鄂爾多斯盆地西部油區(qū)延長組致密油儲(chǔ)層裂縫測井評價(jià)

林利飛,高毅,尹帥,胡國祥,馬絨利,張小莉

(1.延長油田股份有限公司開發(fā)部,陜西延安716000;2.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院,陜西西安710065;3.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系,陜西西安710069)

0 引 言

鄂爾多斯盆地西部油區(qū)上三疊統(tǒng)延長組發(fā)育大型致密砂巖油藏[1-4]。強(qiáng)非均質(zhì)性致密砂巖油藏的分布規(guī)律十分復(fù)雜,以往針對該地區(qū)油藏甜點(diǎn)的預(yù)測依據(jù)主要為烴源巖展布、沉積微相物性及成巖作用[3-7]。但是,近年來,該地區(qū)延長組致密砂巖中發(fā)現(xiàn)了大量的巖心裂縫,這些裂縫多為垂直縫,具有剪切性質(zhì),其垂向貫穿深度多分布在1～5 m[2-4],裂縫的存在可以顯著提高儲(chǔ)層的滲透性[8-13]。因此,系統(tǒng)開展針對鄂爾多斯盆地西部油區(qū)上三疊統(tǒng)延長組裂縫的精細(xì)測井評價(jià)十分迫切。

鄂爾多斯盆地西部油區(qū)延長組地層整體較為平緩,橫向每千米地層的起伏度通常低于10 m。但相比鄂爾多斯盆地內(nèi)部構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)而言,該地區(qū)構(gòu)造活動(dòng)相對強(qiáng)一些,表現(xiàn)為發(fā)育一些小規(guī)模斷裂[2-3]。因此,西部油區(qū)的構(gòu)造活動(dòng)相對強(qiáng)一些。然而,隨著勘探開發(fā)的深入進(jìn)行,人們在鄂爾多斯盆地低幅度構(gòu)造區(qū)致密砂巖中發(fā)現(xiàn)了越來越多的裂縫[2,14]。雖然裂縫的發(fā)育程度較低,但其對油氣運(yùn)移和富集的影響依然不可忽視[15-18]。鄂爾多斯盆地西部油區(qū)延長組的宏觀縫主要為剪切縫,而微裂縫主要為張剪縫[19-22]。這些裂縫一方面能增強(qiáng)流體的運(yùn)移及成藏聚集能力,另一方面,也能影響壓裂效果[23-25]。因此,裂縫是地質(zhì)及工程評價(jià)的重要參數(shù)[21-24]。對于致密油藏而言,油藏如何保持長期穩(wěn)產(chǎn)及提高采收率是當(dāng)前面臨的主要問題[23-25]。因此,找到一種有效的致密儲(chǔ)層裂縫精細(xì)評價(jià)方法,并對裂縫發(fā)育特征及分布規(guī)律進(jìn)行精細(xì)定量表征尤為重要。

前人針對鄂爾多斯盆地西部油區(qū)延長組致密油儲(chǔ)層裂縫測井評價(jià)的系統(tǒng)研究還很少。已有的研究主要集中在裂縫識別、類型劃分、裂縫成因及其演化模式等定性描述等方面,缺乏系統(tǒng)的測井精細(xì)定量表征研究。本文以西部油區(qū)延長組長6～長8地層為例,利用大量取心、常規(guī)及微電阻率成像測井資料,對致密油儲(chǔ)層裂縫的測井評價(jià)方法進(jìn)行了系統(tǒng)研究,該研究可以為致密油甜點(diǎn)預(yù)測提供指導(dǎo)。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地西部,目的層為上三疊統(tǒng)延長組長6～長8地層(見圖1)。目的層具有西低、東高的構(gòu)造形態(tài),但西部地層的埋深要大于東部地區(qū)[2]。上三疊統(tǒng)延長組被劃分為10個(gè)油層組,其從上到下依次為長1～長10[5-6]。研究區(qū)的長6～長8地層屬于三角洲前緣及平原相沉積,其物源主要來自于北部及北北東方向,其沉積微相可被進(jìn)一步劃分為分流河道、河道間及河道側(cè)翼。目的層巖性主要為長石砂巖,孔隙度主要分布在5%～10%,滲透率主要分布在0.01～5.00 mD(1)非法定計(jì)量單位,1 mD=9.87×10-4μm2,下同。研究區(qū)長6～長8地層砂體厚度變化大,非均質(zhì)性較強(qiáng),砂體厚度通常分布在0～25 m。

圖1 鄂爾多斯盆地西部油區(qū)上三疊統(tǒng)延長組地層單位劃分圖

2 致密油儲(chǔ)層裂縫發(fā)育特征

2.1 巖心裂縫發(fā)育特征

根據(jù)研究區(qū)10口井196 m巖心裂縫觀察統(tǒng)計(jì)結(jié)果,鄂爾多斯盆地西部延長組長6～長8地層致密砂巖中主要發(fā)育高角度及垂直構(gòu)造剪切縫[見圖2(a)]、張性裂縫[見圖2(b)]及層理縫[見圖2(c)]。剪切縫及張性裂縫是巖體在應(yīng)力作用下發(fā)生變形而形成,因而為構(gòu)造成因裂縫。層理縫為巖體內(nèi)層理或弱面發(fā)生錯(cuò)動(dòng)而形成,其通常被認(rèn)為是非構(gòu)造成因裂縫。目的層構(gòu)造裂縫中主要發(fā)育剪切縫,這類裂縫的縫面平直且多見擦痕,裂縫尖滅端可見折尾特征[15-17]。巖心觀察結(jié)果顯示,構(gòu)造剪切縫占67%,張性裂縫占22%,層理縫占11%。研究常用裂縫的視線密度來表示所觀察巖心的裂縫發(fā)育程度。研究區(qū)巖心裂縫密度分布在0～0.2條/m,集中分布在0.04～0.16條/m。

圖2 研究區(qū)巖心裂縫發(fā)育特征

2.2 微電阻率成像測井裂縫識別

張開裂縫在成像測井上通常顯示為暗色正弦曲線,垂直裂縫則顯示為對稱的深色線(見圖3)。當(dāng)?shù)貙恿芽p被半充填或充填時(shí),依據(jù)充填程度和充填物的差異,電成像、聲成像圖上顯示的正弦狀曲線顏色深淺不同[23-24]。值得注意的是,成像測井裂縫識別中,由于工程因素導(dǎo)致的井壁刮痕、井眼崩落、鉆具誘導(dǎo)縫,以及近井壓力變化造成的重鉆井液壓裂縫以及應(yīng)力釋放縫會(huì)干擾正常裂縫的識別,因而,要剔除這些工程因素所產(chǎn)生的人工縫。

圖3 D4548-3井裂縫地層成像測井響應(yīng)特征*非法定計(jì)量單位,1 in=25.4 mm,下同

3 常規(guī)測井裂縫識別

常規(guī)測井結(jié)果是對井壁周圍巖石、孔隙、流體、裂縫、鉆井液等井筒及其周圍地層對象特征的綜合響應(yīng)。巖層中的裂縫在測井資料中具有對應(yīng)的響應(yīng)特征[12-14]。通常來說,裂縫會(huì)引起常規(guī)測井系列中聲波時(shí)差、電阻率、體積密度、井徑、自然伽馬及自然電位的變化。

研究區(qū)長6～長8地層以砂巖、泥巖互層以及油頁巖為主,泥質(zhì)含量較高,裂縫的存在會(huì)使電阻率呈現(xiàn)高值背景上的相對低值。一般來說,水平裂縫或低角度裂縫存在時(shí),聲波時(shí)差增大幅度大[12-14];而當(dāng)?shù)貙又兄饕l(fā)育高角度縫和垂直縫時(shí),聲波測井的聲波時(shí)差參數(shù)增大等異常特征響應(yīng)不明顯。當(dāng)?shù)貙又辛芽p發(fā)育程度非常高時(shí)即為破碎帶,破碎帶易出現(xiàn)井徑擴(kuò)張。裂縫常成為流體運(yùn)移通道和聚集場所,流體的運(yùn)聚可能導(dǎo)致放射性物質(zhì)沉淀進(jìn)而導(dǎo)致放射性增強(qiáng),表現(xiàn)為自然伽馬曲線相對低值背景上的相對增高,但是一般自然伽馬數(shù)值增大現(xiàn)象表現(xiàn)較微弱。由此,依據(jù)自然伽馬曲線相對低值背景上的相對增高特征可以推測可能發(fā)育裂縫的部位。一般來說,致密儲(chǔ)層裂縫段的滲濾能力會(huì)發(fā)生顯著提高,此時(shí),自然電位會(huì)出現(xiàn)明顯的負(fù)異常。

3.1 裂縫測井識別模型構(gòu)建

通過各單一常規(guī)測井曲線對裂縫響應(yīng)的敏感性分析,進(jìn)而運(yùn)用曲線變化幅度、變化率以及分形特征等,開展裂縫預(yù)測,綜合有關(guān)敏感參數(shù)構(gòu)造綜合參數(shù)識別裂縫[7-9]。

(1)基于曲線變化率的裂縫表征參數(shù)構(gòu)建。裂縫的存在會(huì)引起測井曲線的非線性突變,因而可以利用曲線變化率定量表征致密儲(chǔ)層裂縫。曲線變化率的計(jì)算公式

(1)

式中,ΔXi為曲線變化率;m為窗口大小。

由于裂縫會(huì)導(dǎo)致聲波時(shí)差、自然伽馬、井徑參數(shù)值增大,且會(huì)導(dǎo)致電阻率與自然電位參數(shù)值減小。同時(shí),巖性的影響同樣會(huì)導(dǎo)致曲線變化,進(jìn)而導(dǎo)致曲線變化率增大。為減小與裂縫響應(yīng)相反的曲線特征以及巖性變化的影響,對不同曲線的變化率進(jìn)行進(jìn)一步處理,構(gòu)建變化率裂縫表征參數(shù)。

聲波時(shí)差、自然伽馬的變化率裂縫表征參數(shù)

(2)

深感應(yīng)-八側(cè)向、微電極的曲線變化率裂縫表征參數(shù)

(3)

式中,ΔX為曲線變化率;X為曲線測井值;K為常數(shù);GR為自然伽馬測井值,API;ΔY為曲線變化率裂縫表征參數(shù)。

處理過程中,由于高電阻率的鈣質(zhì)砂巖導(dǎo)致的變化率異常干擾了正常裂縫的識別,因此,對構(gòu)建的變化率加權(quán)參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步處理。

(4)

式中,FIR為指示曲線變化率綜合表征指數(shù);FIR,t為算術(shù)加權(quán)曲線變化率綜合表征指數(shù);RFOC為八側(cè)向電阻率,Ω·m;K為常數(shù)項(xiàng)。

通過上述處理,壓制了鈣質(zhì)砂巖所導(dǎo)致的聲波時(shí)差、電阻率的高值變化異常所導(dǎo)致的變化率異常,剔除了鈣質(zhì)砂巖的影響。通過成像資料對FIR進(jìn)行標(biāo)定,裂縫下限值為0.01,通過FIR可對識別的裂縫段進(jìn)行進(jìn)一步篩選。

(2)基于曲線分形維數(shù)的裂縫表征參數(shù)構(gòu)建。基于測井?dāng)?shù)據(jù)分形維數(shù)的裂縫定量表征方法通過降維來識別裂縫。該方法利用數(shù)據(jù)的極差(R)與標(biāo)準(zhǔn)差(S)之比(R/S)分析數(shù)據(jù)的波動(dòng)情況,進(jìn)而判斷可能存在裂縫的層段。

(5)

(6)

式中,R(t,n)為用于計(jì)算的采樣點(diǎn)序列距離,m;S(t,n)為用于計(jì)算的采樣點(diǎn)的方差;n為用于計(jì)算的采樣點(diǎn)之間的間隔個(gè)數(shù),n

R(n)/S(n)與n在雙對數(shù)坐標(biāo)下具有線性關(guān)系,其斜率H被稱為Hurst指數(shù),與分形維數(shù)D有關(guān)。D=2-H。一般來說,分形維數(shù)D值越大,則裂縫越發(fā)育。選取對裂縫反映明顯的測井曲線分形維數(shù)進(jìn)行加權(quán)處理,建立分形維數(shù)綜合指數(shù)。

(7)

式中,FDZ為分形維數(shù)裂縫表征指數(shù);di為第i種曲線分形維數(shù)的加權(quán)系數(shù);Di為第i種曲線分形維數(shù)。

通過成像資料對FDZ進(jìn)行標(biāo)定,裂縫下限值為1,通過FDZ可對所識別的裂縫段進(jìn)行進(jìn)一步篩選。

(3)基于微電極幅度差的裂縫表征參數(shù)構(gòu)建。微電極曲線分辨率高,其幅度差可以有效反映地層的滲透性。當(dāng)?shù)貙又写嬖诹芽p時(shí),滲透性明顯增大,會(huì)導(dǎo)致微電極曲線幅度差增大。同時(shí),在泥質(zhì)地層,由于滲透性低,二者幅度差不明顯。為有效過濾泥質(zhì)條帶對裂縫識別的影響,構(gòu)建微電極曲線幅度差指數(shù)進(jìn)行裂縫地層識別。

(8)

式中,RMN及RML分別為微電位及微梯度值,mV;RBC,t為微電極幅度差指示參數(shù),mV。

為進(jìn)一步提高識別精度,對RBC進(jìn)行進(jìn)一步處理。

(9)

式中,RBC為微電極幅度差指標(biāo),mV;GRmin為自然伽馬最小值,API。

通過成像資料對RBC進(jìn)行標(biāo)定,RBC下限值為0.01,可對裂縫識別段進(jìn)行進(jìn)一步篩選,減少泥質(zhì)地層對裂縫識別的干擾。部分井由于微電極曲線質(zhì)量較差,難以對裂縫進(jìn)行有效反映,在最后的裂縫識別中未用到RBC進(jìn)行進(jìn)一步篩選。

(4)裂縫識別綜合指數(shù)構(gòu)建。通過構(gòu)建的裂縫識別參數(shù)對研究區(qū)成像資料井以及取心井進(jìn)行處理,以成像以及取心裂縫數(shù)據(jù)對其進(jìn)行標(biāo)定后分析相對較為敏感的曲線。構(gòu)建裂縫識別綜合指數(shù)為

FFA=FIA×FIG

(10)

式中,FIA為曲線幅度算術(shù)加權(quán)裂縫指示參數(shù);FIG為曲線幅度幾何加權(quán)裂縫指示參數(shù);FFA為裂縫識別綜合指數(shù)。

通過曲線變化率裂縫表征指數(shù)(FIR)、分形維數(shù)裂縫表征指數(shù)(FDZ)、微電極幅度差裂縫表征參數(shù)(RBC)對FFA進(jìn)行過濾后,可得到最終的裂縫識別綜合指數(shù),對可能的裂縫發(fā)育段進(jìn)行判識。

該模型基于常規(guī)測井資料對裂縫響應(yīng)的敏感性進(jìn)行分析,實(shí)現(xiàn)了多常規(guī)測井信息融合及逐步剔除,能有效識別砂巖中的裂縫發(fā)育段?；诔Ｒ?guī)測井綜合指數(shù)法裂縫識別模型的技術(shù)路線見圖4。

圖4 基于常規(guī)測井綜合指數(shù)法裂縫識別模型技術(shù)路線圖

3.3 裂縫識別結(jié)果及評價(jià)

利用建立的裂縫識別綜合指數(shù)模型對研究區(qū)單井進(jìn)行裂縫識別測井解釋。在計(jì)算裂縫識別綜合指數(shù)(FFA)的基礎(chǔ)上,利用曲線變化率裂縫表征指數(shù)(FIR)、分形維數(shù)裂縫表征指數(shù)(FDZ)、微電極幅度差裂縫表征參數(shù)(RBC)等參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步過濾,得到砂巖地層的可能裂縫發(fā)育段。然后,采用人工判識的方法,進(jìn)一步排除泥質(zhì)紋層、鈣質(zhì)砂巖薄層等巖性變化所造成的影響,得到最終的砂巖地層可能裂縫發(fā)育段。

D4123-9井2 312～2 326 m井段成像常規(guī)砂巖裂縫段解釋結(jié)果見圖5。成像測井解釋認(rèn)為該段有6段天然裂縫發(fā)育段,常規(guī)解釋砂巖裂縫段與成像測井解釋結(jié)果基本相符。

圖5 D4123-9井2 312～2 326 m井段砂巖裂縫段的識別結(jié)果

當(dāng)砂體較厚時(shí)(單砂體厚度大于20 m),裂縫發(fā)育程度較低,此時(shí),常規(guī)測井?dāng)?shù)據(jù)未必能識別出裂縫信息。同時(shí),不能識別薄砂巖發(fā)育裂縫是因?yàn)榉直媛式档偷脑?。該研究中測井解釋有裂縫的井?dāng)?shù)為8口井、解釋的裂縫段數(shù)為96段及符合的段數(shù)為77段。整體而言,利用該文構(gòu)建的模型進(jìn)行裂縫測井識別的符合率為80%,該方法能夠有效地識別致密油儲(chǔ)層裂縫。

圖6為成像測井及常規(guī)測井解釋的裂縫性地層厚度與砂巖厚度關(guān)系的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。從圖6可見,整體而言,隨著砂巖厚度的增加,裂縫發(fā)育厚度逐漸降低。具體來看,當(dāng)砂巖單層厚度較小時(shí)(一般小于1 m),砂巖厚度與砂巖裂縫厚度呈正相關(guān)關(guān)系;當(dāng)砂巖厚度較大時(shí)(一般大于1 m),砂巖裂縫厚度與砂巖單層厚度之間整體為反向關(guān)系。對于部分砂巖裂縫厚度與單層砂巖厚度基本為正向關(guān)系的情況,反映出這類砂巖可能位于構(gòu)造特殊部位,即局部應(yīng)力集中構(gòu)造部位的裂縫發(fā)育程度相對更高。

圖6 研究區(qū)長6～長8油層組裂縫性地層厚度與單層砂巖厚度的關(guān)系

4 結(jié) 論

(1)以西部油區(qū)延長組長6～長8為例,利用大量取心、常規(guī)及微電阻率成像測井資料,對致密油儲(chǔ)層裂縫的測井評價(jià)方法進(jìn)行了系統(tǒng)研究。研究結(jié)果表明,長6～長8致密砂巖主要發(fā)育高角度及垂直構(gòu)造剪切縫、張裂縫及層理縫。裂縫密度主要分布在0～0.2條/m。

(2)在構(gòu)建常規(guī)測井裂縫模型過程中,首先對測井曲線進(jìn)行預(yù)處理,并消除了泥質(zhì)及凝灰質(zhì)的不利影響。然后,在對各單一常規(guī)測井曲線的裂縫敏感性分析基礎(chǔ)上,依次構(gòu)建了基于曲線變化率的裂縫表征參數(shù)模型、基于曲線分形維數(shù)的裂縫表征參數(shù)模型、基于微電極幅度差的裂縫表征參數(shù)模型及綜合指數(shù)模型。綜合指數(shù)模型實(shí)現(xiàn)了多常規(guī)測井信息融合及逐步剔除功能,能有效識別砂巖中的裂縫發(fā)育段,裂縫識別精度可達(dá)80%。

(3)裂縫方位分析結(jié)果顯示,砂體厚度與裂縫的發(fā)育程度具有一定負(fù)相關(guān)性。但對部分砂體而言,裂縫發(fā)育程度與單砂體厚度具有一定正相關(guān)關(guān)系,反映出這類砂巖可能位于應(yīng)力相對集中的特殊構(gòu)造部位。