儲層天然裂縫表征方法研究現(xiàn)狀及展望

張小龍

摘 要：在世界油氣資源的產(chǎn)量和儲量中，裂縫性油氣藏具有舉足輕重的地位。天然裂縫不僅在提供儲層儲集空間和改善滲透性等都具有重要作用，還對石油工程方案優(yōu)化設(shè)計、儲層壓裂具有重要影響。開展儲層裂縫定量表征是石油地質(zhì)長期的難點和熱點，本文調(diào)研了近年來主要的識別技術(shù)，就目前存在的問題提出今后的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：裂縫識別;裂縫表征;定量化;發(fā)展趨勢

1 儲層裂縫國外研究現(xiàn)狀

經(jīng)過多年的發(fā)展，裂縫的研究已從定性向定量化方向發(fā)展。1968年，國外學(xué)者G.H.Murry首次開展裂縫的定量研究，其通過幾何方法推導(dǎo)出曲率值和裂縫的孔隙度間的計算公式，將其應(yīng)用于裂縫物性參數(shù)計算中，掀起了裂縫定量研究的序幕。隨后在1971年，他又通過研究構(gòu)造主曲率與裂縫發(fā)育的關(guān)系，分析了曲率與裂縫發(fā)育程度的關(guān)系。在上世紀(jì)的80年代初，美國學(xué)者范.高爾夫-拉特通過總結(jié)前人成果，結(jié)合自身實踐，撰寫了第一本關(guān)于裂縫性油藏工程的專著，該專著被學(xué)者們廣泛接受并使用，也基本形成了裂縫性儲層研究的理論以及方法。

分形幾何學(xué)對裂縫研究有較好的效果，該方法在上世紀(jì)70年代被引入，并逐步形成了分形方法計算裂縫參數(shù)。國外學(xué)者如P.L.Gong Dilland、Barton C.C.、Thomas and Blin-lacroix、Velde B. and Duboes J、Main T H irata等把分形幾何學(xué)方法用于巖石裂縫研究，并在斷層、裂縫的基本參數(shù)的定量描述與分布規(guī)律上取得了較大進展。1995年，Barton C.C.通過總結(jié)前人成果結(jié)合自身研究認(rèn)為，當(dāng)裂縫分維D大于1.34后，裂縫就可以構(gòu)成互相滲流的裂縫網(wǎng)絡(luò)，直到現(xiàn)在，該認(rèn)識仍被廣泛使用并取得了不錯的效果。

在物探研究方面，地震相干技術(shù)的引入被認(rèn)為具有跨時代意義，首次提出利用地震相干技術(shù)描述裂縫的是Farmer和Bahorich（1995年），他們通過計算相鄰地震道的相似性的程度來檢測目標(biāo)地質(zhì)體的連續(xù)性，從而定性表征裂縫的發(fā)育程度。此后，1998年Ashbridge J、Marfurt、Neves F A等人通過分析地震屬性，提出了第二代相干技術(shù)，其方法是將多道相似計算引入到地震同相軸的相似性計算中，從而分析地質(zhì)體的連續(xù)性。隨后1999年Marfurt、Gersztenkorn將數(shù)學(xué)中的矩陣特征計算結(jié)果引入到相干計算中，發(fā)展成為目前廣泛使用的第三代相干技術(shù)。

隨著多波地震技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外學(xué)者對地震波處理開展了一系列復(fù)雜的研究工作，其中運用最多的是三維三分量（3D3C）技術(shù)。在2000年、2005年SEG與EAGE聯(lián)合分別召開了二屆地震多波技術(shù)研討會，成為了地震多波勘探發(fā)展的重要里程碑。

地球物理測井識別及描述裂縫方面，主要經(jīng)歷了以下三個階段：在1982年以前，Nelson、Glenn等人通過各種測井曲線裂縫響應(yīng)特征對裂縫進行識別，但主要是定性識別;1982-1992年，Khatchikian等人利用測井資料處理后計算火成巖的各種骨架參數(shù);1992年后，隨著成像測井技術(shù)的發(fā)展，B.Belgasem等人利用聲電成像、核磁測井等定量評價裂縫參數(shù)。

2 儲層裂縫國內(nèi)研究現(xiàn)狀

2.1 定性分析方法

定性分析是最早的裂縫描述方法，石油地質(zhì)工作者從構(gòu)造特征、生產(chǎn)動態(tài)以及生產(chǎn)經(jīng)驗總結(jié)著手，裂縫構(gòu)造資料對裂縫進行描述和預(yù)測。在地質(zhì)錄井過程中根據(jù)鉆井現(xiàn)象，可以定性預(yù)測儲層裂縫的發(fā)育情況以及裂縫段埋深。此外利用地面露頭情況、巖芯以及鏡下薄片分析等手段對裂縫進行觀察、描述及統(tǒng)計。

2.2 根據(jù)構(gòu)造應(yīng)力的分析開展裂縫描述和預(yù)測研究

構(gòu)造應(yīng)力的變化是裂縫形成的根本原因，構(gòu)造應(yīng)力場的強弱直接影響著裂縫的發(fā)育程度，國內(nèi)學(xué)者利用構(gòu)造應(yīng)力場反演裂縫形成過程，預(yù)測裂縫發(fā)育程度取得了較好的效果，但對于構(gòu)造應(yīng)力大小的求解方式、構(gòu)造應(yīng)力與裂縫的匹配關(guān)系問題上，以及相關(guān)技術(shù)方法的適用性方面，還存在較大分歧或問題。

2.3 物探方法

地震預(yù)測裂縫方法有多種，基于疊后地震信息，包括三維相干體、突變或分形分維、傾角掃描技術(shù)、三維方差體、譜分解和多尺度邊緣檢測等;利用三維寬方位地震資料開展地震屬性的各向異性分析和裂縫預(yù)測;利用縱波方位各向異性，包括縱波振幅、速度、傳播時間、AVO的方位各向異性研究等;利用多波地震，有多波多分量裂縫檢測和橫波勘探等。目前，國內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的主要有：基于縱波各向異性的裂縫預(yù)測;三維相干體（ESP）預(yù)測裂縫;基于測井約束的波阻反演;基于地震多屬性參數(shù)。

2.4 利用測井手段識別裂縫

主要利用井眼周圍的裂縫對測井儀器的異常響應(yīng)（如井徑、電阻率、聲波等）來間接探測裂縫（除井下聲波電視外）。探測裂縫的測井方法有多種：

2.4.1 電阻率曲線

裂縫往往會造成微球與深、淺側(cè)向電阻率出現(xiàn)明顯差異，一般出現(xiàn)正幅度差，且裂縫愈發(fā)育，差異程度愈大。

2.4.2 聲波全波列測井

當(dāng)聲波穿過裂縫時，由于能量轉(zhuǎn)換，聲波能量幅度要減小，對于不同類型的波和不同的裂縫傾角，減小的程度是不同的。低角度縫對縱波影響較小，橫波幅度衰減大;高角度縫則使縱波衰減大，橫波衰減小。

2.4.3 成像測井（FMI）

成像測井信息豐富，圖像顯示直觀，是最有力的裂縫識別手段。當(dāng)裂縫被流體充填時，電阻率一般表現(xiàn)為相對低阻。電成像測井通過對所測量的井壁附近地層電導(dǎo)率曲線進行特殊圖像處理來直觀、清晰地顯示裂縫發(fā)育的條數(shù)和裂縫的傾角。

2.4.4 偶極橫波成像測井

利用偶極橫波的測井信息進行裂縫分析，主要是通過低頻斯通利波的反射來判斷裂縫的存在，該反射主要由介質(zhì)聲阻抗差異引起。斯通利波在傳播過程中與裂縫中的流體發(fā)生能量交換，產(chǎn)生幅度衰減。

2.4.5 利用非線性理論方法檢測和識別地下裂縫

主要應(yīng)用分形、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和灰色理論等技術(shù)方法進行檢測和識別，但尚不成熟。目前，非線性理論方法常和測井技術(shù)、物探技術(shù)聯(lián)合用于預(yù)測儲層巖體裂縫。

3 裂縫表征研究展望

①多手段、多參數(shù)及多尺度開展裂縫定量化、精細(xì)化識別和表征。當(dāng)前，進行裂縫表征和識別的方法主要有傳統(tǒng)地質(zhì)法、測井、錄井、鉆井以及生產(chǎn)動態(tài)分析等方法。地質(zhì)學(xué)方法逐漸朝更精細(xì)、更立體和更微觀的方向發(fā)展。常規(guī)測井通過對微弱信號放大以實現(xiàn)裂縫識別，也將逐漸往立體化和定量化發(fā)展，避免僅“一孔之見”，而要實現(xiàn)“一孔遠(yuǎn)見”。鉆錄井方法在裂縫表征占有重要的地位，但定量化程度還不夠。利用生產(chǎn)資料進行裂縫定量識別是今后的研究方向;

②長期以來，我們對于裂縫定量的表征參數(shù)以裂縫的長度、寬度、密度、產(chǎn)狀、組系、孔隙度和滲透率等;裂縫的充填程度以充填物、充填程度、有效性、連通性以及封閉性等參數(shù)為主。隨著裂縫研究的深入及后期油氣藏開發(fā)的需求，裂縫面粗糙度仍應(yīng)作為裂縫關(guān)鍵參數(shù)進行描述，并應(yīng)當(dāng)引起大家的重視;

③裂縫的控制因素及預(yù)測研究。裂縫的影響因素較多，一般包括構(gòu)造作用、沉積作用及成巖作用等，細(xì)分開來主要包括巖性、巖層厚度、構(gòu)造部位（褶皺及斷裂）、構(gòu)造應(yīng)力、成巖相等。但不同的儲層裂縫，其主控因素不同，因此對裂縫的主控因素研究，應(yīng)該從裂縫的成因機制著手進行分類評價。與之對應(yīng)，目前裂縫預(yù)測方法主要包括應(yīng)力場數(shù)值模擬、地震法、斷裂分形法、巖層曲率法以及綜合預(yù)測等方法，目前的預(yù)測精度仍不能滿足勘探開發(fā)的要求，特別是對于開發(fā)后期裂縫的評價，仍存在非常大的困難。因此，未來裂縫預(yù)測應(yīng)該往多參數(shù)、多尺度、多方法的定量預(yù)測方法發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉敬壽，丁文龍，肖子亢，等.儲層裂縫綜合表征與預(yù)測研究進展[J].地球物理學(xué)進展，2019，34（6）：2283-2300.