南港油田板2油組深層致密砂巖裂縫預(yù)測(cè)及成因研究

楊佩佩 盧 異 周 楊 吳 剛 李文亮 任光文

（①中國(guó)石油大港油田公司勘探開發(fā)研究院；②中國(guó)石油大港油田分公司第一采油廠）

0 引言

近年來，國(guó)內(nèi)外各含油氣盆地的勘探重點(diǎn)逐步向深層轉(zhuǎn)移。不斷拓展深層油氣勘探領(lǐng)域，已成為國(guó)內(nèi)陸上油氣勘探開發(fā)必然的戰(zhàn)略抉擇。深部?jī)?chǔ)層普遍低滲致密，一般無自然產(chǎn)能。關(guān)于深層不同類型儲(chǔ)集體在經(jīng)歷長(zhǎng)期復(fù)雜成巖改造后的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層成因及預(yù)測(cè)是制約油氣勘探的重要問題之一[1]。

南港油田沙一下亞段板2 油組埋深3 800～4 500 m，砂巖孔隙度為7.1%～19.8%，滲透率為0.2～16.5 mD。截至目前，已實(shí)施23 口井，產(chǎn)量差異比較大，部分井無產(chǎn)量，G 178、B 228 井試油獲80 t 以上高產(chǎn)。鏡下觀察B 228 井板2 油組巖心發(fā)育天然裂縫，初步分析認(rèn)為裂縫影響產(chǎn)能。

南港油田沙一下亞段板2油組砂巖具有埋藏深且致密的特點(diǎn)，是典型的孔隙-裂縫雙重介質(zhì)儲(chǔ)層。裂縫非均質(zhì)性強(qiáng)，形成機(jī)制復(fù)雜，在油氣成藏和發(fā)育過程中起著重要作用[2]，因而對(duì)裂縫的研究和預(yù)測(cè)具有重要意義。為了實(shí)現(xiàn)雙重介質(zhì)油藏的高效開發(fā)，本文以南港油田為研究區(qū)、板2 油組為研究層系，綜合巖心、常規(guī)測(cè)井、三維地震資料，分析裂縫發(fā)育特征并探討其成因。利用低成本常規(guī)測(cè)井資料進(jìn)行儲(chǔ)層裂縫識(shí)別具有重要意義[3-6]，通過常規(guī)測(cè)井曲線的裂縫響應(yīng)特征，建立裂縫識(shí)別常數(shù)模型，結(jié)合巖心鏡下裂縫發(fā)育情況，評(píng)價(jià)裂縫縱向發(fā)育情況。同時(shí)，利用地震多屬性的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法將測(cè)井與地震數(shù)據(jù)結(jié)合起來預(yù)測(cè)裂縫平面發(fā)育程度[7-16]，結(jié)合儲(chǔ)層與生產(chǎn)動(dòng)態(tài)資料開展致密砂巖分區(qū)，指導(dǎo)下一步勘探開發(fā)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

南港油田位于歧口凹陷的歧北斜坡帶，歧口凹陷在新生代表現(xiàn)為伸展盆地，斷層幾乎全部為伸展斷裂，伸展、走滑是盆地形成發(fā)育的兩大控制因素[17-19]。研究區(qū)主要發(fā)育來自燕山物源的重力流水道砂體，NS向延伸，多期疊置連片分布。

研究區(qū)主要含油層系為沙一下亞段板2 油組，為壘塊背景上的反向斷鼻構(gòu)造，中間被NE向的B 228井?dāng)鄬臃指睿瑸橐栏接贕 178 井?dāng)鄬拥姆聪虮菭顦?gòu)造。主控?cái)鄬訛楦蹡|斷層，其次為G 178 井?dāng)鄬雍虰 228井?dāng)鄬?。B 228 井?dāng)鄬颖币戆l(fā)育壘塊構(gòu)造，南翼發(fā)育塹塊構(gòu)造。板2 油組頂界構(gòu)造圖上，高點(diǎn)埋深為3880 m，向東和向西南方向地層逐漸變陡（圖1）。

圖1 南港油田板2油組構(gòu)造

現(xiàn)有鉆井試油資料表明，研究區(qū)多口井試油高產(chǎn)。儲(chǔ)層巖性為巖屑長(zhǎng)石砂巖，微觀儲(chǔ)集空間主要發(fā)育次生粒間-粒內(nèi)溶蝕孔隙、裂縫。研究區(qū)油氣資源富集，為典型的深層低滲裂縫型油藏，厘清裂縫發(fā)育分布，是有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2 方法原理

利用常規(guī)測(cè)井資料，分析常規(guī)測(cè)井曲線上對(duì)應(yīng)的裂縫響應(yīng)特征，根據(jù)響應(yīng)特征確定對(duì)應(yīng)的表征裂縫發(fā)育程度的定量指標(biāo)，對(duì)各個(gè)指定指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、歸一化、概率化等處理變換，再結(jié)合各個(gè)指標(biāo)對(duì)裂縫發(fā)育敏感程度賦予不同的權(quán)重值，最后加權(quán)求和獲得裂縫識(shí)別常數(shù)（FIC）[2]。

2.1 裂縫識(shí)別指標(biāo)定義

2.1.1 聲波時(shí)差曲線變化率指標(biāo)

有裂縫發(fā)育的井段通常會(huì)導(dǎo)致對(duì)應(yīng)位置所測(cè)得的聲波時(shí)差曲線出現(xiàn)異常的抖動(dòng)，這些異常特征對(duì)應(yīng)曲線段的數(shù)據(jù)變化率會(huì)出現(xiàn)異常增大。所以聲波時(shí)差曲線變化率指標(biāo)（Δxi）可以定量表征裂縫的發(fā)育程度，公式如下：

式中：xi為第i個(gè)聲波時(shí)差曲線采樣點(diǎn)，μs/m。

2.1.2 地層因素比值

由于地層因素取決于巖性、孔隙度及其結(jié)構(gòu)等特征，定義地層因素為通過電阻率測(cè)井和孔隙度測(cè)井兩種方式計(jì)算的地層因素之比來表征裂縫的發(fā)育，具體公式為：

式中：FRP為地層因素，無量綱；RW為地層水電阻率，Ω·m；RLLD為深側(cè)向電阻率，Ω·m；a為巖性系數(shù)；m為巖石孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)；φ為孔隙度，%。

2.1.3 電阻率侵入校正差比值法

電阻率侵入校正差比值法基于雙側(cè)向電阻率測(cè)井資料進(jìn)行裂縫識(shí)別，由雙側(cè)向電阻率測(cè)井計(jì)算出或直接由已知測(cè)井曲線得到地層真電阻率，然后采用構(gòu)造電阻率侵入校正差比值曲線來識(shí)別裂縫，計(jì)算公式如下：

式中：RTC為電阻率侵入校正差比值，無量綱；Rt為地層真電阻率，Ω·m；RLLS為淺側(cè)向電阻率，Ω·m。

2.1.4 飽和度比值法

地層裂縫發(fā)育導(dǎo)致鉆井液和濾液侵入地層，靠近井壁的地層侵入強(qiáng)烈，遠(yuǎn)離井壁的地層侵入影響較小，導(dǎo)致SXO≥SW。飽和度比值公式為：

式中：SWX為飽和度比值，無量綱；SXO、SW分別為沖洗帶含水飽和度和原狀地層含水飽和度，%；RXO為沖洗帶電阻率，Ω·m；Rmf為鉆井液濾液電阻率，Ω·m。

2.2 裂縫識(shí)別常數(shù)

裂縫在不同曲線上特征響應(yīng)的強(qiáng)弱程度不同，導(dǎo)致最后計(jì)算出的不同指標(biāo)對(duì)裂縫信息的識(shí)別敏感程度有一定的差異。裂縫識(shí)別常數(shù)（FIC）根據(jù)不同指標(biāo)識(shí)別裂縫能力的強(qiáng)弱，分別賦予不同的權(quán)重值，通過加權(quán)平均獲得最終能代表裂縫發(fā)育情況的參數(shù)[2]。對(duì)所有裂縫指標(biāo)，得出綜合反映裂縫發(fā)育程度的FIC為：

式中：i＝1，2,…，n（n代表裂縫識(shí)別指標(biāo)的個(gè)數(shù)）；yi為第i種反映裂縫的特征指標(biāo)值；wi為第i種裂縫指標(biāo)的權(quán)重值。

2.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)裂縫分布

測(cè)井響應(yīng)與地震屬性之間的關(guān)系非常復(fù)雜，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在解決這類問題上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有完善的學(xué)習(xí)功能、獨(dú)特的適應(yīng)能力、聯(lián)想記憶能力和信息處理能力等。它可以完成輸入與輸出之間的復(fù)雜非線性映射，對(duì)簡(jiǎn)單的非線性函數(shù)進(jìn)行多次復(fù)合，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜函數(shù)關(guān)系的轉(zhuǎn)換[16]。其基本算法概念是模擬人類大腦對(duì)捕捉到的多現(xiàn)象、多信號(hào)進(jìn)行快速識(shí)別，以實(shí)現(xiàn)模糊分類和估計(jì)。應(yīng)用地震多屬性人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，可以發(fā)現(xiàn)地震屬性與目標(biāo)曲線之間的非線性聯(lián)系[20-23]。本研究通過Petrel 軟件的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊將地震屬性和FIC聯(lián)系起來，進(jìn)而用研究區(qū)的地震資料反演裂縫發(fā)育特征。

3 裂縫預(yù)測(cè)

3.1 典型井裂縫識(shí)別常數(shù)

研究區(qū)于2008 年在斷塊東南部部署探井B 228井，完鉆井深4 762 m，試油井段4 172.5～4 187.0 m，油層厚度13.1 m，日產(chǎn)油85.95 t，日產(chǎn)氣24 291 m3。B 228 井常規(guī)測(cè)井FIC計(jì)算結(jié)果如圖2 所示。通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，在同一井段，不同的裂縫指標(biāo)計(jì)算出的裂縫發(fā)育概率不同，說明不同的裂縫指標(biāo)對(duì)該井段裂縫發(fā)育的敏感性不同。將FIC與實(shí)鉆巖心裂縫發(fā)育情況比較，4 178、4 189、4 259 m 的巖心發(fā)育NE、NE、EW 向裂縫，4 172、4 223、4 298 m 的巖心裂縫不發(fā)育，可以發(fā)現(xiàn)FIC值大對(duì)應(yīng)的巖心裂縫發(fā)育，兩者吻合程度較高，說明FIC能很好地表征裂縫發(fā)育強(qiáng)度，同時(shí)說明該方法識(shí)別裂縫的有效性。

圖2 B 228井常規(guī)測(cè)井FIC與取心裂縫綜合柱狀圖

將裂縫預(yù)測(cè)結(jié)果與試油結(jié)果對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，干層對(duì)應(yīng)井段的裂縫發(fā)育相對(duì)弱，而含油層的對(duì)應(yīng)井段裂縫發(fā)育，油層主要見于砂巖裂縫中。FIC的變化特征與孔隙度變化具有很好的一致性，所以準(zhǔn)確有效地預(yù)測(cè)出裂縫發(fā)育分布情況，是裂縫型儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的主要方向。

3.2 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的疊后地震裂縫預(yù)測(cè)

3.2.1 疊后地震裂縫預(yù)測(cè)

地震屬性優(yōu)化是儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)。首先通過合適的參數(shù)計(jì)算生成需要的地震屬性，進(jìn)行多屬性對(duì)比和分析，通過視覺特征、相關(guān)性、差異性等定性和定量的對(duì)比，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)認(rèn)識(shí)和研究經(jīng)驗(yàn)，從眾多的地震屬性中優(yōu)選出比較敏感的地震屬性。在這個(gè)研究中選擇的地震屬性包括：均方根振幅屬性、相對(duì)波阻抗屬性、相干屬性、曲率屬性（圖3）。

圖3 板2油組地震屬性平面分布圖

將目的層段的FIC與地震屬性進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果表明，均方根振幅屬性、相對(duì)波阻抗屬性、相干屬性、曲率屬性的地震反射特征與FIC的縱向變化具有很好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.88 左右，如圖4 所示。建立地震屬性與FIC的關(guān)系，通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練FIC模型（圖5）。

圖4 地震屬性與裂縫識(shí)別常數(shù)FIC相關(guān)性分析

由圖5 可見，B 228、G 178、G 126 井周圍的區(qū)域裂縫發(fā)育，裂縫主要發(fā)育在B 228 井?dāng)鄬雍虶 178 井?dāng)鄬痈浇?，主要位于雙斷裂斜交的伴生破碎帶的地壘式構(gòu)造中，表明裂縫發(fā)育受斷裂控制。

圖5 FIC預(yù)測(cè)平面分布圖

3.2.2 儲(chǔ)層有利區(qū)預(yù)測(cè)

對(duì)研究區(qū)的砂巖厚度進(jìn)行了研究，整體表現(xiàn)為東西向厚薄交替發(fā)育，南北向呈帶狀分布特征。結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)FIC模型的平面分布結(jié)果，裂縫在B 228、G 126、G 178 井都很發(fā)育，即裂縫主要沿著G 178 井?dāng)嗔押虰 228 井?dāng)嗔寻l(fā)育（圖6 藍(lán)色虛線標(biāo)注范圍）。綜合裂縫發(fā)育情況、砂巖厚度以及產(chǎn)能評(píng)價(jià)結(jié)果，將裂縫發(fā)育并且厚度大于10 m 的砂巖劃分為Ⅰ類儲(chǔ)層，該類儲(chǔ)層試油無需壓裂，自噴高產(chǎn)；將裂縫不發(fā)育但厚度大于10 m 的砂巖劃分為Ⅱ類儲(chǔ)層，試油具備一定產(chǎn)能，壓裂后可高產(chǎn)。Ⅰ類、Ⅱ類儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)域是下一步勘探開發(fā)的重點(diǎn)目標(biāo)區(qū)，儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)分布及有利區(qū)劃分如圖6和表1所示。

表1 儲(chǔ)層有利區(qū)劃分

圖6 砂巖厚度和裂縫分布耦合圖

4 裂縫發(fā)育主控因素分析

4.1 斷裂活動(dòng)對(duì)裂縫發(fā)育的控制

歧口凹陷新生代的走滑活動(dòng)貫穿新生代盆地的形成和發(fā)育過程，走滑活動(dòng)控制了歧口凹陷的結(jié)構(gòu)及構(gòu)造分區(qū)[19]。研究區(qū)隱伏走滑帶以西為夾持于濱海斷層與歧東斷層之間的復(fù)“Y”字型構(gòu)造，隱伏走滑帶以東發(fā)育多條北掉階狀斷裂，長(zhǎng)期發(fā)育，溝通油源。斷裂帶附近的鉆井裂縫型儲(chǔ)層發(fā)育，油氣顯示好。位于走滑斷裂帶附近的G 178、B 228 井，實(shí)鉆取心裂縫發(fā)育且高產(chǎn)油，說明走滑斷裂活動(dòng)中派生發(fā)育的裂縫明顯改善了儲(chǔ)層物性。同時(shí)，雙斷裂斜交的地壘式構(gòu)造形成了伴生破碎，控制了裂縫的發(fā)育。

4.2 巖相對(duì)裂縫發(fā)育的控制

研究區(qū)發(fā)育多套砂體，不同類型沉積相帶砂體整體致密，物性差異不大，砂體對(duì)于裂縫的發(fā)育具有顯著影響。巖性特征為灰褐色不同厚度的中細(xì)砂巖和含礫砂巖，夾有深灰色、灰黑色砂質(zhì)泥巖和泥巖。砂巖總體粒度為細(xì)粒，沙一上亞段沉積物粒度變粗，砂礫巖沉積發(fā)育。泥、礫石的粒徑和產(chǎn)狀各不相同，有平臥、傾斜和直立3種，是泥沙快速堆積而沒有時(shí)間調(diào)整方向的結(jié)果，是重力流整體搬運(yùn)和快速沉積的重要體現(xiàn)。由于分支水道有利于大套砂巖發(fā)育，水動(dòng)力活動(dòng)較強(qiáng)，為裂縫發(fā)育及溶蝕作用提供了基質(zhì)。

5 結(jié)論

（1）本文通過常規(guī)測(cè)井曲線的裂縫響應(yīng)特征，建立裂縫識(shí)別常數(shù)FIC模型，可以有效評(píng)價(jià)裂縫縱向發(fā)育情況。通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)將地震屬性和FIC聯(lián)系起來，用地震資料成功地反演了裂縫平面發(fā)育程度。

（2）用常規(guī)測(cè)井曲線計(jì)算得到典型井的FIC，與巖心實(shí)測(cè)資料高度相關(guān)。無巖心區(qū)域用地震資料反演FIC分布，主要分布在G 178 井?dāng)嗔押虰 228 井?dāng)嗔阎g的區(qū)域。走滑斷裂活動(dòng)中派生發(fā)育的裂縫明顯改善了儲(chǔ)層物性。同時(shí)，雙斷裂斜交的地壘式構(gòu)造區(qū)域裂縫最為發(fā)育。分支水道有利于大套砂巖發(fā)育，水動(dòng)力活動(dòng)較強(qiáng)，為裂縫發(fā)育及溶蝕作用提供了基質(zhì)。

（3）結(jié)合斷裂、裂縫、砂巖厚度以及產(chǎn)能評(píng)價(jià)結(jié)果，將研究區(qū)儲(chǔ)層劃分為4 類，其中：裂縫發(fā)育并且厚度大于10 m 的砂巖劃分為Ⅰ類儲(chǔ)層，此類儲(chǔ)層無需壓裂，試油可自噴高產(chǎn)；裂縫不發(fā)育但厚度大于10 m的砂巖劃分為Ⅱ類儲(chǔ)層，此類儲(chǔ)層試油具備一定產(chǎn)能，壓裂后可高產(chǎn)。Ⅰ類、Ⅱ類儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)域是下一步勘探開發(fā)的重點(diǎn)目標(biāo)區(qū)，該認(rèn)識(shí)可以指導(dǎo)下一步勘探開發(fā)及產(chǎn)能評(píng)價(jià)工作。