渤海油田潛山儲(chǔ)層巖石力學(xué)參數(shù)研究
——以蓬萊油田和錦州南油田為例

許賽男，崔云江，楊洪偉，別旭偉，王培春

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津塘沽 300452）

渤海油田潛山儲(chǔ)層巖石力學(xué)參數(shù)研究
——以蓬萊油田和錦州南油田為例

許賽男，崔云江，楊洪偉，別旭偉，王培春

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津塘沽 300452）

巖石力學(xué)參數(shù)表征巖石力學(xué)性質(zhì)，在裂縫性潛山儲(chǔ)層中表現(xiàn)為不同于砂泥巖儲(chǔ)層的特征。有效裂縫的發(fā)育程度對(duì)縱波、橫波測井值有一定的影響，由此計(jì)算得到的巖石力學(xué)參數(shù)也有相應(yīng)的變化。研究發(fā)現(xiàn)，巖石力學(xué)參數(shù)在潛山儲(chǔ)層不同巖性、不同儲(chǔ)層類型中有不同的響應(yīng)特征；在裂縫發(fā)育段巖石力學(xué)參數(shù)表現(xiàn)為“高泊松比、高體積壓縮系數(shù)、低楊氏模量、低剪切模量”的特征。

巖石力學(xué)參數(shù)；裂縫；潛山儲(chǔ)層；渤海油田

近幾年，隨著渤海油田勘探開發(fā)的不斷深入，花崗巖、變質(zhì)花崗巖等難以評(píng)價(jià)的潛山儲(chǔ)層所占比例越來越大，此類儲(chǔ)層一般具有巖性復(fù)雜、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、非均質(zhì)性強(qiáng)[1,2]等特點(diǎn)，目前常用的常規(guī)測井和成像測井評(píng)價(jià)技術(shù)，在裂縫儲(chǔ)層有效性識(shí)別方面面臨較大挑戰(zhàn)。而巖石力學(xué)參數(shù)在裂縫段和致密段均有不同的測井響應(yīng)特征[3]。因此，本文試圖從研究巖石力學(xué)參數(shù)入手，尋求潛山裂縫識(shí)別和測井評(píng)價(jià)的方法，為今后類似油田的潛山儲(chǔ)層測井評(píng)價(jià)奠定基礎(chǔ)。

1 巖石力學(xué)參數(shù)的定義和計(jì)算

陣列聲波測井進(jìn)行處理可同時(shí)得到縱波、橫波時(shí)差，結(jié)合密度測井曲線，可計(jì)算得到楊氏模量、剪切模量、體積模量、泊松比、體積壓縮系數(shù)（體積模量的倒數(shù)）等巖石力學(xué)參數(shù)。楊氏模量、剪切模量、體積模量分別表征著在不同方向上所加應(yīng)力作用下，所加壓力與發(fā)生的應(yīng)變的比值?？上攵?，在潛山儲(chǔ)層中，裂縫發(fā)育程度不同，發(fā)生同等大小的應(yīng)變，所需的應(yīng)力不同，計(jì)算的巖石力學(xué)參數(shù)數(shù)值存在差異。

2 潛山儲(chǔ)層巖石彈性力學(xué)參數(shù)研究

渤海油田潛山儲(chǔ)層巖性復(fù)雜、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、非均質(zhì)性強(qiáng)，因此，巖石力學(xué)參數(shù)的研究主要從以下三方面進(jìn)行研究：

2.1不同巖性巖石力學(xué)參數(shù)差異

蓬萊油田和錦州南油田是渤海油田兩個(gè)儲(chǔ)量最大的潛山油田，分別發(fā)育花崗巖和變質(zhì)花崗巖儲(chǔ)層。通過鑄體薄片和全巖分析，蓬萊油田和錦州南油田共存在以下六種巖性：輝綠巖、二長花崗巖、閃斜煌斑巖、花崗閃長巖、二長片麻巖和斜長片麻巖。

根據(jù)巖石力學(xué)參數(shù)在不同巖性中響應(yīng)特征不同，分別作了不同巖性的體積壓縮系數(shù)與楊氏模量交會(huì)圖（圖1）以及泊松比與楊氏模量交會(huì)圖（圖2）。從圖1、圖2可以看出，錦州南油田變質(zhì)花崗巖和蓬萊油田花崗巖巖石力學(xué)參數(shù)存在差異。但具體到油田內(nèi)部，錦州南油田二長片麻巖和斜長片麻巖巖石力學(xué)參數(shù)差異不明顯，蓬萊油田二長花崗巖和花崗閃長巖、閃斜煌斑巖在泊松比和楊氏模量交會(huì)圖上有明顯差異，其他巖性巖石力學(xué)參數(shù)差異并不明顯。

圖1 不同巖性體積壓縮系數(shù)與楊氏模量交會(huì)圖

2.2裂縫發(fā)育段巖石力學(xué)參數(shù)特征

圖2 不同巖性泊松比與楊氏模量交會(huì)圖

從圖3可以看出，相對(duì)致密層來說，鉆井取心照片顯示的裂縫發(fā)育段，縱波時(shí)差（DTC）增大不明顯，橫波時(shí)差（DTS）明顯增大，計(jì)算得到的巖石力學(xué)參數(shù)表現(xiàn)為“兩高兩低”的特征：高泊松比（POIS）、高體積壓縮系數(shù)（CMPR）、低楊氏模量（YMOD）、低剪切模量（SMOD）。并且裂縫越發(fā)育，“兩高兩低”的特征越明顯。因?yàn)榱芽p發(fā)育段與致密段相比，發(fā)生同等大小的應(yīng)變，需要的應(yīng)力更小，裂縫越發(fā)育，需要的應(yīng)力越小，根據(jù)巖石力學(xué)參數(shù)的計(jì)算公式可知，楊氏模量和剪切模量越小。依據(jù)此特征可以識(shí)別裂縫發(fā)育段以及裂縫相對(duì)發(fā)育程度。

圖3 裂縫發(fā)育段巖石力學(xué)參數(shù)響應(yīng)特征

2.3不同儲(chǔ)層類型巖石力學(xué)參數(shù)差異

對(duì)蓬萊油田和錦州南油田考慮裂縫在儲(chǔ)層中的儲(chǔ)集、滲流作用，按儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間類型，將潛山儲(chǔ)層主要分為孔隙型、裂縫—孔隙型、孔隙—裂縫型和裂縫型四類。

這四類儲(chǔ)層特點(diǎn)各不相同，測井響應(yīng)特征也存在明顯差異?？紫缎蛢?chǔ)層的儲(chǔ)集空間類型主要為粒間孔、溶蝕孔，在成像測井圖上表現(xiàn)為暗色的斑點(diǎn)，裂縫不發(fā)育（圖4a）；裂縫—孔隙型儲(chǔ)層以粒間孔、溶蝕孔為主要儲(chǔ)集空間，裂縫主要起滲流通道的作用（圖4b）；孔隙—裂縫型儲(chǔ)層以裂縫、溶蝕孔作為主要儲(chǔ)集空間，沿裂縫走向發(fā)育溶蝕孔洞（圖4c）；裂縫型儲(chǔ)層主要發(fā)育在致密層，基質(zhì)孔隙不發(fā)育，儲(chǔ)集空間基本為裂縫（圖4d）。

如圖4所示，儲(chǔ)層類型不同，巖石力學(xué)參數(shù)的高低不同。將四種儲(chǔ)層類型巖石力學(xué)參數(shù)投到總孔隙度和楊氏模量相對(duì)值（圖5）以及裂縫孔隙度和楊氏模量相對(duì)值的交會(huì)圖（圖6）上，可以進(jìn)行更直觀的比較。楊氏模量相對(duì)值△YMOD=（YMOD計(jì)算值－YMODmax）/（YMODmin－YMODmax），是楊氏模量歸一化之后的數(shù)值，無量綱。對(duì)每口井而言，YMODmax、YMODmin是固定不變的，當(dāng)裂縫越發(fā)育，YMOD計(jì)算值越小，楊氏模量相對(duì)值△YMOD則越大。

圖4 不同儲(chǔ)層類型測井響應(yīng)特征及巖石力學(xué)參數(shù)差異

圖5 總孔隙度和楊氏模量相對(duì)值的關(guān)系圖

圖6 裂縫孔隙度和楊氏模量相對(duì)值的關(guān)系圖

從圖5、圖6可以看出，楊氏模量相對(duì)值隨著總孔隙度的增大或裂縫孔隙度的增大而增大。對(duì)于總孔隙度接近的孔隙型和裂縫—孔隙型儲(chǔ)層來說（圖5），裂縫—孔隙型儲(chǔ)層具有更高的楊氏模量相對(duì)值，雖然總孔隙度接近，但裂縫—孔隙型儲(chǔ)層裂縫比較發(fā)育，裂縫的發(fā)育對(duì)提高儲(chǔ)層滲透率、改善儲(chǔ)層品質(zhì)起到很好的作用。也就是說在總孔隙度相同的情況下，裂縫越發(fā)育，楊氏模量相對(duì)值越大。

3 應(yīng)用效果分析

圖7是錦州南油田潛山儲(chǔ)層利用巖石力學(xué)參數(shù)識(shí)別裂縫綜合成果圖，從圖中可以看出巖石力學(xué)參數(shù)呈現(xiàn)“兩高兩低”特征，即高泊松比（POIS）、高體積壓縮系數(shù)（CMPR）、低楊氏模量（YMOD）、低剪切模量（SMOD）的井段為裂縫發(fā)育段。與成像測井顯示該井段裂縫發(fā)育一致，并且與生產(chǎn)測井井下分層產(chǎn)量（QZI）對(duì)應(yīng)關(guān)系很好，楊氏模量越小，對(duì)應(yīng)的井下分層產(chǎn)量（QZI）越高。此外，楊氏模量越小，對(duì)應(yīng)的總孔隙度（POR）或裂縫孔隙度（PORF）也越大。這也說明巖石力學(xué)參數(shù)能很好表征裂縫的有效性，對(duì)潛山儲(chǔ)層測井評(píng)價(jià)具有很好的應(yīng)用價(jià)值。

圖7 錦州南油田4D井利用巖石力學(xué)參數(shù)識(shí)別裂縫發(fā)育段實(shí)例

4 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

通過對(duì)渤海油田潛山儲(chǔ)層巖石力學(xué)參數(shù)的研究，認(rèn)為巖石力學(xué)參數(shù)在不同巖性、不同儲(chǔ)層類型存在差異，在裂縫發(fā)育段表現(xiàn)為“兩高兩低”的特征。本文對(duì)渤海油田潛山儲(chǔ)層巖石力學(xué)參數(shù)特征的研究成果對(duì)其他類似油田潛山儲(chǔ)層裂縫的識(shí)別及裂縫儲(chǔ)層測井評(píng)價(jià)具有重要的指導(dǎo)作用。

[1] 周心懷, 項(xiàng)華, 于水, 等. 渤海錦州南變質(zhì)巖潛山油藏儲(chǔ)集層特征與發(fā)育控制因素[J]. 石油勘探與開發(fā), 2005, 32(6): 17-20.

[2] 張建民, 趙春明, 馬奎前, 等. 渤海海域湖相碳酸鹽巖儲(chǔ)層研究方法——以XX油田深層生屑云巖為例[J]. 海洋石油, 2010, 30(4): 32-38.

[3] 陳冬, 陳力群, 魏修成, 等. 火成巖裂縫性儲(chǔ)層測井評(píng)價(jià)——以準(zhǔn)噶爾盆地石炭系火成巖油藏為例[J]. 石油與天然氣地質(zhì), 2011, 32(1): 83-89.

Study on Rock Mechanical Parameters of Buried Hill Reservoirs in Bohai Oilfield——Examples of Penglai and South Jinzhou Oilfields

XU Sainan, CUI Yunjiang, YANG Hongwei, BIE Xuwei, WANG Peichun
（Tianjin Branch of CNOOC Ltd.,Tanggu Tianjin300452,China）

Rock properties can be characterized by rock mechanical parameters. The reservoir properties of fractured buried hill reservoirs are quite different from those of sand shale reservoirs. The magnitude of effective fracture will influence the logging values of P-waves and S-waves, the rock mechanical parameters calculated from the logging values will be different accordingly. Researches have indicated that the rock mechanical parameters have different response characteristics in different lithologies or reservoir types of buried hill reservoir. The rock mechanical parameters are characterized by high Poisson’s Ratio, high bulk compressibility, low Young’s modulus, and low shear modulus in fracture developed reservoirs.

rock mechanical parameters; fracture; buried hill reservoir; Bohai Oilfield

P631.8+1

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2014.04.080

1008-2336（2014）04-0080-04

2013-12-23；改回日期：2014-02-08

許賽男，女，1982年生，2008年畢業(yè)于長江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，獲碩士學(xué)位，從事測井資料解釋工作。E-mail：xusn@cnooc.com.cn。