大牛地馬五段儲(chǔ)層裂縫特征及測(cè)井識(shí)別方法

李雪晴

（中國(guó)石化華北油氣分公司勘探開發(fā)研究院，河南鄭州 450006）

鄂爾多斯盆地奧陶系以碳酸鹽巖為主，在盆地中部已發(fā)現(xiàn)靖邊喀斯特風(fēng)化殼大氣田，地質(zhì)儲(chǔ)量近5 000×108m3，展示了奧陶系碳酸鹽巖具有巨大潛力[1]。大牛地氣田構(gòu)造上位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東北部，與靖邊氣田有相似的成藏條件，已有的勘探成果也表明奧陶系風(fēng)化殼具有良好的天然氣潛力。前人對(duì)大牛地氣田下古生界奧陶系儲(chǔ)層已經(jīng)進(jìn)行了較多的研究工作[2-11]，但對(duì)研究區(qū)馬五段儲(chǔ)層裂縫特征及裂縫的識(shí)別方法等還缺乏具體的描述。本次研究通過(guò)對(duì)裂縫的產(chǎn)狀分布、巖性分布、充填特征等儲(chǔ)層裂縫特征進(jìn)行了詳細(xì)研究，并詳細(xì)描述了裂縫的識(shí)別方法，為下一步的研究提供有利依據(jù)。

1 儲(chǔ)層裂縫特征

通過(guò)對(duì)研究區(qū)馬五段21 口取心井進(jìn)行巖心裂縫觀察，研究區(qū)目的層共識(shí)別觀察和描述出了712 條裂縫。參照周文教授提出的標(biāo)準(zhǔn)（見表1），裂縫以垂直裂縫和高角度斜交裂縫為主（見圖1）；裂縫在馬五5 段地層中最為發(fā)育，主要發(fā)育于黑灰?guī)r（約占裂縫總數(shù)的47.5 %），其次為白云巖（約占裂縫總數(shù)的26.1 %），非馬五5 灰?guī)r類（約占裂縫總數(shù)的18.9 %），泥巖中裂縫約占裂縫總數(shù)的7.6 %，泥巖段中發(fā)育的裂縫多是低角度縫，該類裂縫中有部分是沿泥碳質(zhì)紋層的破裂縫，縫面可見不同程度的擦痕，其他巖性中的裂縫多為高角度縫和垂直縫（見圖2）。

圖1 巖心裂縫產(chǎn)狀分布

通過(guò)對(duì)取心井的觀察以及微觀薄片觀察研究區(qū)巖心裂縫以充填裂縫為主，其中以方解石充填為主（約占69.6 %），其次為方解石半充填（約占5.4 %）、泥炭質(zhì)充填（約占10.1 %）以及白云石充填（約合計(jì)占0.6 %）；未充填裂縫（約占14.3 %）。四種產(chǎn)狀的裂縫也均是以充填裂縫為主，表明該地區(qū)大部分巖心裂縫充填特征明顯，有效性差。

巖心垂直裂縫的長(zhǎng)度主要集中在1 cm～20 cm，最長(zhǎng)可達(dá)1 m 多；巖心裂縫寬度主要集中在0.1 mm～1 mm，最寬可達(dá)5 mm 以上。巖心裂縫在灰?guī)r和馬五5 黑色灰?guī)r中裂縫線密度較大，裂縫較為發(fā)育。觀察到的總裂縫條數(shù)為712 條，其中有效裂縫為201 條。分層統(tǒng)計(jì)裂縫有效裂縫線密度，表明馬五1～馬五3 巖心有效裂縫線密度較高，馬五4，馬五5 巖心有效裂縫線密度相對(duì)較低。分巖性統(tǒng)計(jì)裂縫有效線密度，表明：在白云巖和黑灰?guī)r中，巖心有效裂縫線密度較高。

2 裂縫測(cè)井識(shí)別方法研究

2.1 常規(guī)測(cè)井裂縫識(shí)別方法

2.1.1 交會(huì)圖分析法 通過(guò)巖心刻度常規(guī)測(cè)井資料，主要提取了裂縫樣本及非裂縫樣本，其中巖心上觀察到的裂縫，按充填性質(zhì)分類主要為：未充填縫、半充填縫和全充填縫。依據(jù)所提取的各樣本測(cè)井特征參數(shù)，首先采用交會(huì)圖的方法對(duì)樣本測(cè)井參數(shù)特征進(jìn)行分析。研究區(qū)共選取了57 個(gè)樣本，其中未充填裂縫樣本22個(gè)，半充填裂縫樣本6 個(gè)，全充填裂縫樣本11 個(gè)，非裂縫樣本18 個(gè)。

聲波時(shí)差與伽馬及中子孔隙度交會(huì)圖（見圖3、圖4），研究區(qū)單井聲波時(shí)差對(duì)于未充填和半充填有效裂縫的識(shí)別效果較好，分界點(diǎn)大致在170 μs/m 可以將有效裂縫區(qū)分開來(lái)。有效裂縫的聲波時(shí)差平均值為175.082 μs/m。但交會(huì)圖中自然伽馬和中子孔隙度幾乎沒有區(qū)分效果，樣本散亂無(wú)章。但對(duì)于未充填裂縫中子孔隙度相對(duì)偏高，平均為14.937 %。

密度測(cè)井值對(duì)于樣本的區(qū)分效果不明顯，這主要是由于本研究區(qū)地層風(fēng)化剝蝕嚴(yán)重，巖性復(fù)雜，泥質(zhì)含量較高等諸多因素，因此無(wú)法單獨(dú)利用密度對(duì)樣本進(jìn)行區(qū)分。深淺側(cè)向或深中感應(yīng)測(cè)井響應(yīng)參數(shù)值無(wú)法直接較好的將有效裂縫區(qū)分開來(lái)。電阻率差的區(qū)分效果也與以上電阻率測(cè)井系列一致，不能直接進(jìn)行區(qū)分。

表1 裂縫產(chǎn)狀對(duì)裂縫類型劃分結(jié)果表（據(jù)周文）

圖2 不同巖性的裂縫產(chǎn)狀分布圖

圖3 GR 與AC 交會(huì)圖

圖4 AC 與CNL 交會(huì)圖

圖5 聲波時(shí)差與侵入帶電阻率交會(huì)圖

圖6 密度與侵入帶電阻率交會(huì)圖

從與侵入帶電阻率的交會(huì)圖（見圖5，圖6）可以看出，該測(cè)井系列（微球型聚焦測(cè)井及八側(cè)向測(cè)井）對(duì)于本研究區(qū)有效裂縫的區(qū)分效果較好，侵入帶電阻率呈現(xiàn)低值的特點(diǎn)。侵入帶電阻率對(duì)有效裂縫（半充填和未充填裂縫）區(qū)分的臨界值大致在100 Ω·m 以下，平均為55.59 Ω·m。因此結(jié)合聲波測(cè)井系列，參考其他測(cè)井參數(shù)對(duì)于有效裂縫的識(shí)別具有一定的有效性。密度與深淺側(cè)向（或深中感應(yīng)）測(cè)井參數(shù)值的交會(huì)圖對(duì)于區(qū)分有效裂縫具有一定的綜合區(qū)分效果，圖中有效裂縫基本聚集在電阻率偏低而密度值偏低的左下區(qū)域。

總體而言，從以上交會(huì)圖系列可以得出：聲波時(shí)差和侵入帶電阻率對(duì)于有效裂縫的區(qū)分效果是比較顯著的，而通過(guò)電阻率與密度的綜合分析效果也能對(duì)本研究區(qū)有效裂縫的識(shí)別起到比較積極的作用。綜合以上交會(huì)圖的認(rèn)知結(jié)果，對(duì)有效裂縫識(shí)別有利的測(cè)井參數(shù)值進(jìn)行綜合分析，認(rèn)為本研究區(qū)有效裂縫的測(cè)井響應(yīng)特征（見表2）。

2.1.2 判別分析法 判別分析是數(shù)學(xué)地質(zhì)中廣泛應(yīng)用的一種多元統(tǒng)計(jì)方法，主要判別未知樣品應(yīng)該劃歸哪一個(gè)已知總體。判別分析一般分為兩組和多組判別，兩組的判別分析在Fisher 準(zhǔn)則下進(jìn)行求解，但實(shí)際應(yīng)用中多組判別的情況比較常見。多組判別分析基于Bayers 準(zhǔn)則。

2.1.2.1 裂縫充填類型判別 根據(jù)巖心刻度常規(guī)測(cè)井，選取了57 個(gè)裂縫與非裂縫樣本，按充填類型進(jìn)行判別識(shí)別，其中：1-未充填裂縫，2-半充填裂縫，3-全充填裂縫，4-非裂縫。采用逐步判別的思想，通過(guò)不斷剔除與引入變量，考慮到工程應(yīng)用實(shí)際，最后優(yōu)選出建立判別方程的測(cè)井參數(shù)有：DEN 和侵入帶電阻率Rxo 共2 個(gè)參數(shù)。上述判別分析計(jì)算過(guò)程主要是基于油田地質(zhì)數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行的逐步判別處理的。通過(guò)上述判別原理及判別過(guò)程，對(duì)57 個(gè)樣本進(jìn)行逐步判別，共判錯(cuò)樣本22 個(gè)，判對(duì)樣本35 個(gè)，回判率為61.4 %，回判率很低，說(shuō)明本研究區(qū)利用逐步判別方法不能準(zhǔn)確判定裂縫充填類型，但可做一定的研究參考。以上判別結(jié)果主要與裂縫充填物性質(zhì)，裂縫產(chǎn)狀，巖性，地層風(fēng)化程度等的影響有關(guān)。

表2 有效裂縫的測(cè)井響應(yīng)特征

2.1.2.2 有效裂縫判別 由于利用裂縫的充填性質(zhì)識(shí)別裂縫的效果較差，所以對(duì)有效裂縫的識(shí)別尤為重要，因此將原始樣本重新分類，即把未充填裂縫和半充填裂縫視為有效裂縫，全充填裂縫以及非裂縫視為一類（分別用數(shù)值1，2 對(duì)應(yīng)標(biāo)識(shí)裂縫類型），同理采用逐步判別的思想，通過(guò)不斷剔除與引入變量，最后優(yōu)選出建立判別方程的測(cè)井參數(shù)有：AC（聲波時(shí)差）和|RT-RS|（深、淺側(cè)向或深、中感應(yīng)電阻率差的絕對(duì)值），DEN 以及侵入帶電阻率Rxo 共4 個(gè)參數(shù)。從判別結(jié)果可以看出，57 個(gè)樣本共判對(duì)55 個(gè)，判錯(cuò)2 個(gè)，回判率為96.5 %，比之前的四種類型判別效果提高了很多。樣本在進(jìn)行判別過(guò)程中，測(cè)井響應(yīng)參數(shù)均作了歸一化。

通過(guò)以上判別結(jié)果可建立白云巖儲(chǔ)層有效裂縫和無(wú)效裂縫（包括非裂縫）的判別方程，針對(duì)研究區(qū)灰?guī)r及馬五5 黑色灰?guī)r儲(chǔ)層，利用同樣原理，共判錯(cuò)1 個(gè)樣本，回判率為93.3 %，可建立相應(yīng)的灰?guī)r（特別是馬五5 黑色灰?guī)r）儲(chǔ)層有效裂縫與無(wú)效裂縫判別方程。

在實(shí)際應(yīng)用中必須考慮待判樣品歸入第幾類的概率，這一概率就是判別概率，即樣品檢驗(yàn)概率。對(duì)本研究區(qū)57 個(gè)樣本進(jìn)行判別概率計(jì)算，判別概率在75 %～100 %時(shí)，效果最好。因此在進(jìn)行單井裂縫逐步判別識(shí)別的時(shí)候，應(yīng)對(duì)各判別方程計(jì)算結(jié)果進(jìn)行判別概率分析，達(dá)到該值的確定為裂縫發(fā)育段。

2.2 地層傾角測(cè)井裂縫識(shí)別

地層傾角測(cè)井資料能夠精確反映井壁地層電導(dǎo)率（電阻率），因此，對(duì)于井壁如果有裂縫發(fā)育的地層，其電導(dǎo)率曲線將會(huì)發(fā)生異常（高導(dǎo)異常、低導(dǎo)異常）。

根據(jù)巖心觀察結(jié)果，與大92 井6 臂地層傾角測(cè)井資料進(jìn)行對(duì)應(yīng)，可以看出，巖心上觀察到的未充填縫在地層傾角測(cè)井電導(dǎo)率圖上顯示為高電導(dǎo)率異常，這是由于井內(nèi)鉆井液侵入未充填裂縫，其電導(dǎo)率呈現(xiàn)高值，故在地層傾角測(cè)井電導(dǎo)率曲線上顯示為高值異常。

而巖心上觀察到的充填縫在地層傾角測(cè)井電導(dǎo)率圖上則顯示為低電導(dǎo)率異常，這是由于井內(nèi)鉆井液無(wú)法侵入充填裂縫，其電導(dǎo)率呈現(xiàn)低值，故在地層傾角測(cè)井電導(dǎo)率曲線上顯示為低值異常。

由于地層傾角測(cè)井極板靈敏度非常高，因此對(duì)于充填裂縫、未充填裂縫的電導(dǎo)率異常一般是可以探測(cè)到的，未充填縫為高電導(dǎo)率異常，充填縫為低電導(dǎo)率異常。

2.3 測(cè)井裂縫綜合識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)

由于測(cè)井資料并非裂縫的單一響應(yīng)，而是井下測(cè)井環(huán)境、巖性、物性、含油氣性及裂縫等信息的綜合反映，因此各種參數(shù)方法對(duì)裂縫識(shí)別效果不一樣，單靠某一參數(shù)或某一方法可能還不能完全識(shí)別確定出裂縫發(fā)育層段，因此，有必要在前述研究結(jié)果基礎(chǔ)上，提出一個(gè)裂縫綜合識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)裂縫參數(shù)測(cè)井解釋結(jié)果及對(duì)裂縫樣本的認(rèn)識(shí)（結(jié)合巖心及各種測(cè)井資料），進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)分析了有效裂縫樣本和無(wú)效裂縫樣本計(jì)算的裂縫孔隙度值和裂縫寬度值分布，以期可以找到有效裂縫的裂縫孔隙度值和寬度值的下限，有效裂縫的測(cè)井解釋裂縫孔隙度大于0.5 %、測(cè)井解釋裂縫寬度大于0.02 mm，而無(wú)效裂縫的測(cè)井解釋孔隙度基本上小于0.5 %、測(cè)井解釋裂縫寬度小于0.02 mm。由此，將裂縫孔隙度0.5 %和裂縫寬度0.02 mm 作為判識(shí)有效裂縫的下限。

結(jié)合巖心資料、成像測(cè)井資料、地層傾角測(cè)井、常規(guī)測(cè)井、裂縫寬度及孔隙度解釋結(jié)果和裂縫逐步判別結(jié)果，提出裂縫識(shí)別預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)（見表3）。

3 結(jié)論

（1）奧陶系風(fēng)化殼儲(chǔ)層裂縫以微小裂縫為主，且垂直裂縫和高角度裂縫為主，層位上馬五5 段地層裂縫最為發(fā)育，裂縫主要發(fā)育于黑灰?guī)r中，次為白云巖。裂縫的發(fā)育以充填縫為主，充填物以方解石為主；有效縫約占30 %。

表3 儲(chǔ)層裂縫綜合識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)

（2）裂縫發(fā)育不均衡性大，馬五5 黑色灰?guī)r中裂縫線密度較大，裂縫較為發(fā)育，在白云巖和黑灰?guī)r中，巖心有效裂縫線密度較高。

（3）有效裂縫常規(guī)測(cè)井響應(yīng)表現(xiàn)為高聲波、低微球、低深淺側(cè)向，而無(wú)效裂縫則相反；逐步判別是識(shí)別本區(qū)有效裂縫的可靠方法，基于多種參數(shù)，建立起本區(qū)有效裂縫綜合識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)。