順北地區(qū)斷控縫洞體測(cè)井響應(yīng)特征和類型識(shí)別方法

張衛(wèi)峰,張曉明,王曉暢,張國(guó)燦,肖紅琳,李清松

(1.中國(guó)石化西北油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院,新疆烏魯木齊830011;2.中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院,北京100083)

順北地區(qū)斷控縫洞體油氣藏蘊(yùn)含豐富的油氣資源,順北油氣田已落實(shí)4個(gè)億噸級(jí)油氣區(qū),有15口千噸井。同為斷控縫洞體油氣藏的富滿油田年產(chǎn)原油超150×104t[1],以斷控縫洞體作為儲(chǔ)層的油氣藏是碳酸鹽巖孔隙型與巖溶縫洞型油氣藏之外的一種新的油氣藏類型[2-3]。傳統(tǒng)的“生、儲(chǔ)、蓋、圈、運(yùn)、?！绷笥蜌獬刹匾?在順北地區(qū)特定的地質(zhì)背景下,除了“生”這一要素與沉積相帶有關(guān)而不受斷裂帶控制外,發(fā)育在相對(duì)穩(wěn)定構(gòu)造帶內(nèi)部的中小尺度走滑斷裂帶幾乎控制了其它5方面的油氣成藏要素[4]。斷裂帶既是油氣疏導(dǎo)通道,又是成藏有利空間,斷裂帶外圍致密碳酸鹽巖作為側(cè)向封擋,上覆巨厚泥巖作為區(qū)域封蓋層,油氣沿走滑斷裂垂向運(yùn)移聚集形成油氣藏[5-6]。斷裂帶是三維空間體[7-8],內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜[9],發(fā)育典型的“核-帶”結(jié)構(gòu),由斷層核、過(guò)渡帶、裂縫帶和致密?chē)鷰r帶組成[10-11],順北地區(qū)在側(cè)鉆斷層時(shí)普遍發(fā)生不同程度的放空、漏失現(xiàn)象[12],斷層之間的圍巖致密,鮮有放空、漏失現(xiàn)象,表明斷裂帶內(nèi)部物性快速變化,開(kāi)展斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究對(duì)油氣勘探開(kāi)發(fā)具有重要的意義[13]。測(cè)井資料具有高分辨率的特點(diǎn)[14-15],在斷裂內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析中能夠起到較為重要的作用。近些年來(lái)測(cè)井研究人員在應(yīng)用測(cè)井資料進(jìn)行斷控縫洞體解釋方面取得了一些進(jìn)展。鄒榕等[16]利用常規(guī)和成像測(cè)井資料,對(duì)斷裂結(jié)構(gòu)進(jìn)行了定性分析。黃誠(chéng)等[17]研究了斷控縫洞系統(tǒng)中孔隙類型的測(cè)井響應(yīng)特征。陳偉等[18]利用指示曲線計(jì)算法和交會(huì)圖法對(duì)斷裂帶進(jìn)行了定量分析。岳文正等[19]通過(guò)優(yōu)化偏移算法改善井周反射界面成像效果并評(píng)價(jià)井周小尺度地質(zhì)構(gòu)造、識(shí)別儲(chǔ)層和監(jiān)測(cè)裂縫發(fā)育情況。巖心和電成像測(cè)井能夠清晰直觀地反映斷控縫洞體類型[9,16],但兩者資料相對(duì)較少,而且對(duì)于物性好的斷控縫洞體,很難取到巖心,而電成像測(cè)井較為昂貴,一般只在重點(diǎn)井進(jìn)行測(cè)量,因利用巖心和電成像測(cè)井資料進(jìn)行斷控縫洞體類型識(shí)別的應(yīng)用范圍小。為了能夠在研究區(qū)廣泛開(kāi)展斷控縫洞體類型識(shí)別,需要依靠應(yīng)用更為廣泛的常規(guī)測(cè)井方法。順北研究區(qū)常規(guī)測(cè)井資料情況復(fù)雜,大量斜井和水平井的常規(guī)測(cè)井曲線不全,加之地層高溫高壓和井況復(fù)雜等條件導(dǎo)致測(cè)井曲線質(zhì)量欠佳,無(wú)法應(yīng)用多種測(cè)井資料和同一種方法對(duì)研究區(qū)所有井進(jìn)行斷控縫洞體類型識(shí)別。本文在前人研究的基礎(chǔ)上,依據(jù)斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)確定斷控縫洞體的類型,總結(jié)研究區(qū)測(cè)井系列,分析不同類型斷控縫洞體的常規(guī)測(cè)井響應(yīng)曲線,結(jié)合各種常規(guī)測(cè)井曲線,建立了一種利用常規(guī)測(cè)井曲線逐級(jí)識(shí)別斷控縫洞體類型的方法。

1 斷控縫洞體類型及其測(cè)井響應(yīng)特征

順北地區(qū)斷控縫洞體中能夠儲(chǔ)存油氣的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要為斷層核、過(guò)渡帶和裂縫帶,斷層內(nèi)部充填主要包括空腔、充填破碎的角礫和充填泥質(zhì)3種情況[20-21]。因此,確定斷控縫洞體類型為未充填斷裂洞穴型、角礫充填斷裂洞穴型、泥質(zhì)充填斷裂洞穴型和裂縫型。

1.1 未充填斷裂洞穴型縫洞體的測(cè)井響應(yīng)特征

未充填斷裂洞穴型縫洞體指斷裂結(jié)構(gòu)中未被泥質(zhì)、角礫等固體物質(zhì)充填的斷裂洞穴,具有極好的物性,在錄井上有明顯的放空漏失現(xiàn)象,在電成像上呈現(xiàn)為黑色團(tuán)塊。由于未被固體物質(zhì)充填,因此自然伽馬測(cè)井值和無(wú)鈾伽馬測(cè)井值均為低值。由于物性極好,因此井徑明顯擴(kuò)徑,聲波時(shí)差和中子測(cè)井值明顯增大,密度和深淺側(cè)向電阻率測(cè)井值明顯降低。如圖1 中所示的W1井,該井6352～6360m井段在鉆井過(guò)程中發(fā)生放空并產(chǎn)生井漏,漏失總量為108m3。電成像上為黑色團(tuán)塊,孔隙度譜表現(xiàn)為譜峰偏右的大孔隙特征,判定為未充填斷裂洞穴型縫洞體。該井段地層常規(guī)測(cè)井響應(yīng)為井徑明顯擴(kuò)徑,最大可達(dá)到14in(1in≈0.0254m);自然伽馬低值,數(shù)值小于20API;聲波時(shí)差明顯增大,數(shù)值大于60μs/ft(1ft≈0.3048m),最大達(dá)到120μs/ft;密度明顯減小,最小可達(dá)1.75g/cm3;深淺側(cè)向電阻率明顯降低,深側(cè)向電阻率小于95Ω·m,最小可達(dá)4Ω·m,淺側(cè)向電阻率普遍小于2Ω·m,最小可達(dá)0.6Ω·m。

圖1 W1井未充填斷裂洞穴型縫洞體測(cè)井響應(yīng)

1.2 角礫充填斷裂洞穴型縫洞體的測(cè)井響應(yīng)特征

角礫充填斷裂洞穴型縫洞體多為斷裂結(jié)構(gòu)中的破碎帶,破碎形成的角礫堆積于此,角礫間的空隙是有利儲(chǔ)集空間,具有放空、漏失等現(xiàn)象。由于充填的角礫顆粒大小范圍較大,因此自然伽馬和無(wú)鈾伽馬測(cè)井值為低-中值。由于物性中等,因此井徑有擴(kuò)徑現(xiàn)象,擴(kuò)徑程度不同,聲波時(shí)差和中子測(cè)井值增大,密度和深淺側(cè)向電阻率降低。如圖2中所示的W2井,其7846～7848m井段地層電成像的靜態(tài)圖表現(xiàn)為暗黑色條帶,動(dòng)態(tài)圖上可見(jiàn)亮色斑塊狀特征,孔隙度譜表現(xiàn)為寬譜特征,大孔隙和小孔隙共存,判定為角礫充填斷裂洞穴型縫洞體。該井段地層常規(guī)測(cè)井響應(yīng)為井徑微擴(kuò)徑;自然伽馬低值,數(shù)值小于22API;無(wú)鈾伽馬低值,數(shù)值小于12API;聲波時(shí)差增大,數(shù)值大于60μs/ft,最大可達(dá)88μs/ft;中子高值,數(shù)值大于7%,最大可達(dá)24%;密度減小,數(shù)值小于2.62g/cm3,最小可達(dá)2.35g/cm3;深、淺側(cè)向電阻率降低,深側(cè)向電阻率小于420Ω·m,最小可達(dá)150Ω·m,淺側(cè)向電阻率小于20Ω·m,最小可達(dá)13Ω·m。

圖2 W2井角礫充填斷裂洞穴型縫洞體測(cè)井響應(yīng)

1.3 泥質(zhì)充填斷裂洞穴型縫洞體的測(cè)井值響應(yīng)特征

泥質(zhì)充填斷裂洞穴型縫洞體多為斷裂結(jié)構(gòu)中的沉積泥巖的斷裂洞穴,其常規(guī)測(cè)井響應(yīng)與泥巖地層常規(guī)測(cè)井響應(yīng)近似,表現(xiàn)為井徑明顯擴(kuò)徑,自然伽馬和無(wú)鈾伽馬高值,聲波時(shí)差和中子增大,密度和深淺側(cè)向電阻率降低。如圖3中所示的W3井,其7261.5～7265.0m井段地層錄井顯示為泥質(zhì)充填,判定為泥質(zhì)充填斷裂洞穴型縫洞體。該井段地層常規(guī)測(cè)井響應(yīng)為井徑明顯擴(kuò)徑,最大可達(dá)13.5in;自然伽馬高值,數(shù)值大于43API,最大可達(dá)87API;無(wú)鈾伽馬高值,數(shù)值大于27API,最高可達(dá)55API;聲波時(shí)差增大,數(shù)值大于57μs/ft,最大可達(dá)112μs/ft;中子高值,數(shù)值大于30%,最大可達(dá)48%;深淺側(cè)向電阻率降低,深側(cè)向電阻率小于210Ω·m,最小可達(dá)69Ω·m,淺側(cè)向電阻率小于15Ω·m,最小可達(dá)4.5Ω·m。

圖3 W3井泥質(zhì)充填斷裂洞穴型縫洞體測(cè)井響應(yīng)

1.4 裂縫型縫洞體的測(cè)井值響應(yīng)特征

裂縫型縫洞體是斷裂結(jié)構(gòu)中斷層外部受構(gòu)造作用引起的裂縫,裂縫較為發(fā)育時(shí)會(huì)出現(xiàn)漏失現(xiàn)象。其常規(guī)測(cè)井響應(yīng)特征與碳酸鹽巖裂縫儲(chǔ)層常規(guī)測(cè)井響應(yīng)特征一致,表現(xiàn)為井徑正?；蚵晕U(kuò)徑,自然伽馬和無(wú)鈾伽馬測(cè)井值低值,聲波時(shí)差測(cè)井值低值或略微增大,中子測(cè)井值低值,密度高值,深淺側(cè)向電阻率測(cè)井值中值。如圖4所示的W4井,其7343～7350m井段地層在電成像上顯示發(fā)育裂縫,孔隙度譜表現(xiàn)為譜峰偏左的小孔隙特征,判定為裂縫型縫洞體。該井段地層常規(guī)測(cè)井響應(yīng)為井徑略微擴(kuò)徑;自然伽馬低值,數(shù)值小于19API;無(wú)鈾伽馬低值,數(shù)值小于7API;聲波時(shí)差低值,數(shù)值小于55μs/ft;中子低值,數(shù)值小于2%;密度高值,數(shù)值大于2.66g/cm3;深、淺側(cè)向電阻率中值,深側(cè)向電阻率小于663Ω·m,淺側(cè)向電阻率小于383Ω·m。

圖4 W4井裂縫型縫洞體測(cè)井響應(yīng)

2 斷控縫洞體類型常規(guī)測(cè)井識(shí)別方法

2.1 單井測(cè)井系列測(cè)井曲線分析

研究區(qū)由于受到井型、地層高溫高壓和井況的影響,單井不同測(cè)井曲線情況復(fù)雜。井型影響主要為大量斜井和水平井只進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)井(自然伽馬測(cè)井、聲波測(cè)井和雙側(cè)向測(cè)井)或標(biāo)準(zhǔn)測(cè)井加能譜測(cè)井;地層高溫高壓和井況影響主要為部分測(cè)井曲線測(cè)量質(zhì)量不佳,無(wú)法利用?；谘芯繀^(qū)66口井測(cè)井資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果,將測(cè)井資料分為6種情況:含全部測(cè)井曲線資料、無(wú)密度測(cè)井曲線資料、無(wú)密度和無(wú)能譜測(cè)井曲線資料、無(wú)密度和無(wú)中子測(cè)井曲線資料、無(wú)密度和無(wú)中子以及無(wú)能譜、無(wú)中子和無(wú)能譜測(cè)井曲線資料(表1)。由表1可知自然伽馬、聲波時(shí)差、深側(cè)向和淺側(cè)向測(cè)井應(yīng)用最廣泛,其次為自然伽馬能譜測(cè)井,再次為中子測(cè)井,密度測(cè)井?dāng)?shù)量最少(24口井)。為保證所有井均能進(jìn)行斷控縫洞體類型識(shí)別,所建立的識(shí)別方法要在保證精度的前提下,充分考慮單井各種測(cè)井曲線。

表1 研究區(qū)單井常規(guī)測(cè)井系列情況統(tǒng)計(jì)

2.2 不同類型斷控縫洞體常規(guī)測(cè)井響應(yīng)對(duì)比

在單獨(dú)分析了每種類型斷控縫洞體的常規(guī)測(cè)井響應(yīng)后,基于12口井的測(cè)井資料對(duì)比分析不同類型斷控縫洞體之間常規(guī)測(cè)井響應(yīng)特征和分布規(guī)律(表2),結(jié)果如下。

表2 不同類型斷控縫洞體常規(guī)測(cè)井響應(yīng)特征和分布范圍對(duì)比

1) 泥質(zhì)充填斷裂洞穴型縫洞體的無(wú)鈾伽馬測(cè)井值最大,其最低值高于其它縫洞型類型的最高值。角礫充填斷裂洞穴型縫洞體與裂縫型縫洞體的無(wú)鈾伽馬分布范圍部分重疊。

2) 未充填斷裂洞穴型縫洞體的淺側(cè)向電阻率測(cè)井值最小,其最高值低于其它縫洞體類型的最低值。其它3種類型的淺側(cè)向電阻率分布范圍部分重疊。

3) 4種斷控縫洞體類型的自然伽馬、聲波時(shí)差、中子、密度和深側(cè)向值分布范圍部分重疊。

2.3 逐級(jí)縫洞體識(shí)別方法建立

基于上述對(duì)研究區(qū)各種測(cè)井曲線和不同類型斷控縫洞體的常規(guī)測(cè)井響應(yīng)的測(cè)井值分析,將常規(guī)測(cè)井響應(yīng)兩兩組合進(jìn)行交會(huì)分析,挑選出對(duì)斷控縫洞體類型識(shí)別敏感且能滿足研究區(qū)所有測(cè)井曲線條件的交會(huì)分析(圖5),建立一種應(yīng)用常規(guī)測(cè)井資料逐級(jí)識(shí)別斷控縫洞體類型的方法。

圖5 順北地區(qū)斷控縫洞體類型測(cè)井識(shí)別交會(huì)分析a 淺側(cè)向電阻率-自然伽馬; b 淺側(cè)向電阻率-無(wú)鈾伽馬; c 深側(cè)向電阻率-自然伽馬; d 淺側(cè)向電阻率-中子; e 聲波時(shí)差-自然伽馬

1) 首先識(shí)別未充填斷裂洞穴型縫洞體?；谖闯涮顢嗔讯囱ㄐ涂p洞體淺側(cè)向電阻率測(cè)井值最低、自然伽馬相對(duì)較低的特征和研究區(qū)每口井均具有自然伽馬和淺側(cè)向測(cè)井資料的情況,應(yīng)用自然伽馬和淺側(cè)向電阻率測(cè)井值進(jìn)行交會(huì)分析,識(shí)別出未充填斷裂洞穴型縫洞體(圖5a)。

2) 其次識(shí)別泥質(zhì)充填洞穴型縫洞體。如果有自然伽馬能譜測(cè)井資料,那么基于泥質(zhì)充填斷裂洞穴型縫洞體無(wú)鈾伽馬值最高、淺側(cè)向電阻率相對(duì)較低的特征和研究區(qū)每口井均有淺側(cè)向測(cè)井資料的情況,應(yīng)用無(wú)鈾伽馬和淺側(cè)向電阻率測(cè)井值進(jìn)行交會(huì)分析(圖5b)識(shí)別出泥質(zhì)充填洞穴型縫洞體。如果沒(méi)有自然伽馬能譜測(cè)井資料,那么基于泥質(zhì)充填斷裂洞穴型縫洞體自然伽馬值相對(duì)較高、深側(cè)向電阻率相對(duì)較低的特征和研究區(qū)每口井均有自然伽馬和深側(cè)向測(cè)井資料的情況,應(yīng)用自然伽馬和深側(cè)向電阻率測(cè)井值進(jìn)行交會(huì)分析(圖5c)識(shí)別出泥質(zhì)充填斷裂洞穴型縫洞體。

3) 再次識(shí)別角礫充填斷裂洞穴型縫洞體。如果有中子測(cè)井資料,那么基于角礫充填斷裂洞穴型縫洞體與裂縫型縫洞體相比中子相對(duì)較高、淺側(cè)向電阻率相對(duì)較低的特征和研究區(qū)每口井均有淺側(cè)向測(cè)井資料的情況,應(yīng)用中子和淺側(cè)向電阻率測(cè)井值進(jìn)行交會(huì)分析(圖5d)識(shí)別出角礫充填斷裂洞穴型縫洞體。如果沒(méi)有中子測(cè)井資料,那么基于角礫充填斷裂洞穴型縫洞體與裂縫型縫洞體相比聲波時(shí)差相對(duì)較高、自然伽馬相對(duì)較低的特征和研究區(qū)每口井均有自然伽馬和聲波時(shí)差測(cè)井資料的情況,應(yīng)用自然伽馬和聲波時(shí)差測(cè)井值進(jìn)行交會(huì)分析(圖5e)識(shí)別出角礫充填斷裂洞穴型縫洞體。

4) 最后,應(yīng)用深側(cè)向電阻率與基巖電阻率進(jìn)行對(duì)比識(shí)別出裂縫型縫洞體。

總結(jié)以上認(rèn)識(shí),形成4套斷控縫洞體類型逐級(jí)識(shí)別流程,見(jiàn)圖6。流程圖的公式中,GR為自然伽馬;KTH為無(wú)鈾伽馬;AC為聲波時(shí)差;CNL為中子;RD為深側(cè)向電阻率;RS為淺側(cè)向電阻率;RB為基巖電阻率。研究區(qū)所有井均能利用本方法識(shí)別出斷控縫洞體的類型。

圖6 順北地區(qū)逐級(jí)識(shí)別斷控縫洞體類型流程

3 實(shí)例及應(yīng)用效果分析

將本文方法應(yīng)用于實(shí)際井資料的處理解釋,以W5井的7717.5～7743.5m井段地層為例(圖7),該井測(cè)井曲線中為無(wú)密度測(cè)井曲線,識(shí)別流程選擇圖6中第一套流程,具體識(shí)別過(guò)程為:

1) 首先,應(yīng)用自然伽馬和淺側(cè)向電阻率測(cè)井值交會(huì)分析結(jié)果(依據(jù)圖5a)確定該井段地層不是未充填斷裂洞穴型縫洞體。

2) 其次,應(yīng)用無(wú)鈾伽馬和淺側(cè)向電阻率測(cè)井值交會(huì)分析結(jié)果(依據(jù)圖5b)確定該井段地層不是泥質(zhì)充填斷裂洞穴型縫洞體。

3) 再次,應(yīng)用中子和淺側(cè)向電阻率測(cè)井值交會(huì)分析結(jié)果(依據(jù)圖5d)確定該井段地層不是角礫充填斷裂洞穴型縫洞體。

4) 最后,對(duì)比深側(cè)向電阻率與基巖電阻率10000Ω·m測(cè)井曲線確定該井段地層為裂縫型縫洞體,該結(jié)論與電成像解釋結(jié)論一致。

應(yīng)用本方法得到的解釋結(jié)果與電成像、巖心等識(shí)別結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn):共有13口井的15層指示斷控縫洞體的類型結(jié)果一致(表3)。

表3 斷控縫洞體常規(guī)測(cè)井識(shí)別結(jié)果與電成像、巖心結(jié)果對(duì)比

圖8為W19和W20井的測(cè)井解釋結(jié)果,兩口井的測(cè)井曲線中均為無(wú)密度和無(wú)中子測(cè)井曲線,應(yīng)用圖6 中的第二套流程進(jìn)行類型識(shí)別。兩口井鉆遇同一斷裂帶的不同位置,類型識(shí)別結(jié)果表明縫洞體發(fā)育程度明顯不同,說(shuō)明斷裂帶內(nèi)部存在很大差異。W19井鉆遇一處直徑為0.7m的角礫充填斷裂洞穴,W20井鉆遇兩處角礫充填斷裂洞穴和裂縫的組合體,一處直徑為5m,一處直徑為10m。兩口井的漏失規(guī)模也相差很大,W19井在角礫充填斷裂洞穴處漏失39m3,W20井的兩處斷控縫洞體均產(chǎn)生漏失,漏失量分別為232m3和326m3。

圖7 W5井測(cè)井曲線斷控縫洞體識(shí)別成果

圖8 W19和W20井測(cè)井解釋結(jié)果

4 結(jié)論

1) 基于對(duì)斷裂內(nèi)部結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí),將斷控縫洞體類型分為未充填斷裂洞穴型、角礫充填斷裂洞穴型、泥質(zhì)充填斷裂洞穴型和裂縫型。

2) 研究區(qū)單井測(cè)井資料不盡相同,包括各種測(cè)井曲線全、無(wú)密度測(cè)井曲線、無(wú)密度和無(wú)能譜測(cè)井曲線、無(wú)密度和無(wú)中子測(cè)井曲線、無(wú)密度和無(wú)中子以及無(wú)能譜和無(wú)中子和無(wú)能譜測(cè)井曲線共6種情況,在建立儲(chǔ)層類型識(shí)別方法時(shí),充分考慮測(cè)井資料的情況,滿足所有井的類型識(shí)別需求。

3) 通過(guò)對(duì)比分析不同類型斷控縫洞體的自然伽馬、無(wú)鈾伽馬、聲波時(shí)差、中子、密度、深淺側(cè)向電阻率測(cè)井響應(yīng)特征,結(jié)合研究區(qū)的實(shí)際測(cè)井資料的情況,優(yōu)選對(duì)斷控縫洞體類型識(shí)別敏感的5種測(cè)井值交會(huì)分析模型,形成4套識(shí)別流程,建立了適合于順北地區(qū)斷控縫洞體類型常規(guī)測(cè)井資料逐級(jí)識(shí)別方法。

4) 其它地區(qū)具有類似的識(shí)別類型多、測(cè)井響應(yīng)部分重疊、測(cè)井資料部分不全的情況,可以借鑒本文中先區(qū)分測(cè)井資料,再逐級(jí)多流程識(shí)別的思路,既能減小不同類型之間常規(guī)測(cè)井響應(yīng)重疊的影響,又能滿足不同測(cè)井系列對(duì)于類型識(shí)別的需求。