致密砂巖儲層天然裂縫測井識別方法研究

朱興嬌，趙軍龍

(1.西安石油大學地球科學與工程學院，陜西 西安 710065； 2.西安石油大學陜西省油氣成藏地質學重點實驗室，陜西 西安 710065)

致密砂巖是一種具有低孔低滲特質的儲層，該類儲層在油藏開發時依賴于天然裂縫的存在，并且天然裂縫的發育程度直接影響著儲層的開發潛能[1]，它可以提高儲層的油藏儲集及可開采性。前人識別致密砂巖天然裂縫的主要方法有常規測井、成像測井、三維地震等[2]。通過對致密砂巖儲層天然裂縫的研究表明，對于該類儲層的識別和評價，主要依賴于巖心資料和成像資料等[3]。取心井資料少而難得，成像測井成本高，故而主要依靠巖心資料里的常規測井資料來開展天然裂縫識別工作。由于裂縫性儲層具有嚴重的非均質性等特征[4]，常規測井解釋面臨許多挑戰。單單依靠某一測井曲線很難精準識別裂縫，也不能指示出裂縫的發育情況。因此，利用常規測井曲線的測井原理，構建綜合識別參數[5]，同時輔以儲層成像測井資料，可以有效提高天然裂縫識別準確度的問題。

本文對致密砂巖儲層天然裂縫的常規測井和成像測井的響應特征進行了梳理，總結歸納了六種常規測井曲線識別方法的原理；對比儲層天然裂縫成像資料，優選出了能較好識別出天然裂縫及其發育程度的識別方法，以期提高致密砂巖儲層天然裂縫識別的準確度。

1 致密砂巖儲層天然裂縫的分類及測井響應特征

1.1 致密砂巖儲層天然裂縫的分類

致密砂巖儲層天然裂縫是指巖石在沉積或成巖過程中，受到應力作用發生破裂從而產生不平整、錯位的、不連續的位移[6]，一般用裂縫的大小、產狀、密度、裂縫性質等對其進行描述。根據受到應力和擠壓以及后期的構造演化作用，可將天然裂縫分為構造裂縫和非構造裂縫。構造裂縫的應力源以水平構造擠壓應力、異常高壓流體、構造抬升剝蝕為主[7]。構造裂縫可分為區域構造裂縫、局部構造裂縫、復合型構造裂縫[8]，將非構造裂縫分為收縮縫、壓裂縫、成巖縫[9]；根據裂縫的開啟程度可分為開啟縫和閉合縫；依裂縫大小可分為微裂縫、小裂縫、中裂縫和大裂縫[10]；依力學成因的角度所受應力不同又可分為剪切縫、壓裂縫、成巖縫等；按照是否含有充填物又可分為未充填縫和充填縫。

1.2 致密砂巖儲層天然裂縫的測井響應特征

在對致密砂巖儲層天然裂縫進行識別時，一般來說，首先通過大量的巖心觀察、薄片分析，然后將測井資料與成像測井結果進行比對，再通過常規測井資料反映儲層信息。常規測井資料主要依據巖性測井、孔隙度測井、電阻率測井等三大測井系列，測井資料和成像測井資料可在一定程度下刻畫常規測井資料判別的可靠性和準確性。

根據測井資料，主要是從常規測井資料入手，通過一系列測井曲線的形態變化對儲層天然裂縫進行識別工作。我們將致密砂巖儲層天然裂縫根據裂縫的不同產狀，將其分為高角度縫、低角度縫、水平縫等，并總結歸納出裂縫在三大測井系列上的測井響應特征，如表1所示。

由表1中常規測井曲線識別裂縫的測井曲線特征分析可知：井徑曲線可識別高角度裂縫，對低角度和水平縫貢獻不大，自然伽馬識別裂縫可信度不高，自然電位曲線和補償中子曲線可輔助識別裂縫，聲波時差曲線并不能識別出裂縫是高角度、低角度還是水平縫；對于雙側向測井曲線，它可以很好的識別出裂縫的產狀；對于高角度縫、低角度縫、水平縫有很好的指示作用。

根據成像測井資料，地層微電阻率成像測井是目前被廣泛應用于儲層裂縫識別中的，它所獲得的成像測井圖可以清晰的揭示出儲層裂縫特征。不同形態的天然裂縫所呈現的地層微電阻率成像測井響應特征，見表2。

表2 致密砂巖儲層天然裂縫成像測井響應特征[16]

通過上述致密砂巖儲層天然裂縫的常規測井響應特征和成像測井響應特征，在識別儲層裂縫時，用常規測井資料進行裂縫識別后，再輔以成像測井資料，可以增加裂縫識別的可信度。

2 致密砂巖儲層天然裂縫測井識別方法及應用

2.1 致密砂巖儲層天然裂縫測井識別方法

在利用測井響應進行致密砂巖儲層天然裂縫識別時，常規測井資料被廣泛應用在儲層開發與評價中。由于常規測井方法的分辨率不是很高，且測井響應是巖性等多種地質因素的綜合反映，容易受到其他因素的影響。在進行裂縫識別時，不同的測井曲線對裂縫的響應不同，只依靠單一的測井曲線很難可靠的識別出裂縫，只有綜合運用測井資料進行解釋，才能更好地評價裂縫。

因此，通過深刻認識和分析常規測井原理，構建識別參數，可以增加天然裂縫識別精度的可靠性。常用的常規測井曲線評價識別裂縫的方法有很多種，本文總結分析了六種識別裂縫及裂縫發育程度的方法，如表3所示。

表3 致密砂巖儲層天然裂縫識別一般方法及其原理

除上述常規測井方法，還可以通過成像測井來對天然裂縫進行進一步識別。圖1是一個關于庫車山前克深區塊地層微電阻率掃描成像的例子。該區塊為致密砂巖儲層，對該區塊進行成像測井分析可以直觀的看到不同產狀的裂縫的成像測井形態特征。

圖1中1-1為高角度縫(傾角大于60°)，成像圖上顯示為正西方向的暗色正弦曲線，屬于亮色背景下的斷續線狀模式；1-2為斜交縫(傾角大于40°小于60°)，為南西方向的暗色正弦線狀，屬于亮色背景下的斷續線狀模式；1-3為低角度、水平縫(傾角小于40°)，成像圖上呈規則半正弦曲線，屬于不規則斷續亮色線模式；1-4為網狀縫，在成像圖上表現為雜亂的斷續短線狀且以網狀形態分布，正弦曲線較少，屬于亮色背景下的斷續線狀模式。

注：從左往右依次為1-1高角度縫，1-2斜交縫，1-3低角度縫、水平縫，1-4網狀縫(據孫艷慧[23]，2016)圖1 不同產狀的天然裂縫成像圖

2.2 Z區致密砂巖儲層天然裂縫識別效果分析

通過對致密砂巖儲層天然裂縫的常規測井響應信息進行綜合分析之后，我們選用Z區一口屬于致密砂巖儲層裂發育段的井為例，將上述常用識別方法與成像測井資料進行結合后進行了裂縫識別，結果如圖2所示。

圖2 Z區某井儲層天然裂縫分析圖

首先利用三大測井系列對Z區儲層巖性進行了劃分，接著在劃分出的砂巖段應用了五種常規識別方法進行了裂縫識別工作，并輔以成像測井裂縫顯示。對常用識別方法進行分析：各種裂縫識別方法均能對天然裂縫有一定程度的識別，并能對天然裂縫的發育程度做出有效的參考。其中，井徑相對異常法相較于其它方法與裂縫發育的相關性不是很好，三孔隙度比值法、次生孔隙度比值法、等效彈性模量差比法，利用的是聲波測井和密度測井，均屬于孔隙度測井，能較好的反應致密砂巖儲層的孔隙發育情況。這三個方法對于裂縫指示具有很高的可信度，三孔隙度比值法、次生孔隙度比值法、等效彈性模量差比法、電阻率侵入校正差比法這四種方法對于天然裂縫的指示從圖2中看出，識別情況很相近，也說明了用這四種方法對裂縫進行綜合識別的話，可以提高裂縫識別的準確率。

2.3 致密砂巖儲層天然裂縫識別方法展望

天然裂縫的存在及其發育狀況與致密砂巖儲層油氣藏的勘探與開發有著密切聯系，它的存在有效改善了致密儲層的滲透性，利于油氣在儲層中存儲、運移。目前，對于致密砂巖儲層天然裂縫的識別研究，仍然存在很多可以改進的地方。筆者認為有以下幾個方面值得繼續研究：

1)基于天然裂縫對致密砂巖儲層的重要性，在進行裂縫識別時，對成像測井儀器的分辨率加以提高，改進測井儀器的探測精度，以減少沖洗帶和泥漿濾液的干擾信息。

2)在利用測井曲線對儲層裂縫進行識別時，由于原始的測井曲線包含過多的干擾信息，諸多學者用小波分析等數學工具處理測井曲線并運用在地層劃分上，但是精度和準確度依然有提升的空間，可以尋找更合適的小波函數對測井曲線進行處理，降低曲線包含的干擾信息、提高曲線分辨率等。

3 結論

本文就致密砂巖儲層天然裂縫的分類、測井響應特征，致密砂巖天然裂縫測井識別方法及其應用做了綜合研究，研究表明：

1)致密砂巖天然裂縫的分類主要有：按所受應力分類、按裂縫開啟程度分類、按裂縫大小分類、按力學成因分類、按充填物分類。

2)對致密砂巖天然裂縫的測井響應特征，總結歸納了常規測井響應和成像測井響應兩方面的特征：分析了測井曲線在高角度縫、低角度縫、水平縫上的響應情況，同一測井曲線對不同產狀裂縫敏感程度不同；總結了地層微電阻率成像測井在高角度縫、垂直裂縫、低角度裂縫、網狀裂縫上的不同響應特征。

3)本文總結分析了六種利用常規測井曲線評價識別天然裂縫及其發育程度的方法，根據各種方法的識別原理，優選出了評價裂縫和發育程度的方法，其中電阻率侵入校正差比法判識裂縫較好，三孔隙度比值法、次生孔隙度差比法、彈性模量差比法，由于它們是根據聲波和密度測井來進行刻畫的，因而可以很好的反映出裂縫的發育情況。