江蘇油田莊2斷塊阜寧組油氣儲層裂縫有效性分析

徐會永，劉金華

（1.中國石油大學(xué) 期刊社，山東 青島266580；2.中國石化江蘇油田分公司 地質(zhì)科學(xué)研究院，江蘇 揚州225012）

隨著中國多個油田中裂縫性油氣藏的發(fā)現(xiàn)，裂縫性油氣藏的勘探、開發(fā)問題便呈現(xiàn)在油氣地質(zhì)工作者的面前，且引起了國內(nèi)外各油田的廣泛重視。裂縫的有效性至今仍是一個世界性難題，近年來各種識別裂縫的測井方法也應(yīng)運而生，常規(guī)的測井方法可識別裂縫，只是精度不高；成像測井，尤其是地層微電阻率掃描測井（FMI）能成功識別出井眼內(nèi)的裂縫系統(tǒng)，對裂縫性油氣藏進(jìn)行精細(xì)描述，但這些測井方法都不能判別裂縫是否具有有效性。因此，筆者通過對各種文獻(xiàn)的調(diào)研和研究區(qū)的具體情況相結(jié)合，以野外露頭、巖心、薄片等的觀察為基礎(chǔ)，以測井方法，特別是利用雙側(cè)向測井方法對裂縫有效性進(jìn)行分析［1-3］。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

江蘇油田高郵凹陷位于蘇北盆地南部東臺坳陷中部，南為通揚隆起，北接柘垛低凸起與建湖隆起相連，東起白駒凹陷，東南靠吳堡低凸起與溱潼凹陷相連，西接菱塘橋低凸起與金湖凹陷相隔，東西長約100km，南北寬約25～30km，面積達(dá)2 670km2，呈北東向長條形展布，新生界地層沉積厚達(dá)7km，是蘇北盆地沉降最深的一個凹陷。高郵凹陷構(gòu)造單元可劃分為南斷階、深洼帶和北斜坡3個部分［4］（圖1）。

圖1 江蘇油田高郵凹陷莊2斷塊區(qū)域位置

碼頭莊油田莊2斷塊油藏位于江蘇省高郵市郭集鄉(xiāng)，構(gòu)造上位于蘇北盆地高郵凹陷北斜坡帶碼頭莊背斜構(gòu)造的南翼，面積約為2.6km2，為北東東向展布的受斷鼻構(gòu)造控制的油藏［1］（圖1）。研究區(qū)地層平緩南傾，傾角4°～6°，東西兩翼基本對稱。本次研究地層主要為古近系阜寧組一段、二段，阜一段以暗棕色砂、泥巖不等厚互層為特征，巖性變化大，發(fā)育三角洲相沉積，主要發(fā)育三角洲前緣亞相；阜二段為一套暗色泥巖為主的地層，是一套有力的生油層段，下部為夾生物碎屑碳酸鹽巖和鮞粒碳酸鹽巖的灰黑色泥巖，主要發(fā)育濱淺湖亞相沉積［5-7］。在油田生產(chǎn)過程中，研究區(qū)出現(xiàn)了較嚴(yán)重的水竄現(xiàn)象，通過巖心觀察發(fā)現(xiàn)大量的裂縫，因此需要對裂縫的有效性進(jìn)行研究。

2 野外露頭、巖心、薄片觀察

裂縫寬度也稱裂縫開度，開度決定了裂縫的規(guī)模，同時開度是裂縫物性參數(shù)計算中的關(guān)鍵參數(shù)，因此對裂縫開度的定性研究成為儲層裂縫的重要研究內(nèi)容。以肉眼能否識別為依據(jù)，裂縫的規(guī)?？珊唵畏譃榇罅芽p和微裂縫兩種類型。一般大裂縫反映形成時期的構(gòu)造應(yīng)力場較強，微裂縫則相反，反映形成時期的構(gòu)造應(yīng)力場較弱［1］。本次研究主要通過野外露頭、巖心觀察對大裂縫進(jìn)行定量描述，通過薄片觀察對微裂縫進(jìn)行研究。

2.1 野外露頭觀察

野外露頭的觀察中，對裂縫的開度容易測量，可通過單位面積內(nèi)的裂縫開度統(tǒng)計表對裂縫開度進(jìn)行評價。裂縫的延伸性在野外露頭觀察中也可以較好地測量和觀察，首先可利用露頭測定裂縫面的延伸長度，而實際工作中往往由于露頭的限制，觀察不到裂縫的全長，因此主要根據(jù)裂縫在露頭上的貫通程度加以確定延伸性。其次，可利用露頭測定裂縫面的貫穿性，實際上是測定裂縫切層方向的長度，即統(tǒng)計切穿層的數(shù)目確定其貫穿性，根據(jù)切穿層數(shù)來確定貫穿性的好壞，切穿層數(shù)越多，貫穿性越好［1-2］。

2.2 巖心觀察

地下裂縫的真實開度是裂縫參數(shù)描述中的難題。巖心觀測中實際測量的裂縫開度或裂縫充填脈寬度要比地下裂縫的真實開度小，因此需要修正。而裂縫連通性用每米巖心上裂縫相交的點數(shù)表示，相交點數(shù)越多，表明連通性越好（圖2、3、4、5）［1］。

2.3 薄片鏡下觀察

開啟裂縫指不具有成巖物質(zhì)填充的裂縫，其識別標(biāo)志是沿裂縫存在氧化染色或李澤岡環(huán)帶。在薄片和掃描電鏡照片中，開啟裂縫很少變形。開啟裂縫的滲透率與原始裂縫寬度、原始有效應(yīng)力沿破裂面法線的分量、破裂面的粗糙度及接觸面積有關(guān)，是巖石基質(zhì)粒度分布的函數(shù)。在具體求取裂縫巖心的寬度時常使用薄片分析法（圖6、7），微裂縫的開度主要在鏡下用薄片法進(jìn)行統(tǒng)計分析［3］。

圖2 莊2井，1 668.28m，垂直裂縫

圖3 莊2-1井，1 638.48m，水平裂縫

圖4 莊2井，1 664.63m，斜裂縫

圖5 莊2-62井，1 674.62m，不規(guī)則裂縫

圖6 莊2-8井，1 689.10m，（-）×50

圖7 莊2-8井，1 689.10m，（-）×100

3 裂縫有效性

上述對裂縫直觀的定量描述為裂縫的測井識別和解釋提供了相應(yīng)的模型。對裂縫張開程度，在測井識別和解釋中常規(guī)方法是用雙側(cè)向測井的差異和電阻率值定性描述，再根據(jù)圖版或公式來求取開度。但該方法受到的影響因素太多，誤差較大，評價其有效性的效果就很差。將微電阻率掃描（FMI，EMI）和方位電阻率成像（如ARI）相結(jié)合，從裂縫在井壁上的形態(tài)特征來評價裂縫開啟度就準(zhǔn)確得多，但成像測井資料在研究區(qū)內(nèi)相對稀少，因此可利用雙側(cè)向測井確定垂直裂縫的張開度。以下主要以雙側(cè)向測井資料為基礎(chǔ)對裂縫的有效性進(jìn)行研究［8］。

3.1 裂縫發(fā)育與雙側(cè)向測井的關(guān)系

當(dāng)沒有裂縫且地層中無徑向電阻率變化時，深、淺側(cè)向電阻率應(yīng)該是重合的。水平裂縫能加強側(cè)向測井的聚焦作用，使測量的電阻率降低，且水平裂縫對深側(cè)向的聚焦作用比淺側(cè)向更強，從而使RLLD＜RLLS，即為負(fù)差異。實際上，高角度裂縫對電極型儀器提供了低阻通道（并聯(lián)），使側(cè)向測井的電阻率降低；又由于高角度裂縫的有效導(dǎo)電截面在徑向上不變，而孔隙的導(dǎo)電截面在徑向上逐漸增大，在淺側(cè)向測井探測范圍內(nèi)裂縫與孔隙的有效導(dǎo)電截面之比遠(yuǎn)大于深側(cè)向測井，從而使得RLLD＞RLLS，即正差異。因此，深、淺側(cè)向測井差異性質(zhì)主要由裂縫的產(chǎn)狀決定［2］。

3.2 高角度裂縫與雙側(cè)向測井響應(yīng)及其有效性

3.2.1 高角度裂縫的曲線特征

高角度裂縫的電阻率在致密高阻背景下略有降低，曲線形狀平緩，深、淺側(cè)向一般呈正差異。裂縫內(nèi)充滿泥漿時，在給定條件下，雙側(cè)向測井響應(yīng)的電導(dǎo)率與裂縫的張開度成正比。張開度越大，深、淺側(cè)向測井響應(yīng)電阻率降低越明顯。一般情況下，淺側(cè)向降得更快，使得深、淺側(cè)向測井響應(yīng)幅度差異增大。

在給定條件下，當(dāng)泥漿侵入半徑小于4m時，侵入半徑對雙側(cè)向測井值影響較大，隨著侵入半徑的增加，深、淺側(cè)向測井響應(yīng)值下降很快；當(dāng)侵入半徑大于4m時，淺側(cè)向測井響應(yīng)值幾乎不隨侵入深度而變化，但深側(cè)向測井響應(yīng)值隨侵入深度的增加而變化，直到侵入半徑大于20m為止?？梢?，侵入深度越深，深、淺側(cè)向測井值差異幅度越小，特別是淺層侵入（不超過深側(cè)向探測深度），深側(cè)向電阻率極高，而淺側(cè)向電阻率很低，幅度差值過大。在這種情況下，裂縫沒有工業(yè)價值［9］。

3.2.2 高角度裂縫的有效性

當(dāng)FMI圖像上有高角度裂縫顯示時，在高阻背景下電阻率有所下降，深、淺側(cè)向必有差異。差異幅度越大，說明裂縫張開度越大，裂縫有效性相對越好；若差異很小或幾乎無差異，說明有效性差。但是，如果深、淺側(cè)向測井值差異過大，雖然裂縫張開度很大，而橫向延伸卻很短（不超過深側(cè)向探測深度），裂縫的有效性也很差；在高阻背景中，差異幅度相對較小，裂縫橫向延伸遠(yuǎn)，其裂縫有效性就好。

在測井響應(yīng)中，高角度裂縫顯示的開度往往很小，其在縱向上的延伸度很大。裂縫的累積延伸長度也是裂縫有效性好壞的一個重要指標(biāo)。在其他情況相同時，縱向累積延伸越長，裂縫有效性越好［8］。

3.3 低角度裂縫與雙側(cè)向測井響應(yīng)及其有效性

3.3.1 低角度裂縫的曲線特征

在雙側(cè)向測井響應(yīng)中，低角度裂縫的電阻率值在致密高電阻率背景下明顯降低，曲線形狀尖銳，深、淺側(cè)向測井值一般呈負(fù)差異。裂縫的張開度與電導(dǎo)率成正比。當(dāng)張開度增大時，低角度裂縫的深、淺側(cè)向電阻率都下降，幅度差值增大，但它們之間的幅度差遠(yuǎn)小于高角度裂縫。在給定條件下，對于油氣層，當(dāng)侵入深度大于深側(cè)向探測深度時，為低阻負(fù)差異；對于淺層侵入，無論流體性質(zhì)如何，均為高阻正差異。

3.3.2 低角度裂縫的有效性

低角度裂縫的有效性一般容易判別。只要深、淺側(cè)向測井值出現(xiàn)負(fù)差異，就說明橫向延伸較遠(yuǎn)；差異幅度越大，張開度就越大，有效性就越好。如果出現(xiàn)正差異，說明橫向延伸較短，有效性就差。在其他條件相同時，低角度裂縫的線密度越大，有效性就越好，但這些方法必須建立在高電阻率背景上的裂縫電阻率大幅度衰減和曲線特征尖銳的基礎(chǔ)上。如果曲線顯示為負(fù)差異，并表現(xiàn)為平滑特征，而電阻率很大，F(xiàn)MI圖像上沒有裂縫顯示，即使有裂縫，也極有可能被低阻物質(zhì)所充填，其裂縫的有效性很差或無有效性。

3.4 研究區(qū)裂縫有效性分析

經(jīng)過對8口取心井的裂縫觀察，發(fā)現(xiàn)其中7口井出現(xiàn)了開啟裂縫，且在莊2-62井中最為發(fā)育。在阜一、阜二段大多數(shù)層位均有裂縫發(fā)育（表1），其中以F1-11、F2-42兩小層的最為明顯。

表1 巖心開啟裂縫發(fā)育層位統(tǒng)計

常規(guī)測井識別裂縫具有一定局限性，但綜合分析各種測井信息，可總結(jié)出常規(guī)測井對儲層裂縫存在的響應(yīng)特征。由于莊2斷塊缺少成像測井資料，因此利用組合測井中的深側(cè)向與微側(cè)向電阻率之間的差異，參考聲波時差、井徑等曲線對阜寧組裂縫的電性特征進(jìn)行分析。根據(jù)莊2斷塊的裂縫具體發(fā)育層位，生成裂縫發(fā)育層段的測井曲線，標(biāo)注出鉆井取心中顯示裂縫的層位。

根據(jù)巖心觀察和測井曲線的對比可以發(fā)現(xiàn)，埋深較大的儲層裂縫與儲層電性響應(yīng)特征之間存在下述關(guān)系：①深淺側(cè)向電阻率間一般具有明顯的差異；②高角度縫雙側(cè)向曲線表現(xiàn)為正差異，水平縫、層理縫和溶孔表現(xiàn)為負(fù)差異；③砂巖井段井徑擴徑，也是地層存在裂縫的反映；④高聲波時差、聲波周期跳躍等現(xiàn)象也是裂縫發(fā)育的一些明顯特征。

雙側(cè)向測井響應(yīng)特征是在致密地層中，雙側(cè)向測井電阻率值的大小及差異除了受巖石本身的電阻率特征和地層流體性質(zhì)影響外，很大程度上還受裂縫因素的控制。這些因素包括裂縫張開度、裂縫密度、裂縫產(chǎn)狀及裂縫徑向延伸長度等。裂縫產(chǎn)狀與深、淺雙側(cè)向的差異有直接關(guān)系，高角度裂縫（一般大于75°）雙側(cè)向呈“正差異”，即深側(cè)向大于淺側(cè)向測井，如圖8中莊2-8井1 642.0～1 645.5m和1 657.0～1 660.3m，圖9中莊2-22井1 677.4～1 681.5m井段均屬于此種類型。

圖8 裂縫發(fā)育層段（莊2、莊2-8井）

圖9 裂縫發(fā)育層段（莊2-22、莊2-62井）

低角度裂縫（一般小于60°），雙側(cè)向呈“負(fù)差異”，如圖8中莊2井中1 631.2～1 635.4m、1 644.2～1 649.0m以及圖9中莊2-62井的1 659.4～1 664.2m、1 683.2～1 687.1m等井段發(fā)育此種裂縫。

水平裂縫，雙側(cè)向差異較小和無差異，對于45°裂縫，雙側(cè)向呈“負(fù)差異”，且差異幅度越大，裂縫越發(fā)育，即裂縫的張開度越大，裂縫密度、裂縫孔隙度、裂縫徑向延伸深度越大，雙側(cè)向測井電阻率比基質(zhì)巖石電阻率下降幅度也越大。

聲波測井響應(yīng)特征為：縱波速度（或時差）對高角度裂縫基本沒有響應(yīng)；但對低角度裂縫有響應(yīng)，其響應(yīng)特征是時差曲線出現(xiàn)局部增高，甚至發(fā)生跳波；橫波聲波能量在高角度裂縫發(fā)育段基本不衰減，在低角度裂縫發(fā)育段有一定衰減；斯通利波波速和能量對裂縫的響應(yīng)與裂縫狀態(tài)有關(guān)，高角度裂縫易引起斯通利波能量衰減，網(wǎng)狀裂縫易引起斯通利波時差增加，斜交縫在斯通利波時差和能量上也具有響應(yīng)。

4 結(jié) 論

（1）根據(jù)野外露頭、巖心、薄片觀察法對裂縫有效性的研究，野外露頭觀察中可通過統(tǒng)計切穿層的數(shù)目測定裂縫面的貫穿性，巖心觀察中，用每米巖心上裂縫相交的點數(shù)表示裂縫連通性，微觀裂縫分析中，常使用薄片分析法求取裂縫巖心的寬度。

（2）高角度裂縫深、淺側(cè)向測井存在正差異，差異幅度越大，裂縫張開度越大，裂縫有效程度相對越好，如果差異很小或幾乎無差異，說明有效性差；低角度裂縫深、淺側(cè)向測井值出現(xiàn)負(fù)差異，橫向延伸較遠(yuǎn)，差異幅度越大，張開度就越大，有效性就越好。

（3）莊2斷塊儲層裂縫存在深、淺側(cè)向電阻率之間一般具有明顯的差異；高角度縫雙側(cè)向曲線表現(xiàn)為正差異，水平縫、層理縫和溶孔表現(xiàn)為負(fù)差異、井徑擴徑、聲波周期跳躍等特征。

［1］周新桂，操成杰，袁嘉音.儲層構(gòu)造裂縫定量預(yù)測與油氣滲流規(guī)律研究現(xiàn)狀和進(jìn)展［J］.地球科學(xué)進(jìn)展，2003，18（3）：398-404.

［2］范宜仁，黃隆基，代詩華.交會圖技術(shù)在火山巖巖性與裂縫識別中的應(yīng)用［J］.測井技術(shù)，1999，23（1）：53-56.

［3］趙建，高福紅.測井資料交會圖法在火山巖巖性識別中的應(yīng)用［J］.世界地質(zhì)，2003，22（2）：136-140.

［4］張金亮，劉寶，毛鳳鳴，等.蘇北盆地高郵凹陷北斜坡阜寧組成巖作用及儲層特征［J］.石油學(xué)報，2003，24（2）：43-49.

［5］吳向陽，李寶剛.高郵凹陷油氣運移特征研究［J］.中國石油大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2006，30（1）：22-25.

［6］施振飛，張振城，葉紹東，等.蘇北盆地高郵凹陷阜寧組儲層次生孔隙成因機制探討［J］.沉積學(xué)報，2005，23（3）：429-436.

［7］郭喜國，林承焰，于翠玲.高郵凹陷沙埝南油田阜三段儲層沉積微相研究［J］.石油儀器，2006，20（1）：56-58.

［8］傅愛兵，吳輝，李林，等.成像測井技術(shù)在裂縫儲層評價中的應(yīng)用［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2003，10（2）：67-69.

［9］戴俊生，汪必峰.綜合方法識別和預(yù)測儲層裂縫［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2003，10（2）：1-2.