生作用及儲層演化經歷了各種次生改造，形成現今的儲層面貌。在岩溶學與碳酸鹽岩地區油氣普查勘探研究方面，曾允孚等（1996）、袁道先（1993）等指出：從岩溶學看來，古老緻密碳酸鹽岩中的油氣儲存空間或介質，如古潛山、溶孔、溶縫、溶洞等都屬於一種岩溶形態，即岩溶作用的產物。

在用地震資料預測灰岩儲層孔縫發育帶的研究方面，李衛忠等（1996）根據灰岩儲層的岩石物理學特徵，提出了綜合利用各種瞬時動力學信息、相對層速度信息及頻率—時間譜掃描技術，預測灰岩儲層孔隙-裂縫發育帶的方法。該方法克服了利用單一物性參數進行儲層預測的局限性和多解性，還可直觀地識別同一灰岩儲層中孔隙-裂縫發育帶在橫向和垂向上的分布情況。湯長彪等（1991）認為利用地震資料預測灰岩儲層孔縫發育帶，是從地震資料中反演與灰岩孔隙、孔縫、含油氣性有關的地震參數。然後依據儲層的空間形態計算灰岩儲層的平均吸收系數、振幅等參數的相對變化，預測孔縫發育帶。

在古潛山有利含油區分布規律研究方面，唐飛等（1989）認為，古潛山油氣藏距大斷層愈近，儲集條件愈優越，孔隙度越高，滲流條件越好，斷層帶是油氣高產區塊。余家仁（1987）依據任丘油田的實際資料，分析了碳酸鹽岩儲集層縫洞孔發育的影響因素及其分布規律，提出由溶蝕孔洞、構造裂縫、古風化殼、古水平岩溶帶及沿隔層頂底板分布的岩溶帶等五種縫洞孔發育帶交織疊加，構成儲集層連通網路，勾繪出碳酸鹽岩油藏縫洞孔發育帶的連通模式。潛山帶儲層在縱向上主要集中在潛山的風化殼，平面上主要沿斷層分布。沿斷層發育的奧陶系潛山是該區古生界潛山勘探的最有利目標。

⑤ 儲層非均質性的研究方法

在油田開發方面，隨著油藏注水開發技術的發展，儲層非均質性研究得到了重視，人們越來越認識到儲層非均質性特徵是影響注水波及效益和油氣採收率的重要因素。20世紀80年代，人們依據層序地層學原理，應用地震、鑽井、露頭資料以及有關的沉積環境和岩相對等時地層格架內的有利儲集相帶及生儲蓋組合進行綜合解釋，各種儲層橫向預測技術也應運而生，從而大大提高了區域儲層研究的精度。同時，隨著各種新的測井技術的發展及其在地質學中的廣泛應用，發展了測井地質學，人們充分應用測井和岩心信息，對井內儲層岩相、儲層物性及儲層裂縫進行系統的解釋。儲層成岩作用及次生孔隙帶預測研究也取得了進一步的發展，人們通過有機、無機相互作用研究次生孔隙的形成機理，從而逐步發展了儲層地球化學。

近年來，非均質性研究取得了很大的進展，在認識上也有了很大的飛躍。人們從不同角度研究不同規模的儲層非均質特徵及其對油田二次、三次採油的影響。為了進行准確的油藏數值模擬、優化開采方案及預測剩餘油分布，儲層地質學家的一項重要任務便是建立三維儲層地質模型。此時，地質統計學特別是隨機模擬技術在儲層建模中得到了廣泛應用，定量儲層沉積學研究也開始發展起來。

1985年以來，Andrew D.Mill和Douglas W.Jordan等人分別提出了用沉積界面和結構要素分析法分層次研究露頭和現代沉積中河流相砂體的成因類型、內部建築結構和非均質等級的思想。第十三屆國際沉積學大會明確指出研究砂體幾何學、內部建築結構、不滲透薄夾層的空間變化是儲層非均質研究的主要內容，並且認為研究沉積界面體系是搞清砂體內部建築結構的關鍵。我國已經投入開發的河流相儲層是一個復雜的非均質體系，在縱向上具有多級次的旋迴性，平面有復雜的微相組合，非均質特徵也表現出明顯的層次性。河流相非均質的研究必須採用分層次解剖的思想，應用露頭和現代沉積研究的方法來描述地下河流相儲層。

目前，國內外儲層評價研究的顯著特點是緊密圍繞油氣勘探開發的需要，發展多學科綜合研究，即綜合地震、測井、試井和沉積地質學、數學地質學、計算機等各種技術手段多專業協同合作。在勘探開發前期河流相儲層的研究所要解決的問題：①開發早期砂體預測問題，在資料少的情況下定量地表徵儲層，建立三維儲層地質模型，以便更精確地找到目的開發層；②井間砂體對比、砂體連續性與連通性等非均質性問題；③砂體非均質性與流體流動非均質性關系；④不同尺度間儲層描述、建模協同性問題。

根據儲層非均質性的研究層次及研究內容的側重點，研究方法主要包括3類：

1）地質研究方法：該方法以高解析度層序地層學原理為指導，在等時地層格架內的砂層劃分對比基礎上建立以過程沉積學為基礎的沉積微相研究以及砂體展布研究。

2）儲層微觀研究：該方法基於現代測試分析成果，主要研究儲層的微觀孔隙、孔隙結構、成岩作用對非均質展布的控制。

3）參數展布的研究：主要研究參數包括：①物性參數變化為主線的非均質參數，如滲透率的變異系數、突進系數、級差、孔隙度和孔喉半徑等；②表徵砂體厚度及分布的非均質參數，如平均砂層厚度、分層系數和砂岩密度等；③表徵儲層中夾層分布變化的非均質參數，如夾層頻率、夾層密度。

無論按哪種方法來刻畫儲層非均質程度，都是為了更好地了解儲集單元中的流體分布及其滲流特徵。本書採用綜合研究方法，將上述3種方法融為一體，並貫穿於不同的研究尺度。

⑥ 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。

⑦ 美國二疊盆地白雲岩儲層特徵和研究方法

美國得克薩斯州奧斯町大學經濟地質局對各種類型油氣儲層作了大量研究，對於碳酸鹽岩溶蝕地貌形成的儲層也進行了深入研究，其中對二疊盆地艾倫伯格群白雲岩溶蝕孔洞及其角礫岩儲集空間的研究成果（Kerans，1988）比較突出。

二疊盆地位於得克薩斯州，屬於早古生代克拉通盆地，以碳酸鹽岩沉積為主，其中在奧陶系發生過3次規模較大的沉積間斷（圖1-1），並且在下奧陶統白雲岩頂部（即艾倫伯格群頂部）形成風化淋濾作用帶，成為重要的油氣儲集相帶。下面就以具有古喀斯特地貌特徵的艾倫伯格群白雲岩為例，介紹溶蝕孔洞和裂縫等儲集空間的形成特徵和分布規律。

（一）艾倫伯格群白雲岩地質特徵

角礫岩和裂縫是艾倫伯格群（特別是上部60～120m范圍內）最顯著的岩石學特徵，目前鑽井所取岩心中有1/3是角礫岩，有人稱其為「破裂白雲岩」。角礫岩主要是喀斯特垮塌作用形成的，裂縫也主要是在喀斯特發育過程中形成的，當然構造活動可能引起局部的裂縫和角礫岩形成。風化淋濾作用導致角礫岩和裂縫的成因有3條依據：①精細的沉積相研究指出艾倫伯格群沒有角礫岩相帶；②喀斯特角礫化作用控制了艾倫伯格群白雲岩的儲層性質和非均質性，而構造角礫化的控製作用不很明顯；③喀斯特模式成為該類儲層非均質性的預測工具，而構造活動產生的裂縫則不能完全解釋儲集空間的分布規律。

艾倫伯格群的角礫岩可分成兩種類型：①喀斯特角礫化作用原地形成的裂縫和鑲嵌狀角礫岩；②基質或碎屑支撐的混雜角礫岩，即由原生碎屑和重力滑塌碎屑混合形成的角礫岩。這兩種類型的角礫岩有的可以進行井間對比（即艾倫伯格群上部90～120m），有的鑽井厚度可達180m，但是無法跟其他井對比，說明變化很大。其中可作井間對比的儲集相帶是由3種岩性組成的：下部為原生白雲岩，溶蝕孔洞發育；中部為兩種角礫岩組成，其下段為厚度較大的具有碎屑充填的混雜角礫岩，上段為粘土等碎屑支撐的角礫岩；上部為厚度較薄的碎裂白雲岩。它們的垂向變化及其電性特徵見圖1-2所示。其中粘土等碎屑支撐的角礫岩在自然伽馬和電阻率等測井曲線上最容易識別，所以成為混雜角礫岩和碎裂白雲岩的對比標志。

圖1-1 美國二疊盆地下古生界簡化柱狀圖和艾倫伯格群岩性特徵圖

（二）角礫狀白雲岩的喀斯特成因模式

上述的混雜角礫岩和碎屑支撐的角礫岩是在碳酸鹽溶洞中形成的溶洞充填沉積物（圖1-3），其中的粘土和硅質碎屑可能是從圍岩和上覆地層中搬運而來的。溶洞充填物距離艾倫伯格群與上覆辛普森群之間的不整合面一般約30m，表明該區溶洞形成期具有一個穩定的區域潛水面，因為潛水面附近的滲流作用使碳酸鹽岩快速溶蝕，溶洞可以快速擴大。

位於原生白雲岩之上的碎裂白雲岩和鑲嵌狀白雲質角礫岩是溶洞頂部垮塌作用形成的（圖1-3）。在此之上才形成溶洞充填物（混雜角礫岩和碎屑支撐角礫岩）。

原生白雲岩的裂縫和溶蝕孔洞是在風化淋濾過程中形成的。此外，在上覆辛普森群沉積時，地下水活動及其性質變化也促使一些裂縫和溶蝕孔洞形成。同時在辛普森群沉積和埋藏過程中，由於艾倫伯格群白雲岩溶蝕孔洞發育不均衡，或由於角礫充填的不均勻，它們受到的壓實作用也不均衡，以致產生了更多的裂縫。因為溶洞頂層的裂縫和角礫岩中很少發現辛普森群的碎屑物質，所以溶蝕孔洞主要是在辛普森群沉積之前發育的。那些沒有被艾倫伯格群或辛普森群充填的溶蝕孔洞，由風化淋濾產生的裂縫及差異壓實作用而導致了溶洞頂部的垮塌，形成混雜-垮塌式角礫岩，而不是形成原地的裂縫鑲嵌狀白雲質角礫岩。

（三）艾倫伯格群古喀斯特形成的模式

艾倫伯格群沉積後海平面下降，二疊盆地成為廣泛出露的碳酸鹽台地。在大氣水和殘余海水交互作用下，形成了由潛水面控制的區域白雲岩溶蝕現象，並形成大面積的（約12950km²）喀斯特地貌。上述可以進行井間對比的角礫岩組合就是在區域喀斯特地貌中形成的。

艾倫伯格群沉積後的古喀斯特明顯地受潛水面控制。根據多方面研究，其古潛水面距風化面（即現今的艾倫伯格群與辛普森群之間的不整合面）的深度約為30～60m，而且延續了相當長的時間。圖1-3所示的碎屑支撐的艾倫伯格角礫岩（垮塌堆積物下部），是溶洞發育結束期沉積形成的。由於淡水和殘余海水在構造裂隙中的滲流，使溶蝕作用可以深達300m。

圖1-2 艾倫伯格群上部分布較廣、井間可對比的含礫白雲岩岩性組成及電性特徵

中奧陶世初期，海平面上升，辛普森群開始沉積，艾倫伯格群白雲岩的溶蝕和溶洞充填作用逐漸中止。但是，局部地區由於辛普森群的差異壓實作用，造成溶洞頂部垮塌，形成垮塌角礫岩，同時形成艾倫伯格群和辛普森群混合碎屑充填物。

隨著辛普森群的繼續沉積，艾倫伯格群埋藏深度加大，原來沒有完全充填的溶蝕孔洞周圍裂縫繼續發育，洞頂白雲岩的垮塌作用和洞內的角礫岩繼續形成。此時，即埋藏-壓實作用導致的溶洞垮塌作用形成的角礫岩，是儲集物性最好的溶蝕垮塌相帶儲層（圖1-4）。其他儲集物性較好的相帶是靠近原生白雲岩的下部垮塌角礫岩（圖1-2）。

（四）構造裂縫和孔隙度的發育

艾倫伯格群白雲岩的裂縫發育主要受控於自身的成岩作用史，即埋藏—抬升風化—埋藏的歷史。有些研究人員認為，雖然艾倫伯格群在沉積之後的中奧陶世初期—晚奧陶世末期經歷了風化淋濾，產生了許多裂縫和溶蝕垮塌現象，但是得克薩斯州中西部古生代末期（賓夕法尼亞期）的前陸造山運動產生的裂縫更加明顯，而且使奧陶紀形成的白雲質角礫岩孔隙得以連通、孔隙度擴大，儲集性能得以改善。賓夕法尼亞期的裂縫切割了溶洞充填的角礫和白雲質膠結物，也是鑒別晚期裂縫與早期裂縫的依據。

圖1-3 艾倫伯格群白雲質礫岩成因模式圖

圖1-4 艾倫伯格群溶蝕的孔洞在辛普森群沉積埋藏過程中形成儲集性能很好的洞頂垮塌角

與喀斯特有成因聯系的裂縫一般順層分布，局限在角礫岩相帶之上30m的厚度范圍內。而與晚期構造活動有關的裂縫隨機地分布在整個艾倫伯格群白雲岩層之內。

（五）古喀斯特控制的儲層非均質性

在地表條件下的風化和喀斯特溶蝕垮塌作用，使艾倫伯格群白雲岩成為儲層起了決定性的作用。由於原生的艾倫伯格群白雲岩非常緻密，基本上不發育粒間孔隙和晶間孔隙，而碎裂、溶蝕、垮塌形成的裂縫、溶蝕孔洞和角礫岩產生了大量儲集空間。但是這種儲集空間具有明顯的垂向和橫向非均質性：垂向非均質性主要是由溶蝕孔洞、裂隙和角礫岩垂向上分帶作用造成的，與上述的角礫岩、溶洞充填物相帶有關；橫向非均質性主要是在喀斯特時期，地下水運動受到不滲透的垮塌物的阻攔而改變流向形成的溶蝕孔洞在水平方向不連續的現象。

利用油藏開發中的試井資料可以判斷喀斯特地貌形成的儲層非均質性，而岩心觀察很難發現該類儲層垂向和橫向非均質性。但是試井資料無法區分裂縫是構造成因的，還是喀斯特成因的，只能依靠裂縫與角礫及其膠結物的切割關系判斷裂縫的成因和期次。

⑧ 煤儲層的研究方法及實驗技術

煤儲層研究方法和實驗技術的不斷改進是煤儲層研究取得重要進展的標志之一。在煤的孔裂隙系統和滲透性的表徵研究中，傳統的研究方法主要有露頭、煤壁的野外觀察法（王生維等，2005），煤岩顯微裂隙觀察法（姚艷斌等，2006a），壓汞毛管壓力法（姚艷斌等，2006b），氮氣或二氧化碳吸附法和掃描電鏡分析法（SEM）等；其他新型研究方法有，透射電鏡分析法（Lee et al.，2006），小角度中子散射法（SANS）（Radlinski et al.，2004）和小角度X射線散射法（SAXS）（Diszko et al.，2000）等。

近年來，大量的非常規技術，特別是無損檢測手段開始應用於煤儲層的表徵，其中包括醫學中應用較廣的核磁共振（NMR）技術和CT掃描技術，以及近來在常規低滲油氣儲層中取得重要應用進展的恆速壓汞分析技術、X射線衍射（XRD）技術等。Karacan等（2001）採用X射線CT掃描（X-CT）方法研究了煤層氣在煤的微觀結構中的吸附和傳輸特徵。Pitman等（2003）和Soto-Acosta等（2008）通過對煤中礦物的碳、氧同位素的X射線衍射（XRD）研究，分別分析了美國黑勇士盆地和印第安那賓夕法尼亞煤中割理發育及其成因特徵。Mazumder等（2006）應用X射線計算機層析技術分析了割理和節理的發育特徵。Karl-Heinze等（2008）首次採用CT掃描成像分析技術研究了煤中割理的發育特徵，結果證明這種方法與實際割理的發育方位和密度具有高度一致性。國內的研究者，胡志明等（2006）和楊正明等（2006）首次將低場核磁共振技術和恆速壓汞技術應用於低滲透率油田儲層的研究，證明這種方法在研究煤的孔隙結構和吼道分布上具有較大優勢。遼寧工程技術大學唐巨鵬等（2005）採用核磁成像（MRI）技術研究了煤層氣解吸滲流特性，得出了新的煤層氣解吸特性、滲流特性與有效應力間關系的實驗結論。迄今為止，國內外還沒有或少有應用核磁共振（NMR）技術和CT掃描技術來定量分析煤儲層孔裂隙系統和滲透率等的相關報道。

另外，隨著多學科交叉研究的發展，測井和地震等常規油氣的方法逐漸應用於煤層氣領域。如胡朝元等（2005）通過波阻抗、縱橫波速和振幅、反射強度、瞬時相位等地震參數與煤儲層物性關系理論的推導，建立了採用地震響應來預測煤儲層裂隙發育程度的數學模型。杜翔（2007）提出了根據測井原理，利用煤層氣測井參數來評價煤層氣儲層特徵的方法。該方法為測井技術應用於分析煤儲層的深度、厚度、煤質、含氣量、滲透率、岩石力學性質、儲層溫度等研究提供了初步的研究思路。

總的來看，關於煤儲層的研究方法與實驗分析技術的研究已成為目前煤儲層研究領域最活躍、進展最快的研究分支之一。然而，將低場核磁共振技術、恆速壓汞技術和CT成像技術等用於煤儲層的研究，在國內外還未見報道，因此進一步確定這些研究手段在煤儲層研究中的具體應用將是今後的趨勢。同時，地震和測井等手段有望進一步推動煤儲層研究領域的發展。本書第4章和第5章內容將對低場核磁共振技術（low-field NMR）、恆速壓汞技術和微焦點X射線斷層掃描（μ-CT）技術在儲層研究中的新應用進行重點闡述。

⑨ 地下儲層結構分析方法

自從Miall在1985年和1988年發表了兩篇經典性的論文以來，結構要素分析法得到了沉積學工作者普遍關注。Miall隨後對這種方法做了進一步的完善，並逐漸從露頭研究轉移到地下儲層非均質性的研究，為解剖地下儲層非均質性提供了方法。

1. 儲層細分單元

岩心上，交錯層系和交錯層系組分析提供了一級和二級界面限定的岩性體的信息。這些岩性體一般是不能在井間對比的。

根據Miall的西水谷段的研究經驗，要恢復由四級界面限定的壩單元和三級界面限定的亞單元就需要3口/km²甚至更大的井網密度 （圖8-9，底部）。Busch （2002） 用6.3口/km²井網密度編制一個直徑為6km的點壩。在較大的河流體系，巨型底形相應地發育較大，因此較大的井距也許可以進行對比。

如果有合適的井距，就能用測井曲線井間對比確定五級和六級界面限定的制圖和模擬單元。在許多成熟盆地，上述單元的井間對比是可行的。由於單元內部侵蝕和席狀砂體的分叉和合並，井間對比仍難以解決問題。例如，Santos ＆Turner-Peterson （2004） 報道了在細分Morrison組時存在的困難。另外，Brown （1995） 已經描述了用三維地震編制五級或六級界面限定的砂岩體或礫岩體圖，因此在描述高級別界面限定的單元時三維地震是有相當潛力的技術。

由於帶狀砂岩體的寬度通常小於井距，因此在編圖時會出現特別困難的問題。裘懌楠指出：由於順直和限制性河道砂體在側向上的不連續，精細解剖它們需要特別密的井網（圖8-9）。

制圖單元的確定要根據研究區資料密度、解析度及開發深度。在特別復雜的儲層中，如果無法確定與開發要求相適應的儲層單元，可以採用大一級別的儲層單元進行制圖，但是在單井上必須劃分與開發要求相應的儲層單元，而儲層單元內的結構要素的井間展布只有通過地質知識、三維地震及井資料約束隨機地生成。

圖8-9 3種規模的沉積單元與地下制圖方法

2. 地下儲層結構要素劃分

裘懌楠 （1993） 指出，就石油開采而言，開采井網的布置必須適應砂體的規模和幾何形態。一套含油層系由多個被不滲透岩類 （泥質岩類為主） 所分隔的砂體組成。一個砂體內部不同的結構、構造形成了不同的滲透率單元，不管其地質成因如何，石油開采中各種流體總是以最高滲透率的單元作為優先滲流的通道。依據滲透率的大小和連通狀況，自然構成了很多的不同滲透率的流體流動單元 （Fluid Flow Units）。同時砂體內還存在很多不連續的不滲透隔夾層，各種產狀的不連續的薄層泥質夾層、泥質披覆層、泥質紋層、成岩條帶以及某些界面現象等等，使得流動單元之間的連通狀況大大復雜化。就沉積學而言，儲層砂體內流動單元、各種隔夾層、界面的配置，實際上就是各級 「結構要素」（Architectural Elements） 相互疊置的結果。只有通過對砂體內部結構要素的詳細解剖，才能建立起正確的流體流動單元的組成。搞清它們的幾何形態和大小，是開發地質工作者的首要任務。

從上面論述可以看出，裘先生的結構要素概念為我們地下儲層精細解剖拓展了思路，結構要素的劃分更加具有了靈活性，適合於不同沉積體系儲層的精細描述。

在油田開發後期，精細油藏描述中結構要素劃分到那一級呢？這主要取決於資料的密度。Miall （1998） 認為要描述由四級界面限定的巨型底形砂壩單元及其內部由三級界面限定的亞單元需要3口/km²的井網密度。這就是說，根據目前老油田的資料，已經能描述微相以下級別的結構要素。

吳朝東 （2003） 在研究孤東和孤島等油田新近系館陶組河流沉積時，通過岩石相和測井相分析，結合平面圖綜合分析，確定孤島和孤東油田館陶組上段油層為河流沉積，主要發育河道、河漫及天然堤沉積，進一步劃分了10種結構要素 （表8-5）。很顯然，這些要素是微相單元的進一步細化，從而可以大大提高儲層非均質性的研究精度。

表8-5 沾化坳陷館陶組上段結構要素

3. 精細儲層描述步驟

我國學者根據油田儲層研究實踐系統總結了河流-三角洲相儲層精細描述法 （趙翰卿，2009）。他們認為，應根據油田密井網測井資料所反映的各種沉積特徵和沉積界面，由大到小、由粗到細分層次逐級解剖砂體幾何形態和內部結構，精細地建立儲層地質模型，系統描述儲層的非均質體系。具體步驟如下：

（1） 劃分不同結構的岩相段——建立層段結構模型

依據各小層相帶及砂、泥岩空間分布結構特徵，在垂向上劃分出若干個砂、泥岩空間分布結構不同的岩相段。所採用的油層細分對比方法：如果把油層劃分為孤立水道型、疊加水道型、穩定互層型及不穩定互層型4種岩相段，那麼前兩種岩相段中可採用河流相對比方法，第三種類型採用湖相小層對比方法，而第四種則要同時採用上述兩種對比方法。

（2） 岩相段內細分對比單砂層——建立單砂層對比模型

採用 「相控旋迴等時對比方法」 （即旋迴對比、分級控制、不同相帶區別對待） 進行區塊閉合對比。在泛濫分流平原相岩相段內，依據河流旋迴特徵與隔夾層發育狀況，把相互疊置的厚層河道砂岩細分對比到井間可追溯的單一河流沉積單元 （一般5～6m厚，主力油層7～8m）；在三角洲前緣相岩相段內，依據小層內次級旋迴和薄隔夾層的發育程度，把儲層細分對比到內部無明顯連續夾層的單砂層 （砂岩厚度多數小於2m）。這一層次的描述相當於在縱向上把儲層劃分到區域性最小可對比的流動單元，相當於五級界面所限定的單元。這是儲層精細描述的基礎。

（3） 單砂層平面上細分沉積微相和相對均質單元——建立微相分布模型

依據各井點單砂層內測井曲線形態類型 （如正漸變中厚層、反漸變中厚層、薄互層等基本類型） 詳細描繪各類砂體的幾何形態。在區域沉積背景 （相和亞相） 控制下，以現代沉積為指導，結合各類砂體的幾何形態和相互配置關系，進一步確定砂體的微相類型，並對各種微相的分布面貌進行描述，如在泛濫分流平原相中細分出主河道砂、廢棄河道砂、決口水道砂、天然堤、河漫灘及決口席狀砂等沉積微相；在三角洲前緣相中識別出水下分流河道、前緣席狀砂、河砂壩及濱外壩等微相，並在大面積分布的前緣席狀砂中，又根據岩性、物性的相似性，在平面上進一步細分出主體席狀砂、非主體席狀砂及表外儲層等相對均質單元。這一層次是儲層平面描述的關鍵環節。

（4） 在復合砂體中識別和描述單砂體——建立單砂體分布模型

在側向復合型河道砂體中識別和描述單一河道砂體。首先要依據復合砂體的成因類型和分布模式、河間及廢棄河道沉積的分布狀況，初步勾繪出單一河道砂體的分布輪廓。然後根據砂岩的層位、發育程度、曲線形態的變化以及每條河道砂體可能的寬度、厚度及河曲形態的演變趨勢，結合復合砂體的宏觀分布模式綜合識別單一河道砂體的分布狀況。並參照現代沉積的分布特徵，描述單一河道砂體的井間邊界位置、幾何形態、分布規模、連續性和方向性，進而判斷每條河道砂體的成因類型。在交錯疊置的河間砂體和不連續分布的三角洲前緣亞相砂體中，可依據相互間的層位關系，及其與主河道或主體砂岩的平面配置關系、自身的幾何形態等，進一步識別描繪出由一次性沉積事件形成的單一成因砂體，同時判別它們的成因類型及其與主體砂岩的連通關系 （圖8-10）。單砂體的識別和描述，實質上是平面細分流動單元的工作，也是儲層描述的難點所在。

圖8-10 三角洲前緣亞相單砂體的識別

（5） 描述儲層平面非均質特徵——建立單砂體精細沉積模型和平面非均質模型

針對不同成因砂體特有的沉積規律和沉積模式，採用模式預測描述法和小間距等厚圖（1m等值距） 的形式，預測性描述儲層沉積模型 （圖8-11）。並在沉積模型指導下，精細繪制砂體內不同層段滲透率平面分布圖或流動單元分布圖，建立儲層物性非均質模型，描述砂體宏觀非均質特徵。這是儲層定量表徵的基礎。

（6） 解剖單砂體內部結構——建立單砂體內部非均質模型

精細沉積模型可揭示各種河道砂體的內部結構和加積方式，結合各井點層內薄夾層與韻律段分布狀況、露頭與現代沉積知識及河流水工經驗公式等，能夠定量估算各類河流古地貌參數 （如河寬、河深、寬/厚比、曲率、曲流波長及河曲振幅），進一步展現各種單一增生體 （或翻譯為加積體，如點壩側積體） 及其間薄夾層的分布方式、幾何形態、規模、傾向、傾角、分布密度，以及高滲透大孔道層段的分布狀況等砂體內部非均質特徵（圖8-12）。

圖8-11 曲流河砂體沉積模型

圖8-12 單一河道砂體內部非均質模型