致密砂巖儲(chǔ)層裂縫識(shí)別方法研究

周曉峰　金成林　周立夫,2　許文郢,2

（1長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院湖北武漢430100；2非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心湖北武漢430100）

致密砂巖儲(chǔ)層裂縫識(shí)別方法研究

周曉峰1，2金成林1周立夫1,2許文郢1,2

（1長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院湖北武漢430100；2非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心湖北武漢430100）

隨著國(guó)內(nèi)外大量裂縫性油氣藏的發(fā)現(xiàn)和開(kāi)發(fā)，儲(chǔ)層裂縫的研究得到極大的重視，并且對(duì)其研究力度不斷加大。研究認(rèn)為裂縫識(shí)別技術(shù)是裂縫特征和形成機(jī)理研究的關(guān)鍵，同時(shí)裂縫的發(fā)育受到多種內(nèi)因和外因的影響，這又對(duì)裂縫的識(shí)別增加了更大的難度。本文在前人研究基礎(chǔ)之上，總結(jié)了目前儲(chǔ)層裂縫識(shí)別的技術(shù)方法，對(duì)裂縫性?xún)?chǔ)層的實(shí)際成產(chǎn)和裂縫的理論研究有一定的指導(dǎo)意義。

致密砂巖儲(chǔ)層裂縫識(shí)別成像測(cè)井

1　引言

致密儲(chǔ)層的勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐表明，裂縫是造成油氣局部高產(chǎn)的關(guān)鍵因素，由于裂縫的存在，大大改善了儲(chǔ)層的有效孔隙度和滲透率。準(zhǔn)確的識(shí)別裂縫，對(duì)儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)有著非常重要的作用。根據(jù)裂縫傾角，將儲(chǔ)層裂縫分為水平縫（≤15°）、低角度縫（15°-45°）、高角度縫（45°-75°）、直立縫（≥75°），不同類(lèi)型的裂縫在測(cè)井曲線(xiàn)上有不同的響應(yīng)特征，據(jù)此可以對(duì)裂縫進(jìn)行識(shí)別，另外，隨著新技術(shù)的發(fā)展，一些其他技術(shù)方法也被用于裂縫識(shí)別。

2　地質(zhì)方法

2.1巖心觀察法

巖心觀察法是最基本，最直觀，最可靠的方法，是研究?jī)?chǔ)層裂縫的一個(gè)重要而直接的手段。通過(guò)對(duì)巖心裂縫的直接觀察和巖心薄片中微裂縫的顯微鏡下觀察，統(tǒng)計(jì)出相關(guān)裂縫特征參數(shù)，從而對(duì)地下儲(chǔ)層裂縫的分布特征進(jìn)行描述、分析、模擬和預(yù)測(cè)。通過(guò)巖心觀察統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可以得到裂縫的幾何形態(tài)，充填特征，力學(xué)性質(zhì)、形成期次等相關(guān)資料。雖然巖心裂縫在目的層位，能直接有效觀察裂縫的發(fā)育情況，但是也有一定缺陷，其最大的缺點(diǎn)在于取出的巖心難以保持地下原貌，不能完全代表地下裂縫的發(fā)育情況，其次，在取芯的過(guò)程中，由于認(rèn)為和機(jī)械因素，會(huì)產(chǎn)生一些人工裂縫，因此準(zhǔn)確識(shí)別天然裂縫，剔除人工裂縫顯得尤為重要。

2.2相似露頭裂縫調(diào)查

通過(guò)野外露頭可以很好的研究裂縫，相似露頭的裂縫發(fā)育特征能有效指導(dǎo)地下裂縫認(rèn)識(shí)。野外相似露頭裂縫與研究區(qū)裂縫的對(duì)比研究需要滿(mǎn)足以下幾個(gè)條件：①兩區(qū)相距不遠(yuǎn)；②地層層位、巖性和沉積環(huán)境相同；③區(qū)域構(gòu)造背景相同；④裂縫的期次、形成環(huán)境相同。

3　地球物理方法

裂縫的存在是決定低滲透儲(chǔ)層是否具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的關(guān)鍵因素。地球物理測(cè)井方法，由于其資料全面、信息豐富，可直接獲得地下信息，而成為目前儲(chǔ)層裂縫研究的主要技術(shù)方法。

3.1常規(guī)測(cè)井方法

3.1.1井徑

高角度裂縫切割井壁會(huì)造成其附近巖石強(qiáng)度降低，沿裂縫走向形成垮塌。雙井徑曲線(xiàn)一個(gè)方向與鉆頭直徑接近，而另一個(gè)方向大于鉆頭直徑，平面上形成橢圓。單井徑曲線(xiàn)也具有裂縫發(fā)育處井徑比致密層擴(kuò)張的特點(diǎn)[3]。

3.1.2雙側(cè)向測(cè)井

裂縫產(chǎn)狀、開(kāi)度、垂直延伸、組合方式都會(huì)影響雙側(cè)向測(cè)井曲線(xiàn)的響應(yīng)特征，其中對(duì)雙側(cè)向測(cè)井影響最大的是裂縫產(chǎn)狀。裂縫傾角不同，雙側(cè)向測(cè)井曲線(xiàn)幅度差不同，據(jù)此可以大致判斷不同傾角類(lèi)型裂縫。儲(chǔ)層中由于低角度裂縫的發(fā)育，泥漿侵入地層較深，深淺雙側(cè)向的差異較小或無(wú)差異，電阻率低值，且井段顯示較短；由于高角度裂縫的存在，泥漿侵入地層淺，深淺雙側(cè)向有明顯的正差異，井段顯示較長(zhǎng)，電阻率中低值。垂直裂縫在雙側(cè)向測(cè)井曲線(xiàn)上顯示正異常（LLD>LLS），而水平裂縫顯示負(fù)異常。

3.1.3微側(cè)向測(cè)井

微側(cè)向測(cè)井在微電極極板上加有與主電極同極性的環(huán)形屏蔽電極的電極系，以減小泥餅的影響，主要反映沖洗帶的電阻率。在測(cè)量時(shí)貼井壁，在裂縫發(fā)育段，電阻率急劇減小，出現(xiàn)低阻異常，電阻率曲線(xiàn)出現(xiàn)低阻跳躍，據(jù)此可以判斷儲(chǔ)層中的裂縫發(fā)育狀況。

3.1.4補(bǔ)償聲波測(cè)井

聲波時(shí)差隨著裂縫傾角的增加而降低，水平縫和低角度縫發(fā)育的井段，聲波時(shí)差增大，聲波測(cè)井曲線(xiàn)響應(yīng)特征明顯，出現(xiàn)周波跳躍現(xiàn)象，其幅度與裂縫開(kāi)度和密度有正相關(guān)關(guān)系；垂直縫和高角度縫對(duì)聲波時(shí)差的影響很小或者沒(méi)有影響，測(cè)量值與無(wú)裂縫的值很接近。

3.1.5聲波全波列測(cè)井

聲波通過(guò)裂縫時(shí)的幅度和裂縫的傾角以及聲波各子波的波型有關(guān)，一般說(shuō)來(lái)，低角度裂縫對(duì)橫波幅度衰減大些，高角度裂縫對(duì)縱波幅度衰減大些。據(jù)克波洛夫?qū)嶒?yàn)，當(dāng)裂縫接近垂直或水平時(shí)，縱波幅度衰減很小，裂縫傾角在35°-50°縱波衰減較大；橫波在30°以下低傾角裂縫衰減很大，裂縫傾角40°-65°衰減很小，傾角大于80°橫波的衰減有所增加。如果能與其他測(cè)井方法綜合應(yīng)用，能得到更準(zhǔn)確的結(jié)果。

3.1.6補(bǔ)償中子測(cè)井

在致密砂巖段，補(bǔ)償中子測(cè)井曲線(xiàn)為一條平直的直線(xiàn)，基本無(wú)幅度。若井段中有裂縫的存在，會(huì)增大地層孔隙度，并且泥漿的傾入會(huì)導(dǎo)致含氫指數(shù)增加，補(bǔ)償中子測(cè)井曲線(xiàn)上會(huì)出現(xiàn)異常幅度。

3.1.7補(bǔ)償密度測(cè)井

由于裂縫的發(fā)育會(huì)造成巖石體積密度降低，補(bǔ)償密度測(cè)量值極低，而補(bǔ)償中子則會(huì)出現(xiàn)明顯的高值，利用補(bǔ)償密度和補(bǔ)償中子測(cè)井曲線(xiàn)重合可以劃分七層。

3.2特殊測(cè)井方法

3.2.1聲電成像測(cè)井

成像測(cè)井資料對(duì)井壁的覆蓋面積大，縱向分辨率較高，因此可以利用FMI或FMS成像測(cè)井資料確定裂縫層，定量計(jì)算裂縫相關(guān)參數(shù)，判斷天然裂縫的發(fā)育程度和誘導(dǎo)裂縫的發(fā)育狀況。天然裂縫與誘導(dǎo)縫在形態(tài)上有以下區(qū)別：①誘導(dǎo)縫排列整齊且規(guī)律性強(qiáng)，天然裂縫分布不規(guī)則；天然裂縫通常單個(gè)出現(xiàn)，而誘導(dǎo)縫常常成組且對(duì)稱(chēng)分布。②天然裂縫縫面不太規(guī)則且縫寬變化大，誘導(dǎo)縫縫面平直且縫寬變化較??；③誘導(dǎo)縫的徑向延伸較小，故在深側(cè)向電阻率值下降不明顯；

3.2.2地層傾角測(cè)井

電導(dǎo)率異常檢測(cè)是針對(duì)致密地層以探測(cè)裂縫為目的對(duì)傾角測(cè)井進(jìn)行的一種特殊處理方法，其主要原理是高阻致密地層中由于裂縫的發(fā)育，導(dǎo)致泥漿的侵入，從而在裂縫發(fā)育段產(chǎn)生低阻異常。高角度縫往往在對(duì)稱(chēng)的極板上出現(xiàn)連續(xù)較長(zhǎng)的異常，而低角度裂縫異常則是不規(guī)則的出現(xiàn)在極板上且多為薄的尖峰。一般說(shuō)來(lái)，在地層傾角測(cè)井圖像上，難以區(qū)分泥質(zhì)條帶和低角度及水平裂縫。

4　BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識(shí)別法

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是由權(quán)值實(shí)現(xiàn)正向映射。利用校驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)

BP算法及作用函數(shù)來(lái)確定隱含層的節(jié)點(diǎn)數(shù)目，通過(guò)誤差反向傳遞和連續(xù)修正，直至期望值和實(shí)際值之間的誤差最小。利用隨機(jī)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)選擇的計(jì)算時(shí)，當(dāng)期望值與實(shí)際交叉檢驗(yàn)的預(yù)測(cè)值間有較好的一致性時(shí)，說(shuō)明預(yù)測(cè)所得的裂縫密度與實(shí)際成像測(cè)井解釋所反應(yīng)的裂縫密度趨勢(shì)基本一致，即可進(jìn)行裂縫的識(shí)別。

5　計(jì)算機(jī)層析法--CT掃描法

CT掃描法能在無(wú)損的情況下了解巖芯中裂縫的發(fā)育情況，同時(shí)能保持巖芯的原始狀態(tài)，不需要洗油等過(guò)程。在CT掃描圖像上一般都可見(jiàn)基質(zhì)較淺的區(qū)域內(nèi)發(fā)育條狀或線(xiàn)狀的深色區(qū)域，其中連續(xù)的低密度區(qū)即是裂縫發(fā)育區(qū)，其CT值一般均較低。不同填充物，其CT值不同，可根據(jù)裂縫中的充填物確定裂縫的有效性。將一些孤立的黑色斑點(diǎn)，低密度區(qū)，解釋為較大的孔隙；淺色區(qū)，高密度區(qū)，一般為巖石的骨架和基質(zhì)。在進(jìn)行裂縫要素統(tǒng)計(jì)時(shí)要注意，CT掃描有一定的厚度，其圖像中所給出的裂縫寬度實(shí)際上是裂縫在切片上的投影，需要通過(guò)計(jì)算得到裂縫的真實(shí)寬度。

6　結(jié)論

地質(zhì)方法能直觀的在露頭和巖心上識(shí)別裂縫，是較為直觀可靠的方法。在常規(guī)測(cè)井資料中，裂縫發(fā)育井段出現(xiàn)擴(kuò)徑，深淺雙側(cè)向曲線(xiàn)出現(xiàn)較大差異，微側(cè)向曲線(xiàn)出現(xiàn)低阻異常，三孔隙度測(cè)井曲線(xiàn)在裂縫段也有明顯的幅度差。聲電成像測(cè)井能直觀的識(shí)別裂縫，但準(zhǔn)確識(shí)別出天然縫是關(guān)鍵，地層傾角測(cè)井能很好的識(shí)別高度縫，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識(shí)別法和CT掃描法是新技術(shù)方法，在裂縫識(shí)別中也取得了較好的效果。然而單一方法對(duì)裂縫的識(shí)別有一定的局限性，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，一般采用多種方法相結(jié)合，來(lái)進(jìn)行對(duì)儲(chǔ)層裂縫進(jìn)行識(shí)別。

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P58[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-7-132-2

周曉峰（1991～），女，長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院碩士研究生，研究方向?yàn)橛蜌鈨?chǔ)層地質(zhì)。