碳酸鹽巖儲層低角度裂縫常規(guī)測井曲線識別方法與應(yīng)用

杜貴超，胡雙全，倉 輝

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碳酸鹽巖儲層低角度裂縫常規(guī)測井曲線識別方法與應(yīng)用

杜貴超，胡雙全，倉 輝

(陜西延長石油集團(tuán)有限責(zé)任公司研究院，陜西 西安 710075)

在文獻(xiàn)資料及鉆井資料研究基礎(chǔ)上，開展低滲透碳酸鹽巖儲層裂縫常規(guī)測井曲線識別及預(yù)測研究，旨在探討利用常規(guī)測井曲線識別方法進(jìn)行碳酸鹽巖裂縫型儲層研究的方法的可行性及適用性。本次研究總結(jié)了不同常規(guī)測井曲線對碳酸鹽巖低角度裂縫的響應(yīng)特征，并以單井為例，詳細(xì)刻畫了取心段裂縫發(fā)育及與常規(guī)測井曲線的響應(yīng)關(guān)系，在此基礎(chǔ)上對全井段裂縫發(fā)育層進(jìn)行識別及裂縫發(fā)育規(guī)模進(jìn)行了預(yù)測。最終通過該方法在Y3井致密碳酸鹽巖地層中識別出三個(gè)低角度裂縫發(fā)育層段。研究結(jié)果表明，常規(guī)測井曲線是識別碳酸鹽巖低角度裂縫的有效手段之一，在基質(zhì)孔隙欠發(fā)育碳酸鹽巖裂縫型儲層中，低角度及水平裂縫發(fā)育與常規(guī)測井曲線有較好的響應(yīng)關(guān)系，主要表現(xiàn)為在低角度及水平裂縫發(fā)育層段，雙側(cè)向曲線為高阻背景下的負(fù)異常且呈負(fù)差異特征，體積密度測井呈低值，中子及聲波時(shí)差相應(yīng)增大，井徑曲線平直或小幅增大等現(xiàn)象。

低角度裂縫；水平裂縫；常規(guī)測井；裂縫識別；碳酸鹽巖儲層

(InstituteofShanxiYanchangPetroleum(Group)Corporation,Xi’anShanxi710075,China)

1 引 言

裂縫型儲層作為重要的儲層類型之一，是國內(nèi)外油氣勘探開發(fā)重要目標(biāo)。截至目前，國內(nèi)裂縫型油氣藏已探明地質(zhì)儲量超過40億噸，超過已探明油氣資源總量的三分之一。據(jù)預(yù)測，約60%的待發(fā)現(xiàn)油氣資源量分布與裂縫型儲層有關(guān)[1,2]。因此，裂縫性儲層研究已成為油氣儲層研究的熱點(diǎn)之一[3,4]。目前裂縫研究主要集中在裂縫識別、形成機(jī)理研究及裂縫預(yù)測等方面。識別方法主要有巖心裂縫半定量描述、常規(guī)測井識別、成像測井識別、地震資料裂縫識別及預(yù)測等[5-8]。單一的常規(guī)測井資料進(jìn)行裂縫識別存在一定局限性，但多種測井曲線的綜合分析識別裂縫是行之有效的[9]，且常規(guī)測井成本較低，導(dǎo)致該方法目前已成為裂縫儲層評價(jià)的常規(guī)手段，并在碳酸鹽巖、低滲透砂巖、火山巖儲層、泥頁巖等裂縫型儲層中得到了廣泛應(yīng)用[10-15]。低角度裂縫目前研究尚淺，其成因機(jī)制亦相對復(fù)雜，多與逆沖推覆構(gòu)造有關(guān)[16]。通常具有帶狀分布、平面延伸廣、聯(lián)通性好及水平滲透率高等特征，但低角度裂縫系統(tǒng)為主的油氣藏較為少見，目前國內(nèi)僅見吐哈盆地馬喀油田、酒泉盆地青西凹陷及川西坳陷等地有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道[17,18]。

Y區(qū)塊二疊系屬典型致密碳酸鹽巖儲層，巖性為泥晶灰?guī)r及泥晶生屑灰?guī)r為主，基質(zhì)特性差，孔隙度約為1%，平均滲透率為1.3 md。儲層天然裂縫在局部層段較為發(fā)育，裂縫的存在極大地改善了儲層物性，顯示該區(qū)塊具有較大的勘探潛力。本文在鉆井取心段裂縫發(fā)育特征描述基礎(chǔ)上，分析裂縫發(fā)育特征與測井曲線的響應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而對該井裂縫發(fā)育特征進(jìn)行預(yù)測。因此開展低角度裂縫常規(guī)測井識別方法研究對該類型油氣藏勘探開發(fā)地質(zhì)綜合研究有重要意義。

2 裂縫常規(guī)測井響應(yīng)特征

2.1 雙側(cè)向測井

雙側(cè)向電阻率方法來研究裂縫是目前常規(guī)測井中應(yīng)用最多的方法，深淺電極探測的徑向深度不同，分別反映原狀地層和侵入帶地層的電阻率[19,20]。裂縫在雙側(cè)向電阻率曲線上為高低間互、起伏不平的多尖峰狀低值或較低值顯示，裂縫愈發(fā)育，電阻率值就愈低。低角度及水平裂縫的發(fā)育能加強(qiáng)側(cè)向測井的聚焦作用，降低電阻率，而水平裂縫對淺側(cè)向的聚焦作用比深側(cè)向弱，導(dǎo)致深側(cè)向測井值小于淺側(cè)向測井值[21]。雙側(cè)向電阻率曲線的差異形態(tài)亦能較好地反映裂縫產(chǎn)狀，當(dāng)裂縫為低角度或水平縫(裂縫傾角<75°)時(shí)，表現(xiàn)為“負(fù)差異”，即深側(cè)向電阻率值小于淺側(cè)向電阻率值。低阻異常特征明顯，曲線呈刺刀狀突變，具有10～2 000 Ω·m負(fù)差異[10]。裂縫張開度越大時(shí)，低角度裂縫的深淺側(cè)向電阻率均下降，幅度差增大。低角度裂縫線密度越大，識別有效性越好。對于高角度裂縫(>75°)，雙側(cè)向測井表現(xiàn)為高電阻率背景下呈現(xiàn)出中、低電阻率異常，曲線變化平緩，表現(xiàn)為“正差異”，數(shù)值約數(shù)百歐姆·米。裂縫傾角為90°時(shí)表現(xiàn)為最大正差異，傾角為45°時(shí)為最大負(fù)差異[22]。并且隨裂縫傾角增大，深淺電阻率之間差異也越大，識別高角度縫時(shí)效果較好。

2.2 聲波測井

聲波時(shí)差曲線對高角度及垂直裂縫反映不敏感，但聲波時(shí)差小幅增大或曲線的小幅度擺動可以作為低角度及水平裂縫的識別標(biāo)志[19]。低角度或水平裂縫發(fā)育時(shí)，聲波通過裂縫進(jìn)行傳播，進(jìn)而到達(dá)接收器，此時(shí)聲波能量衰減嚴(yán)重，導(dǎo)致首波不被記錄，而后到達(dá)的波反而被記錄下來，表現(xiàn)為聲波時(shí)差增大[20]。當(dāng)較大規(guī)模的水平縫和低角度縫發(fā)育時(shí)，聲波傳播路徑與其正交，時(shí)差曲線獨(dú)特的周波跳躍特征，曲線呈小鋸齒狀。當(dāng)水平縫寬較大，聲波明顯增大，時(shí)差曲線可能因發(fā)生周波跳躍而顯示出高時(shí)差值[10,20]。同時(shí)，值得指出的是，利用聲波時(shí)差曲線識別裂縫時(shí)，需要結(jié)合巖心及其他曲線資料，進(jìn)行綜合判別。實(shí)踐證明，其在低角度縫或網(wǎng)狀縫時(shí)識別的可靠性好，識別效果與成像測井極為接近[9,14]。

2.3 密度測井

密度測井是利用巖層對γ射線的吸收特性，研究鉆井剖面上巖層密度變化，進(jìn)而反映巖層地質(zhì)特點(diǎn)的測井方法[21,23,24]。密度測井是對巖石體積密度的測量，主要反映地層的總孔隙度。一定規(guī)模的裂縫發(fā)育往往導(dǎo)致地層體積密度降低，因此，密度測井值的大幅度降低往往指示可能存在裂縫[25-27]。但應(yīng)注意的是，泥漿的侵入、地層巖性變化及孔隙大小、地層含氣、薄層泥巖互層、井眼不規(guī)則等均可造成密度測井值減小。因此，在實(shí)際解釋的過程中，要利用幾種測井曲線、巖心資料等進(jìn)行綜合判斷。

2.4 補(bǔ)償中子測井

補(bǔ)償中子測井是通過測量碳酸鹽巖地層的含氫指數(shù)來反映地層的總孔隙度。當(dāng)碳酸鹽巖基質(zhì)孔隙低，裂縫發(fā)育使地層總孔隙度增加，泥漿侵入裂縫發(fā)育帶后，提高了地層整體含氫量，使得裂縫發(fā)育段測得的中子孔隙度呈高值而直接反映裂縫的發(fā)育[28,29]。應(yīng)注意的是，補(bǔ)償中子孔隙度與孔隙流體性質(zhì)有關(guān)，裂縫中充填的天然氣會導(dǎo)致中子孔隙度降低，因此，中子孔隙度在含氣裂縫帶往往比其他孔隙度測井值低，此可作為含氣裂縫帶的指示標(biāo)志[4,10,11]。同時(shí)，由于中子、密度、聲波探測巖石的體積不同，以及受裂縫孔隙度非均質(zhì)分布的影響，三條曲線的綜合分析可作為識別裂縫的方法。在裂縫層，體積密度測井值呈低值，中子、聲波時(shí)差增大。

2.5 井徑測井

井徑曲線亦是識別裂縫的方法之一，當(dāng)鉆遇一定規(guī)模的裂縫發(fā)育帶時(shí)，裂縫巖石的邊緣被削落，井壁發(fā)生坍塌進(jìn)而導(dǎo)致擴(kuò)徑現(xiàn)象[30]。但應(yīng)指出的是，井徑曲線出現(xiàn)擴(kuò)徑現(xiàn)象可由多種原因造成，如當(dāng)鉆遇蝕變嚴(yán)重的火山噴出巖時(shí)，也會造成井眼坍塌，因此，在綜合判別時(shí)要加以區(qū)分。

3 實(shí)例分析

3.1 巖心裂縫發(fā)育與測井響應(yīng)特征

Y3井為一口預(yù)探井，在二疊系碳酸鹽巖目的層共取心16.48 m，該取心段巖性穩(wěn)定，主要為泥晶灰?guī)r及泥晶生屑灰?guī)r。巖心物性測試顯示，碳酸鹽巖樣品基質(zhì)物性較差，孔隙度小于3 %。巖心觀察及裂縫統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，該取心段共發(fā)育裂縫455條，其中垂直縫及高角度縫160條，均被早期方解石膠結(jié)物及泥質(zhì)全充填。有效裂縫以低角度縫及水平縫為主，呈半充填及未充填特征，裂縫密度15.3條/m。有效裂縫以小縫為主，占有效裂縫的68 %，次為微縫及中縫，分別占20 %及12 %(表1)。

3.2 巖心裂縫與測井響應(yīng)

從測井曲線特征來看，該取心段井徑曲線平直，裂縫發(fā)育深度段呈小幅擴(kuò)徑現(xiàn)象。聲波時(shí)差曲線在3 209.5～3 212.5 m及3 218.4～3 225.9 m深度段見兩組聲波時(shí)差曲線小幅變化帶。時(shí)差曲線呈尖刺狀擺動，初步認(rèn)為有可能是出現(xiàn)了低角度縫或水平縫，造成聲波能量的衰減。在這兩個(gè)深度段相應(yīng)的密度測井對應(yīng)小幅降低，亦呈尖刺狀小幅擺動，但其變化差與聲波曲線的變化不完全一致。補(bǔ)償中子曲線在相應(yīng)深度段亦呈小幅增大，其變化趨勢與密度曲線大致相同。雙側(cè)向曲線在該深度段亦表現(xiàn)出小幅的負(fù)異常。綜合這幾種測井信息，判斷這兩處深度段發(fā)育低角度縫及水平縫。同時(shí)，從測井曲線特征及巖心有效裂縫識別及統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，在碳酸鹽巖儲層基質(zhì)孔隙不發(fā)育、低滲透率條件下，兩者有較好的響應(yīng)關(guān)系(圖1)。因此，可利用常規(guī)測井曲線對Y3井低角度裂縫及水平裂縫發(fā)育層段進(jìn)行識別及預(yù)測。

表1 研究區(qū)Y3井取心段裂縫發(fā)育特征統(tǒng)計(jì)

3.3 單井裂縫常規(guī)測井識別及預(yù)測

在鉆井巖心裂縫發(fā)育特征與常規(guī)測井曲線響應(yīng)特征分析、及目的層巖性錄井資料分析基礎(chǔ)上，對該井碳酸鹽巖地層裂縫發(fā)育層段進(jìn)行了系統(tǒng)識別及預(yù)測，結(jié)果表明，該井在3 915～3 919 m、3 787.4～3 795.5 m及 3 541.5～3 545.8 m三個(gè)深度段發(fā)育低角度縫及水平縫為主的裂縫系統(tǒng)(圖2)。

1)3 915～3 919 m井段巖性主要為泥晶灰?guī)r及泥晶生屑灰?guī)r，泥晶結(jié)構(gòu)為主，基質(zhì)孔隙不發(fā)育。測井曲線特征表明，該深度段井徑曲線平直，無擴(kuò)徑或縮徑現(xiàn)象。聲波時(shí)差在該深度附近時(shí)差值明顯升高，曲線呈尖刺狀擺動，與之相對應(yīng)，密度測井曲線表現(xiàn)為相似趨勢的小幅降低，亦呈尖刺狀擺動。補(bǔ)償中子曲線在相應(yīng)深度段亦呈小幅增大，其變化趨勢與密度曲線大致相同。雙側(cè)向曲線負(fù)異常且呈負(fù)差異特征。綜合此幾種測井曲線特征，判斷該深度段為裂縫發(fā)育層段，主要發(fā)育低角度及水平裂縫。

圖1 Y3井取心段裂縫發(fā)育常規(guī)測井響應(yīng)特征Fig.1 Well logging response of fractured interval in drilling core

圖2 Y3井低角度及水平裂縫發(fā)育段測井曲線特征Fig.2 Logging curve characteristics of fractured interval in well Y3

2)3 787.4～3 795.5 m井段巖性以泥晶灰?guī)r為主，泥晶結(jié)構(gòu)為主，基質(zhì)孔隙不發(fā)育。測井曲線特征表明，該深度段井徑曲線平直，無擴(kuò)徑或縮徑現(xiàn)象。聲波時(shí)差呈高值異常，曲線呈尖刺狀擺動。與此相對應(yīng)，密度曲線在該深度段內(nèi)呈現(xiàn)相似的幅值降低特征。補(bǔ)償中子曲線在相應(yīng)深度段亦呈小幅升高，其變化趨勢與密度曲線大致相同。雙側(cè)向曲線負(fù)異常且呈負(fù)差異特征。綜合此幾種測井曲線特征，判斷該深度段為裂縫發(fā)育層段，主要發(fā)育低角度及水平裂縫。

3)3 541.5～3 545.8 m井段巖性以泥晶灰?guī)r及泥晶生屑灰?guī)r為主，基質(zhì)孔隙不發(fā)育。其測井曲線特征與前兩個(gè)層段類似，聲波時(shí)差在該深度附近時(shí)差值明顯升高，曲線呈尖刺狀突變，與此相對應(yīng)，密度曲線在該深度段呈現(xiàn)相應(yīng)趨勢的幅值降低特征。補(bǔ)償中子曲線在相應(yīng)深度段亦呈小幅升高，其變化趨勢與密度曲線大致相同。雙側(cè)向曲線負(fù)異常且呈負(fù)差異特征。綜合此幾種測井曲線特征，判斷該深度段為裂縫發(fā)育層段，裂縫以低角度及水平裂縫為主。

4 結(jié) 論

通過鉆井取心資料及常規(guī)測井資料進(jìn)行對比，裂縫型碳酸鹽巖儲層低角度及水平裂縫發(fā)育時(shí)，常規(guī)測井曲線主要有以下響應(yīng)特征：

1)雙側(cè)向曲線表現(xiàn)為在碳酸鹽巖高阻背景下的低值，呈一定幅度的負(fù)差異特征；

2) 聲波時(shí)差曲線對低角度及水平裂縫反應(yīng)敏感，可作為該類型裂縫較好的識別標(biāo)志；

3) 密度測井值的大幅降低以及補(bǔ)償中子增大表明裂縫可能發(fā)育，但是否為低角度裂縫，需要結(jié)合其他曲線綜合判別；

4) 井徑曲線對低角度及水平裂縫反應(yīng)不敏感，但當(dāng)裂縫發(fā)育密度較大時(shí)，會發(fā)生擴(kuò)徑現(xiàn)象。

值得指出的是，碳酸鹽巖裂縫型儲層往往具有裂縫類型豐富、非均質(zhì)性強(qiáng)等特征，在進(jìn)行常規(guī)測井識別時(shí)需在鉆進(jìn)取心資料、巖性錄井資料分析基礎(chǔ)上，綜合多種常規(guī)曲線進(jìn)行綜合判識，以達(dá)到準(zhǔn)確識別及預(yù)測的目的。

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The Identification Method of Low Angle Fracture by Analysis of Conventional Logging Data and Its Application in Carbonate Reservoirs

Du Guichao,Hu Shuangquan,Cang Hui

Based on literature investigation and analysis of drilling data, the work systematically studied the identification method of low angle fracture by analysis of conventional logging data and its application in carbonate reservoirs, aiming at discussing its feasibility in study of fractured carbonate reservoirs. This study summarized the responsive characteristics of conventional logging data with low angle fractures in carbonate reservoirs, detailedly analyzing the responsive characteristics of logging data in well Y3 with its fractures in coring section. Also, we identified the fracture developing zone in well Y3 and predicted the scale of fractures in this well. Finally, three fracture developing zones were identified in tight carbonate strata by this method. The results show that analysis of conventional logging data is an effective way in carbonate fracture identification. The development of low angle and horizontal fractures has a good responding relationship with the feature of well-logging data in the fracturing zone, showing that dual lateral resistivity logging curve is characterized by negative anomaly under the background of high resistivity and negative difference characteristics, low value of density logging data, correspondingly increasing value of compensated neutron logging and acoustic logging curve, fluctuation within a narrow range or straightness of caliper logging curve.

low angle fracture; horizontal fracture; conventional logging; fracture identification; carbonate reservoirs

1672—7940(2016)05—0590—05

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.05.006

延長石油集團(tuán)有限責(zé)任公司科技計(jì)劃項(xiàng)目(編號：ycsy2014ky-A-10)

杜貴超(1983-)，男，工程師，博士，主要從事石油地質(zhì)綜合研究。E-mail:duguichao@sina.com

胡雙全(1967-)，男，高級工程師，主要從事油氣地質(zhì)綜合研究。E-mail:hsq6629@163.com

P631.8

A

2016-05-20