儲層天然裂縫表征方法研究現狀及展望

張小龍

摘 要：在世界油氣資源的產量和儲量中，裂縫性油氣藏具有舉足輕重的地位。天然裂縫不僅在提供儲層儲集空間和改善滲透性等都具有重要作用，還對石油工程方案優化設計、儲層壓裂具有重要影響。開展儲層裂縫定量表征是石油地質長期的難點和熱點，本文調研了近年來主要的識別技術，就目前存在的問題提出今后的發展趨勢。

關鍵詞：裂縫識別;裂縫表征;定量化;發展趨勢

1 儲層裂縫國外研究現狀

經過多年的發展，裂縫的研究已從定性向定量化方向發展。1968年，國外學者G.H.Murry首次開展裂縫的定量研究，其通過幾何方法推導出曲率值和裂縫的孔隙度間的計算公式，將其應用于裂縫物性參數計算中，掀起了裂縫定量研究的序幕。隨后在1971年，他又通過研究構造主曲率與裂縫發育的關系，分析了曲率與裂縫發育程度的關系。在上世紀的80年代初，美國學者范.高爾夫-拉特通過總結前人成果，結合自身實踐，撰寫了第一本關于裂縫性油藏工程的專著，該專著被學者們廣泛接受并使用，也基本形成了裂縫性儲層研究的理論以及方法。

分形幾何學對裂縫研究有較好的效果，該方法在上世紀70年代被引入，并逐步形成了分形方法計算裂縫參數。國外學者如P.L.Gong Dilland、Barton C.C.、Thomas and Blin-lacroix、Velde B. and Duboes J、Main T H irata等把分形幾何學方法用于巖石裂縫研究，并在斷層、裂縫的基本參數的定量描述與分布規律上取得了較大進展。1995年，Barton C.C.通過總結前人成果結合自身研究認為，當裂縫分維D大于1.34后，裂縫就可以構成互相滲流的裂縫網絡，直到現在，該認識仍被廣泛使用并取得了不錯的效果。

在物探研究方面，地震相干技術的引入被認為具有跨時代意義，首次提出利用地震相干技術描述裂縫的是Farmer和Bahorich（1995年），他們通過計算相鄰地震道的相似性的程度來檢測目標地質體的連續性，從而定性表征裂縫的發育程度。此后，1998年Ashbridge J、Marfurt、Neves F A等人通過分析地震屬性，提出了第二代相干技術，其方法是將多道相似計算引入到地震同相軸的相似性計算中，從而分析地質體的連續性。隨后1999年Marfurt、Gersztenkorn將數學中的矩陣特征計算結果引入到相干計算中，發展成為目前廣泛使用的第三代相干技術。

隨著多波地震技術的發展，國內外學者對地震波處理開展了一系列復雜的研究工作，其中運用最多的是三維三分量（3D3C）技術。在2000年、2005年SEG與EAGE聯合分別召開了二屆地震多波技術研討會，成為了地震多波勘探發展的重要里程碑。

地球物理測井識別及描述裂縫方面，主要經歷了以下三個階段：在1982年以前，Nelson、Glenn等人通過各種測井曲線裂縫響應特征對裂縫進行識別，但主要是定性識別;1982-1992年，Khatchikian等人利用測井資料處理后計算火成巖的各種骨架參數;1992年后，隨著成像測井技術的發展，B.Belgasem等人利用聲電成像、核磁測井等定量評價裂縫參數。

2 儲層裂縫國內研究現狀

2.1 定性分析方法

定性分析是最早的裂縫描述方法，石油地質工作者從構造特征、生產動態以及生產經驗總結著手，裂縫構造資料對裂縫進行描述和預測。在地質錄井過程中根據鉆井現象，可以定性預測儲層裂縫的發育情況以及裂縫段埋深。此外利用地面露頭情況、巖芯以及鏡下薄片分析等手段對裂縫進行觀察、描述及統計。

2.2 根據構造應力的分析開展裂縫描述和預測研究

構造應力的變化是裂縫形成的根本原因，構造應力場的強弱直接影響著裂縫的發育程度，國內學者利用構造應力場反演裂縫形成過程，預測裂縫發育程度取得了較好的效果，但對于構造應力大小的求解方式、構造應力與裂縫的匹配關系問題上，以及相關技術方法的適用性方面，還存在較大分歧或問題。

2.3 物探方法

地震預測裂縫方法有多種，基于疊后地震信息，包括三維相干體、突變或分形分維、傾角掃描技術、三維方差體、譜分解和多尺度邊緣檢測等;利用三維寬方位地震資料開展地震屬性的各向異性分析和裂縫預測;利用縱波方位各向異性，包括縱波振幅、速度、傳播時間、AVO的方位各向異性研究等;利用多波地震，有多波多分量裂縫檢測和橫波勘探等。目前，國內應用最為廣泛的主要有：基于縱波各向異性的裂縫預測;三維相干體（ESP）預測裂縫;基于測井約束的波阻反演;基于地震多屬性參數。

2.4 利用測井手段識別裂縫

主要利用井眼周圍的裂縫對測井儀器的異常響應（如井徑、電阻率、聲波等）來間接探測裂縫（除井下聲波電視外）。探測裂縫的測井方法有多種：

2.4.1 電阻率曲線

裂縫往往會造成微球與深、淺側向電阻率出現明顯差異，一般出現正幅度差，且裂縫愈發育，差異程度愈大。

2.4.2 聲波全波列測井

當聲波穿過裂縫時，由于能量轉換，聲波能量幅度要減小，對于不同類型的波和不同的裂縫傾角，減小的程度是不同的。低角度縫對縱波影響較小，橫波幅度衰減大;高角度縫則使縱波衰減大，橫波衰減小。

2.4.3 成像測井（FMI）

成像測井信息豐富，圖像顯示直觀，是最有力的裂縫識別手段。當裂縫被流體充填時，電阻率一般表現為相對低阻。電成像測井通過對所測量的井壁附近地層電導率曲線進行特殊圖像處理來直觀、清晰地顯示裂縫發育的條數和裂縫的傾角。

2.4.4 偶極橫波成像測井

利用偶極橫波的測井信息進行裂縫分析，主要是通過低頻斯通利波的反射來判斷裂縫的存在，該反射主要由介質聲阻抗差異引起。斯通利波在傳播過程中與裂縫中的流體發生能量交換，產生幅度衰減。

2.4.5 利用非線性理論方法檢測和識別地下裂縫

主要應用分形、神經網絡和灰色理論等技術方法進行檢測和識別，但尚不成熟。目前，非線性理論方法常和測井技術、物探技術聯合用于預測儲層巖體裂縫。

3 裂縫表征研究展望

①多手段、多參數及多尺度開展裂縫定量化、精細化識別和表征。當前，進行裂縫表征和識別的方法主要有傳統地質法、測井、錄井、鉆井以及生產動態分析等方法。地質學方法逐漸朝更精細、更立體和更微觀的方向發展。常規測井通過對微弱信號放大以實現裂縫識別，也將逐漸往立體化和定量化發展，避免僅“一孔之見”，而要實現“一孔遠見”。鉆錄井方法在裂縫表征占有重要的地位，但定量化程度還不夠。利用生產資料進行裂縫定量識別是今后的研究方向;

②長期以來，我們對于裂縫定量的表征參數以裂縫的長度、寬度、密度、產狀、組系、孔隙度和滲透率等;裂縫的充填程度以充填物、充填程度、有效性、連通性以及封閉性等參數為主。隨著裂縫研究的深入及后期油氣藏開發的需求，裂縫面粗糙度仍應作為裂縫關鍵參數進行描述，并應當引起大家的重視;

③裂縫的控制因素及預測研究。裂縫的影響因素較多，一般包括構造作用、沉積作用及成巖作用等，細分開來主要包括巖性、巖層厚度、構造部位（褶皺及斷裂）、構造應力、成巖相等。但不同的儲層裂縫，其主控因素不同，因此對裂縫的主控因素研究，應該從裂縫的成因機制著手進行分類評價。與之對應，目前裂縫預測方法主要包括應力場數值模擬、地震法、斷裂分形法、巖層曲率法以及綜合預測等方法，目前的預測精度仍不能滿足勘探開發的要求，特別是對于開發后期裂縫的評價，仍存在非常大的困難。因此，未來裂縫預測應該往多參數、多尺度、多方法的定量預測方法發展。

參考文獻：

[1]劉敬壽，丁文龍，肖子亢，等.儲層裂縫綜合表征與預測研究進展[J].地球物理學進展，2019，34（6）：2283-2300.