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研究院，河南鄭州 450046)

對于油氣田開發，地層中裂縫是油氣滲流通道和儲集空間，系統研究地層中天然裂縫的分布及特征規律能幫助更好地開發油氣。根據巖心、測井等資料對安棚油田深層系裂縫的產狀及組系、充填及有效性、發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，研究裂縫發育特征對油井產能、開發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律，對指導安棚深層系油藏的開發方案調整、提高低滲透油氣藏的勘探和開發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 產狀及組系

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

裂縫的組系依據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組系裂縫最發育，其次是NE-SW、NW-SE組系，SN組系裂縫相對不發育。平面上，裂縫組系的發育相對穩定，以近EW向穩定發育，不受鼻狀構造形態和部位的控制，其次在構造西面NE組系相對較發育。

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，且經常溝通裂縫附近的基質孔隙造成較強的溶蝕作用；另外薄片下所見到呈網狀、平行組系發育有效微裂縫構成了有效裂縫網絡，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計，其中砂巖內無充填裂縫占72%，充填裂縫占28%；而泥巖內無充填裂縫占55%，充填裂縫占45%；砂巖和泥巖中充填裂縫多數未完全充填，從統計情況來看砂巖中裂縫有效程度高于泥巖。

1.3 發育密度

從巖心、成像測井觀察統計裂縫發育密度來看，安棚油田深層系裂縫發育程度在平面上和縱向上具有一定的非均質性。在平面上各單井巖心統計平均裂縫線密度為0.22～2.1條/m，其中B252、B255、B212、A3006取心統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育段與非裂縫發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典型樣本各41個、65個；其中砂巖內有效裂縫段樣本22個，非裂縫段樣本19個，泥巖內有效裂縫段樣本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分(圖4、圖5)，而在其它測井系列中難以進行區分；而泥巖內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分(圖6、圖7)，而在其它測井系列中難以進行區分。

3 井剖面天然裂縫判別標準建立

圖4 砂巖內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 砂巖內有效裂縫與非有效裂縫聲波-密度交會特征

圖6 泥巖內有效裂縫與非有效裂縫中子-密度交會特征

3.1 裂縫參數解釋

裂縫孔隙度計算模型主要根據裂縫發育段與雙側向電阻率電性變化的規律來建立。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 泥巖內有效裂縫與非有效裂縫聲波-密度差交會特征

(1)

(2)

根據油氣層的情況，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；mb——基巖孔隙度指數；nb——基巖含水飽和度隙度指數；mfr——裂縫孔隙度指數。

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——分別為地層深側向、淺側向電導率和泥漿電導率，S/m；RLLd、RLLS、Rm——分別為地層深側向、淺側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——分別為地層深側向電極探測深度、淺側向電極探測深度，cm；H——側向測井聚焦電流層厚度，cm。

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

表1 基于常規測井解釋部分井裂縫參數情況

3.2 測井判別模型建立

1921年Pearson首先提出判別分析這種方法。1936年，Fisher根據不同類別所特有的特征變量來建立待判別樣品歸類的數學模型。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，而這時我們需要使用一些準則來約束判別函數的系數，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。

設原始數據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。經極差變化后，各測井參數分布在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個樣本構成的兩個樣本空間；經過逐步判別分析獲得兩個樣本空間的有效裂縫判別函數如下。

(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；Y2——非有效裂縫段判別函數；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

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

表2 常規測井裂縫識別標準

4 結論

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，裂縫組系的發育相對穩定，以近EW向穩定發育。裂縫有效性較好，且裂縫發育具有非均質性。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，其識別結果和實際情況吻合性較好。

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編輯：吳官生

1673-8217(2015)04-0097-04

2015-01-20

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

TE111.2

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