中原油田致密砂巖裂縫性儲層測井評價方法

趙俊峰，陳漢林，李鳳琴，王軒然

中原油田致密砂巖裂縫性儲層測井評價方法

趙俊峰，陳漢林，李鳳琴，王軒然

（中國石化集團中原石油勘探局測井公司，河南濮陽457001）

摘要：為有效識別和評價以“雙孔介質(zhì)”為特征的三疊系致密砂巖裂縫性儲層，利用“雙標(biāo)定”技術(shù)，在地質(zhì)條件及測試資料的約束下，通過“四性”關(guān)系研究，總結(jié)出三疊系裂縫性砂巖儲層的測井響應(yīng)特征，形成了一套劃分裂縫性儲層的有效方法，建立了裂縫性儲層參數(shù)的定量評價模型，分區(qū)塊建立了油水識別標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)已測試的21口井看，該評價方法的測井解釋符合率達(dá)87.5%，提高了測井對三疊系儲層的識別能力，解決了裂縫性儲層的定量評價問題。

關(guān)鍵詞：三疊系；裂縫性砂巖；測井響應(yīng)；儲層劃分；流體性質(zhì)；油水識別

東濮凹陷三疊系裂縫性砂巖儲層具有致密、兩種孔隙體系（裂縫—孔隙）、碳酸鹽巖含量高、局部礫石發(fā)育的特征，測井解釋存在以下主要難題：①儲層測井響應(yīng)特征既不同于粒間孔隙的砂巖儲層、又區(qū)別于雙孔介質(zhì)的碳酸鹽巖儲層，儲層識別與有效劃分困難；②由于“油賦存于裂縫、基質(zhì)不含油”，使三疊系的儲量計算困難；③因骨架的測井信號遠(yuǎn)大于流體，儲層流體性質(zhì)判別困難。④不同區(qū)塊間儲層的巖—電關(guān)系存在差異，同一油水判別標(biāo)準(zhǔn)下的測井解釋符合率較低。對于該類儲層的測井評價，首先應(yīng)開展其測井響應(yīng)特征研究，提出劃分儲層的有效方法，建立儲層關(guān)鍵參數(shù)的定量評價模型，著重于儲層流體性質(zhì)識別的方法研究，同時致力于油水識別標(biāo)準(zhǔn)的重新界定。

1　儲層測井響應(yīng)特征

由于裂縫性儲層的測井響應(yīng)機理不同于孔隙型儲層的測井響應(yīng)機理，尤其是兩者的導(dǎo)電機理差異較大；再者三疊系儲層巖性多為粉砂巖且局部礫石發(fā)育，巖性較古近系致密，電阻率數(shù)值多在3.0～30.0 Ω·m，其測井響應(yīng)特征已明顯不同于古近系孔隙型儲層。過去，由于認(rèn)識的局限性（三疊系的地層劃分、儲層類型等當(dāng)時尚無確定）與資料的有限性（僅有常規(guī)測井資料），測井解釋人員基本沿用了古近系的儲層測井響應(yīng)特征對三疊系儲層進(jìn)行識別與劃分，致使一部分油層在一開始就被誤判為不產(chǎn)液的干層。

通過測井響應(yīng)機理研究，結(jié)合試油測試資料及區(qū)域地質(zhì)特征，強化常規(guī)測井和EMI-NMR測井資料的綜合應(yīng)用，總結(jié)出三疊系裂縫性砂巖儲層的測井響應(yīng)特征（圖1）。與裂縫不發(fā)育的儲層相比，裂縫發(fā)育的儲層有以下測井響應(yīng)特征[1]：（1）電阻率值明顯高于圍巖，高產(chǎn)儲層電阻率數(shù)值整體相對較低；（2）自然電位有明顯負(fù)異常；（3）盡管相對致密，但三孔隙度明顯高于圍巖；（4）EMI指示裂縫發(fā)育，且裂縫多為高角度縫；（5）核磁共振上，油層差譜有信號、移譜移動慢，水層差譜無信號、移譜移動快。

圖1　三疊系裂縫性儲層測井響應(yīng)特征（衛(wèi)77-3井）

2　裂縫的識別與評價

利用電成像測井資料可定量評價裂縫產(chǎn)狀、裂縫條數(shù)、裂縫密度、裂縫寬度、裂縫走向、裂縫的有效性（裂縫的充填性）等裂縫參數(shù)[2-4]。對于裂縫性油藏的勘探開發(fā)來說，對這些參數(shù)的準(zhǔn)確評價至關(guān)重要[5]。

2.1裂縫產(chǎn)狀

25口井電成像測井資料的統(tǒng)計分析表明：東濮凹陷三疊系普遍發(fā)育傾角為50～90 °的高角度裂縫；從裂縫傾向上看，該地區(qū)均發(fā)育一組傾向為285～360 °的裂縫，局部還發(fā)育一組傾向在115～210 °的裂縫。圖2顯示衛(wèi)77-3井三疊系明顯發(fā)育兩組產(chǎn)狀不同的裂縫，衛(wèi)77-4井三疊系主要發(fā)育一組裂縫。

2.2裂縫發(fā)育程度

裂縫發(fā)育程度的評價是通過對裂縫長度、裂縫條數(shù)、裂縫密度、裂縫寬度、裂縫視孔隙度等裂縫參數(shù)的綜合評價來完成的。

圖2　三疊系裂縫產(chǎn)狀統(tǒng)計分析

通過對21口井電成像裂縫發(fā)育程度的統(tǒng)計并將之與測試資料對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：儲層含油性及儲層產(chǎn)量與裂縫的發(fā)育程度呈正相關(guān)性；砂巖裂縫發(fā)育、泥巖裂縫不發(fā)育；三疊系上、中、下地層的裂縫發(fā)育程度不同，中上部裂縫較發(fā)育、下部裂縫不發(fā)育。

圖3 給出了明471 井測井綜合評價圖，其中左邊組圖為常規(guī)測井解釋成果圖，右邊組圖為EMI 解釋成果圖，從中可看出2 088.0 ～ 2 095.0 m井段裂縫較發(fā)育，裂縫長度平均為2.1 m、裂縫密度平均為3.2 條/m、裂縫視孔隙度平均為0.01%、水動力寬度平均為0.05 mm/m，綜合評價該井段上部為差油層、下部為油層。2007 年5 月12 日～ 2007年5 月17 日對2 076.8 ～ 2 103.3 m 井段射孔投產(chǎn)，日產(chǎn)原油3.3 t、水6.1 m3；2007 年5 月26 日～ 2007年5 月30 日對其壓裂投產(chǎn)，日產(chǎn)原油21.8 t、水3.5

圖3　明471井測井綜合評價圖

2.3裂縫走向

裂縫走向即裂縫延伸方向。裂縫走向與裂縫傾向垂直，據(jù)此可確定裂縫走向，進(jìn)而預(yù)測有利的勘探方向。一般而言，井位應(yīng)沿著裂縫的走向部署。據(jù)裂縫產(chǎn)狀統(tǒng)計分析（圖2）可確定：衛(wèi)77-3井的兩組裂縫走向分別為25～120 °、15～90 °，衛(wèi)77-4井的裂縫走向主要為15～90 °，少量為25～120 °。統(tǒng)計結(jié)果表明：含油儲層一般都發(fā)育一組走向為25～120 °的裂縫，同時，沿著這個方向部署的衛(wèi)77-7、衛(wèi)77-8井均已獲得工業(yè)油流。

2.4裂縫的有效性

裂縫的有效性是指裂縫的開啟性。裂縫只有在開啟狀態(tài)下才是有效的，該類裂縫稱之為自然裂縫或有效裂縫；但裂縫如被特殊物質(zhì)充填，液體無法在其中流通、則視為無效裂縫。據(jù)裂縫的充填程度，無效裂縫又可分為半充填與全充填；據(jù)裂縫充填的物質(zhì)成份可分為高導(dǎo)縫與低導(dǎo)縫。

三疊系裂縫的充填物多為泥質(zhì)與方解石，兩者在EMI 成像圖上有不同的顯示，泥質(zhì)充填裂縫顯示為暗色正弦曲線（圖4）、方解石充填裂縫顯示為亮正弦曲線（圖5）。

圖4　高導(dǎo)縫（衛(wèi)77-3）

圖5　高阻縫（衛(wèi)77-3）

3　儲層關(guān)鍵參數(shù)定量評價

3.1孔隙度評價模型

裂縫性砂巖儲層孔隙度φ由粒間孔隙φb（也稱基質(zhì)孔隙）與次生孔隙φf（也稱裂縫孔隙）兩種孔隙體系組成，取心資料表明：三疊系中“油賦于裂縫，基質(zhì)不含油”，因此，對于三疊系裂縫性儲層來說，求準(zhǔn)裂縫孔隙度顯得尤為重要。

3.1.1評價模型

（1）地層孔隙度φ：中子、密度測井反映地層的總孔隙度，利用中子—密度交會可求取地層的總孔隙度φ[6]。

（2）基質(zhì)孔隙度φb：聲波縱波時差（慢度）主要是反映基質(zhì)孔隙和水平裂縫，而三疊系發(fā)育的裂縫多為高角度縫，因而由聲波時差計算的孔隙度可作為基質(zhì)孔隙度：

（3）裂縫孔隙度φf：地層孔隙度減去基質(zhì)孔隙度便為裂縫孔隙度，即：

3.1.2精度分析

（1）定性檢驗：電成像對裂縫發(fā)育程度的評價是最為可靠的測井方法，而裂縫孔隙度與裂縫發(fā)育程度緊密相關(guān)，因此利用電成像可定性檢查所建模型的可靠性。經(jīng)對15口井的對比發(fā)現(xiàn)：所求裂縫孔隙度與EMI電成像指示的裂縫發(fā)育程度呈明顯正相關(guān)，即裂縫愈發(fā)育，裂縫孔隙度愈大。圖6為衛(wèi)75-12井裂縫孔隙度與EMI電成像裂縫發(fā)育程度對比圖。

圖6　裂縫孔隙度與電成像裂縫發(fā)育程度對比圖

（2）定量檢驗：由于裂縫孔隙度不易確定，而基質(zhì)孔隙度通過實驗容易確定，因此可用巖心分析基質(zhì)孔隙度作為參照物，將測井確定的基質(zhì)孔隙度與之進(jìn)行誤差分析，進(jìn)而從分析結(jié)果看確定模型的可靠程度。圖7為衛(wèi)77-4井測井孔隙度與巖心孔隙度對比圖（2 740～2 750 m），巖心分析基質(zhì)孔隙度為3.07%，測井基質(zhì)孔隙度平均為3.32%，相對誤差為8.14%，說明所選孔隙度模型可行。

3.2滲透率評價模型

由于儲集空間包括粒間孔隙和次生孔隙兩部分。因此，巖石滲透率K應(yīng)包括基質(zhì)滲透率Kb和裂縫滲透率Kf兩部分，即有：

式中：K、Kf、Kb—分別為巖石滲透率、裂縫滲透率、基質(zhì)孔隙滲透率，10-3μm2。

（1）裂縫滲透率：裂縫滲透率Kf等于裂縫孔隙度φf與固有滲透率Kif的乘積；而固有滲透率只與裂縫寬度有關(guān)，利用雙側(cè)向測井可確定裂縫寬度ε，從而可確定固有滲透率Kif，進(jìn)而可計算裂縫滲透率Kf。

式中：Rlld— 深側(cè)向電阻率，Ω·m；

Rlls— 淺側(cè)向電阻率，Ω·m；Rm— 泥漿濾液電阻率，Ω·m。

圖7　衛(wèi)77-4井測井孔隙度與巖心分析孔隙度對比圖

（2）基質(zhì)滲透率：到目前為止，沒有一種常規(guī)測井能直接確定儲層的基質(zhì)滲透率，基質(zhì)滲透率一般采用間接方法求取。研究發(fā)現(xiàn)基質(zhì)滲透率與基質(zhì)孔隙度呈明顯的指數(shù)關(guān)系，即：

式中：C1、C2為與巖性相關(guān)的地區(qū)經(jīng)驗系數(shù)。

3.3飽和度評價模型

通過做各類儲層的孔隙度—電阻率關(guān)系圖（圖8）發(fā)現(xiàn)：孔隙度—電阻率整體呈雙曲線關(guān)系，這與式8的變形方程極為類似，且有油水漸變趨勢，這表明阿爾奇公式在確定裂縫性砂巖儲層的含油飽和度方面是可行的，只不過此時的巖電參數(shù)不再是狹義的基質(zhì)巖石巖電參數(shù)，而是包含裂縫與基質(zhì)孔隙系統(tǒng)的綜合反映。

圖8　各類儲層的孔隙度與電阻率關(guān)系圖

研究仍采用阿爾奇公式求取地層的含油飽和度[6]：

式中：So— 含油飽和度，%；

Rt、Rw— 分別為地層電阻率、地層水電阻率，Ω·m；

a — 與巖石有關(guān)的比例系數(shù)；

b — 與巖性有關(guān)的常數(shù)；

m、n — 分別為地層膠結(jié)指數(shù)、飽和度指數(shù)；

φ — 地層孔隙度，%。

4　裂縫性儲層劃分方法

4.1儲層劃分標(biāo)準(zhǔn)

通過測井響應(yīng)特征及“四性關(guān)系”研究，在對巖心分析及測試（投產(chǎn)）資料綜合分析的基礎(chǔ)上，形成了一套有效的“三步驟”裂縫性儲層劃分方法：

（1）利用自然伽馬并參考自然電位識別巖性，判斷砂體是否發(fā)育。

（2）根據(jù)裂縫性儲層的五個測井響應(yīng)特征判斷儲層裂縫是否發(fā)育。

（3）利用裂縫性儲層定量評價模型所確定的基質(zhì)孔隙度、裂縫孔隙度和含油飽和度大小，依據(jù)三疊系測井油水層識別標(biāo)準(zhǔn)（表1、表2），對裂縫發(fā)育儲層進(jìn)一步劃分出有效儲層。

三疊系油水層判別標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)衛(wèi)77-3、衛(wèi)77-4、衛(wèi)75-12等關(guān)鍵井的巖心分析資料、常規(guī)測井資料并主要參照了電成像、核磁共振測井資料，由測試（投產(chǎn)）資料標(biāo)定最終形成（表1）。針對明471塊地層水復(fù)雜多變的情況，提出ΔRT-ΔSP方法來識別流體性質(zhì)，并建立了相應(yīng)的判別標(biāo)準(zhǔn)（表2）。

表1　三疊系裂縫性儲層測井綜合解釋標(biāo)準(zhǔn)（衛(wèi)77塊）

4.2應(yīng)用實例

圖9給出了利用以上方法對衛(wèi)77-3井三疊系進(jìn)行測井綜合評價的結(jié)果，左為常規(guī)測井綜合評價圖、右為電成像測井評價圖。79、80、81、82號層的測井解釋孔隙度分別為5.6%、6.6%、2.5%、5.0%，電阻率數(shù)值分別為8.4、6.1、6.7、7.4 Ω·m；自然電位在80號層處有明顯負(fù)異常，其它三層的自然電位無負(fù)異?；蜇?fù)異常不明顯；電成像指示80號層裂縫發(fā)育好、79號層裂縫發(fā)育一般、81與82號層無裂縫發(fā)育。根據(jù)以上結(jié)果，測井綜合評價79、80、81、82號層分別為低產(chǎn)油層、油層、干層、干層。

2007年3月8日～2007年3月14日對三疊系3 001.0～3 019.1 m井段（78～82號層）進(jìn)行常規(guī)地層測試，開井后原油自噴，日產(chǎn)油27.28 t、不含水，測試結(jié)果為油層，測井解釋結(jié)論與測試結(jié)果吻合。

表2　三疊系裂縫性儲層測井綜合解釋標(biāo)準(zhǔn)（明471塊）

圖9　衛(wèi)77-3井三疊系測井綜合評價圖（2 982.0～3 020.0 m）

5　結(jié)論

（1）由于能有效識別裂縫，電成像測井資料已成為東濮凹陷三疊系儲層評價的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

（2）利用常規(guī)測井量化孔、滲參數(shù)是可行的，但飽和度參數(shù)尚無法準(zhǔn)確量化。

（3）利用“雙標(biāo)定”，在地質(zhì)條件及測試資料約束下，總結(jié)出的裂縫性砂巖儲層五個測井響應(yīng)特征及提出的“三步驟”裂縫性儲層劃分方法在東濮凹陷三疊系有很好的應(yīng)用效果。

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中圖分類號：P631.8+1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2012.03.086

收稿日期：2012-02-09；改回日期：2012-03-12

第一作者簡介：趙俊峰，男，1973年生，高級工程師，博士，2004年獲中國石油大學(xué)（北京）測井碩士學(xué)位、2009年獲同濟大學(xué)地質(zhì)博士學(xué)位，從事測井資料審核、新技術(shù)研究及科研管理工作。E-mail：zhao.tongji@163.com。

文章編號：1008-2336（2012）03-0086-06

The Well-logging Evaluation Method of Tightly Fractured Sandstone Reservoir in Zhongyuan Oilf i eld

ZHAO Junfeng, CHEN Hanlin, LI Fengqin, WANG Xuanran
（Well Logging Company of Zhongyuan Oil fi eld of SINOPEC, Puyang Henan 457001, China）

Abstract:In order to effectively identify and evaluate tight-sandstone Triassic fracture reservoirs with characteristics of double porosity, the double calibration technology has been used. Under the constraints of geologic conditions and testing data, through study on lithologic, electronic, physical properties and HC existence in fractured reservoirs, the well logging response of fractured sandstone in Triassic has been summarized, and the effective method to identify fractured reservoir has been formed. In addition, the quantitative evaluation models on parameters of fractured reservoir have been constructed, and the oil and water identif i cation standards for different blocks have been established. According to the testing results of twenty-one wells, the coincidence rate of this method with log interpretation results is up to 87.5%. With this method, the identif i cation capability on fractured reservoir with welllogging data has been improved, and the quantitative evaluation on fractured reservoirs can be conducted

Key words:Triassic; fractured sandstone; log response; reservoir classif i cation; fl uid property; identif i cation of oil and water