FMI成像測(cè)井在碳酸鹽巖裂縫和斷層研究中的應(yīng)用

黃葦 馬中遠(yuǎn) 張黎

(中國(guó)石油化工股份有限公司西北油田分公司勘探開發(fā)研究院，烏魯木齊 830011)

FMI成像測(cè)井主要是通過(guò)圖像特征和幾何形態(tài)的變化來(lái)反映電阻率物理參數(shù)的差異，從而揭示地層的不同巖性和沉積構(gòu)造的差異［1-4］。FMI成像測(cè)井是進(jìn)行地質(zhì)研究的重要測(cè)井手段，它可以對(duì)沉積、構(gòu)造現(xiàn)象解釋提供重要的信息。前人在取心資料不足的情況下，利用FMI成像測(cè)井在垂向上具有連續(xù)性和直觀性的優(yōu)勢(shì)，對(duì)碎屑巖和碳酸鹽巖地層中的裂縫、斷層、沉積現(xiàn)象進(jìn)行了十分有效的應(yīng)用，解決了大量的地質(zhì)問(wèn)題［5-9］。本文試圖利用成像測(cè)井資料解剖塔中和巴麥地區(qū)的2口鷹山組碳酸鹽巖地層中探井裂縫和斷層的成像測(cè)井特征，探討應(yīng)用FMI成像測(cè)井資料進(jìn)行斷裂、裂縫分析的方法。

1 成像測(cè)井的裂縫解釋

1.1 裂縫類型

裂縫是在應(yīng)力作用下，巖石發(fā)生破裂且破裂面兩側(cè)未發(fā)生明顯位移的產(chǎn)物。裂縫可分為天然裂縫和誘導(dǎo)縫，其中天然裂縫又可分為構(gòu)造裂縫和非構(gòu)造裂縫［6-9］。在碳酸鹽巖地層中，天然裂縫和誘導(dǎo)縫較常見，根據(jù)FMI圖像特征可將裂縫分為高角度裂縫、中低角度裂縫、共軛裂縫、網(wǎng)狀裂縫、鉆井誘導(dǎo)縫和縫合線。

碳酸鹽巖地層中的高角度裂縫(圖1(a))、中和低角度裂縫(圖1(b))、共軛裂縫(圖1(c))及網(wǎng)狀裂縫(圖1(d))均為以構(gòu)造作用為主而形成的天然裂縫。它是由于在區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)中，巖石在不同方向、不同角度和不同強(qiáng)度的構(gòu)造擠壓、拉伸或剪切走滑等應(yīng)力的相互作用下，發(fā)生破裂變形，形成了角度高低不等、裂縫與裂縫之間不同接觸類型的復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。對(duì)于碳酸鹽巖致密儲(chǔ)層而言，基質(zhì)孔隙一般不發(fā)育，巖溶縫洞是其重要的儲(chǔ)集空間［10］，因此，構(gòu)造裂縫的發(fā)育程度直接關(guān)系到碳酸鹽巖儲(chǔ)層質(zhì)量的好與壞，它對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層的形成和改造具有重要作用。

鉆井誘導(dǎo)縫屬于鉆井過(guò)程中所產(chǎn)生的人工縫，是由鉆具震動(dòng)、應(yīng)力釋放和鉆井液壓裂等因素誘導(dǎo)形成的，圖像上往往表現(xiàn)為2組羽狀排列或2條近于直立的暗色線條(圖1(e))。誘導(dǎo)縫主要是由工程因素造成的，對(duì)儲(chǔ)層原始儲(chǔ)集性能沒(méi)有貢獻(xiàn)。

縫合線是非構(gòu)造因素形成的裂縫，它是因巖石體積形變、自身重力、成巖作用等與構(gòu)造應(yīng)力無(wú)直接關(guān)系的因素而誘發(fā)的構(gòu)造類型［11］?？p合線在FMI成像測(cè)井圖像的特征一般表現(xiàn)為縫面不平直，呈齒狀，多數(shù)產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀近于一致的基本特征(圖1(f))?？p合線一般縫間多為殘留黏土充填，沿部分縫面有時(shí)可見油氣浸染和熒光顯示，可反映縫合線縫在特定時(shí)期可以作為油氣運(yùn)移的通道。

1.2 裂縫充填特征

碳酸鹽巖裂縫中充填物主要為方解石、泥質(zhì)和有機(jī)質(zhì)。對(duì)于裂縫充填方解石而言，F(xiàn)MI成像測(cè)井圖像往往表現(xiàn)為高阻縫(圖1(g))的特征，高阻縫圖像上常為暈圈狀的亮黃-白色正弦曲線，反映裂縫被方解石等高阻礦物充填，此類裂縫由于已被充填，不能作為儲(chǔ)集空間，屬于無(wú)效縫。若裂縫中充填泥質(zhì)、有機(jī)質(zhì)或未充填，F(xiàn)MI成像測(cè)井表現(xiàn)為高導(dǎo)縫的特征，高導(dǎo)縫圖像上往往表現(xiàn)為褐黑色正弦曲線，一般連續(xù)性較好，裂縫邊緣不平直，有時(shí)沿裂縫邊緣見有溶蝕擴(kuò)大和掉塊現(xiàn)象，圖1(h)中的深色曲線表明此類裂縫未被方解石等高阻礦物充填，可能為低阻泥質(zhì)或有機(jī)質(zhì)充填，或未被充填，若能結(jié)合巖心上裂縫充填特征，則可準(zhǔn)確確定裂縫的充填情況。

1.3 裂縫產(chǎn)狀

FMI成像測(cè)井能夠較為精確地拾取裂縫的產(chǎn)狀，通過(guò)走向、傾向和傾角等3個(gè)參數(shù)來(lái)表征不同類型的裂縫參數(shù)。以X2井為例，統(tǒng)計(jì)表明，該井裂縫傾向總體有2組方向，分別為北西西和南南東(圖2(a));裂縫走向總體為北東 — 南西(圖2(b));裂縫傾角的分布范圍較大，20°～50°稍占優(yōu)勢(shì)(圖2(c))，表明裂縫以中、低角度為主。從裂縫走向來(lái)看，北東 — 南西的走向與井旁大斷層走向近于一致(圖6)，表明裂縫和斷層具有成因上的聯(lián)系，為與之同期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的產(chǎn)物。

圖1 碳酸鹽巖中不同類型裂縫FMI圖像特征

圖2 X2井碳酸鹽巖裂縫參數(shù)統(tǒng)計(jì)圖

2 成像測(cè)井的斷層解釋

FMI成像測(cè)井的構(gòu)造分析是基于對(duì)層面的識(shí)別和計(jì)算而進(jìn)行的。一般情況下，較為可靠的、能反映地層產(chǎn)狀的界面是不同巖性分界面(層面)和代表低能環(huán)境的水平層理面，在層面精細(xì)識(shí)別的基礎(chǔ)上，利用成像測(cè)井資料可較好地揭示探井的井旁構(gòu)造特征。

地層重復(fù)出現(xiàn)是判斷斷層存在的重要標(biāo)志。以X1井為例，在深度段A(5 295—5 360 m)和深度段B(5 385—5 502 m)均出現(xiàn)了含灰質(zhì)云巖、云質(zhì)灰?guī)r、泥晶灰?guī)r這套地層，電阻率曲線RT的響應(yīng)特征最為明顯，總體由齒狀向上變?yōu)橄錉?，地層出現(xiàn)明顯的重復(fù)特征，說(shuō)明X1井鉆遇斷層，斷層性質(zhì)為逆斷層。

斷裂帶常由斷層核和破碎帶組成，斷裂帶內(nèi)部因斷層面兩側(cè)圍巖發(fā)生變形，使得裂縫較為發(fā)育［12］，在X1井的2個(gè)深度段 A與B之間，電阻率Rt偏小，判斷此段為斷層破碎帶，斷點(diǎn)位于5 360—5 385 m之間(成像測(cè)井不能確定斷點(diǎn)位置及斷層產(chǎn)狀)，從 X1井的巖心特征來(lái)看，在斷層破碎帶5 360—5 385 m內(nèi)取心上可見裂縫十分發(fā)育，在巖心剖面上可見擦痕特征(見圖3)，均反映了斷層破碎帶的特征。

圖3 X1井碳酸鹽巖斷層破碎帶內(nèi)巖心特征

在地層巖性相對(duì)均一、縱向變化不明顯的情況下，結(jié)合構(gòu)造地震解釋，可大致確定斷層的存在。以X2井為例，該井層面拾取和產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，地層傾向在縱向上變化明顯，具體變化特征為(圖4):在地層中、上部井段6 255—6 398 m，地層傾向?yàn)槟衔飨?，地層傾角為8°～16°;在地層中、下部井段6 398—6 424 m，地層界面不清，裂縫較為發(fā)育(圖5);在地層下部井段6 424—6 461 m，地層傾向與上部相反，傾向?yàn)楸睎|向，地層傾角往下有所增大，一般為8°～26°。從縱向上的地層產(chǎn)狀變化特征進(jìn)行井旁構(gòu)造分析后認(rèn)為該井鉆遇斷層，由于斷層的作用，導(dǎo)致上下盤地層產(chǎn)狀不同，推測(cè)斷層破碎帶發(fā)育深度段為6 398—6 424 m?？傮w來(lái)看，X2井先鉆遇斷層的上升盤，緊接著鉆遇斷層破碎帶，該帶內(nèi)地應(yīng)力集中，裂縫發(fā)育，地層界面不清，為空白帶;最后在6 424 m以下，本井鉆遇了斷層的下盤。由于整個(gè)FMI成像測(cè)井解釋井段巖性基本相同，因斷層兩盤的圖像特征相似，不能完全判定斷層的存在，但是結(jié)合X2井區(qū)鷹山組頂面的構(gòu)造圖(圖6)來(lái)看，在X2井旁就存在一條北東—南西走向的斷層，再結(jié)合上述分析后認(rèn)為該井鉆遇了與該條斷層相伴生的小斷層。

圖4 X2井?dāng)鄬觾A向方位解釋圖

圖5 X2井?dāng)鄬悠扑閹MI圖像特征

圖6 過(guò)X2井鷹山組頂面構(gòu)造圖

3 結(jié)論

(1)在碳酸鹽巖地層中，F(xiàn)MI成像測(cè)井是地質(zhì)人員認(rèn)識(shí)和描述裂縫和斷層的重要工具，它可識(shí)別天然裂縫和誘導(dǎo)縫。

(2)FMI成像測(cè)井也可通過(guò)地層重復(fù)特征，并結(jié)合巖心和地震構(gòu)造解釋成果，識(shí)別較為精細(xì)的刻畫斷層的上、下盤和斷層破碎帶的基本特征。

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