安棚深層系井剖面裂縫特征及識別

周永強，劉崢君，黎 明，韓豐華，廖 晶，閆永芳

(中國石化河南油田分公司勘探開發(fā)研究院，河南鄭州 450046)

安棚深層系井剖面裂縫特征及識別

周永強，劉崢君，黎 明，韓豐華，廖 晶，閆永芳

(中國石化河南油田分公司勘探開發(fā)研究院，河南鄭州 450046)

對于油氣田開發(fā)，地層中裂縫是油氣滲流通道和儲集空間，系統(tǒng)研究地層中天然裂縫的分布及特征規(guī)律能幫助更好地開發(fā)油氣。根據(jù)巖心、測井等資料對安棚油田深層系裂縫的產(chǎn)狀及組系、充填及有效性、發(fā)育密度等特征進行分析；并對天然裂縫的測井響應特征進行研究，對裂縫參數(shù)進行解釋，建立裂縫判別模型，進而對井剖面天然裂縫進行識別與評價。

安棚油田；深層系；天然裂縫；判別模式

安棚油田深層系是典型的低孔特低滲油氣藏[1-2]，本次研究主要對安棚深層系井剖面裂縫進行研究。裂縫是低滲透儲層油氣的有效儲集空間和流體流動的主要通道，它影響著地層流體的滲流，研究裂縫發(fā)育特征對油井產(chǎn)能、開發(fā)方案部署有著重要的作用[3-5]。因此，開展井剖面裂縫特征及識別研究，可以更好地認識安棚油田裂縫的分布規(guī)律，對指導安棚深層系油藏的開發(fā)方案調(diào)整、提高低滲透油氣藏的勘探和開發(fā)水平具有十分重要的理論和實際意義[6-9]。

1 井剖面天然裂縫基本特征

1.1 產(chǎn)狀及組系

通過觀察該區(qū)域20口井上累計長度1 261.8 m的巖心，共統(tǒng)計出發(fā)育裂縫566條。其中低角度斜交裂縫(除去誘導水平裂縫)僅發(fā)育2條，裂縫傾角主要為75°～85°，占裂縫總條數(shù)的82.87%，平均裂縫傾角為81.56°(圖1)。根據(jù)不同巖性中天然裂縫的統(tǒng)計來看，在砂巖中裂縫傾角主要分布于75°～85°，占裂縫總數(shù)82.87%。泥巖中裂縫傾角主要分布于75°～85°，占其裂縫總數(shù)90.54%。砂礫巖中裂縫傾角主要分布于70°～80°，占其裂縫總數(shù)的62.96%(圖2)。

裂縫的組系依據(jù)3口井的定向取心資料和2口井的成像測井資料進行確定。安棚深層系共存在4個裂縫組系，其中以近EW組系裂縫最發(fā)育，其次是NE-SW、NW-SE組系，SN組系裂縫相對不發(fā)育。平面上，裂縫組系的發(fā)育相對穩(wěn)定，以近EW向穩(wěn)定發(fā)育，不受鼻狀構(gòu)造形態(tài)和部位的控制，其次在構(gòu)造西面NE組系相對較發(fā)育。

圖1 20口取心井裂縫傾角柱狀圖

圖2 20口取心井不同巖性裂縫傾角柱狀圖

1.2 充填及有效性

巖心、薄片上所觀察裂縫的有效性高，充填程度低，充填裂縫一般以方解石充填為主，多以半充填和方解石充填后后期溶蝕為主，全充填少見；裂縫溶蝕情況普遍，且經(jīng)常溝通裂縫附近的基質(zhì)孔隙造成較強的溶蝕作用；另外薄片下所見到呈網(wǎng)狀、平行組系發(fā)育有效微裂縫構(gòu)成了有效裂縫網(wǎng)絡(luò)，有效性高。

本次研究分砂巖泥巖兩個巖性對20口取心井的裂縫充填情況進行了統(tǒng)計，其中砂巖內(nèi)無充填裂縫占72%，充填裂縫占28%；而泥巖內(nèi)無充填裂縫占55%，充填裂縫占45%；砂巖和泥巖中充填裂縫多數(shù)未完全充填，從統(tǒng)計情況來看砂巖中裂縫有效程度高于泥巖。

1.3 發(fā)育密度

從巖心、成像測井觀察統(tǒng)計裂縫發(fā)育密度來看，安棚油田深層系裂縫發(fā)育程度在平面上和縱向上具有一定的非均質(zhì)性。在平面上各單井巖心統(tǒng)計平均裂縫線密度為0.22～2.1條/m，其中B252、B255、B212、A3006取心統(tǒng)計平均裂縫線密度超過1條/m，而A3002、A2034、A84、A2031井平均裂縫線密度小于0.5條/m(圖3)；縱向上也如此，如B252井Ⅶ1、Ⅶ2油層取心裂縫線密度為1.63條/m，而Ⅶ9～Ⅶ12油層裂縫線密度高達2.2條/m。

圖3 不同井取心段統(tǒng)計平均裂縫線密度分布

2 井剖面天然裂縫的測井響應特征

通過對比取心井段裂縫發(fā)育段與非裂縫發(fā)育段的測井曲線典型特征，可以定性判斷有效裂縫具有聲波時差增大、密度減小、電阻率減小、電阻率幅度差增大等電性特征。

為了獲取裂縫的測井響應特征，研究中分別選取了砂巖和泥巖兩種巖性內(nèi)典型樣本各41個、65個；其中砂巖內(nèi)有效裂縫段樣本22個，非裂縫段樣本19個，泥巖內(nèi)有效裂縫段樣本34個，非裂縫段樣板31個?；谏鲜鰳颖緦鳂颖军c的電性特征進行交會分析，通過分析，砂巖內(nèi)有效裂縫在電阻率-深淺電阻率差、聲波-密度交匯圖版上能較好的進行區(qū)分(圖4、圖5)，而在其它測井系列中難以進行區(qū)分；而泥巖內(nèi)有效裂縫能在電阻率-深淺電阻率差、中子-密度、聲波-密度交匯圖版上能較好的進行區(qū)分(圖6、圖7)，而在其它測井系列中難以進行區(qū)分。

3 井剖面天然裂縫判別標準建立

圖4 砂巖內(nèi)有效裂縫與非有效裂縫電阻率-深淺電阻率差交會特征

圖5 砂巖內(nèi)有效裂縫與非有效裂縫聲波-密度交會特征

圖6 泥巖內(nèi)有效裂縫與非有效裂縫中子-密度交會特征

3.1 裂縫參數(shù)解釋

裂縫孔隙度計算模型主要根據(jù)裂縫發(fā)育段與雙側(cè)向電阻率電性變化的規(guī)律來建立。此方法對裂縫孔隙度的解釋需要滿足以下條件：①基塊沒有受到泥漿侵入裂縫影響；②深淺雙側(cè)向測得的兩條電阻率曲線存在幅度差。A.M.Sibbit和Q.Faivre(1984年)提出油氣層中裂縫孔隙度計算公式和水層中裂縫孔隙度計算公式[10]。

圖7 泥巖內(nèi)有效裂縫與非有效裂縫聲波-密度差交會特征

(1)

(2)

根據(jù)油氣層的情況，認為Sxofr=1，Swfr=0，將式(1)、式(2)合并得到式(3)。

考慮泥漿侵入：

考慮深侵入Rt替換RLLD：

(3)

根據(jù)水層的情況，認為Sxofr=0，Swfr=1，將式(1)、式(2)合并得到式(4)。

考慮泥漿侵入：

考慮深侵入Rt替換RLLD：

(4)

式中：Rt=2.589×RLLD-1.589×RLLS，地層真實電阻率，Ω·m；φb——基巖孔隙度，%；Swb——基巖含水飽和度，%；Rw——地層水電阻率，Ω·m；Swfr——裂縫含水飽和度，%；Sxofr——井壁附近裂縫含水飽和度，%；φfr——裂縫孔隙度，%；mfr——裂縫含水飽和度指數(shù)；mb——基巖孔隙度指數(shù)；nb——基巖含水飽和度隙度指數(shù)；mfr——裂縫孔隙度指數(shù)。

裂縫滲透率按照A.M.Sibbit和Q.Faivre1984年提出的式(5)進行計算獲得。

Kf=5.55×10-12×b2×φ

(5)

式中：Kf——裂縫滲透率，10-3μm2；φ——基巖孔隙度，%；b——裂縫張開度，cm；CLLd、CLLS、Cm——分別為地層深側(cè)向、淺側(cè)向電導率和泥漿電導率，S/m；RLLd、RLLS、Rm——分別為地層深側(cè)向、淺側(cè)向電阻率和泥漿電阻率，Ω·m；α——裂縫面與近于垂直井軸面的交角即裂縫面視傾角，(°)；r——井筒半徑，cm；Dd、Ds——分別為地層深側(cè)向電極探測深度、淺側(cè)向電極探測深度，cm；H——側(cè)向測井聚焦電流層厚度，cm。

基于上述裂縫參數(shù)解釋模型，對研究區(qū)部分鉆井井剖面裂縫參數(shù)進行了解釋(表1)。

表1 基于常規(guī)測井解釋部分井裂縫參數(shù)情況

3.2 測井判別模型建立

1921年P(guān)earson首先提出判別分析這種方法。1936年，F(xiàn)isher根據(jù)不同類別所特有的特征變量來建立待判別樣品歸類的數(shù)學模型。其基本原理是從總體中選出需要的判別樣本，建立特定的判別規(guī)則來將這些需要判別的樣本進行歸類。判別分析法的最重要一部分是確定判別函數(shù)，而這時我們需要使用一些準則來約束判別函數(shù)的系數(shù)，如費歇爾(Fisher)準則、貝葉斯(Bayes)準則、最小二乘準則、庫巴克準則、不確定性準則，其中較常用的是前兩種[10]。由于費歇爾(Fisher)判別析方法不考慮總體中各自出現(xiàn)的概率，雖然使計算過程簡單，但是理論解釋不夠合理；而貝葉斯(Bayes)判別能根據(jù)條件概率的大小很好的對需要判別樣本做出歸類，所以本次研究我們選用貝葉斯判別方法來完成裂縫判別模型建立。

設(shè)原始數(shù)據(jù)xij(i=1，2，…，n；j=1，2，…，m)，得到極差變換公式：

(6)

式中：xj(max)——n個樣品中第j個變量的最大值；xj(min)——n個樣品中第j個變量的最小值。經(jīng)極差變化后，各測井參數(shù)分布在0～1之間。

本次對安棚油田深層系的研究，將裂縫分為兩大類，第一類為有效縫(未充填裂縫和半充填裂縫)，第二類為非裂縫。按照砂巖、泥巖兩個樣本空間來進行判別模型的建立。判別典型樣本選擇以測井響應特征分析砂巖41個樣本和泥巖65個樣本構(gòu)成的兩個樣本空間；經(jīng)過逐步判別分析獲得兩個樣本空間的有效裂縫判別函數(shù)如下。

(1)砂巖判別模型

Y1=2.148AC+847.286DEN-0.02Rt+

(7)

Y2=1.984AC+877.404DEN-0.014Rt+

(8)

(2)泥巖判別模型

Y1=1.602AC+322.096DEN-0.035Rt+

(9)

Y2=1.526AC+330.945DEN-0.044Rt+

(10)

式中：Y1——有效裂縫段判別函數(shù)；Y2——非有效裂縫段判別函數(shù)；AC——聲波時差測井；DEN——密度測井；Rt——地層電阻率，Ω·m；Rxo——侵入帶電阻率，Ω·m。

上述判別模型中，砂巖有效裂縫判別模擬回判率可以達到97%，泥巖有效裂縫判別模型回判率可以達到86.5%；回判率表明了模型預測可靠程度，因此該判別模型對井剖面裂縫的解釋具有較好的可靠性。

3.3 井剖面天然裂縫的識別與評價

根據(jù)巖心、成像測井與常規(guī)測井裂縫參數(shù)解釋和判別函數(shù)模型的計算結(jié)果來建立砂巖、泥巖兩類常規(guī)測井裂縫識別標準(表2)。并基于該標準對研究區(qū)鉆井剖面進行了解釋，其解釋結(jié)果與實際情況具有很好的吻合性。

表2 常規(guī)測井裂縫識別標準

4 結(jié)論

安棚油田深層系裂縫主要以垂直縫和高角度斜交縫為主，其次為低角度斜交縫。裂縫分布廣泛，裂縫組系的發(fā)育相對穩(wěn)定，以近EW向穩(wěn)定發(fā)育。裂縫有效性較好，且裂縫發(fā)育具有非均質(zhì)性。通過對井剖面裂縫測井響應特征的分析，建立裂縫判別模型，對井剖面天然裂縫進行了識別，其識別結(jié)果和實際情況吻合性較好。

[1] 孫家振，李蘭斌，楊振峰，等. 泌陽凹陷的含油氣構(gòu)造特征與演化歷史[J].石油學報，1995，16 (4)：55-61.

[2] 王敏，秦偉軍，趙追，等. 南襄盆地泌陽凹陷油氣藏形成條件及聚集規(guī)律[J].石油與天然氣地質(zhì)，2001，22(2)：169-172.

[3] 周文，閆長輝，王洪輝，等. 泌陽凹陷安棚油田核三段儲層天然裂縫特征研究[J].礦物巖石，2003，23(3)：57-60.

[4] 穆龍新，趙國良，田中元，等. 儲層裂縫預測研究[M]. 北京：石油工業(yè)出版社，2009：1-16.

[5] 鄧虎成，斷層共生裂縫系統(tǒng)的發(fā)育規(guī)律及分布評價[D].四川成都：成都理工大學，2009.

[6] 鄧虎成，周文. 鄂爾多斯盆地麻黃山地區(qū)侏羅系延安組裂縫分布綜合評價[J].桂林工學院學報，2009，29(2)：229-235.

[7] 鞏磊，曾聯(lián)波.南襄盆地安棚淺、中層系特低滲儲層裂縫特征及其與深層系裂縫對比[J].石油與天然氣地質(zhì)，2012，33(5)：778-784.

[8] 楊永利，姜建偉.安棚油田深層系低滲透儲層裂縫及其貢獻[J].斷塊油氣田，2009，16(5)：34-36.

[9] 段心建，馮士平.泌陽凹陷安棚深層儲集層裂縫特征及勘探潛力[J].新疆石油地質(zhì)，2002，23(1)：30-32.

[10] 王翠麗.鎮(zhèn)涇探區(qū)長9油層組裂縫發(fā)育特征及分布評價研究[D].四川成都：成都理工大學，2012.

編輯：吳官生

1673-8217(2015)04-0097-04

2015-01-20

周永強，工程師，1983年生，2005年畢業(yè)于西安石油大學石油工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事低滲透油氣藏開發(fā)及管理工作。

TE111.2

A