井斜角對裂縫特征參數統計的影響及其意義

趙中平

西北大學大陸動力學國家重點實驗室/地質學系，西安 710069

0 引言

裂縫性油氣藏開發的關鍵之一是要盡可能多地鉆遇裂縫。國內外學者研究表明，不同的井軌跡鉆遇裂縫的概率是不同的。Aguilera［1］在對某天然裂縫性儲集層的3口井的研究中發現：1號井（直井）是一口油氣發現井，其幸運地鉆遇了高角度裂縫；隨后完鉆的2號井也是直井但未鉆遇任何裂縫，進行壓裂增產措施后產能很低而被廢棄了；3號井是一口定向井，井軌跡垂直于裂縫走向、鉆遇了多條垂直裂縫而成為生產井。另外，Nelson［2］針對典型非對稱碳酸鹽巖褶皺發育的不同組系裂縫總結了相關的定向井井軌跡的優化方案，指出所有的定向井均應垂直或近似垂直于裂縫走向，以便鉆遇裂縫的概率最大。由此可見，直井鉆遇高角度裂縫的概率是最低的，而井軌跡垂直于裂縫走向的定向井能夠大大提高裂縫鉆遇概率。

在定向井井軌跡方位一定的情況下，井斜角也會對裂縫鉆遇率有著重要的影響，從而容易誤導人們對儲層裂縫的傾角、密度等特征參數的統計，影響對裂縫發育程度的客觀認識。筆者以某裂縫性碳酸鹽巖油藏100余口井（其中90%以上是定向井，均大致垂直于裂縫走向）的全井眼地層微電阻率成像測井（fullbore formation micro image，FMI）資料為例，詳細分析鉆井井斜角對裂縫傾角、裂縫密度參數統計的影響，并討論其意義。

1 井斜角對裂縫傾角統計的影響

某油田古近系目的層巖性為坳陷期沉積的厚達500m以上的泥灰巖和粒泥灰巖，在后期區域擠壓作用下，受基底走滑斷裂控制形成裂縫性儲層。該套地層巖性致密，基質幾乎不含油，已發現的油藏為裂縫性油藏，目前主要利用斜井和水平井進行開發。從下往上劃分為 A、B、C、D、E、F、G、H 共8個小層（圖1）。眾多的FMI資料揭示該套地層主要發育兩組裂縫，其中：占絕對主導的近南北向裂縫（平均走向方位為NE15°）各層均有發育；而近東西走向的裂縫（平均走向方位NE105°）主要在F層發育，其次為G層，其他層則相對不發育（圖1）。

1.1 未考慮井軌跡影響的裂縫傾角統計

未考慮井軌跡影響的裂縫傾角統計結果見圖1，結果表明，近南北走向和近東西走向的兩組裂縫的傾角分布特征完全不同。近南北向裂縫傾角總體以高角度裂縫發育為特征，縱向上從下往上平均裂縫傾角總體逐漸減小，至G和H層裂縫傾角減至最?。坏撞康腁、B層平均裂縫傾角也相對較小，C層平均裂縫傾角最大，達80.4°；G、H層平均裂縫傾角最小、不足55.0°，是高角度裂縫不發育造成的。而近東西走向的裂縫從E至H層平均裂縫傾角分布無明顯變化，均為58.0°±1.0°，總體以中低角度斜交裂縫發育為主，高角度裂縫相對不發育。

如前所述，該油藏主要利用定向井進行開發，并實施了部分直井。由于目的層厚達數百米，因此部分定向井在上部目的層的井軌跡也是近似垂直的。對各層具有FMI測井資料的鉆井按照井斜角0°～10°、10°～30°、30°～50°、50°～70°、70°～80°和80°～90°的區間進行比例分布的統計（圖2）表明：鉆揭目的層中部的C-F層的井主要為大斜度井；鉆揭底部的A-B層和上部G-H層的井主要為直井和小斜度井。

各層統計的平均井斜角與近南北走向裂縫的平均裂縫傾角的變化趨勢一致（圖3a）。在C層鉆井平均井斜角最大，對應統計的近南北走向裂縫傾角的平均值也最大；A-B層和G-H層的平均井斜角較小，對應統計的近南北走向裂縫傾角的平均值也較小。

上述統計的各層裂縫平均傾角及其縱向的變化趨勢是反映了儲層真實的裂縫發育特征呢，還是由于井軌跡影響造成的統計假象？下面考慮井軌跡的影響、按照不同井斜角范圍統計裂縫傾角，分析井斜角對裂縫傾角統計的影響。

圖1 各層兩組裂縫的傾角分布特征Fig.1 Characteristics of fracture orientation and dip histogram in individual layers

1.2 考慮井軌跡影響的裂縫傾角統計

分別統計各層小斜度井（包括直井，井斜角范圍0°～20°）和大斜度井（井斜角范圍20°～90°）鉆遇的近南北向裂縫和近東西向裂縫的平均傾角，可以看出小斜度井鉆遇的裂縫平均傾角明顯低于大斜度井鉆遇的裂縫平均傾角（表1、2）。其中：D-F層大斜度井鉆遇的近南北向裂縫平均傾角均高出小斜度井鉆遇的裂縫平均傾角15°以上，E -F層大斜度井鉆遇的近東西向裂縫平均傾角均高出小斜度井鉆遇的裂縫平均傾角10°以上。與前述所有鉆井統計的各層裂縫平均傾角（圖1）比較，小斜度井鉆遇的裂縫平均傾角偏低，大斜度井鉆遇的裂縫平均傾角明顯偏高。

這一統計結果表明，小斜度井鉆遇高角度裂縫的幾率確實減小了，導致統計的裂縫平均傾角的減小，不能反映實際的裂縫傾角和裂縫發育程度。

2 井斜角對裂縫密度統計的影響

裂縫密度是描述裂縫發育程度的重要指標，通常指沿直線測量線單位長度內觀測到的裂縫數（線性裂縫密度，簡稱線密度），或單位面積內的裂縫累計長度（面積裂縫密度）［3］，或單位體積內的裂縫條數、長度、裂縫面積（均為體密度），裂縫強度即指單位體積內的裂縫面積等。該油藏眾多的FMI成像測井資料為裂縫密度分析提供了良好的資料基礎。

圖2 各層不同井斜傾角范圍的井所占比率Fig.2 Proportion of wells with different inclination range in individual layers

與裂縫傾角統計一樣，首先未考慮井軌跡影響，利用所有鉆井的FMI資料統計各層近南北向裂縫密度，結果表明縱向上各層最大裂縫強度平均值、平均裂縫強度和線密度的變化趨勢與平均井斜角一致（圖3）。在C、D層鉆井平均井斜角最大，對應的近南北走向裂縫的裂縫最大強度平均值、平均裂縫強度和線密度均最大；A-B層和G-H層的平均井斜角較小，對應的近南北走向裂縫的裂縫最大強度平均值、平均裂縫強度和線密度也較小。

其次考慮井軌跡影響，利用具有FMI資料的大斜度井統計裂縫密度信息，并與小斜度井資料統計結果對比，可分析井斜角對裂縫密度統計的影響。按照0.5m采樣間隔和1.0m的采樣窗口生成近南北走向裂縫的裂縫強度曲線，并統計各層段所有單井最大裂縫強度的平均值、平均裂縫強度以及線密度（表3）。結果表明，總體上根據大斜度井鉆遇的裂縫統計的裂縫密度明顯高于小斜度井的統計結果。其中A、B和H層大斜度井較少，結果可能不具統計意義。

表1 根據不同斜度鉆井統計的各層近南北走向裂縫傾角Table 1 Average dip of near NS trending fractures derived from wells with different inclination range in individual layers

表2 根據不同斜度鉆井統計的各層近東西走向裂縫傾角Table 2 Average dip of near EW trending fractures derived from wells with different inclination range in individual layers

3 討論

實例統計結果表明，當應用鉆井資料評價裂縫性儲層時應相當謹慎，否則由于未鉆遇裂縫很容易漏掉許多有潛力的好的儲集層，正如Aguilera［1］研究中的某裂縫性儲層，如果先鉆2號井，則可能漏掉了這個有潛力的油氣儲集層。在本文某裂縫性碳酸鹽巖儲層中，C-F層是產層（A、B層為水層）且C層產能最高，H和G層幾無產能或產能很低，各層產能差異與未考慮井軌跡影響以及按大斜度井的統計結果反映的縱向上裂縫發育程度差異均一致。然而，考慮到井斜角對裂縫鉆遇率的影響，有必要重新認真審視H和G層的潛力。該油藏主要利用定向井開發，由于目的層厚達數百米，因此部分定向井在上部目的層的井軌跡也是近似垂直的。鉆揭上部G-H層的井主要為直井和小斜度井，井斜角大于20°的鉆井比率?。▓D2）；其總體鉆遇高角度裂縫的幾率必然很小。目前H層井斜角大于20°的鉆井僅5口，統計意義較差；對G層井斜角大于20°的12口鉆井按井斜角20°～40°和40°以上進一步分組統計裂縫密度（表4），結果表明井斜角40°以上井鉆遇的裂縫密度更大。因此，G-H層實際裂縫發育程度可能遠高于統計結果，今后應部署水平井等大斜度井進一步評價其潛力。

圖3 井斜角與近南北向裂縫統計的裂縫傾角、強度和線密度的關系Fig.3 Relationship between the wellbore inclination angle and the average fracture dip and fractured intensity

表3 各層近南北走向裂縫按不同斜度鉆井分組統計的裂縫強度和線密度Table 3 Density of near NS trending fractures derived from wells with different inclination range in individual layers

表4 G層近南北走向裂縫按大斜度鉆井分組統計的裂縫強度和線密度Table 4 Density of near NS trending fractures derived from wells with different inclination range in Layer G

同時，上述統計表明對于類似裂縫性儲層，只有利用井軌跡垂直于裂縫走向和主要裂縫面的鉆井鉆遇的裂縫來分析統計才能較準確地統計裂縫傾角并更客觀地評價儲層裂縫發育程度。另外，雖然由于地下實際裂縫資料的不完全性［4－8］而應綜合利用各種裂縫資料開展相關研究，但該實例統計結果也啟示人們需重新審視不加選擇地利用所有測井資料獲得的裂縫信息在地震資料預測裂縫密度［9－14］或多學科綜合預測裂縫密度［15－19］中應用的合理性。

4 結論

1）井斜角對裂縫傾角和裂縫密度的統計有重要影響。對高角度裂縫而言，直井和小斜度井鉆遇高角度裂縫的幾率明顯低于大斜度井或水平井。因此利用直井和小斜度井統計的裂縫傾角和密度較實際值偏小，利用大斜度井和水平井統計的裂縫傾角和裂縫密度更能較真實地反映地下儲層裂縫的傾角和裂縫發育程度。

2）為較準確地統計高角度裂縫性儲層的裂縫傾角并更客觀地評價裂縫密度，應盡量利用井軌跡垂直于裂縫走向和主要裂縫面的水平井鉆遇的裂縫來分析統計。對于同類高角度裂縫性油藏的勘探評價和開發，應盡量采用大斜度井和水平井并確保井軌跡垂直于主要裂縫面。

3）對于本文某裂縫性碳酸鹽巖油藏實例中的G-H層，考慮到井斜角對裂縫密度統計的影響，有必要重新認真審視其潛力，應部署水平井等大斜度井進一步評價其潛力。

4）應用鉆、測井資料評價裂縫發育程度和勘探開發潛力時，尤其當初期鉆井未鉆遇良好的裂縫性儲層時，應充分考慮井軌跡對裂縫鉆遇率的影響，以免漏掉有潛力的良好儲集層。

（References）：

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