流动单元研究方法

1. 储层流动单元的研究现状

储层流动单元（reservoir flow unit），也称为岩石物理流动单元（petrophysical flow unit），简称为流动单元，是20世纪80年代中后期在国内外石油界逐渐流行起来的一个新概念，主要用来定量描述和评价储层的岩石物理性质，在油气勘探与开发中起着重要的作用。

关于流动单元的概念，曾经出现过许多版本，并在逐渐探索和完善之中，截至目前，尚未能达成一致的看法。1984年，C.J.Hearn等在对美国怀俄明州Hartzog Draw油田进行储层性能评价描述时，首次提出了岩石物理流动单元的概念。他认为：储层流动单元是指影响流体流动的岩石物理性质相似的横向和垂向连续的储集层单元体。自Hearn提出储层流动单元的概念以后，很多学者应用这一概念开展了储层表征或储层评价研究，并对流动单元的概念和划分方法进行了进一步的补充和完善。W.J.Ebanks（1987，2001）认为：流动单元是根据影响流体在岩石中流动的地质和物性的变化进一步细分出来的岩体。S.R.Jackson等（1990，1991）认为：储层流动单元是指油气储层的三维连通体，它具有横向上和垂向上连续的、具相同或相似的影响流体流动的特征参数。D.C.Barr等（1992）认为：流动单元是给定岩石中水力特征相似的层段。Amaefule等（1993）认为：流动单元是一个储集岩体（a volume of reservoir rock），在这个流动单元内相同和可预测的值和岩石物理性质影响着流体的流动，而与其他储集岩体，即流动单元的地质和岩石物理性质不同。Ti Guangming等（1995）认为：流动单元是一个在侧向和垂向上连续的储集岩体，具有相似的岩石物理性质，并影响着流体的流动。J.M.Alden等（1997）提出：流动单元是R₃₅孔喉半径均匀分布、具有相似的岩石物理性质和使流体连续流动的储集层段（intervals）。

20世纪80～90年代，储层流动单元的概念及研究方法才被引进到国内。同时，国内的一些专家学者也提出了自己对流动单元概念的理解和研究方法，极大地推动了储层流动单元研究在我国的应用和发展。

刘孟慧（1990）认为：储层流动单元是储层中影响流体流动的岩石物理性质和岩层特征（空间分布、内部结构、非均质特征等）相近的连续储集体。焦养泉等（1995，1998）认为流动单元是沉积体系内部按水动力条件进一步划分的建筑块体。熊琦华等（1994）认为：流动单元是多种地质作用形成的成因单元，它是沉积作用、成岩作用和后期构造作用等相互作用的综合产物。裘亦楠等（1991，1996，1997）认为：流动单元是指由于储层的非均质性隔挡和窜流旁通条件，注入水沿着地质结构引起的一定途径驱油、自然形成的流体流动通道。穆龙新等（1996）认为：流动单元是一个油砂体及其内部因受边界限制，不连续薄隔挡层、各种沉积微界面、小断层及渗透率差异等因素造成的渗透特征相同、水淹特征一致的储层单元。吕晓光等（1993，1998）认为：储层流动单元是以渗流特征为主导所精细描述的储层非均质单元，是对储层结构模型（沉积模型）的进一步细划和定量表征。赵翰卿（2001）认为：流动单元为具有相似沉积特征、成岩特征、岩石物理性质和流体渗流特征并可作图的三维单元体，单元体边界是在各种沉积、成岩、构造等地质作用和其他因素作用下形成的各种渗流屏障。

总体上看，上述关于流动单元的概念本质大同小异，虽然角度不同，但大致分为两类：一类是从储层岩石物理性质和渗流特征角度去直观地认识；另一类是从地质因素（沉积、成岩、构造等）的角度（即成因）去间接地认识，把影响储层渗流特征的岩石物理性质和地质因素（沉积、成岩、构造等）结合起来，从地质角度去揭示流动单元的分布规律，将流动单元研究推向了新的深度。

在流动单元的研究过程中，不同学者根据自己对这一概念的理解并结合各自研究工区的地质特点，提出了不同的流动单元研究方法。归纳起来，可大体分为以下两种类型：

第一类是以数学手段为主的储层参数分析法，即广泛应用储层中的各种地质参数，通过单井中密集取样的聚类分析寻找划分流动单元的有效参数和定量界限，然后直接在整套储层中定量划分流动单元。这类方法仅仅需要做少量的地层对比和沉积学研究，隔、夹层的分布也可作为一种类型的流动单元定量划出，最终建立以流动单元为基础的三维定量地质模型。如：①根据岩相及宏观岩石物理参数进行流动单元研究（W.J.Ebanks，1987；S.R.Jackson等，1991；S.D.Mackey等，1995）；②应用孔隙几何学进行流动单元研究（W.M.Ahr，1991；J.O.Amaefule 等，1993；D.K.Davies 等，1992，1996，1999）；③应用传导系数、储存系数等参数进行流动单元研究（Ti Guangming等，1995）；④应用生产动态资料进行流动单元研究（J.A.Canas等，1994）。这些方法在流动单元研究中均具有一定的实用价值，并为后人研究流动单元提供了十分重要的参考价值。然而，上述方法强调成因单元（或沉积相带）内影响流体渗流的地质参数的差异性，并应用多种参数进行流动单元划分，但对成因单元本身的分布、单元间渗流屏障（沉积屏障、成岩胶结带和断层遮挡）及各种地质界面的研究不够。

第二类是近年来刚刚兴起的以地质研究为主的储层层次分析法，即应用高分辨率层序地层学研究储层流动单元。高分辨率层序地层学用于储层流动单元研究，是在不同级次基准面旋回划分对比的基础上，探讨基准面旋回层次性与储层流动单元间的关系，并采用层次界面和层次实体描述来分析储层流动单元的层次性。T.A.Cross（1994）认为：一个流动单元常反映一个特定的沉积环境和相对独立的流体流动特征，其中，地层层序特征及不同级次的基准面是控制流体流动的主要因素。由于基准面旋回的级次性及由此造成的储层非均质性的层次性，使得流动单元也具有层次性。尽管有些地层自然界面并不与岩石物理界面对应，但这种情况比起地层自然界面与岩石物理面相一致情况来要少得多，因而通过等时地层实体及边界的识别和对比，把储集层分割成一系列相对独立的且不与外界发生流体交换的成因储集单元——流动单元。张昌民（1992）认为：所谓层次界面是指分割不同层次实体流动单元的分界面，它可以是不同级次基准面旋回的分界面，也可以是基准面旋回内的次级界面（如层理面及成岩界面等）。层次实体是指由不同层次界面所分割、具有连续、相同（或相似）的影响流体流动特征参数的储层流动单元本体，它可以是一套储层段的总和，也可以是单一成因单元的储集体。可根据层次界面和层次实体的性质、规模、相互关系，及其与不同级别地层基准面旋回间的关系，从地层基准面旋回划分对比入手，将储层流动单元划分为大尺度、中尺度、小尺度和微尺度4种层次类型，尺度的把握则取决于研究的目标。

2. 研究方法的评述

综上所述，不同学者从多个方面提出了多种流动单元研究方法，它们在流动单元研究中均具有一定的实用价值，并为后人研究流动单元提供了十分重要的参考价值。然而，总体说来，上述方法尚存在一些不足之处。

首先，上述方法强调成因单元（或沉积相带）内影响流体渗流的地质参数的差异性，虽然应用多种参数进行流动单元划分，并取得了很好的应用效果，但对成因单元本身的分布及单元间渗流屏障（沉积屏障、成岩屏障和断层屏障）的分布重视不够，即对各类地质界面现象研究不够，而地质界面的复杂性正是陆相储层的重要特色。对于陆相地层来说，由于砂体时空分布的复杂性，砂体及渗流屏障的分布在某种程度上对地下流体运动的影响更大。其流动单元的研究，应重视界面的变化。

其次，前人在流动单元研究中，已开始注意到成岩作用对储层质量演化的控制作用及其导致的流动单元质量的差异性。但在流动单元划分及展布研究时，对成岩（或成岩效应）在流动单元划分中的作用未得到应有的重视。如复合砂体内部的成岩胶结带作为渗流屏障对地下流体流动有很大的影响，应成为划分流动单元的重要标志。

最后，一些学者在流动单元研究时，过分地强调了流动单元在垂向上的分层性，将流动单元看作为更细级次的“地层单元”（只不过这种地层单元在垂向上反映了单元内储层质量相似而单元间储层质量相异的特点），而忽视了平面上渗流差异的特征。如Daries（1996）对西得克萨斯一个浅海陆棚相碳酸盐岩储层进行流动单元研究时，将研究层段在垂向上划分了12个流动单元。但在平面上，同一流动单元在岩石类型、孔隙度、渗透率、渗透率与厚度乘积、含烃孔隙体积等方面均有很大的差异性（Daries,1996）。我们认为，同一流动单元内部岩性和物性的相似性不仅要体现在垂向上，而且也应体现在平面上，这样才能达到流动单元的研究目的。

总之，研究储层流动单元，应重视各类地质界面的变化，注重其在平面上渗流差异的特征。

3. 研究方法概述

自1984年流动单元的概念提出以来，很多学者应用这一概念开展了储层表征或储层评价研究，但研究方法特别是流动单元的划分方法有所差异。不同学者根据自己对这一概念的理解，提出不同的流动单元研究方法。归纳起来，主要有以下几种。

1.根据岩相及宏观岩石物理参数进行流动单元研究

这一研究思路最早是由Hearn（1984）提出的，后有许多学者（Rodriguez,1988;Jackson等，1989;Hamlin等，1996）进一步开展这一研究。其思路是：首先，通过沉积学研究，在垂向上划分为若干个成因单元，并研究各成因单元内岩石性质及孔隙度、渗透率、孔隙大小等特征；然后，主要根据孔渗参数对成因单元（或相）进行进一步的细分，划分出若干个纵向上和横向上岩石性质和孔渗性质均相似的储集单元，即流动单元。

Jackson（1989）在对美国蒙大拿洲钟溪油田的一个障壁岛储层开展流动单元模型研究时，应用岩相及岩石物理性质研究得出的储层结构（由不同渗透层组成）基础上，应用渗透率、孔隙度、断层对其进行进一步的细分，最终得出由许多流动单元镶嵌组合而成的模型。

Hamlin等（1996）对南澳大利亚Tirrawarra油田的海相辫状河三角洲储层进行研究时，通过沉积相带的细分，进行了流动单元研究。首先，通过沉积学研究在纵向上划分出连续的四个相带，然后分析各相带孔隙度、渗透率及毛管压力特征，在此基础上，主要根据孔、渗特征对孔渗差异较大的相带在垂向上进行细分，将垂向上的四个相带细分为6个流动单元。

2.应用孔隙几何学进行流动单元研究

许多学者着重于孔隙几何学对流体渗流的影响，对流动单元进行划分和研究。如Ahr（1991）根据孔隙类型组合划分岩类，并根据对应的岩类对美国Vaccum San Auches油田白云岩储层进行流动单元划分和研究。Amare（1993）对这一白云岩体又根据孔隙类型、孔渗组合关系及岩石类型进行了进一步的流动单元研究，即将具有同一孔隙组合类型的岩类归属于同一类流动单元。

Davies Vessell（1996）在对美国西得克萨斯海相碳酸盐岩储层进行流动单元研究时，亦着重于储层孔隙几何学特征研究。他们首先按照孔隙类型（据孔隙大小、形状、孔喉比、配位数）、孔喉分布等将储层分为八种岩类，每种岩类均具有一定的、良好的孔－渗关系。岩类的纵向分布具有一定的规律性，其中高质量岩类组合与低质量岩类组合在垂向上具有一定的互层关系，据此将研究层自上而下划分了12个水力流动单元。这一方法实际上相当于应用孔隙几何学等对储层进行细分层。

Amaefule等（1993）和Abbaszaden等（1996）根据孔隙几何学对流体渗流具有很大影响的认识，提出了应用流动带指标FZI（Flow Zone Index）划分水力流动单元的方法。这一方法的理论基础是平均水力半径的概念及Kozeny-Carman的孔渗关系公式。

具有相似FZI的岩石被认为具有相似平均水力半径，因而属于同一水力流动单元（Amaefule,1993;Abbaszaden等，1996）。FZI值可依据样品的孔、渗值或测井响应值来计算，然后通过对众多样品的FZI值进行聚类分析，对水力流动单元进行分类。

3.应用传导系数、储存系数等参数进行流动单元研究

Ti.G.等（1995）提出了应用传导系数（kh/u）、储存系数、砂岩含量等参数划分流动单元的方法。首先，通过岩心描述，将沉积层段分成若干个层，并根据岩石特征和物性特征将这些层进一步分为若干个亚层，然后，通过岩心、测井信息计算出各井各亚层的传导系数、储存系数和净砂岩含量，并应用聚类分析，将这些亚层进一步分为若干个流动单元。最后，将这些流动单元进行井间对比，做出流动单元的井间分布图。

4.应用生产动态资料进行流动单元研究

Canas等（1994）根据油田生产过程中井间流体流动速度及流动能力资料对哥伦比亚Lacira油田一个曲流带砂岩储层进行了流动单元研究。他应用井间流动能力指数（IFCI,InteR_Well Flow Capacity Index）来描述流动单元。IFCI指数可根据两类数据来求取，一类数据为生产井组实际井间流动速度，另一类数据为储层岩石物理性质数据。对于前者，

高含水油田剩余油分布研究：以辽河油田欢26断块为例

式中IFCI——应用两井岩石物理性质及储层厚度求取的井间流动能力指数；

（k·h）₁——代表较低渗层的流动能力，其中，k、h分别为渗透率和储层厚度；

（k·h）₂——代表较高渗层的流动能力，其中，k、h分别为渗透率和储层厚度。

应用上述公式分别求取各井的IFCI值，并分别编绘IFCI平面分布图。比较这二种方法确定的IFCI分布图，以确定成因单元内流动单元的分布。在井间流动受限制的情况下，基于生产数据的IFCI应低于基于岩石物性的IFCI，据此可在成因单元内进行流动单元的划分（差异带为流动单元边界）。在作者研究的实例（一个曲流带砂体）中，两种数据作出的IFCI值相似，因此这一曲流带砂体被认为属于同一流动单元。

4. 流动单元的对比与建模

流动单元研究的目的是研究控制流体流动的最小储层单元。但研究的核心问题是不同规模流动单元井间对比和边界划分的可靠性。

1. 流动单元对比的原则

既然流动单元定义为相对独立控制油水运动的基本储层单元，那么流动单元对比的原则应是等渗流特征对比。这一点是有别于岩相单元、成因单元、结构要素等其他储层研究单元概念的重要标志。

2. 流动单元对比的依据

对于陆相砂泥岩储层来说，纵横向相变快，砂体时空分布及地质界面现象复杂。因此，井间流动单元对比的主要任务是确定各井点相近渗流特征层的井间连通关系及渗透隔挡的分布。对比的依据是在岩相单元对比的基础上，作流动单元井间对比剖面图 （图8-29），依据单井流动单元划分结果，结合开发地震资料、开发动态资料、生产测试资料确定井间及储层三维空间上连通关系。

3. 流动单元对比的方法

（1） 连通单元的确定

在岩相单元对比剖面和平面图中，相互连通的均一砂体，且渗流特征一致，则视为同一流动单元，二者缺一不可；否则视为不同的流动单元。

（2） 渗流隔挡的确定

渗流隔挡包括隔夹层和封闭性断层，因此渗流隔挡的研究方法与隔夹层和断层研究方法相同。

（3） 利用油水井之间地层压力的变化进行流动单元的对比

注水井和采油井之间连通关系最直接地反映了一个井组内部各井点之间地层压力和注采比的变化，对于注采压力相关关系较好的层视为同一流动单元。

（4） 利用井间检测资料进行流动单元对比

井间示踪剂检测是将某种稳定性较强的化学物质随注入水注入油层，周围观察井跟踪录取见到示踪剂的时间、示踪剂的含量等。利用这些资料可以研究一个井组内油水渗流方向、井间连通关系、注入水推进速度及流动单元间渗流特征的变化等。

4. 建立流动单元数据库

流动单元划分、对比后，应及时建立流动单元数据库。主要内容包括单元编号、单元砂层厚度、有效厚度、净毛比、孔隙度、渗透率、泥质含量、隔夹层厚度和类型、存储系数、渗流系数、流动单元划分类型以及井间连通关系等。流动单元研究的主要成果都应体现在该数据库内，它是下一步进行流动单元剖面图和平面图绘制的重要资料来源，也是储层流动单元三维模型建立的主要依据。

5. 流动单元建模

根据单井测井解释，求取各项储层参数，计算FZI和RQI等值，划分单井流动单元类型，确定流动单元沿井剖面分布。由于流动单元没有一个明确的形态，更无法确定其规模，因此流动单元空间分布模拟采用了序贯指示方法 （SIS）。序贯指示方模拟是基于指示方法，GSLIB提供的代码用于生成SIS实现。在处理分类变量如流动单元时，指示方法把每一类流动单元转换成一个新变量，每个变量值对应于给定位置出现相关类型的流动单元的概率。出现的某类流动单元相对应的变量值设定为1，而其他类型流动单元对应的变量值为0。根据单井流动单元类型解释，建立不同沉积微相的各类流动单元的指示协方差或变异函数，目的是控制沉积微相内各类流动单元空间分布和排列。

流动单元模型是一个沉积微相内有几种类型的流动单元，而一种类型的流动单元也不仅仅分布于一种沉积微相中，各类流动单元呈镶嵌状分布于沉积微相内，进而细化沉积微相模型，是一个能够约束储层渗透率分布的精细离散模型。